Journal of Torbat Heydariyeh University of Medical Sciences

fa بررسی تأثیر پارامترهای فیزیکی نانوذرات بر کارایی پروتوندرمانی تومور مغزی با شبیه سازی مونت کارلو Investigation of the effect of nanoparticle physical parameters on the efficiency of proton therapy for brain tumors using Monte Carlo simulation تخصصي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">زمینه و هدف: پروتون‌درمانی به دلیل توزیع دز دقیق، روشی موثر برای درمان سرطان‌های پیچیده است. اما افزایش اثربخشی آن چالش دارد. استفاده از نانوذرات به‌عنوان افزایش‌دهنده حساسیت به تابش، رویکردی نوین است. این مطالعه، ارزیابی تأثیر نانوذرات مختلف بر افزایش دز در پروتون‌درمانی با استفاده از شبیه‌سازی مونت‌کارلو است. روش ها: فانتوم آب با ابعاد 13/2×17/2×13/2سانتی‌متر مکعب در مرکز سلول جهان به شعاع 100 سانتی متری، شامل توموری مکعبی به ضلع 2 سانتی‌متر و پرتو پروتونی با انرژیMeV120 در کد مونت‌کارلو  MCNP6.1.شبیه‌سازی شد. نانو ذرات طلا ، اکسید هافنیوم و اکسید آهن به صورت هندسه تکرار شونده در تومور شبیه سازی و توزیع شدند. 14 برنامه با 109 ذره جهت دستیابی به خطای 1 درصد اجرا شد. در نهایت فاکتور افزایش دز محاسبه و اثر سایز و غلظت نانوذرات بر آن بررسی شد. نتایج: نانوذرات طلا با غلظت 30 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر و سایز 50 نانومتر، بالاترین فاکتور افزایش دز را ایجاد کرد (2/2 درصد)، در‌حالی‌که اکسید هافنیوم و اکسید آهن اثر کمتری داشتند. افزایش غلظت نانوذرات، فاکتور افزایش دز را بیش از 4 برابر (از 0/5 درصد به 2/2 درصد) افزایش داد، اما تغییر سایز نانوذرات، فاکتور افزایش دز را از 2/2 درصد به 1/71 درصد کاهش داد. از این رو غلظت نانوذرات بیش از سایز آن‌ها بر فاکتور افزایش دز اثر می‌گذارد. نتیجه گیری: نانوذرات طلا به دلیل چگالی بالا، بیشترین افزایش دز را ایجاد کرد. همچنین غلظت نانوذرات بیش از سایز آن‌ها بر افزایش دز اثرگذار بود. انتخاب نوع و ویژگی نانوذرات در بهبود پروتون‌درمانی مهم است و بررسی‌های بیشتر برای درک اثرات بیولوژیکی ضرورت دارد.</div> <div style="text-align: justify;">Background & Aim: Proton therapy is a highly effective method for treating complex cancers due to its precise dose distribution. However, enhancing its efficacy remains challenging. One promising approach is the use of nanoparticles as radiosensitizers. This study evaluates the effect of different nanoparticles on dose enhancement in proton therapy, using Monte Carlo simulation. Methods: A water phantom with dimensions of 13.2 × 17.2 × 13.2 cm³ was placed at the center of a 100cm-radius world cell and contained a 2-cm cubic tumor and a 120 MeV proton beam was simulated using the MCNP6.1. Monte Carlo code. Gold, hafnium oxide, and iron oxide nanoparticles were homogeneously distributed within the tumor using repeated geometry. Fourteen simulations, each with 10⁹ particles, were run to achieve <1% statistical error. The dose enhancement factor was then calculated, and the impact of nanoparticle size and concentration were investigated. Results: Gold nanoparticles at a concentration of 30 mg/mL and a size of 50 nm yielded the highest DEF (2.2%), while hafnium oxide and iron oxide nanoparticles showed lower enhancement. Increasing the concentration of nanoparticles resulted in a more than four-fold increase in the dose enhancement factor (from 0.5% to 2.2%), whereas increasing the size of nanoparticle reduced the dose enhancement factor from 2.2% to 1.71%. This suggests that concentration has a greater impact on the dose enhancement factor than size. Conclusion: Gold nanoparticles produced the highest dose enhancement due to their high density. Additionally, the concentration of nanoparticle has a greater impact on dose enhancement than their size. Therefore, selection of nanoparticle type and characteristics is crucial for improving proton therapy. Further studies are needed to understand biological effects of these nanoparticles.  </div> پروتون‌درمانی, نانوذرات, مونت‌کارلو, دز تابشی Proton Therapy, Nanoparticles, Monte Carlo Method, Radiation Dosage 61 75 http://jms.thums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-2201-1&slc_lang=fa&sid=1 Parisa Bidokhti پریسا بیدختی parisa.bidokhti@birjand.ac.ir 100319475328460016115 100319475328460016115 No Department of Physics, Faculty of Science, University of Birjand, Birjand, Iran گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران Keyhandokht Karimi Shahri کیهاندخت کریمی شهری k.karimi@birjand.ac.ir 100319475328460016116 100319475328460016116 Yes Department of Physics, Faculty of Science, University of Birjand, Birjand, Iran گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران Mehdi Ghorbani مهدی قربانی mhdghorbani@gmail.com 100319475328460016117 100319475328460016117 No Biomedical Engineering and Medical Physics Department, School of Medicine, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran گروه مهندسی و فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران