Exposure computational models with voxel phantoms coupled to EGSnrc Monte Carlo code

José Wilson Vieira; Viriato Leal Neto; Pedro Henrique Avelino de Andrade; Alex Cristóvão Holanda de Oliveira; Vanildo Júnior de Melo Lima; Isabelle Viviane Batista de Lacerda; Luís Rodrigo Dandrada; Arykerne Nascimento Casado da Silva; William de Souza Santos; Ivan Eufrázio de Santana; Whoody Alem Wanderley Araripe Farias; Larissa Cristina Silva dos Santos; Fernanda Gonçalves Oliveira; Fernando Roberto de Andrade Lima

doi:10.15392/2319-0612.2023.2157

Authors

José Wilson Vieira Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Viriato Leal Neto Instituto Federal Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Pedro Henrique Avelino de Andrade Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Alex Cristóvão Holanda de Oliveira Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Vanildo Júnior de Melo Lima Departamento de Anatomia, Universidade Federal de Pernambuco
Isabelle Viviane Batista de Lacerda Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste
Luís Rodrigo Dandrada Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Arykerne Nascimento Casado da Silva Departamento de Física, Universidade Federal de Pernambuco
William de Souza Santos Instituto de Física, Universidade Federal de Uberlândia
Ivan Eufrázio de Santana Departamento de Energia Nuclear, Universidade Federal de Pernambuco
Whoody Alem Wanderley Araripe Farias Departamento de Energia Nuclear, Universidade Federal de Pernambuco
Larissa Cristina Silva dos Santos Departamento de Energia Nuclear, Universidade Federal de Pernambuco
Fernanda Gonçalves Oliveira Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco
Fernando Roberto de Andrade Lima Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste

DOI:

https://doi.org/10.15392/2319-0612.2023.2157

Keywords:

Exposure Computational Models, Voxel phantoms, Monte Carlo, EGSnrc

Abstract

In computational dosimetry of ionizing radiation, the energy deposited in radiosensitive organs and tissues is evaluated when an anthropomorphic simulator (phantom) is irradiated using Exposure Computational Models (ECMs). An ECM is a virtual scene with a phantom positioned mathematically relative to a radioactive source. The initial state includes information like the type of primary particle, its energy, starting point coordinates, and direction. Subsequently, robust Monte Carlo (MC) codes are used to simulate the particle's mean free path, interaction with the medium's atoms, and energy deposition. These are common steps for simulations involving photons and/or primary electrons. The GDN (Research Group on Numerical Dosimetry and the Research Group on Computational Dosimetry and Embedded Systems) has published ECMs with voxel phantoms irradiated by photons using the MC code EGSnrc. This work has led to specific computational tools development for various numerical dosimetry stages, including input file preparation, ECM execution, and result analysis. Since 2004, the GDN developed in-house applications like FANTOMAS, CALDose_X, DIP, and MonteCarlo. Certain previously used phantoms are reintroduced to provide historical context in the ECMs' production timeline, emphasizing additive modifications inherent in systematic theme studies. The dosimetric evaluations used the binary version of the MASH (Male Adult mesh) phantom, converted to the SID (Dosimetric Information System) text file type. This format has been used by the group since 2021 to couple a voxel phantom to the EGSnrc user code. The ECM included an environmental dosimetry problem simulation. Most of these tools are accessible on the GDN page (http://dosimetrianumerica.org).

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