Repositorio
Institucional

Malano, F.

Novel PENELOPE geometry subroutine for patient-Specific dosimetry in the presence of electromagnetic fields

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY

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Technological advancements have enabled the integration of magnetic resonance imaging with linear accelerators, introducing new dosimetry challenges arising from strong magnetic fields within the ionizing radiation field. Notwithstanding the traditional pengeom subroutine, distributed with the PENELOPE package, adequately tracks particles in the presence of external electromagnetic fields, it is limited to geometries defined by quadric surfaces. Conversely, established developments such as PenEasy, which handle voxelized geometries within the PENELOPE main code, are constrained in performing particle tracking with external electromagnetic fields. In response, the here introduced voxgeom emerges as an innovative geometry subroutine tailored to track particles within voxelized regions seamlessly integrated with the PENELOPE main code, even when accounting for external electromagnetic fields. Voxgeom considers each voxel of the geometry as a body in a 3D arrangement, whereas interfaces are treated completely analogue to the pengeom subroutine. Furthermore, allows the use of patient-specific information to establish a univocal relationship between each body and material files, and integrates the models provided by the PENELOPE package for simulating electron/positron transport with external EM fields. Successful performance is obtained comparing voxgeom with the well-validated pengeom geometry manager both in absence and in presence of external strong magnetic fields. Differences up to 2 % and 1 % are reported between both subroutines, for the homogeneous and inhomogeneous phantom with magnetic field, respectively. Moreover, parameters such as percentage depth dose at depth of maximum dose, 10, and 20 cm are indistinguishable. Finally, promising dosimetry outputs are obtained using voxgeom to characterize dosimetry effects due to the presence of magnetic fields as happens in the Elekta Unity MR-LINAC in a representative patient-specific clinical case.Los avances tecnológicos han posibilitado la integración de la resonancia magnética con aceleradores lineales, introduciendo nuevos desafíos dosimétricos derivados de los intensos campos magnéticos dentro del campo de radiación ionizante. Si bien la subrutina tradicional pengeom, distribuida con el paquete PENELOPE, realiza un seguimiento adecuado de las partículas en presencia de campos electromagnéticos externos, se limita a geometrías definidas por superficies cuádricas. Por otro lado, desarrollos consolidados como PenEasy, que manejan geometrías voxelizadas dentro del código principal de PENELOPE, presentan limitaciones para el seguimiento de partículas con campos electromagnéticos externos. En respuesta, la subrutina voxgeom, aquí presentada, surge como una innovadora subrutina geométrica diseñada para el seguimiento de partículas dentro de regiones voxelizadas, integrada a la perfección con el código principal de PENELOPE, incluso considerando campos electromagnéticos externos. Voxgeom considera cada vóxel de la geometría como un cuerpo en una disposición 3D, mientras que las interfaces se tratan de forma totalmente análoga a la subrutina pengeom. Además, permite el uso de información específica del paciente para establecer una relación unívoca entre cada cuerpo y los archivos de material, e integra los modelos proporcionados por el paquete PENELOPE para simular el transporte de electrones/positrones con campos electromagnéticos externos. Se obtiene un rendimiento satisfactorio al comparar voxgeom con el gestor de geometría pengeom, ampliamente validado, tanto en ausencia como en presencia de campos magnéticos externos intensos. Se reportan diferencias de hasta el 2 % y el 1 % entre ambas subrutinas, para el fantoma homogéneo e inhomogéneo con campo magnético, respectivamente. Además, parámetros como el porcentaje de dosis en profundidad a la profundidad de dosis máxima, 10 y 20 cm son indistinguibles. Finalmente, se obtienen resultados dosimétricos prometedores utilizando voxgeom para caracterizar los efectos dosimétricos debidos a la presencia de campos magnéticos, como ocurre en el Elekta Unity MR-LINAC en un caso clínico representativo específico de un paciente.

artículo original

Voxelization in PENELOPE

Magnetic fields

Patient-specific dosimetry

Elekta Unity MR-LINAC

10.1016/j.radphyschem.2025.113027

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MONTE-CARLO SIMULATIONS

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Ingeniería Médica

Física Nuclear

Tecnología Médica

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WOS:001513764500001

Novel PENELOPE geometry subroutine for patient-Specific dosimetry in the presence of electromagnetic fields

artículo original

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY

Chemistry, Physical

Nuclear Science & Technology

Physics, Atomic, Molecular & Chemical

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0969-806X

CONICET, Argentina(Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas (CONICET))#Universidad Nacional de Cordoba, Argentina#Universidad de La Frontera, Chile

CONICET, Argentina [PIP-11220200100751CO]

Universidad Nacional de Cordoba, Argentina [33620230101110CB01]

Universidad de La Frontera, Chile [DI-21-0068, PF24-0012]

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