بررسی فاکتور افزایش دز حاصل از ماده حاجب نانو-گادولینیوم با استفاده از شبیه‌سازی مونت‌کارلو

امروزه استفاده از نانوذرات، در افزایش تاثیر پرتودرمانی پیشرفت‌های زیادی داشته است. پارامترهای زیادی مانند اندازه، غلظت، نوع و موقعیت درون سلولی نانوذرات و هم‌چنین نوع و انرژی چشمه تابش در میزان حساس کنندگی تاثیر دارند. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، به بررسی تاثیر حضور گادولینیوم در سلول پرداخته شده است و نقش پارامترهای فیزیکی مذکور، در مقدار فاکتور افزایش دز (def) مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا با استفاده از نرم افزار 4geant، توزیع های متفاوتی از نانوذرات گادولینیوم و اتم های گادولینیوم در داخل یک سلول، شبیه سازی گردید. چشمه پرتوهای x کم‌انرژی (kev 80- kev 25) و پرانرژی حاصل از شتاب‌دهنده خطی الکترون (eave =2 mev ) به تک سلول تابانده شد و مقدار دز جذبی در غشاء، سیتوپلاسم و هسته محاسبه گردید. در ادامه با شبیه سازی یک نانوذره، به بررسی تاثیر اندازه آن و مقدار انرژی چشمه پرتوهای x، در مقدار def پرداخته شد. در مقیاس سلولی، افزایش سریعی در مقدار def بعد از لبه k رخ داد. پایین ترین مقدار def، مربوط به هسته است. بیش‌ترین مقدار def نیز متعلق به توزیع اتم های gd در سیتوپلاسم و توزیع نانوذرات gd در غشاء به ترتیب با مقدار 20/1 و 17/1 در انرژی kev 52 است. در انرژی mev 2، def در همه توزیع ها به مقدار 1 نزدیک می شود. در مقیاس نانو مشخص شد که بیش‌ترین def به نانوذرات با شعاع nm 50 مربوط است. مقدار def پس از لبه k به شدت افزایش می یابد. اما در انرژی mev 2، مقدار def به 1 نزدیک می شود.

investigation of a dose-enhancement factor of nano-gadolinium contrast agent by monte carlo simulation

nowadays, the use of nanoparticles has made many developments to enhance the effectiveness of radiotherapy. many parameters such as size, concentration, type, and intracellular position of nanoparticles, as well as type and energy of the radiation source, affect the sensitivity. in this study, the effect of the presence of gadolinium in the cell has been investigated, and the role of these physical parameters has been evaluated in the dose-enhancement factor (def). using geant4 software, different distributions of gadolinium nanoparticles (gdnp) and gadolinium atoms were simulated inside a cell. the sources of low energy (25 kev- 80 kev) and high energy from linear electron accelerator (eave =2 mev) were irradiated to a single cell, and the dose was obtained in its membrane cytoplasm, and the nucleus was calculated. then, the effect of its size and x-ray source energy on the def value was investigated by simulating a nanoparticle. at the cellular scale, a rapid increase in def occurred after the gd k-edge. the lowest def is in the core. the maximum def belongs to the distribution of gd atoms in the cytoplasm and the distribution of gd nanoparticles in the membrane with the values of 1.20 and 1.17 at 52 kev, respectively. at 2 mev, the def in all distributions is close to 1. at the nanoscale, it was also found that the highest def was related to nanoparticles with a radius of 50 nm. also, the def value increases sharply after the gd k-edge, but at 2 mev, the def value approaches 1.