Repository logo

Browsing by Author "Grzanka, Leszek"

  • Thumbnail Image
    Item
    Application of Monte Carlo methods in transport modelling of the therapeutic proton beam
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Science, 2018) Kłodowska, Magdalena; Olko, Paweł; Grzanka, Leszek; Braziewicz, Janusz; Bulski, Wojciech
    Korzystny rozkład dawki cechujący terapię jonową spowodował wzrost liczby centrów terapii hadronowej, głównie protonowych. Techniki z użyciem wiązek protonowych wymagają bardziej zaawansowanych procedur zapewnienia jakości w zakresie dozymetrii i planowania leczenia. Dlatego zastosowanie metod Monte Carlo (MC) stało się nieodłącznym standardem stosowanym w ośrodkach terapii protonowej jako równoległe narzędzie, cechujące się wysoką precyzją i szerokim wachlarzem zastosowań. W Centrum Cyklotronowym Bronowice (CCB), wyposażonym w nowy cyklotron Proteus C- 235, oddano do użytku stanowisko z wiązka poziomą dedykowane do radioterapii protonowej czerniaka gałki ocznej (ang. ELTR) i dwa pomieszczenia z obracanym ramieniem tzw. stanowiska gantry (ang. GTR) do napromieniania guzów o innej lokalizacji. Celem pracy było zbudowanie komputerowych modeli wiązki stanowisk ELTR i GTR, przydatnych we wdrażaniu stanowisk w procesie leczenia. Zadaniem modelu wiązki ELTR była optymalizacja układu pasywnego rozpraszania wiązki spełniającego kliniczne wymogi napromienia« pacjentów z nowotworami gałki ocznej. Celem skonstruowania modelu wiązki GTR było uzyskanie poprawek do mierzonych rozkładów dawki, potrzebnych do właściwego skonfigurowania i weryfikacji systemu planowania leczenia ( ang. TPS commissioning). Modele wiązki ELTR i GTR zostały przygotowane w kodzie MC FLUKA służącym do oblicze« transportu cząstek. Symulacje były uruchamiane na klastrach obliczeniowych dostępnych w Infrastrukturze PL-Grid. Weryfikacja charakterystycznych parametrów wiązki: zasięgu wiązki, szerokości dystalnego spadku dawki, szerokości połówkowej piku Bragga, stosunku dawki maksymalnej do wlotowej czy poprzecznych rozmiarów wiązki ołówkowej (śladu wiązki ang. spot) prowadzona była w oparciu o zmierzone rozkłady dawki głębokiej i poprzeczne profile wiązki protonowej. Wykorzystując model ELTR, analizie poddano układy formowania wiązki złożone z folii tantalowych jako rozpraszaczy o zmiennej grubości i promieniu. Z 87 przeanalizowanych układów, wybrano optymalne trzy spełniające kliniczne wymogi wiązki rozproszonej dotyczące szerokości półcieni, płaskości poprzecznej pola i szerokości poprzecznej pola. Układy te to: układ z pojedynczą folią 60 _m Ta, układ z dwiema foliami 25 _m i 60 _m Ta oraz układ podwójnego pierścienia (ang. dual ring) zawierający wewnętrzny dysk Ta o promieniu r = 6 mm i grubości 80 _m wraz z pierścieniem PMMA o grubości 1 mm. Układ podwójnego rozpraszania cechowała dawka do 28% wyższa w porównaniu do pozostałych dwóch układów pojedynczego rozpraszania, i o 33% wyższa od obecnego systemu pojedynczego rozpraszania w ELTR. By uwzględnić wkład do rozkładu dawki wynikający z dalekozasięgowych reakcji jądrowych wiązki protonowej w ośrodku na stanowisku gantry, zasymulowany został detektor o promieniu r = 20 cm, umożliwiający obliczenie scałkowanego rozkładu dawki głębokiej (ang. Integral Depth- Dose distribution, IDD) z wykorzystaniem skonstruowanego modelu wiązki GTR. Obliczone krzywe IDD pozwoliły na korekcją danych pomiarowych zmierzonych komorą Bragga (ang. Bragg Peak Chamber), sięgające 8:8% dla najwyższej energii wiązki 226:08 MeV . Wyliczone krzywe IDD zostały wzięte jako dane wsadowe wymagane do skonfigurowania systemu planowania leczenia Eclipse ver. 13.6. Od 2016, model wiązki w systemie planowania leczenia Eclipse, uzyskany w oparciu o skorygowane rozkłady dawki jest wykorzystywany do przygotowania planów pacjentów w CCB. Kod MC FLUKA okazał się przydatnym narzędziem do modelowania transportu terapeutycznych wiązek protonowych w CCB. Analiza poprzecznych i głębokościowych rozkładów dawki pozwoliła na wyselekcjonowanie kluczowych parametrów wiązki, koniecznych do weryfikacji obu komputerowych modeli wiązek. W przypadku ELTR, zastosowanie metod MC przy optymalizacji układu rozpraszania pozwoliło na ograniczenie prac ekperymentalnych. W przypadku uzyskanego modelu wiązki GTR, użycie metod MC umożliwiło pokonanie ograniczeń związanych z rozmiarem detektora, w efekcie owocując poprawkami rozkładów dawki o wysokiej precyzji, umożliwiającymi dokładniejsze planowanie terapii. Załączone przykładowe pliki kodu FLUKA z uproszczonymi modelami wiązek dla ELTR i GTR, wraz z podanymi parametrami modelu wizki GTR3 pozwalaj¡ na podjęcie symulacji wykorzystujących wiązki protonowe CCB np. przy planowaniu eksperymentów z dziedziny fizyki medycznej czy radiobiologii.
