بررسی تأثیر میدان مغناطیسی بر افزایش دز نانوذرات در پرتودرمانی با پروتون: مقایسه رویکردهای شبیه‌سازی تک‌مرحله‌ای و فضای فاز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شریف

2 مدیر گروه مهندسی هسته ای- دانشکده مهندسی انرژی- دانشگاه صنعتی شریف

3 پژوهشگاه دانش های بنیادی

چکیده
اخیراً، برای افزایش بهره درمان توجه ویژه‌ای به استفاده از نانوذرات در پرتودرمانی می‌شود. ترکیب پروتون‌درمانی با تصویربرداری تشدید مغناطیسی به سرعت در حال توسعه است. یکی از چالش‌های مرتبط، تأثیر احتمالی میدان مغناطیسی بر توزیع دز در اطراف نانوذرات است. در مطالعه حاضر، ضریب افزایش دز یک نانوذره با شعاع 25 نانومتر از جنس طلا، گادولینیم و اکسید آهن سوپرپارامغناطیس پرتودهی‌شده توسط پروتون‌های 50، 150 و 250 مگاالکترون‌ولت، با و بدون حضور میدان مغناطیسی با شدت‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، دو رویکرد شبیه‌سازی (رویکرد تک مرحله‌ای و رویکرد فضای فاز) با استفاده از جعبه ابزار Geant4 در نظر گرفته شده و نتایج حاصل از دو لیست فیزیکی الکترومغناطیس به نام لیورمور و پنلوپه مقایسه شده است. نتایج نشان داد که استفاده از نانوذرات سنگین‌تر (یعنی چگالی و عدد اتمی مؤثر بالا) دز را بیشتر از نانوذرات سبک‌تر افزایش می‌دهد. تفاوت بین دو لیست فیزیکی در مقایسه ضریب افزایش دز، در ناحیه انرژی پایین قابل توجه است و تا 20% نیز می‌رسد. علاوه بر این، یک میدان مغناطیسی با شدت تا 7 تسلا تأثیر قابل توجهی بر توزیع دز در اطراف نانوذرات و تعداد ذرات ثانویه نشان نداد. نتایج این مطالعه، راه را برای مطالعات تجربی امکان‌سنجی ترکیب پروتون درمانی با حضور همزمان نانوذرات و میدان مغناطیسی هموار کرده است که می‌تواند قبل از شروع فاز بالینی کمک‌کننده باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigating the Effect of Magnetic Field on Nanoparticle Dose Enhancement in Protontherapy: Comparison of Single-stage and Phase-space Simulation Approaches

نویسندگان English

Jafar Alamgir 1
Seyed Abolfazl Hosseini, 2
ehsan salimi 3
1 Sharif University of Technology
2 Sharif University of Technology
3 Institute for Research in Fundamental Sciences, IPM
چکیده English

Recently, special attention has been paid to the use of nanoparticles (NPs) in radiation therapy to enhance the therapeutic gain. Combining proton therapy with Magnetic Resonance Imaging has been developing rapidly. One of the associated challenges is the possible impact of a magnetic field on the dose distribution around NPs. In the present study, the dose enhancement factor of a 25 nm radius gold, gadolinium, and superparamagnetic iron oxide NP irradiated by protons of 50, 150, and 250 MeV has been examined with and without the presence of a static magnetic field with different strengths. In addition, two simulation approaches (single-stage and phase-space approaches) using the Geant4 toolkit are considered and the results from two electromagnetic physical lists, Livermore and Penelope, are compared. The results show that using heavier NPs (i.e., high density and effective atomic number) increases the dose more than the lighter ones. The difference between the two investigated physics lists is significant in the low-energy region and reaches up to 20% in dose enhancement factor calculations. Moreover, a magnetic field with a strength of up to 7 T did not reveal a significant effect on the dose distribution around NPs and the number of secondary particles. The results of this study have paved the way for experimental studies of the feasibility of combining proton therapy with the simultaneous presence of NPs and magnetic field, which can be helpful before the start of the clinical phase.

کلیدواژه‌ها English

Proton therapy
Nanoparticle
Dose enhancement factor
Monte Carlo simulation
Geant4

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 خرداد 1404