Radiation dose enhancement is a method of increasing the cross section of interaction, thus increasing the deposited dose. This can contribute to linear energy transfer, LET and relative biological effectiveness, RBE. Previous studies on dose enhancement have been mainly focused on X, ${\gamma}-rays$, but in this study, the dose enhancement was analyzed for proton using Monte Carlo simulation using MCNP6. Based on the mathematical modeling method, energy spectrum and relative intensity of spread out Bragg-peak were calculated, and evaluated dose enhancement factor and dose distribution of dose enhancement material, such as aurum and gadolinium. Dose enhancement factor of 1.085-1.120 folds in aurum, 1.047-1.091 folds in gadolinium was shown. In addition, it showed a decrease of 95% modulation range and practical range. This may lead to an uncertain dose in the tumor tissue as well as dose enhancement. Therefore, it is necessary to make appropriate corrections for spread out Bragg-peak and practical range from mass stopping power. It is expected that Monte Carlo simulation for dose enhancement will be used as basic data for in-vivo and in-vitro experiments.
We evaluated the physical properties that occur to dose enhancement and changes from secondary particle production resulting from the interaction between enhancement material. Geant4 was used to perform a Monte Carlo simulation, and the medical internal radiation dose (MIRD) head phantom were employed. X-rays of 4, 6, 10, 15, 18, and 25 MV were used. Aurum (Au) and gadolinium (Gd) were applied within the tumor volume at 10, 20, and 30 mg/g, and an experiment using soft tissue exclusively was concomitantly performed for comparison. Also, particle fluence and initial kinetic energy of secondary particle of interaction were measured to calculate equivalent doses using the radiation weight factor. The properties of physical interaction by the radiation enhancement material showed the great increased in photoelectric effect as compared to the compton scattering and pair production, occurred with the highest, in aurum and gadolinium it is shown in common. The photonuclear effect frequency increased as the energy increased, thereby increasing secondary particle production, including alpha particles, protons, and neutrons. During dose enhancement using aurum, a maximum 424.25-fold increase in the equivalent dose due to neutrons was observed. This study was Monte Carlo simulation corresponds to the physical process of energy transmission in dose enhancement. Its results may be used as a basis for future in vivo and in vitro experiments aiming to improve effects of dose enhancement.
This study is to have dose reduction and minimization of excessive use of contrast medium in the pediatric cardiac computed tomography and to suggest the optimization plan to acquire the enhancement image of the 4 chambers at the same time by formulating scan delay time in empirical method with considering variables such as contrast medium injection velocity and cardiac approaching time. Quantitative, qualitative and dose assessment were carried out for 30 pediatric patients who had taken the cardiac examination. In conclusion, image enhancement in 4 chambers of the cardiac shows over 300 HU which is proper to pediatric cardiac reading by applying the empirical method with calculating scan delay time according to weight and contrast medium volume and injection velocity. Qualitative image assessments in confidence sharpness and noise have excellence qualitatively. Exposure dose to pediatrics also decreases precisely. Therefore this study is judged to take a important role of making optimization images with advantages of dose reduction and less side effects caused by it's excessive use in clinic.
This study is to evaluate the effect of a Contrast Media (CM) on dose calculations and clinical significance in Radiation (Electromagnetic wave) Therapy (RT) plans for head & neck (H&N) and prostate cancer. Pinnacle 8.0 system was used to measure the change of Electron Density (ED) of the tissue for CM. To determine the effect of dose calculation due to CM, we did the RT planning for 30 patients. To compare the ED and dose calculations of RT plans, 3D CRT and IMRT plans were do with pinnacle and Tomotherapy planning system. Mean difference of ED between enhanced and unenhanced CT was less than 4%: H&N Target Volume (TV) 2.1%, parotid 1.9%, SMG 3.6%, tongue 0.9%, spinal cord 0.3%, esophagus 2.6%, mandible 0.1% and prostate TV 0.7%, lymph node 1.1%, bladder 1.2%, rectum 1.5%, small bowel 1.2%, colon 0.6%, penile bulb 0.8%, femoral head -0.2%. The dose difference between RT plan using CM and without CM showed an increase of dose in TV. The rate of increase was less than 2.5% (3D CRT: H&N 0.69~2.51%, prostate 0.04~1.14%, IMRT: H&N 0.58~1.31%, prostate 0.36~1.04%). RT plans using a CM has the insignificant effect on the organs and TV, so this error is allowable clinically. However, the much more accurate plan is possible as to image fusion (CM and without CM images) to ROI contour and when dose calculation, use the without CM image. Using the fusion of 'ROI import' perform calculations on without CM, it will be able to reduce the error (1~3%) caused by the CM.
