Dissertação

{en_GB=Monte Carlo simulations and analysis of experimental data of a clinical proton therapy system using adaptive-aperture} {} APPROVED

{pt=Objective: Radiotherapy aims to destroy tumours with radiation while minimizing dose to healthy tissues. Compared with conventional photon treatments, protons have potentially higher precision. This work explores the potential of Mevion S250i proton therapy system’s dynamic collimator (referred to as adaptive aperture (AA), to sharpen the lateral penumbra and to decrease the dose deposition in healthy tissues. This work also aims to validate the Monte Carlo model of the AA. Methods: Different geometries (regular and irregular) at different depths (shallow and deep) were modelled using the treatment planning system (TPS) including and excluding the AA component. The plans were irradiated with a single-field and a prescribed dose of 2.00 Gy. The measurements were compared against TPS and Monte Carlo (MC) simulations using an in-house developed beam model. Results: The use of AA allowed to reduce the irradiated field within 13% (shallow plans) and 20% (deeper plans). Lateral penumbra with AA decreased at least 3 mm for the deeper target and 8 mm for the shallower (regular geometry). The relative error between MC simulations and TPS profiles is below 5%. This error is larger when the AA is used. MC simulations present a lower entrance dose compared to the TPS. Conclusions: The collimating function of the AA allows significant healthy tissue dose sparing in the area surrounding the tumour. MC beam model reveals good agreement with TPS. Advances in knowledge: The use of dynamic collimators can improve proton pencil scanning techniques. , en=Objetivo: O objetivo da radioterapia é destruir tumores através do uso de radiação, minimizando a dose depositada nos tecidos saudáveis. Comparativamente aos tratamentos com fotões convencionais, protões têm potencialmente maior precisão. Este trabalho visa explorar o potencial do colimador dinâmico presente no sistema clínico Mevion S250i, designado Adaptive ApertureTM (AA), para colimar o feixe de protões. Um segundo objetivo é validar o modelo de Monte Carlo da AA. Métodos: Diferentes geometrias (regular e irregular) a diferentes profundidades foram modeladas usando o sistema de planimetria de tratamento (SPT), incluindo e excluindo a AA. Os planos foram irradiados (dose prescrita de 2 Gy) e os resultados comparados com o SPT e com as simulações de Monte Carlo (MC) usando o modelo do feixe desenvolvido internamente. Resultados: O uso da AA permite reduzir as margens do volume irradiado entre 13% (casos mais superficiais) e 20% (casos mais profundos). A penumbra lateral com AA diminuiu entre 3 mm e 8 mm nos volumes mais profundos e superficiais, respectivamente. O erro relativo entre as simulações MC e o SPT foi inferior a 5%, sendo maior o erro nos casos que usam AA. As simulações MC apresentaram uma dose de entrada inferior ao SPT. Estas diferenças foram estudadas neste trabalho. Conclusões: A função colimadora da AA permite diminuir o campo irradiado e, por conseguinte, a dose nos tecidos saudáveis. O modelo MC revela boa concordância com o SPT. Avanços no conhecimento: O uso de colimadores dinâmicos permite melhorar a técnica de pencil beam scanning. }
{pt=Terapia com protões, abertura-adaptativa, Simulações Monte Carlo, en=Proton Therapy, Adaptive-Aperture, Monte Carlo Simulations}

Orientação

ORIENTADOR

Patrícia Carla Serrano Gonçalves

Departamento de Física (DF)

Professor Auxiliar Convidado

ORIENTADOR

Frank Josephina Willem Verhaegen

Maastro Clinic

Professor