Estimated Risk of Radiation-Induced Cancer after Thymoma Treatments with Proton- or X-ray Beams

We compared the calculated risks of radiation-induced secondary malignant neoplasms (SMNs) for patients treated for thymic tumors with 3D-CRT, IMRT, or single-field uniform dose (SFUD) proton beam therapy (PBT) using the pencil beam scanning (PBS) technique. A cancer-induction model based on the organ equivalent dose (OED) concept was used. For twelve patients, treated with 3D-CRT for thymic tumors, alternative IMRT and SFUD plans were retrospectively prepared. The resulting DVHs for organs at risk (OARs) were extracted and used to estimate the risk of SMNs. The OED was calculated using a mechanistic model for carcinoma induction. Two limit cases were considered; the linear-exponential model, in which the repopulation/repair of the cells is neglected, and the plateau model, in which full repopulation/repair of the irradiated cells is assumed. The calculated risks for SMNs for the different radiation modalities and dose-relation models were used to calculate relative risks, which were compared pairwise. The risks for developing SMNs were reduced for all OARs, and for both dose-relation models, if SFUD was used, compared to 3D-CRT and IMRT. In conclusion, PBS shows a potential benefit to reduce the risk of SMNs compared to 3D-CRT and IMRT in the treatment of thymic tumors.

Organ doses of the fetus from external environmental exposures

This article presents nuclide-specific organ dose rate coefficients for environmental external exposures due to soil contamination assumed as a planar source at a depth of 0.5 g cm−2 in the soil and submersion to contaminated air, for a pregnant female and its fetus at the 24th week of gestation. Furthermore, air kerma free-in-air coefficient rates are listed. The coefficients relate the organ equivalent dose rates (Sv s−1) to the activity concentration of environmental sources, in Bq m−2 or Bq m−3, allowing to time-integrate over a particular exposure period. The environmental radiation fields were simulated with the Monte Carlo radiation transport codes PHITS and YURI. Monoenergetic organ dose rate coefficients were calculated employing the Monte Carlo code EGSnrc simulating the photon transport in the voxel phantom of a pregnant female and fetus. Photons of initial energies of 0.015–10 MeV were considered including bremsstrahlung. By folding the monoenergetic dose coefficients with the nuclide decay data, nuclide-specific organ doses were obtained. The results of this work can be employed for estimating the doses from external exposures to pregnant women and their fetus, until more precise data are available which include coefficients obtained for phantoms at different stages of pregnancy.

Public Health Effects of Radioactive Airborne Effluents from Nuclear and Coal-Fired Power Plant

It has been well known that nuclear power plant and coal-fired power plant release some amount of radioactive materials during their normal operations. The purpose of this study was to compare radiation exposure doses to the public as a consequence of airborne effluents released from nuclear and coal-fired power plants under the normal operation. NRCDose3 was used to estimate radiation exposure doses to the public from gaseous effluents of nuclear power plant during its normal operation while CAP88-PC was used to calculate doses to the public living around coal-fired power plant. The results showed that radiation exposure doses from nuclear power plant were less than those from coal-fired power plant and regulatory annual limits. Effective dose by external exposure, skin equivalent dose, and organ equivalent dose from gaseous effluents of nuclear power plant were 2.93 × 10−4 mSv/y, 2.90 × 10−3 mSv/y, and 1.78 × 10−2 mSv/y, respectively. On the contrary, the corresponding effective dose by external exposure, external skin dose, and organ dose from coal-fired power plant were 1.13 × 10−2 mSv/y, 5.33 × 10−2 mSv/y, and 1.17 × 10−1 mSv/y, respectively.

