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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.59.2006.tde-22042010-162147
Document
Auteur
Nom complet
Luís Augusto Perles
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Ribeirão Preto, 2006
Directeur
Jury
Almeida, Adelaide de (Président)
Caliri, Antonio
Chinellato, Carola Dobrigkeit
Lopes, Ricardo Tadeu
Poletti, Martin Eduardo
Titre en portugais
Avaliação de algoritmo Macro Response Monte Carlo através dos espectros de elétrons
Mots-clés en portugais
Monte Carlo
radioterapia
transporte de elétrons
Resumé en portugais
O tempo de simulação computacional em planejamento de radioterapia ainda é muito alto. Diversas técnicas de redução de variância têm sido desenvolvidas para o transporte de elétrons a fim de reduzir o tempo de simulação. Destacamos algumas delas: Macro Monte Carlo (MMC), Response History Monte Carlo (RHMC) e Macro Response Monte Carlo (MRMC). Todas es- sas técnicas utilizam base de dados onde as histórias dos elétrons foram previamente simuladas. Tais algoritmos, até o presente momento, foram somente avaliados através da dose absorvida. Neste trabalho, fazemos uma comparação dos espectros dos elétrons utilizando uma implemen- tação própria do MRMC. A base de dados do MRMC consiste de histórias pré-simuladas de elétrons em pequenas esferas de material homogêneo (chamadas de kugel) para diferentes ti- pos de energias e tamanhos de raios. O MRMC usa o kugel de maior raio para transportar o elétron, desde que o mesmo não cruze nenhuma interface entre materiais. Nesta implementa- ção, o transporte do elétron através de uma interface é aproximado por uma linha reta e, ao final, corrige-se sua energia pela perda contínua de energia. A base de dados kugel foi gerada pelo Geant4 versão 8.0 para água, tecido mole e osso compacto, para a faixa de energia de 31,63 MeV até 178 keV, com raios de 0,025 cm a 1,0 cm. Os testes consistem na simulação de um feixe estreito de elétrons em objetos simuladores homogêneos e heterogêneos de forma cilíndrica. Foram obtidos os espectros frontais e laterais pelo MRMC e comparados aos respec- tivos espectros simulados pelo Geant4. Foram simulados 106 histórias em ambos os sistemas, por este motivo não houve a necessidade de normalizar os histogramas. Os espectros avaliados mostram uma boa concordância para energias acima de 5 MeV. A diferença entre as energias dos picos foi menor que 1,7%, para energias acima de 5 MeV em objetos simuladores homo- gêneos. Para o osso compacto as diferenças entre os espectros frontais foram cerca de 5%, e para os laterais menor que 2% para energias acima de 5 MeV. Os tempos de simulação com o MRMC foram de até 15 vezes menores para objetos simuladores homogêneos e cerca de 5 vezes menores para objetos simuladores heterogêneos.
Titre en anglais
Macro Response Monte Carlo algorithm evaluated through electron spectra.
Mots-clés en anglais
electron transportation.
Monte Carlo
radiotherapy
Resumé en anglais
In radiotherapy the computer simulation elapsed time for treatment planning is still a prob- lem. Several techniques for electron transport variance reduction have been developed in order to speed up the calculations. Some of them are: Macro Monte Carlo (MMC), Response History Monte Carlo (RHMC) and Macro Response Monte Carlo (MRMC). All of them use a database where electrons histories were previously simulated. These algorithms have been evaluated only by absorbed dose. This work shows a comparison between electron spectra simulated by our implementation of MRMC. Such algorithm uses a database where electron histories were pre-simulated in small homogeneous spheres (called kugel) for several different initial ener- gies and some different radii. The MRMC transportation code uses the largest kugel size for electron transportation, since it does not cross any material boundary. In this implementation the electron transport through a boundary is done in a straight line and the energy correction is made by continuous slowing down approximation. The kugel database has been generated using Geant4 version 8.0 for water, soft tissue and compact bone, with energy range spanning from 31.63 MeV down to 178 keV and with radius range from 0.025 to 1.0 cm. The MRMC benchmarks consist of an electron pencil beam simulation in homogeneous and heterogeneous cylindrical phantoms. The forward and lateral electron output spectra are computed and com- pared against Geant4 simulations. We have simulated 106 histories in both systems, so the histograms are compared without any normalization factors. The agreement between spectra shapes have been evaluated and show to be good above 5 MeV. The results show an agreement better than 1.7% in the peak energy for energies above 5 MeV, for water and soft tissue homo- geneous phantoms. The agreement for compact bone homogeneous phantom between peaks of forward spectra were around 5% and for side spectra were better than 2% for energies above 5 MeV. The benchmarks have shown that our implementation of MRMC are up to 15 times faster than Geant4 for homogeneous phantoms and 5 times for heterogeneous ones.
 
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Perles.PDF (995.15 Kbytes)
Date de Publication
2010-08-23
 
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