افزايش دز جذبي در روش فعال سازي فوتوني در بافت نشاندار شده با طلا و لوتتيم

Increasing The Absorbed Dose in Photon Activation Therapy in the Labeled Tissue by Gold and Lutetium

افزايش دز بافت هاي سرطاني و حفاظت از بافت هاي سالم يكي از مهم ترين چالش ها در راديوتراپي مي باشد. نشاندار كردن تومور با عناصر سنگين(با عدد جرمي بالا) در روش درماني فعال سازي فوتوني(Photon Activation Therapy) مي تواند دز ناحيه تومور را به صورت گزينشي نسبت به بافت هاي سالم مجاور افزايش دهد. در اين تحقيق، اثر پارامترهاي مختلف نظير انرژي پرتوهاي ايكس، نوع و غلظت عوامل فعال ساز، در توزيع دز به منظور افزايش كيفيت درمان، توسط كد شبيه سازي Geant4، بررسي شده است. مواد و روش ها در اين مطالعه، تاثير انباشت عناصر طلا و لوتتيوم در بافت هدف پرتودهي شده، با تشعشعات ايكس توسط كد Geant4 بررسي شده است. در مدل طراحي شده، چشمه پرتوهاي ايكس، دايره اي به شعاع cm 5/0و فانتوم هم به صورت مكعبي به ضلع cm15 مي باشد. آشكارساز به صورت يك مكعب مستطيل به ابعاد 3 cm5/7×3×3 در نظر گرفته شده كه تومور فرضي مكعبي شكل به ضلع cm1، در داخل آن قرار دارد. يافته هاي پژوهش: نتايج شبيه سازي با ولتاژهاي مختلف لامپ اشعه ايكس براي طلا و لوتتيوم در تومور فرضي نشاندار شده با دو غلظت 5 و 10 درصد وزني به دست آمده است. براي طلا بيشترين فاكتور افزايش دز(Dose Enhancement Factor) در ولتاژ kV100 لامپ اشعه ايكس و در مورد لوتتيوم، بيشينه DEF در دو ولتاژ kV100 و kV160 مشاهده شده است. نقش موثر عناصر فعال ساز موجب افزايش دز جذبي تومور خواهد شد. علاوه بر اين، متوسط DEF، در ولتاژ بهينه لامپ و در ناحيه تومور، با دو برابر شدن غلظت براي طلا و لوتتيوم، به ترتيب 68/1 و 76/1برابر خواهد شد. بحث و نتيجه گيري بر اساس نتايج اين تحقيق، اضافه نمودن يك عنصر فعال ساز فوتوني نظير طلا و يا لوتتيوم در ناحيه تومور، مي تواند دز اين ناحيه را در مقابل پرتوهاي ايكس با انرژي مناسب، به صورت انتخابي افزايش دهد. نگرش استفاده از عناصر فعال ساز مي تواند بهره وري در درمان سلول هاي سرطاني را بهبود بخشد.

The Increase in cancer tissues dose while protecting the surrounding healthy tissues is regarded a great challenge in radiotherapy. Photon Activation Therapy (PAT), by introducing high-Z elements to tumor, can enhance the delivered dose in tumor tissues while reducing the dose deposited in adjacent normal tissues. In this study, the effects of various parameters such as X-ray energy, type and concentration of the activation agents in the dose distribution have been investigated to improve the quality of treatment by Geant4 simulation code. Materials and Methods In this study, the effects of introducing Au and Lu in targeted tissues irradiated by X-ray beam have been investigated by Geant4 code. In the designed model, the x-ray source was considered in the shape of a circular plate with the radius of 0/5cm and the phantom in cubic shape with the side of 15cm. Rectangular cubic shape detector dimensions are 3×3×7.5 cm3 and the assumed tumor in cubic shape with the side of 1cm are located inside it. Findings:: The simulation results were obtained with different voltages of X-ray generator in labeled tumor by Au and Lu (with two concentrations of 5 and 10 wt. %). Optimum voltage of x-ray generator in order to maximum Dose Enhancement Factor (DEF) by Au was 100kV, while it was observed at 100kV and 160kV for Lutetium. Increasing the absorbed dose for tumor region could reveal the effective role of contrast agents. Furthermore, when the concentration of contrast agents was doubled, average of DEF at the optimum voltage of X-ray generator and in the tumor region, was 1.68 & 1.76 for Au and Lu, respectively. Discussion & Conclusions Based on the results, the absorbed dose in tumor region after introduction of contrast agents with specifying the optimum concentration and photon energy can be increased selectively. This approach of introducing contrast agents could improve the efficiency in the cancerous cells therapy.