The synergistic effect of combining radiation therapy and hyperthermia kills significantly more cells than using either modality alone. The reason for enhanced cell killing from the combined treatment is that the two modalities are complementary. For histopathological exmination, 102 rats were divided into 4 groups as hyperthermia, radiation, hyperthermia combined with radiation and normal control groups. The effect of prior irradiation (6-15 Gy of X-ray) on the response of small and large bowel of rats to $40^{\circ}C-44^{\circ}C$ (for 30 minutes) microwave (2450 MHz) hyperthermia was investigated. The musculature of the small and large intestine remained intact and the circumference of the histological sections were not significantly altered by the heated at $43^{\circ}C$ for 30 minutes. Thermal enhancement ratios of normal tissue is 1.0 Thermal enhancement ratio was not increased in combination therapy by evaluation of histopathologic changes in small and large intestine.
The interaction of radiation and 5-Fluorouracil (5-FU) on mouse jejunal crypt cells was studied using the microcolony survival assay. 150mg/kg of 5-FU was injected intraperitoneally 15 minutes before irradiation and 6 hours after irradiation. Jejunal crypt cells of mouse survived more when 5-FU was given 15 minutes before irradiation than giving it 6 hours after irradiation. The mean lethal doses (Do) of each of irradiation alone group, 5-FU injection group of 15 minutes preceding irradiation, and 5-FU injection group of 6 hours post irradiation were, 135, 135, and 114 rad respectively. The dose effect factor (DEF) of each of 5-FU injection groups of 15 minutes preceding irradiation and of 6 hours post irradiation were 1.13 and 1.27
Purpose : A ginkgo biloba extract (GBE) has been known as a hypoxic cell radiosensitizer. Its mechanisms of action are increase of the red blood cell deformability, decrease the blood viscosity, and decrease the hypoxic cell fraction in the tumor. The aims of this study were to estimate the effect of GBE on fractionated radiotherapy and to clarify the mechanism of action of the GBE by estimating the blood flow in tumor and normal muscle. Materials and Methods : Fibrosarcoma (FSall) growing in a C3H mouse leg muscle was used as the tumor model. When the tumor size reached 7 mm in diameter, the GBE was given intraperitoneally at 1 and 25 hours prior to irradiation. The tumor growth delay was measured according to the various doses of radiation (3, 6, 9, 12 Gy and 15 Gy) and to the fractionation (single and fractionated irradiation) with and without the GBE injection. The radiation dose to the tumor the response relationships and the enhancement ratio of the GBE were measured. In addition, the blood flow of a normal muscle and a tumor was compared by laser Doppler flowmetry according to the GBE treatment. Results : When the GBE was used with single fraction irradiation with doses ranging from 3 to 12 Gy, GBE increased the tumor growth delay significantly (p<0.05) and the enhancement ratio of the GBE was 1.16. In fractionated irradiation with 3 Gy per day, the relationships between the radiation dose (D) and the tumor growth delay (TGD) were TGD $(days)=0.26{\times}D$ (Gy)+0.13 in the radiation alone group, and the TGD $(days)=0.30{\times}D$ (Gy)+0.13 in the radiation with GBE group. As a result, the enhancement ratio was 1.19 ($95\%$ confidence interval; $1.13\~1.27$). Laser Doppler flowmetry was used to measure the blood flow. The mean blood flow was higher in the muscle (7.78 mL/100 g/min in tumor and the 10.15 mL/100 g/min in muscle, p=0.005) and the low blood flow fraction (less than 2 mL/100 g/min) was higher in the tumor $(0.5\%\;vs.\;5.2\%,\;p=0.005)$. The blood flow was not changed with the GBE in normal muscle, but was increased by $23.5\%$ ( p=0.0004) in the tumor. Conclusion : Based on these results, it can be concluded that the GBE enhanced the radiation effect significantly when used with fractionated radiotherapy as well as with single fraction irradiation. Furthermore, the GBE increased the blood flow of the tumor selectively.
