دانلود پروژه: شبیه سازی شکست تک رشته ای ، دو رشته­ای و آسیب بازهای DNA ناشی از برخورد پروتون ها با استفاده از کد محاسباتی Geant4

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                   صفحه

فصل اول : تاریخچه و معرفی پرتو درمانی                                                                                                   1

1-1-    مقدمه                                                                                                         2

1-2-    توسعه اولیه پرتو درمانی(1895-1905)                                                               2

1-3-    کشف پتانسیل درمانی اشعه                                                                              3

1-4-     نیلز فینسن و فتوتراپی                                                                                    4

1-5-    رونتگن تراپی                                                                                                4

1-6-    توسعه و استفاده از رادیوم                                                                                  5

1-7-    درمان با رادیوم                                                                                              6

1-8-    حمام رادیوم                                                                                                  6

1-9-    پرتو درمانی امروزه (از 1935 تا به حال)                                                               7

1-10-    پرتو درمانی چیست و کاربرد آن در درمان بیماران مبتلا                                           8

1-11-    چه موقع پرتو درمانی مورد استفاده قرار می گیرد                                                  11

1-12-    تفاوت بین پرتو درمانی خارجی و پرتو درمانی داخلی(براکی تراپی)                             11

1-13-    منابع انرژی در پرتو درمانی خارجی چه منابعی هستند                                           12

1-14-    پرتو های Low LET و پرتو های High LET چه پرتو هایی هستند                         13

1-15-    طراحی درمان چیست و چرا مهم است                                                              14

فصل دوم : پروتون تراپی، تاریخچه، منطق و اثر آن روی DNA                                                           17

2-1-    ظهور پروتون در درمان سرطان                                                                         18

2-2-    روزهای اولیه : آزمایشگاه لارنس برکلی، برکلی ، کالیفرنیا                                         19

2-3-    روزهای اولیه : موسسه گوستاو ورنر و اوپسالا ورنر                                                   19

2-4-    روزهای اولیه : آزمایشگاه سیکلوترن دانشگاه هاروارد ، کمبریج ماساچوست                     20

2-5-    نسل دوم : پروتون تراپی در روسیه                                                                     21

2-6-    نسل دوم : پروتون تراپی در ژاپن                                                                       22

2-7-    نسل دوم : درمان با پروتون در سراسر جهان                                                         23

2-8-    بیمارستان مبتنی بر پروتون درمانی                                                                   23

2-9-    منطق درمان با استفاده از پروتون در درمان سرطان                                                 24

2-10-    توزیع دوز                                                                                                 24

2-11-    پیامدهای بالینی اولیه                                                                                  25

2-12-    پیامدهای بالینی کنونی                                                                                26

2-13-    فیزیک تعامل پروتون در ماده                                                                         26

2-14-    توزیع عمق دوز ذرات مختلف                                                                         27

2-15-    واکنش های پروتون                                                                                     28

2-16-    ایستانندگی                                                                                              28

2-17-    پراکندگی                                                                                                29

2-18-    واکنش های هسته ای                                                                                  30

2-19-    قله براگ                                                                                                 31

2-20-    مبانی                                                                                                     31

2-21-    سینماتیک                                                                                               32

2-22-    شار، توان، ایستانندگی و دوز                                                                          33

2-23-    انرژی از دست رفته در مقابل انرژی نشت کرده                                                    34

2-24-    مکانیزم عمل تابش و آسیب به DNA                                                              35

2-25-    رسوب انرژی و آسیب به DNA                                                                      36

2-26-    توزیع رویداد یونیزاسیون و پیچیدگی زخم                                                          38

2-27-    مقایسه پروتون تراپی با IMRT                                                                      39

فصل سوم : ساختار DNA                                                                                                                         42

3-1    مقدمه                                                                                                        43

3-2-    تاریخچه کشف ساختار DNA                                                                         43

3-3-    کار DNA در سلول ها                                                                                  47

3-4-    ویژگی ها                                                                                                   48

3-5-    باز آلی                                                                                                      49

3-6-    نوکلوئوزوم                                                                                                  51

3-7-    کروماتین                                                                                                   51

3-8-    اثرات بیولوژیکی پرتو                                                                                     52

فصل چهارم : شبیه سازی مونت کارلو و ساختار کد                                                                             58

4-1-    تاریخچه و کلیات روش مونت کارلو                                                                    59

4-2-    برآورد خطا در روش مونت کارلو                                                                        59

4-3-    متغیرهای تصادفی                                                                                        60

4-4-    ترابرد ذرات در مونت کارلو                                                                               60

4-5-    پیگیری ذرات با استفاده از مونت کارلو                                                                61

