Journal of Mazandaran University of Medical Sciences

fa تأیید دوز در پرتودرمانی ریه با استفاده از تصویربرداری PET ناشی از پوزیترون‌های القا شده در نانوذرات بیسموت و هافنیوم: یک مطالعه شبیه سازی Dose Verification in Lung Radiotherapy Using PET Imaging of Nanoparticle-Induced Positrons: A Simulation Study with Bismuth and Hafnium Nanoparticles رادیوتراپی Radiology پژوهشي-کامل Research(Original) سابقه و هدف: تأیید دقیق دوز تابشی یکی از چالش‌های مهم در پرتودرمانی است. اخیراً توموگرافی با گسیل پوزیترون از پوزیترون‌های القا شده توسط پرتوهای مگا ولتاژ (Positron emission tomography  imaging of megavoltage-induced positrons: MVIPET) به‌عنوان یک روش بالقوه برای دوزیمتری درون‌تنی (in vivo) مطرح شده است. این مطالعه با هدف بررسی، امکان افزایش سیگنال‌ تصاویر MVIPET با استفاده از نانوذرات با عدد اتمی بالا، به‌ویژه بیسموت (Bi ) و هافنیوم (Hf)، برای مانیتورینگ بلادرنگ دوز در پرتودرمانی ریه، انجام پذیرفت. مواد و روش ‌ها: در این مطالعه تجربی، تصاویر PET ناشی از پوزیترون‌های القا شده توسط نانوذرات بیسموت و هافنیوم در یک تومور ریوی، حین پرتو درمانی با باریکه‌های فوتونی 6، 10 و 15 مگاولتاژ (MV)، با استفاده از کد مونت‌کارلو GATE تولید شدند. تصاویر حاصل، از نظر کیفیت و قابلیت به‌منظور تأیید دوز ارزیابی گردیدند. یافته‌ها: با افزایش انرژی باریکه فوتونی و غلظت نانوذرات، تعداد پوزیترون های تولید شده، دوز جذب ‌شده و شدت سیگنال PET بیش‌تر می‌شود. نانوذرات بیسموت نسبت به نانوذرات هافنیوم اثر تقویتی چشمگیرتری داشتند. در حضور نانوذرات بیسموت، تصاویر MVIPET با کیفیت بالا، نسبت سیگنال به پس‌زمینه (Signal-to-Background Ratio: SBR ) و نسبت کنتراست به نویز (Contrast-to-Noise Ratio: CNR) مناسب در غلظت‌های برابر یا بیش‌تر از 4 درصد وزنی برای باریکه فوتونی MV 10 و 2 درصد وزنی در MV 15 به‌دست آمد (کم‌ترین خطای ریشه میانگین مربعات (Root Mean Square Error: RMSE) در4 درصد وزنی حاصل شد). در مقابل، تصاویر در حضور نانوذرات هافنیوم در غلظت‌های بالاتر برای باریکه های فوتونی 10 و 15 MV از قابلیت مانیتورینگ دوز برخوردار بودند. کیفیت تصاویر در انرژی  MV6 کافی نبود و ارتباط میان دوز و تصویر برای استفاده بالینی برقرار نشد. استنتاج: تصویر برداری MVIPET، در حضور نانوذرات هافنیوم و بیسموت و انرژی‌های فوتونی بالاتر (15 مگاولتاژ)، رویکردی نویدبخش برای تأیید بلادرنگ دوز و به‌صورت غیرتهاجمی در پرتودرمانی ریه است.   Background and purpose: Accurate verification of radiation dose delivery remains a major challenge in radiotherapy. Positron emission tomography imaging of megavoltage-induced positrons (MVIPET) has recently emerged as a potential in vivo dosimetry technique. This study investigated the feasibility of enhancing MVIPET signal intensity through the use of high-Z nanoparticles (NPs), specifically bismuth (Bi) and hafnium (Hf), to enable real-time dose monitoring during lung radiotherapy. Materials and Methods: Positron emission tomography (PET) images resulting from positron emission induced by bismuth and silver nanoparticles within a lung tumour were generated using the GATE Monte Carlo simulation framework during irradiation with 6, 10, and 15 MV photon beams. The resulting images were assessed in terms of image quality and dose verification accuracy. Results: Positron production, absorbed dose, and PET signal intensity increased with both photon beam energy and nanoparticle (NP) concentration, with bismuth nanoparticles (BiNPs) producing significantly greater enhancement than hafnium nanoparticles (HfNPs). High-quality MVIPET images with acceptable signal-to-background ratio (SBR) and contrast-to-noise ratio (CNR), as well as low root mean square error (RMSE), were achieved for BiNP concentrations ≥4 wt% at 10 MV and ≥2 wt% at 15 MV, with the minimum RMSE observed at 4 wt%. In contrast, HfNPs required higher concentrations to achieve reliable dose monitoring at both 10 and 15 MV photon energies. At 6 MV, image quality and dose–image correlation were insufficient to support clinical feasibility. Conclusion: These findings indicate that MVIPET, when combined with bismuth and hafnium nanoparticles and higher photon beam energies (15 MV), represents a promising approach for real-time, non-invasive radiation dose verification in lung radiotherapy.   PET, دوزیمتری, پرتودرمانی, نانوذره, مونت‌کارلو PET, dosimetry, radiation therapy, nanoparticle, Monte Carlo 53 64 http://jmums.mazums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-19219-1&slc_lang=fa&sid=1 Omid Abouie Mehrizi امید ابویی مهریزی abouieomid@gmail.com 1003194753284600184333 1003194753284600184333 No PhD Student, Student Research Committee, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran دانشجوی دکتری، کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، تبریز، ایران Roghiye Bodaghi Hosseinabadi رقیه بداغی حسین ابادی bodaghi2023@gmail.coom 1003194753284600184334 1003194753284600184334 No PhD in Medical Physics, Department of Medical Physics, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran دکتری فیزیک پزشکی، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Asra Sadat Talebi اسرا سادات طالبی Asra.talebi@yahoo.com 1003194753284600184335 1003194753284600184335 Yes Assistant Professor, Department of Medical Physics, Medical School, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran استادیار، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز ، تبریز، ایران