ارزيابي فاكتور افزايش دوز با استفاده از نانوذرّات بور و گادولينيوم در تومور در پرتودرماني به روش شكار نوتروني از طريق شبيه سازي مونت كارلو

An assessment of Dose Enhancement Factor in Presence of Boron and Gadolinium Nanoparticles Inside Tumour in Neutron Capture Therapy by Monte Carlo Method

زمينه و هدف: هدف اين مطالعه بررسي اثر افزايش دوز تومور با حضور بور-10 و گادولينيوم-157 و نانو ذرّات آنها در پرتودرماني به روش شكار نوتروني به روش مونت كارلو مي باشد. مواد و روش ها: يك چشمه كاليفرنيوم-252 مدل AT با استفاده از كد مونت كارلو MCNPX شبيه‌سازي شد و پارامترهاي دوزيمتري آن محاسبه و با ساير مطالعات مقايسه شد. از چشمه كاليفرنيوم-252 به عنوان چشمه نوترون استفاده شد و افزايش دوز در داخل تومور در حضور بور-10، گادولينيوم-157، نانوذرّات بور-10 و نانوذرّات گادولينيوم-157 براي غلظت هاي 100، 200 و 500 پي پي ام از موادّ شكار مذكور، در درمان به روش شكار نوتروني مورد مقايسه قرار گرفت. براي اين منظور اطراف چشمه كاليفرنيوم-252، يك فانتوم بافت نرم و يك تومور شامل هر كدام از مواد شكار، در نظر گرفته شد. يافته ها: پارامترهاي دوزيمتري مقادير قدرت كرماي هوا و ثابت آهنگ دوز محاسبه شده براي چشمه كاليفرنيوم-252 به ترتيب برابر 0/306 cGycm2/hµg و 5/782 cGy/Uh مي باشد. در بين مواد مورد بررسي، بيشينه فاكتور افزايش دوز براي غلظت 500 پي پي ام بور-10 و نانوذرّات بور-10 به دست آمد كه براي اين مواد به ترتيب برابر با 1/06 و 1/08 به دست آمده است. نتيجه گيري: اختلاف قدرت كرماي هوا و ثابت آهنگ دوز به دست آمده در مطالعه حاضر با ساير مطالعات به ترتيب 7/27 و 1/10 درصد مي باشد. از نظر افزايش دوز، موادّ شكار محتوي بور-10 براي استفاده در درمان به روش شكار نوتروني عوامل بهتري هستند. در غلظت هاي يكسان، فاكتور افزايش دوز براي موادّ شكار به صورت نانوذرّه بالاتر از زمان حضور موادّ شكار به صورت اتمي مي باشد. بنابراين، استفاده از نانوذرّات موادّ شكار نسبت به استفاده از موادّ شكار به صورت اتمي، ترجيح داده مي شود. با اين حال قبل از استفاده باليني از اين عوامل شكار در درمان به روش شكار نوتروني، ساير معيارهاي پزشكي، شيميايي و فيزيكي براي مقايسه آنها مورد توجّه قرار گيرند.

Background: The aim of this study is to assess of dose enhancement effect in tumour in presence of 10B, 157Gd, 10B nanoparticles and 157Gd nanoparticles in radiotherapy through neutron capture by Monte Carlo method. Materials and Methods: A 252Cf brachytherapy source AT model was simulated by Monte Carlo method code MCNPX and its TG-43 parameters were calculated and compared with previous corresponding data. This 252Cf brachytherapy source was used as a neutron source in neutron capture therapy. Dose enhancement factor was compared in tumour in presence of 10B, 157Gd, 10B nanoparticles and 157Gd nanoparticles for the concentrations of 100, 200 and 500 ppm of each capture agents in neutron capture. For this aim, around the 252Cf source, a spherical soft tissue phantom and a tumour containing each capture agents were considered. Results: Calculated air kerma strength and dose rate constant for 252Cf source equals to 0.306 cGycm2/hμg and 5.782 cGy/Uh respectively. Among examined agents, maximum DEF belonged to 10B and 10B nanoparticles in concentration of 500 ppm. These values were reported as 1.06 and 1.08 respectively. Conclusion: IN this study, air kerma strength and dose rate constant indicate difference of %7.27 and %1.10 with other corresponding values. In dose enhancement point of view, capture agents containing 10B are more useful in neutron capture therapy. In the same concentrations, dose enhancement factor for capture agents in nanoparticles form is higher than the presence of capture agents in atomic form. So, it is preferable to use of nanoparticle capture agent rather than atomic form. However, it should be noted that before clinical usage of this agents, other medical, chemical and physical criteria should be considered, for their comparison, in selection of capture agents in neutron capture therapy.