In order to clarify the effect of radiation on the mouse jejunal crypt cells by combined administration of administration and radiation and also to evaluate the enhancing effect of adriamycin, the authors performed this study by delivering single irradiation of 1,000 to 1,600 rad to the whole abdomen of mice by cobalt-60 teletherapy unit. In combination with adriyamycin treatment groups, the drug was administered as single dose of 10 mg/kg either 2 hours before or 4 hours after graded single dose,900 to 1,400 rad, of irradiation. The authors studied the quantitative changes of intestinal crypt cells by microcolony survival assay technique and the morphological changes of small intestinal villi by scanning electron microscope in mice following to combined therapy with adriamycin and irradiation, The average number of jejunal crypts per circumference was $130{\pm}16$ in control group. The mean lethal dose(Do) of each irradiation alone and combined therapy groups 2 hours before and 4 hours after irradiation, were 160, 170, and 170 rad in cell survival curves, respectively. The dose effect factor(DEF) of adriamycin in each groups of pre-irradiation and post-irradiation were 1.19 and 1.26, respectively. The conical shaped villi were noted on 1,200 rad in irradiation alone group and 1,000 rad in combined groups. For the proper clinical application we must be careful of the radiation injury to small bowel when the anticancer chemotherapy and radiation therapy to the abdomen and pelvic area are used as combined therapeutic modality.
Purpose : Ginkgo biloba extract(GBE) is known to increase the peripheral blood circulation. This study was designed to evaluate the effect of GBE on the acute normal tissue radiation reaction. Materials and Methods : mice were divided into two groups, radiation alone and two doses GBE plus radiation, for both acute skin reaction and jejunal crypt assay. GBE was given i.p. one hour before irradiation with priming dose given one day earlier. Thirty to Fifty Gy for acute skin reaction and 11 to 14 Gy for jejunal crypt were irradiated to right hind leg and whole body, respectively. Results : Radiation doses($RD_{50}$) for Peak skin score of 2.0 were 44.2Gy (40.6-48.2Gy) for radiation alone and 44.4Gy(41.6-47.4Gy) for two doses GBE plus radiation, showing no effect of GBE on acute radiation skin damage. The numbers of regenerating jejunal crypts per circumference were also almost the same for each radiation dose level(p=0.57-0.94), and the mean lethal doses($D_o$) were 1.800y(1.57-2.09Gy) for radiation alone and 1.88Gy(1.65-2.18Gy) for two doses GBE plus radiation, indicating no effect of GBE on jejunal crypt cell survival after radiation. Conclusion : GBE doesn't increase acute normal tissue radiation reaction in this model system. As GBE was verified to enhance radiation effect on tumor, high therapeutic gain is expected when GBE is combined with radiation therapy.
There is necessity for making a smaller and more sensitive detector in small field sizes. This report assesses the suitability of metal-loaded thermoluminescent dosimeters for this purpose. Measurements were performed in the 6 MV photon and 6 MeV electron beams of a medical linear accelerator with LiF thermoluminescence dosimeters (TLD-100) embedded in solid water phantom. TLD-100 chips(surface area 3.2 $\times$ 3.2 $\textrm{mm}^2$) loaded with a metal plate(Tin or gold respectively) were used to enhance dose readings to TLD-100. Surface dose was measured for field size 10 $\times$ 10 $\textrm{cm}^2$ and 100 em SSD. Measurements have been made of the enhanced signal intensity and good linearity for absorbed dose with each metal. Using a 1 mm each metal on TLD-l00 in the beam increased the surface dose to 14% and 56% respectively for 6MV photon. In the case of 6 MeV electron, gold plate enhanced the TL response to 13%, but there is no difference for tin plate. The specific dose response of TLD-100 with thin metal plate increases with electron concentration of metal film, this is most likely due to increased electron scattered from the additional material with electron density higher than TLD-100. This emphasizes the role of TL dosimeters with metal as amplified dosimeters for therapeutic high energy x-ray beams. Due to the enhanced dose reading of TLD-100 with metal plate, it could be possible to develop smaller TL dosimeter with high sensitivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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