Original articleImpact of X-ray energy on absorbed dose assessed with Monte Carlo simulations in a mouse tumor and in nearest organs irradiated with kilovoltage X-ray beamsImpact de l'énergie sur la dose absorbée évaluée par des simulations Monte Ca

PurposeRadiotherapy treatments to local tumors are always associated with dose deposit in surrounding tissues and even in distant tissues not traversed by the radiation beams. In the present work, we demonstrate by Monte Carlo simulations the impact of radiation energy on absorbed dose in a lung tumor and in other secondary organs in a digital mouse. We also report the energy difference between simulations of monoenergetic and spectral radiations, and between CT-based and atlas-made digital mouse.Materials and methodsWe simulated seven monoenergetic and spectral radiation beams from 50 keV (or kVp) to 450 keV (or kVp). For each energy mode, the beams were generated along seven angles converging on the tumor. We assessed the absorbed dose in ten volumes including the lungs, the heart and the spine.ResultsThe results showed an increase of absorbed dose as a function of energy with a lowest dose at 100 keV. In the secondary organs not traversed by the beams, the spinal cord received doses of 0.78% and 0.07%, and the spinal bone received 2.36% and 0.35% relative to those in the tumor, respectively at 50 keV and at 450 keV. A region in the heart not traversed by the beams received 2% of the dose to the tumor.ConclusionsThe optimal energy to the tumor with relatively reduced doses to other organs was achieved at energies around 200 keV. At these energies, the surrounding of the tumor received lesser doses. Monoenergetic radiations were found to be more appropriate to target the tumor than spectral radiations produced by X-ray tubes, and CT-based digital mouse was more realistic than atlas-based mouse since it accounts for tissue heterogeneity.

RésuméObjectifLes traitements de tumeurs locales par irradiation sont toujours associés avec des dépôts de dose dans les tissus environnants et même dans les tissus proches non irradiés par les faisceaux de rayonnement. Dans le présent travail, nous démontrons par des simulations Monte Carlo l'impact de l'énergie du rayonnement sur les doses absorbées dans une tumeur pulmonaire d'une souris numérique et dans d'autres organes secondaires. Nous présentons également l'impact de l'énergie dans les simulations de radiations monoénergétiques et spectrales, et entre la souris numérique produite par les images de tomodensitométrie et par un atlas.Matériel et méthodesNous avons simulé sept faisceaux monoénergétiques de 50 keV à 450 keV et sept faisceaux polyénergétiques de 50 kVp à 450 kVp. Pour chaque énergie, quel que soit le mode, nous avons simulé une balistique à sept faisceaux isocentriques. Nous avons analysé les doses absorbées dans dix volumes dont les poumons, le cœur et la colonne vertébrale.RésultatsLes résultats ont montré une augmentation de la dose absorbée en fonction de l'énergie avec les effets les plus faibles constatés à l'énergie de rayonnement de 100 keV. Pour les tissus secondaires non traversés par les faisceaux, la moelle épinière a reçu des doses de 0,78 % et 0,07 %, et la colonne vertébrale a reçu 2,36 % et 0,35 % relativement à celles de la tumeur, respectivement, à 50 keV à 450 keV. Une région du cœur non traversée par les faisceaux a reçu une dose de 2 % de celle de la tumeur.ConclusionsUne énergie proche de 200 keV semble optimale pour irradier la tumeur tout en épargnant les tissus sains environnants. Les faisceaux monoénergétiques ont paru plus appropriés que les faisceaux polyénergétiques produits par des tubes à rayons X. La souris numérique basée sur des images de tomodensitométrie était plus réaliste que la souris obtenue à partir d'un atlas.