  • Thumbnail Image
    Item
    Eksploatacja stanowiska r adioterapi i protonow ej nowotworów oka w IFJ PAN w latach 2013-2015
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2015) Horwacik, Tomasz; Michalec, Barbara; Cygan-Bakoniak, Marzena; Cywicka-Jakiel, Teresa; Czaderna, Anna; Durlak, Edyta; Góra, Łukasz; Grzanka, Leszek; Kajdrowicz, Tomasz; Kędzierska, Dominika; Kos, Robret; Kozera, Anna; Krempa, Aleksander; Krempa, Artur; Lipeńska, Irena; Liszka, Małgorzata; Malinowski, Leszek; Mierzwińska, Gabriela; Nowak, Tomasz; Ogrodowicz, Ewa; Pędracka, Anna; Ptaszkiewicz, Marta; Rogóż-Duda, Agnieszka; Rydygier, Marzena; Sadowski, Bartłomiej; Skowrońska, Katarzyna; Stolarczyk, Liliana; Sowa, Urszula; Swakoń, Jan; Waligórski, Michael; Olko, Paweł
    Proton radiotherapy is an effective treatment modality for ocular cancer patients with choroidal melanoma. In 2011 a proton radiotherapy facility at the Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences was commissioned and went into clinical operation. By the end of the year 2015, a total of 128 ocular patients of the University Hospital in Kraków were irradiated at this facility, of whom 113 were treated under contract from the National Health Fund.
  • Thumbnail Image
    Item
    Extending of the pytrip software package for biologically optimized proton radiotherapy
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2021-08) Grzanka, Leszek; Jeleń, Kinga; Jeleń, Łukasz; Ćwikła, Arkadiusz; Krawczyk, Michał; Fortuna, Joanna; Łaszczyk, Mateusz; Olko, Paweł
    Recent years brought several developments in treatment planning with variable radiobiological effectiveness for proton radiotherapy. Commercial clinical and research treatment planning systems are, in addition to their costs and availability, hard to adapt for emerging models and new approaches in proton therapy planning. We aim at providing suitable, open access and extensible software toolbox for research in treatment planning, based on the TRiP98 program and freely available libraries. The research platform is composed of two projects: a core library called pytrip and a graphical user interface (GUI) called pytripgui. Both projects are implemented mainly in the Python programming language. The core library is capable of handling DICOM and VOXELPLAN data format by custom readers based on the NumPy library. Pytrip provides a powerful toolbox for research in treatment planning. In our system, the treatment plan is calculated by the TRiP98 program which can be run locally or remotely. Several additions not included in TRiP98 are provided by the pytrip toolbox, like empirical models of variable RBE in proton therapy, calculations of DVH, DICOM support. Graphical user interface supplements TRiP98 by a plotting tool, capable of handling CT scans and relevant quantities like dose, LET and RBE. GUI source code was upgraded to use a new widget toolkit - PyQt5 framework, which enables maintenance and simplifies further development of the project. Pytrip provides a powerful toolbox for research in treatment planning. It enables the development and testing of variable RBE models for proton therapy. Graphical user interface aids users in the visualization and calculation of treatment plans for research purposes.