4-6-    مدیریت ذرات ثانویه                                                                                      63

4-7-     تعریف فیزیک پروتون                                                                                   65

4-8-    ورودی/خروجی کاربرد در شبیه سازی مونت کارلو                                                   67

4-9-    کدهای مونت کارلو                                                                                       68

4-10-    زیست شناسی : شبیه سازی ساختار آهنگ                                                         68

فصل پنجم : پیشینه پژوهش                                                                                                                      70

5-1-    معرفی                                                                                                    71

5-2-    مروری بر منابع                                                                                            72

فصل ششم : کد Geant و ساختار شبیه سازی                                                                                     76

6-1-    مقدمه                                                                                                       77

6-2-    پروژه Geant4-DNA                                                                                  80

6-3-    روش های هدف عمومی مونت کارلو و منبع باز                                                      82

6-4    فرآیندها و مدل های فیزیکی Geant4-DNA                                                       82

6-5-    فرآیندها و مدل های فیزیک موجود                                                                   83

6-6    پیاده سازی” فیزیک لیست ” Geant4-DNA                                                       86

6-7    مدل سازی ساختار آهنگ                                                                                 87

6-8-    محدودیت اندازه گام                                                                                      88

6-9-    تنظیم حد پایین انرژی ذرات ردگیری شده                                                           89

6-10-    مدل سازی آسیب های تابش مستقیم به DNA                                                   90

6-11-    مدل DNA                                                                                              92

6-12-    محاسبه آسیب های DNA                                                                           94

6-13-    شرح انواع آسیب اعمال شده به DNA بر اثر تابش یونیزان                                      97

6-14-    مشخصات چشمه و محل قرارگیری رشته DNA                                                  99

فصل هفتم:نتایج، بحث و پیشنهادات                                                                                                      101

7-1-    ارائه نمودارها و جداول شمار تمامی فرآیندهای فیزیکی                                          102

7-2-    نمودار های مربوط به فرآیندهای فیزیکی پروتون در محیط های همگن و ناهمگن           103

7-3-    نمودارهای مربوط به فرآیندهای فیزیکی الکترون های ثانویه در محیط های همگن و ناهمگن   106

7-4-    نمودارهای مربوط به فرآیندهای فیزیکی هیدروژن های ثانویه در محیط های همگن…..    109

7-5-    آسیب های اعمال شده به باز ها و قندهای فسفات در رشته DNA.                           111

7-6-    بحث                                                                                                       116

7-7-   پیشنهاد                                                                                                    118

مراجع                                                                                                                                                           119

پیوست                                                                                                                                                         124

 

فهرست جدول‌ها

جدول 2-1. میانگین عملکرد آسیب در سلول پستانداران تنها پس از 1 گری تحویل توسط فوتون    38

جدول 3-1. مشخصات ساختاری حالت های مختلف DNA                                                49

جدول 3-2. واکنش های تابش در حوزه زمان                                                                  55

جدول 6-1. لیستی از فرآیندهای فیزیکی Geant4-DNA                                                 84

جدول 6-2. اترژی های یونیزاسیون و برانگیختگی در آب مایع                                               96

جدول 7-1. آسیب های اعمالی به باز های رشته DNA که به ازای یک ذره فرودی                   111

جدول 7-2. آسیب های اعمالی حجم قند فسفات رشته DNA که به ازای یک ذره فرودی          113

جدول7-3. آسیب های اعمالی به حجم قند فسفات رشته DNA برحسب افزایش LET             116

جدول 7-4. مقایسه تابش با LET زیاد و LET کم                                                         117

 

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                                                                صفحه

نمودار 7-1. شمار فرآیند کاهش بار پروتون                                                                   103

نمودار 7-2. شمار فرآیند یونیزاسیون پروتون                                                                 104

نمودار 7-3. شمار فرآیند برانگیختگی پروتون                                                                 105

نمودار 7-4. شمار فرآیند یونیزاسیون الکترون                                                                 106

نمودار 7-5.شمار فرآیند برانگیختگی الکترون                                                                 107

نمودار 7-6.شمار فرآیند الحاق الکترون                                                                        108

نمودار 7-7.شمار فرآیند یونیزاسیون هیدروژن                                                                109

نمودار 7-8.شمار فرآیند برانگیختگی هیدروژن                                                               110

نمودار7-9.شمار آسیب های القا شده به باز ها                                                                112

نمودار 7-10.شمار آسیب های DSB                                                                          114

نمودار 7-11.شمار آسیب های DSB++                                                                     115

نمودار7-12. شمار آسیب های DSB بر حسب LET                                                      117

 

فهرست شکل‌ها

شکل 1-1. نیلز فینسن                                                                                                    4