Uncertainty analysis in internal dose calculations for cerium considering the uncertainties of biokinetic parameters and S values

Radioactive cerium and other lanthanides can be transported through the aquatic system into foodstuffs and then be incorporated by humans. Information on the uncertainty of reported dose coefficients for exposed members of the public is then needed for risk analysis. In this study, uncertainties of dose coefficients due to the ingestion of the radionuclides 141Ce and 144Ce were estimated. According to the schema of internal dose calculation, a general statistical method based on the propagation of uncertainty was developed. The method takes into account the uncertainties contributed by the biokinetic models and by the so-called S values. These S-values were derived by using Monte Carlo radiation transport simulations with five adult non-reference voxel computational phantoms that have been developed at Helmholtz Zentrum München, Germany. Random and Latin hypercube sampling techniques were applied to sample parameters of biokinetic models and S values. The uncertainty factors, expressed as the square root of the 97.5th and 2.5th percentile ratios, for organ equivalent dose coefficients of 141Ce were found to be in the range of 1.2–5.1 and for 144Ce in the range of 1.2–7.4. The uncertainty factor of the detriment-weighted dose coefficient for 141Ce is 2.5 and for 144Ce 3.9. It is concluded that a general statistical method for calculating the uncertainty of dose coefficients was developed and applied to the lanthanide cerium. The dose uncertainties obtained provide improved dose coefficients for radiation risk analysis of humans. Furthermore, these uncertainties can be used to identify those parameters most important in internal dose calculations by applying sensitivity analyses.

Predicted Secondary Malignancies following Proton versus Photon Radiation for Oropharyngeal Cancers

Purpose There has been a recent epidemic of human papillomavirus (HPV)–positive oropharyngeal cancer, accounting for 70% to 80% of diagnosed cases. These patients have an overall favorable prognosis and are typically treated with a combination of surgery, chemotherapy, and radiation. Because these patients live longer, they are at risk of secondary malignant neoplasms (SMNs) associated with radiation therapy. Therefore, we assessed the predicted risk of SMNs after adjuvant radiation therapy with intensity-modulated proton therapy (IMPT) compared with intensity modulated photon radiation therapy (IMRT) in patients with HPV- positive oropharyngeal cancers after complete resection. Materials and Methods Thirteen consecutive patients with HPV-positive oropharyngeal cancers treated with postoperative radiation alone were selected. All patients were treated with pencil beam scanning IMPT to a total dose of 60 Gy in 2 Gy fractions. The IMRT plans were generated for clinical backup and were used for comparative purposes. The SMN risk was calculated based on an organ equivalent dose model for the linear-exponential dose-response curve. Results Median age of the patient cohort was 63 years (range, 47-73 years). There was no difference in target coverage between IMPT and IMRT plans. We noted significant reductions in mean mandible, contralateral parotid, lung and skin organ equivalent doses with IMPT compared with IMRT plans (P < .001). Additionally, a significant decrease in the risk of SMNs with IMPT was observed for all the evaluated organs. Per our analysis, for patients with oropharyngeal cancers diagnosed at a national median age of 54 years with an average life expectancy of 27 years (per national Social Security data), 4 excess SMNs per 100 patients could be avoided by treating them with IMPT versus IMRT. Conclusions Treatment with IMPT can achieve comparable target dose coverage while significantly reducing the dose to healthy organs, which can lead to fewer predicted SMNs compared with IMRT.

