Radiation shielding is a central part of the design of treatment rooms for radiation therapy systems. The dose levels that medical staff and members of the public can be exposed to outside the treatment rooms are regulated by authorities and influence the required wall thicknesses and possible locations for the systems. Several standard methods exist for performing shielding calculations, but they are not well adapted to the stereotactic radiosurgery system Leksell Gamma Knife because of its self-shielding properties. The built-in shielding makes the leakage radiation anisotropic and generally have lower energy than the primary radiation from the Gamma Knife's cobalt sources. Oversimplifications made in the standard shielding calculation methods regarding the field can lead to excessively thick shielding and limit the number of suitable locations for the system. In this thesis project, a simulation-based dose calculation algorithm was developed, that uses Monte Carlo-generated data in two steps. The algorithm uses a phase space to accurately describe the radiation field around the Gamma Knife. Information about individual photons in the field is then combined with a generated library of data describing the resulting dose outside a wall depending on the wall thickness and the photon energy. The dose calculation algorithm is fast enough to be integrated into optimization processes, in which the algorithm is used iteratively while varying room design parameters. Demonstrated in this report is a case with a room of fixed size, in which the Gamma Knife's position and the walls' thicknesses are varied, with the aim to find the room design resulting in the minimum wall thicknesses needed to achieve acceptable dose levels outside. The results in this thesis indicate that the dose calculation algorithm performs well and could likely be used in more complex optimizations with more design variables and more advanced design goals. / Strålsäkerhet är en viktig aspekt vid uppförandet av behandlingsrum för strål-terapisystem. Strålningsnivåerna som sjukvårdspersonal och allmänheten kan exponeras för utanför behandlingsrummet regleras av myndigheter och påverkar vilken väggtjocklek som behövs och vilka platser som är lämpliga att placera systemen på. Flertalet metoder för strålskyddsberäkning existerar, men de är inte väl anpassade till det stereotaktiska radiokirurgiska systemet Leksell Gamma Knife, eftersom det har ett inbyggt strålskydd. Det inbyggda strålskyddet gör att strålfältet runt Gamma Knife är anisotropt och generellt har lägre energi än primärstrålningen från systemets koboltkällor. Förenklingar som görs rörande strålfältet i flera existerande metoder för strålskyddsberäkning kan leda till att överdrivet tjocka strålskydd används eller begränsa antalet lämpliga platser att placera systemet på. I detta projekt utvecklades en dosberäkningsalgoritm, som i två steg använder data genererad genom Monte Carlo-simuleringar. Algoritmen använder ett fasrum för att detaljerat beskriva strålfältet runt Gamma Knife. Information om enskilda fotoner i fältet används sen i kombination med ett genererat bibliotek av data som beskriver det dosbidrag som en foton bidrar med utanför behandlingsrummet, baserat på fotonens energi och väggarnas tjocklek. Dosberäkningsalgoritmen är snabb nog att integreras i optimeringsprocesser där den används iterativt samtidigt som rumsdesignparametrar varieras. I denna rapport demonstreras ett fall med ett rum av bestämd storlek, där positionen av Gamma Knife i rummet och väggarnas tjocklekar varieras. Optimeringens syfte i exemplet är att hitta den rumsdesign som med de minsta väggtjocklekarna resulterar i acceptabla strålningsnivåer utanför rummet. Resultaten tyder på att dosberäkningsalgoritmen sannolikt kan användas i mer komplexa optimeringar med fler designvariabler och mer avancerade designmål.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-300904 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Nygren, Nelly |
| Publisher | KTH, Fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:062 |
Page generated in 0.0029 seconds