شکل1-2.هنری بکرل در آزمایشگاه                                                                                     6

شکل 1-3. رسوب انرژی به عنوان یک تابع از عمق برای یک پرتو پروتونی که منجر به قله براگ می شود 16

شکل 2-1. رابرت ویلسون                                                                                              18

شکل 2-2. توزیع عمق دوز برای ذرات مختلف                                                                      27

شکل 2-3.  پراکندگی کولنی چندگانه در یک تیغه نازک. MP، صفحه اندازه گیری است                  29

شکل 2-4. زاویه پراکندگی چندگانه و از دست دادن انرژی برای پروتون ها ی160 مگا…                   30

شکل 2-5. قله براگ گسترش یافته (SOBP) به دست آمده با اضافه کردن شیفت ، قله براگ …         31

شکل 2-6.  اثرات تابش مستقیم و غیر مستقیم (از طریق نفوذ رادیکال های آزاد) در DNA است…         37

شکل 2-7. چپ: توزیع دوز فوتون ها در مقایسه با توزیع دوز پروتون ها                                        40

شکل 3-1. ساختار DNA و RNA                                                                                 44

شکل 3-2. مراحل استیلاسیون و دزاستیلایسون در هیستون                                                     47

شکل3-3. ترکیب باز های عالی موجود در DNA                                                                 50

شکل 3-4.نوکلئوزوم                                                                                                     51

شکل 3-5. مراحل تشکیل کروماتین .                                                                                52

شکل 3-6. آسیب مستقیم و غیر مستقیم .                                                                           54

شکل 3-7. روال آسیب به DNA                                                                                    54

شکل 3-8. انواع آسیب به DNA مرجع                                                                             56

شکل 4-1. تصویر شماتیکی از ردگیری ذرات با استفاده از مونت کارلو .                                         63

شکل 4-2 شبیه سازی مونت کارلو شار پروتون به عنوان یک تابع از عمق برای یک پرتو پروتونی 160 مگا 64

شکل 6-1. دستگاه های سطحی براکی تراپی و در نتیجه توزیع دوز شبیه سازی شده با Geant4         79

شکل 6-2. سطح مقطع کل پروتون و هیدروژن                                                                      85

شکل 6-3. سطح مقطع کل الکترون                                                                                   86

شکل 6-4. الگوی 2 بعدی تولید شده توسط یک الکترون با انرژی 1 کیلو الکترون ولت                     87

شکل 6-5. وابستگی نسبت تعداد گام های فیزیکی و گام های کاربر به تعداد گام های فیزیکی تنها       89

شکل 6-6. قسمتی از هندسه ترسیمی درGeant4-DNA                                                      93

شکل 6-7. هندسه مشمول بر چهار DNA و یک جفت باز                                                      94

شکل 6-8.شماتیک آسیب BD                                                                                       97

شکل 6-9. شماتیک آسیب SSB                                                                                     97

شکل 6-10.شماتیک آسیب SSB+                                                                                  97

شکل6-11. شماتیک آسیب DSB                                                                                   98

شکل 6-12. شماتیک آسیب DSB+                                                                                98

شکل 6-13. شماتیک آسیبDSB++                                                                               99

شکل 6-14.فضای شبیه سازی                                                                                       100

شکل 6-15.فضای شبیه سازی                                                                                       100

شکل 7-1.منحنی توان ایستانندگی برای ذره فرودی پروتون در آب مایع                                     102

فهرست علائم

عنوان                                                                                                                      نام نشانه

eV                                                                                                                        الکترون ولت

keV                                                                                                                کیلوالکترون ولت

MeV                                                                                                                مگاالکترون ولت

c                                                                                                                               سرعت نور

m                                                                                                                                       جرم

p                                                                                                                                  مومنتوم

E                                                                                                                                      انرژی

                                                                            انرژی جنبشی کاهش یافته

                                                                   نسبت سرعت پروتون به سرعت نور

                                                                                                      شار

S                                                                                                                      توان ایستانندگی

D                                                                                                         دوز جذب شده فیزیکی

J                                                                                                                     انرژی جذب شده

kg                                                                                                کیلوگرم

Gy                                                                                                                                    گری

                                                                                         انحراف معیار

                                                                                     انرژی الکترون دلتا

                                                                                          جرم الکترون

                                                                                                                         جرم پروتون

                                                                                                                        انرژی پروتون

                                                                                                                            سطح مقطع

LET                                                                                                    انرژی منتقل شده خطی

μSv                                                                                                                            واحد دوز

RBE                                                                                                               اثر بیولوژیکی نسبی

LET                                                                                                                 انتقال انرژی خطی

فصل اول