محاسبه و ارزیابی نهشت انرژی و S-Value ناشی از الکترون‌های کم-‌انرژی در یک مدل چندسلولی، با استفاده از Geant4-Dna

امروزه، روش های پرتودرمانی هدفمند در درمان سرطان، می کوشند علاوه بر نابودی کامل تومور هدف، تا جای ممکن سلول های سالم مجاور آن را در معرض تابش یونیزان قرار ندهند. از این رو، ذرات باردار کوتاهبردی چون الکترون های کمانرژی که برای دستیابی توامان به این دو هدف مناسب اند، نقش مهمی را در پرتودرمانی هدفمند ایفا می کنند و بنابراین، اتخاذ روش های دقیق نظیر شبیه سازی های مونت کارلو به منظور انجام دزیمتری سلولی الکترون ها و درک بهتر الگوی نهشت انرژی آن ها در سطح سلول ضروری می نماید. در این مطالعه، با استفاده از کد شبیه سازی geant4-dna، چهار سلول (و هسته ی) کروی از جنس آب مایع در محیط بافت نرم، به عنوان یک خوشه ی سلولی مدل سازی شد. یکی از سلول های این مدل به عنوان چشمه ی گسیل الکترون های تک انرژی kev 10-1 در نظر گرفته شد و نهشت انرژی به همراه کمیت s-value، در این سلول و سلول های مجاور آن به ازای فواصل سلولی مختلف، محاسبه گردید. در کنار اعتبارسنجی مقادیر برآورد شده ی geant4-dna از طریق مقایسه با داده های گزارش شده توسط کمیته ی دز تابش داخلی درمانی و نتایج به دست آمده از نسخه ی پیشین این کد، که توافق بسیار خوبی را نشان می دهد، ارزیابی نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزایش فاصله ی بین سلولی به میزان زیادی (50 درصد و بیشتر) بر کاهش نهشت انرژی و s-value در سلول های مجاور سلول چشمه موثر است. علاوه بر این، برای انرژی های kev 3 و بالاتر، انرژی نهشت یافته در سلول های مجاور عموماً به گونه ای است که می تواند موجب تخریب و مرگ سلولی شود؛ موضوع مهم دیگری که باید در انتخاب رادیوداروی (گسیلنده ی الکترون) مناسب و طراحی بهینه ی درمان برای انجام پرتودرمانی هدفمند تومورها در موارد واقعی مورد توجه قرار گیرد.

Calculation and evaluation of energy deposition and S-value caused by low-energy electrons in a multicellular model using Geant4-DNA

Today, targeted radiation therapy (TRT) methods for cancer treatment, besides the goal of completely destroying the target tumor, attempts to prevent nearby healthy cells from exposure to ionizing radiation as far as possible. Hence, shortrange charged particles, such as lowenergy electrons that are suited to achieving these two goals together, play an important role in TRT and so, adoption of precise methods such as Monte Carlo simulations to perform cellular dosimetry of electrons and to get better knowledge of their energy deposition pattern at the cellular level is necessary. In this study, with the help of Geant4DNA simulation code, four spherical cells (and nuclei) of liquid water in the soft tissue medium were modeled as a cell cluster. One of the cells in this model was considered as a radiation emission source of 110 keV monoenergetic electrons, and the energy deposition along with the Svalue were calculated in this cell and its neighboring cells for different celltocell distances. In addition to validating the Svalues estimated by Geant4DNA through comparing them to the values reported by Medical Internal Radiation Dose (MIRD) committee as well as the results obtained by previous version of Geant4DNA, which shows a very good agreement, the evaluation of the results suggests that increasing the intercellular distance is significantly effective (50% or more) in reducing the energy deposition and Svalue in cells adjacent to the source cell. Moreover, for electron energies of 3 keV and higher, the energy deposited in the nearby cells is such that it can cause cell destruction and death. Therefore, this is another important issue which should be considered in the selection of the suitable (electronemitting) radiopharmaceutical as well as optimal treatment design for TRT of tumors in actual cases.