A simplified model of the source channel of the Leksell Gamma Knife(R)^(R): testing multisource configurations with PENELOPE

A simplification of the source channel geometry of the Leksell Gamma Knife$^{\circledR}$, recently proposed by the authors and checked for a single source configuration (Al-Dweri et al 2004), has been used to calculate the dose distributions along the $x$, $y$ and $z$ axes in a water phantom with a diameter of 160~mm, for different configurations of the Gamma Knife including 201, 150 and 102 unplugged sources. The code PENELOPE (v. 2001) has been used to perform the Monte Carlo simulations. In addition, the output factors for the 14, 8 and 4~mm helmets have been calculated. The results found for the dose profiles show a qualitatively good agreement with previous ones obtained with EGS4 and PENELOPE (v. 2000) codes and with the predictions of GammaPlan$^{\circledR}$. The output factors obtained with our model agree within the statistical uncertainties with those calculated with the same Monte Carlo codes and with those measured with different techniques. Owing to the accuracy of the results obtained and to the reduction in the computational time with respect to full geometry simulations (larger than a factor 15), this simplified model opens the possibility to use Monte Carlo tools for planning purposes in the Gamma Knife$^{\circledR}$.Comment: 13 pages, 8 figures, 5 table

Effects of bone- and air-tissue inhomogeneities on the dose distributions of the Leksell Gamma Knife®^{\circledR} calculated with PENELOPE

Monte Carlo simulation with PENELOPE (v.~2003) is applied to calculate Leksell Gamma Knife$^{\circledR}$ dose distributions for heterogeneous phantoms. The usual spherical water phantom is modified with a spherical bone shell simulating the skull and an air-filled cube simulating the frontal or maxillary sinuses. Different simulations of the 201 source configuration of the Gamma Knife have been carried out with a simplified model of the geometry of the source channel of the Gamma Knife recently tested for both single source and multisource configurations. The dose distributions determined for heterogeneous phantoms including the bone- and/or air-tissue interfaces show non negligible differences with respect to those calculated for a homogeneous one, mainly when the Gamma Knife isocenter approaches the separation surfaces. Our findings confirm an important underdosage ($\sim$10%) nearby the air-tissue interface, in accordance with previous results obtained with PENELOPE code with a procedure different to ours. On the other hand, the presence of the spherical shell simulating the skull produces a few percent underdosage at the isocenter wherever it is situated.Comment: 13 pages, 8 figures, 2 table

Estudio Monte Carlo de la dosimetría del Gamma Knife®

En este trabajo se ha estudiado la dosimetría del Leksell Gamma Knife®, una unidad de radiación utilizada para la realización de intervenciones intracraneales de radiocirugía. Este instrumento se basa en la utilización de 201 fuentes de 60Co dispuestas de forma tal que es posible impatir una dosis de radiación elevada a la zona de tratamiento, reduciendo considerablemente la irradiación de las zonas adyacentes. En este trabajo hemos hecho uso del código de simulación Monte Carlo PENELOPE (versión 2001). La geometría real se ha simplificado a fin de poder generarla mediante el paquete geométrico del propio código. En primer lugar hemos analizado el comportamiento de una fuente individual, estudiando el ángulo efectivo de emisión, variable crucial a la hora de la realización de las simulaciones. Hemos determinado que este ángulo resulta ser mucho menor que el considerado anteriormente por otros autores. En particular, un valor máximo de unos 3º es suficiente para describier correctamente la dosimetría en el maniquí que simula al paciente. Las correlaciones de las distintas variables de interés resultan ser de gran importancia. Cabe destacar las fuertes correlaciones existentes, por un lado, entre la distancia al eje del haz y el ángulo 0 de salida en las distintas etapas de colimación y, por otro, entre la posición (x,y) en dichas etapas y el ángulo acimutal a la salida de las mismas. En base a los resultados obtenidos para la fuente individual, hemos simplificado la geometría de ésta y hemos comprobado la fiabilidad de dicha simplificación. Cabe resaltar que el resultado del complejo sistema de colimación de las fuentes del Gamma Knife® puede describirse en términos de una fuente puntual , situada en el centro del núcleo activo de la fuente real , que emite fotones isótropamente, en un cono de apertura igual a la de los colimadores finales de los cascos de tratamiento. Esta geometría simplificada produce las mismas dosis transversales en el foco y perfiles en profundidad que la geometría completa, para los cuatro cascos. La geometría simplificada produce perfiles de dosis y factores de salida similares a los obtenidos por otros autores cuando se consideran distintas configuraciones de las 201 fuentes disponibles en el Gamma Knife®. Esta simplificación permite aproximarse a la posibilidad de realizar planificaciones de tratamientos reales directametne mediante simulación Monte CarloUniversidad Granada, Departamento de Física Moderna. Leída e