  • Thumbnail Image
    Item
    Optically stimulated luminescent response of the LiMgPO4 silicone foils to protons and its dependence on proton energy
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Sądel, Michał; Grzanka, Leszek; Swakoń, Jan; Baran, Jakub; Gajewski, Jan; Bilski, Paweł
    The prototype of the LiMgPO4 (LMP) silicone foils has been tested to find their OSL relative response to protons and their dependence on proton energy. The proton depth–-dose distribution was measured for the pristine monoenergetic 58 MeV Bragg Peak (BP) available from the AIC-144 isochronous cyclotron. 40 LMP flat sheet silicone foils stacked together inside a specially designed PMMA phantom, have been irradiated in the therapeutic room of the proton eye radiotherapy facility (IFJ PAN). The Co-60 gamma source in the same facility was used as the reference radiation. The data provided raw images registered for each LMP silicone foil after irradiation with protons and images captured after irradiation with the reference Co-60 gamma source and metadata. Data were used in the paper: Sądel Michał, Leszek Grzanka, Jan Swakoń, Jakub Baran, Jan Gajewski, and Paweł Bilski. 2023. "Optically Stimulated Luminescent Response of the LiMgPO4 Silicone Foils to Protons and Its Dependence on Proton Energy" Materials 16, no. 5: 1978. https://doi.org/10.3390/ma16051978 Prototypowe folie silikonowe na bazie LiMgPO4 (LMP) przetestowano, w celu wyznaczenia ich względnej wydajność luminescencyjnej (OSL) na protony oraz ich zależność od energii protonów. Zmierzono rozkład głębokościowy dawki protonów dla monoenergetycznej wiązki tzw. pojedynczy Pik Bragga (BP), dostępnej z izochronicznego cyklotronu AIC-144, w pomieszczeniu terapeutycznym radioterapii protonowej oka (IFJ PAN). Napromienianiu poddano 40 płaskich folii silikonowych, ułożonych wewnątrz specjalnie zaprojektowanego fantomu PMMA w formie stosu. Jako promieniowanie referencyjne wykorzystano źródło gamma Co-60. Udostępnione dane składają się z zestawu surowych obrazów zarejestrowanych dla każdej z 40 folii LMP, napromienionej wiązką protonów oraz promieniowaniem gamma, przy użyciu dedykowanego systemu obrazowania optycznego, składającego się ze źródła LED oraz wysokoczułej kamery CCD wraz z metadanymi. Udostępnione dane wykorzystane zostały w artykule: Sądel Michał, Leszek Grzanka, Jan Swakoń, Jakub Baran, Jan Gajewski, and Paweł Bilski. 2023. "Optically Stimulated Luminescent Response of the LiMgPO4 Silicone Foils to Protons and Its Dependence on Proton Energy" Materials 16, no. 5: 1978. https://doi.org/10.3390/ma16051978
  • Thumbnail Image
    Item
    Spectrum data for calculation of biological effectiveness of proton beams
    (2021-04-09) Grzanka, Leszek; Bellinzona, Valentina Elettra; Scifoni, Emanuele
    Dane wykorzystane w publikacji Bellinzona, E.V.; Grzanka, L.; Attili, A.; Tommasino, F.; Friedrich, T.; Krämer, M.; Scholz, M.; Battistoni, G.; Embriaco, A.; Chiappara, D.; Cirrone, G.A.P.; Petringa, G.; Durante, M.; Scifoni, E. Biological Impact of Target Fragments on Proton Treatment Plans: An Analysis Based on the Current Cross-Section Data and a Full Mixed Field Approach. Cancers 2021, 13, 4768. https://doi.org/10.3390/cancers13194768
  • Thumbnail Image
    Item
    Towards incorporation of RBE uncertainty in proton therapy planning systems
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2019-11) Grzanka, Leszek; Jeleń, Kinga; Waligórski, Michael
    Current arguments concerning the variability of RBE in treatment plans are reviewed and cases are discussed where proton therapy may require the use of treatment planning systems in which a variable RBE is implemented. Novel and recently introduced treatment modalities, such as Proton Arc Therapy, are considered. Risk management following the implementation of a variable RBE in proton therapy planning is also introduced and discussed.
  • Thumbnail Image
    Item
    UNCERTAINTY OF RBE MODEL IN PROTON RADIOTHERAPY BASED ON α/β RATIO AND LINEAR ENERGY TRANSFER
    (2019-12-05) Jeleń, Kinga; Grzanka, Leszek; Olko, Paweł
    Zbiór zawiera dane z eksperymentów in-vitro prowadzonych na 11 liniach komórkowych: V79-379A, V79-753B, DLD1, SQ20B, CI-1, C3H10T1/2, SCC25, HCT116, H184B5 F5-1M/10 and HF19. Dane te zaczerpnięto z krzywych przeżywalności dostępnych w artykułach źródłowych, a następnie dopasowano do nich model liniowo-kwadratowy, z którego uzyskano parametry α i β (04_Distributions, ryc. 1). Wszystkie operacje na danych eksperymentalnych, ich odczyt, przygotowanie (01_PreaparingData.ipynb) i analizę (02_Fitting_LQmodel.ipynb) wykonano w notatnikach Jupyter. Eksperymentalna baza danych została oczyszczona z wartości odstających na podstawie kilku warunków (03_Outliers.ipynb). Porównanie dawki biologicznej (05_SOBP.ipynb , ryc. 2) przeprowadzono na podstawie profilu dawki głębokiej i LET („data/sobp_10mln”) stosowanego w eksperymentach radiobiologicznych in vivo na myszach (folder „mc_simulation”).