Ακτινοθεραπεία σε λεμφώματα Hodgkin

Η χρήση της ακτινοθεραπείας εκθέτει όλα τα υγιή όργανα εντός και εκτός πεδίου ακτινοβόλησης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία. Το αποτέλεσμα της προαναφερθείσας έκθεσης των υγιών ιστών είναι ο αυξημένος κίνδυνος εμφάνισης δευτερογενούς καρκίνου μετά την ακτινοθεραπεία. Στη διεθνή βιβλιογραφία, σημειώνεται σημαντική έλλειψη δεδομένων για τη δόση ακτινοβολίας και τον κίνδυνο καρκινογένεσης των υγιών οργάνων, μετά από ακτινοθεραπεία λεμφώματος Hodgkin. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι ο υπολογισμός της δόσης ακτινοβολίας των υγιών οργάνων που βρίσκονται μερικώς εντός ή εκτός του πεδίου ακτινοθεραπείας για ασθενείς με λέμφωμα Hodgkin, με τις μεθόδους IFRT (Involved Field Radiotherapy) και ISRT (Involved Site Radiotherapy), καθώς και η εκτίμηση του κινδύνου εμφάνισης δευτερογενούς καρκίνου.Όργανα που εκτίθενται σε πρωτογενή ακτινοβολία:Έγινε χρήση δεδομένων από πλάνα τρισδιάστατης σύμμορφης ακτινοθεραπείας (3DCRT) ασθενών, με τις μεθόδους IFRT και ISRT. Εξετάστηκαν ασθενείς που ακτινοβολήθηκαν σε ανατομικές περιοχές πάνω και κάτω από το διάφραγμα. Υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν για την ισοδύναμη δόση (Organ Equivalent Dose, OED), όπως αυτή προτάθηκε από την ομάδα των Schneider et al, καθώς και για το Lifetime attributable risk (LAR). Ακόμα, έγινε χρήση τριών διαφορετικών μοντέλων εκτίμησης κινδύνου: mechanistic, plateau και bell shaped model. Τα, προς μελέτη, όργανα για θεραπείες σε ανατομικές περιοχές πάνω από το διάφραγμα ήταν: οι μαστοί, οι πνεύμονες, ο θυρεοειδής αδένας, ο φάρυγγας, η στοματική κοιλότητα και ο οισοφάγος. Τα αντίστοιχα όργανα για ακτινοθεραπεία σε περιοχές κάτω από το διάφραγμα ήταν: το κόλον, το ορθό και η ουροδόχος κύστη. Ο κίνδυνος που υπολογίστηκε από τις παραπάνω μετρήσεις συγκρίθηκε με τον κίνδυνο καρκινογένεσης στο μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία πληθυσμό. Όλοι οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν για έκθεση ασθενούς στις ηλικίες των 20, 30 και 40 ετών.Για ακτινοθεραπεία σε ανατομικές περιοχές πάνω από το διάφραγμα το εύρος της OED υπολογίστηκε ίσο με 0.63 – 8.53 Gy και 0.63 – 7.26 Gy με τις μεθόδους IFRT και ISRΤ, αντίστοιχα. Το αντίστοιχο εύρος για ακτινοβόληση σε ανατομικές περιοχές κάτω από το διάφραγμα βρέθηκε 0.18 – 7.64 Gy και 0.80 - 4.95 Gy. Ο κίνδυνος καρκινογένεσης υπολογίστηκε από 0.5% έως 8.0% με τη μέθοδο IFRT και από 0.5% έως 5.2% για την ISRT, μετά από ακτινοθεραπεία πάνω από το διάφραγμα. Για ακτινοθεραπεία σε περιοχές κάτω από το διάφραγμα ο αντίστοιχος κίνδυνος με τη μέθοδο IFRT ήταν 0.1% - 13.0% και 0.5% - 8.4% με την ISRT. Η σημαντικότερη μείωση του κινδύνου καρκινογένεσης με τη μέθοδο ISRT αντί της IFRT παρατηρείται σε μαστό και πνεύμονες για ακτινοθεραπεία πάνω από το διάφραγμα. Αντίστοιχα, ακτινοθεραπεία κάτω από το διάφραγμα με τη μέθοδο ISRT παρουσιάζει σημαντική μείωση κινδύνου δευτερογενούς καρκίνου σε ορθό