Study of Monte Carlo simulation for 6 MeV Linac Electron beam for TSI dosimetry

Abstract

[ES] En radioterapia, es fundamental la planificación de los tratamientos de los pacientes a través de simulaciones mediante un software específico con el fin de ajustar el tratamiento para maximizar el beneficio de los pacientes. El presente Trabajo Final de Máster tiene como finalidad validar un modelo computacional del acelerador lineal médico TrueBeam de la compañía Varian para un haz de electrones de 6 MeV, mediante simulaciones de Monte Carlo. Con esto, se pretende conseguir una caracterización del transporte de partículas del haz de electrones de tratamiento de 6 MeV desde su origen en el cabezal del TrueBeam hasta el paciente, y en concreto, para los tratamientos de Irradiación Cutánea Total (TSI). El procedimiento de este estudio consiste en diseñar un modelo CAD 3D del acelerador lineal TrueBeam y posteriormente realizar un mallado que nos permita definir mejor su geometría mediante elementos finitos. Este modelo mallado será el importado como geometría para las simulaciones con el código Monte Carlo MCNP versión 6.2. Finalmente, la validación de los resultados de las simulaciones se realizará mediante una comparación entre las curvas de dosis en profundidad y perfiles de dosis calculados en una cuba de agua mediante el código MCNP6.2 y las obtenidas a través de medidas experimentales en el Hospital Fundación Instituto Valenciano de Oncología (IVO). Tras esta validación, se realizará un montaje esquematizado de un tratamiento convencional de TSI, sustituyendo el paciente por una cuba de agua con el propósito de realizar las simulaciones pertinentes y estimar la dosis que reciben los párpados en tratamientos reales de TSI. Con estas simulaciones se puede determinar la distribución de dosis depositada en la geometría modelizada, y en concreto los párpados, que por la retrodispersión generada en la lentilla plomada que se coloca a los pacientes para proteger el cristalino, recibe una sobredosis no deseada. Las simulaciones permitirán diseñar el protector de material equivalente a tejido necesario para absorber esta sobredosis y que no sea recibida por el parpado.

[CAT] En radioteràpia, és fonamental la planificació dels tractaments dels pacients a través de simulacions mitjançant un software específic amb la finalitat d'ajustar el tractament per a maximitzar el benefici dels pacients. El present Treball Final de Màster té com a finalitat validar un model computacional de l'accelerador lineal mèdic TrueBeam de l'empresa Varian per a un feix d'electrons de 6 MeV, mitjançant simulacions de Monte Carlo. Amb això, es pretén aconseguir una caracterització del transport de partícules del feix d'electrons de tractament de 6 MeV des del seu origen al capçal del TrueBeam fins al pacient, i concretament, per als tractaments d'Irradiació Cutània Total (TSI). El procediment d'aquest estudi consisteix a dissenyar un model CAD 3D de l'accelerador lineal TrueBeam i posteriorment realitzar un mallat que ens permeta definir millor la seua geometria mitjançant elements finits. Aquest model mallat serà importat com a geometria per a les simulacions amb el codi Monte Carlo MCNP versió 6.2. Finalment, la validació dels resultats de les simulacions es realitzarà mitjançant una comparació entre les corbes de dosi en profunditat i perfils de dosi calculats en una cuba d'aigua mitjançant el codi MCNP6.2 i les obtingudes a través de mesures experimentals a l'Hospital Fundación Instituto Valenciano de Oncología (IVO). Després d'aquesta validació, es realitzarà un muntatge esquematitzat d'un tractament convencional de TSI, substituint el pacient per una cuba d'aigua amb la finalitat de realitzar les simulacions pertinents i estimar la dosi que reben les parpelles en tractaments reals de TSI. Amb aquestes simulacions es pot determinar la distribució de dosi dipositada en la geometria modelada, i concretament als parpelles, que per la retrodispersió generada en la lentil·la plomada que es col·loca als pacients per protegir el cristal·lí, rep una sobredosi no desitjada. Això es fa per tal de dissenyar un protector de material equivalent a teixit necessari per absorbir aquesta sobredosi i que no sigui rebuda per la parpella.

[EN] In radiotherapy, it is essential to plan patient treatments through simulations using specific software in order to tailor the treatment to maximize patient benefit. The purpose of this Master's Thesis is to validate a computational model of the Varian TrueBeam medical linear accelerator for a 6 MeV electron beam, using Monte Carlo simulations. The goal is to characterize the particle transport of the 6 MeV treatment electron beam from its origin in the TrueBeam head to the patient, specifically for Total Skin Irradiation (TSI) treatments. The procedure of this study consists of designing a 3D CAD model of the TrueBeam linear accelerator and subsequently creating a mesh that allows us to better define its geometry using finite elements. This meshed model will be imported as geometry for simulations with the Monte Carlo code MCNP version 6.2. Finally, the validation of the simulation results will be carried out by comparing the depth dose curves and dose profiles calculated in a water tank using MCNP6.2 code with those obtained through experimental measurements at the Hospital Fundación Instituto Valenciano de Oncología (IVO). Following this validation, a schematic assembly of a conventional TSI treatment will be performed, replacing the patient with a water tank with the purpose of conducting relevant simulations and estimating the dose received by the eyelids in real TSI treatments. These simulations allow for determining the dose distribution deposited in the modeled geometry, particularly on the eyelids, which due to the backscatter generated in the leaded contact lens placed on patients to protect the lens, receive an undesired overdose. This is done in order to design a tissue-equivalent material protector to absorb this overdose and prevent it from reaching the eyelid.