και κόλον σε σύγκριση με την IFRT. Για την ουροδόχο κύστη βρέθηκε αύξηση του κινδύνου καρκινογένεσης με τη μέθοδο ISRT σε σχέση με την IFRT. Ωστόσο, ο κίνδυνος αυτός είναι μικρότερος από τον κίνδυνο στο, μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία, πληθυσμό. Εκτός πεδίου ακτινοθεραπείας όργανα:Ο υπολογισμός της μέσης δόσης σε όργανα που βρίσκονται εκτός πεδίου ακτινοβόλησης κατά τη διάρκεια ακτινοθεραπείας σε ασθενείς με λέμφωμα Hodgkin έγινε με χρήση της μεθόδου Monte Carlo, σε συνδυασμό με μαθηματικό ανθρωπόμορφο ομοίωμα. Χρησιμοποιήθηκε προσομοίωση κεφαλής γραμμικού επιταχυντή με δέσμη φωτονίων ενέργειας 6 MV. Πραγματοποιήθηκε προσομοίωση θεραπειών ασθενών με λέμφωμα Hodgkin στο μεσοθωράκιο, την πύελο και τη μασχαλιαία χώρα, με τις μεθόδους IFRT και ISRT. Για την εκτίμηση κινδύνου καρκινογένεσης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της αναφοράς του BEIR VII. Υπολογισμοί της μέσης δόσης έγιναν για όλα τα όργανα που βρίσκονται εκτός πεδίου ακτινοβόλησης και ορίζονται στην ICRP-103. Ο κίνδυνος καρκινογένεσης μετά από ακτινοθεραπεία στο μεσοθωράκιο εκτιμήθηκε για το κόλον, το στομάχι, την ουροδόχο κύστη, το ήπαρ, τον θυρεοειδή αδένα και τον προστάτη. Αντίστοιχα, ο κίνδυνος μετά από ακτινοθεραπεία στην περιοχή της πύελου υπολογίστηκε για το στομάχι, τους πνεύμονες, το ήπαρ, το μαστό, τις ωοθήκες, τους όρχεις και το θυρεοειδή αδένα. Για ακτινοθεραπεία στη μασχαλιαία χώρα εκτίμηση του κινδύνου έγινε για: το κόλον, το στομάχι, την ουροδόχο κύστη, το ήπαρ, το θυρεοειδή αδένα, το μαστό, τις ωοθήκες, τους όρχεις και τον προστάτη. Όλοι οι υπολογισμοί του κινδύνου πραγματοποιήθηκαν για ακτινοβόληση ασθενούς στην ηλικία των 20, 30 και 40 ετών. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση του κινδύνου καρκινογένεσης, που υπολογίστηκε με τον αντίστοιχο κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου σε πληθυσμό μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία.Το εύρος της μέσης δόσης στα εκτός πεδίου όργανα μετά από ακτινοθεραπεία σε μεσοθωράκιο, πύελο και μασχαλιαία χώρα με τη μέθοδο IFRT υπολογίστηκε, 7.5 – 481 mGy, 5.0 – 774.5 mGy, 5.0 – 594 mGy αντίστοιχα. Το αντίστοιχο εύρος με την ISRT μέθοδο ήταν: 2.0 – 246 mGy, 3.0 – 300.5 mGy, 2.5 – 234 mGy. Ο θυρεοειδής αδένας εμφανίζει τον υψηλότερο κίνδυνο καρκινογένεσης για γυναίκες και άνδρες ασθενείς, μετά από ακτινοθεραπεία στο μεσοθωράκιο. Για ακτινοθεραπεία στην πύελο μέγιστος κίνδυνος παρατηρείται για το μαστό στις γυναίκες και το στομάχι στους άνδρες. Αντίστοιχα, μετά από ακτινοθεραπεία στη μασχαλιαία χώρα ο υψηλότερος κίνδυνος καρκινογένεσης βρέθηκε στο θυρεοειδή αδένα στους άνδρες και το μαστό στις γυναίκες. Σε όλες τις περιπτώσεις, η χρήση της ISRT μεθόδου είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση στον κίνδυνο καρκινογένεσης σε σχέση με την IFRT. Τέλος, σε όλα τα εκτός πεδίου όργανα ο κίνδυνος καρκινογένεσης ήταν μικρότερος από τον αντίστοιχο στο μη εκτιθέμενο σε ακτινοβολία πληθυσμό.