کارایی محافظ‌های نانویی غیر سربی پایه‌ی سیلیکونی جهت حفاظت پرتوی از بیماران در آزمایش‌های رادیولوژی تشخیصی توسط شبیه‌سازی Monte Carlo

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اردبیل، اردبیل، ایران

4 استاد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، تبریز، ایران

5 استاد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: استفاده از روش تصویربرداری توموگرافی کامپیوتری (Computed tomography scan یا CT Scan)، احتمال ایجاد عارضه در مردمک چشم، غده‌ی تیروئید و پستان را افزایش می‌دهد. یکی از روش‌های حفاظت پرتویی بیماران از تابش‌های غیر لازم و ناخواسته در آزمون‌های CT Scan، استفاده از محافظ‌های غیر سربی می‌باشد. لازم است قبل از طراحی و استفاده از این محافظ‌ها، کارایی آن‌ها توسط شبیه‌سازی بررسی گردد.روش‌ها: بیسموت، تنگستن و قلع با لبه‌های جذب در محدوده‌ی انرژی تشخیصی، برای مطالعه‌ی حاضر انتخاب شدند. هر یک از فلزات به همراه سیلیکون، به عنوان مواد سازنده در شبیه‌سازی Monte Carlo استفاده گردید. جهت تعیین ضریب تضعیف جرمی نمونه‌ها، باریکه به صورت تک انرژی شبیه‌سازی شد. بازه‌‌ی انرژی با توجه به آزمون‌های تصویربرداری متداول در آزمایشگاه‌های تشخیصی، از 20 تا 140 کیلوالکترون ولت با پله‌های 20 کیلوالکترون ولتی انتخاب گردید. چشمه‌ی فوتونی مسطح به شعاع 5 میلی‌متر در مبدأ هندسه قرار گرفت. اطلاعات به دست آمده از شبیه‌سازی مشخص نمود که کدام محافظ در چه انرژی‌هایی ضریب تضعیف بیشتری دارد؟یافته‌ها: محافظ حاوی 10 درصد بیسموت و 90 درصد سیلیکون، تضعیف بیشتری را در انرژی‌های بالای 100 کیلوالکترون ولت نشان داد. محافظ تنگستن و قلع نیز در انرژی‌های میانی و پایین تضعیف بیشتری داشتند.نتیجه‌گیری: با بهره‌گیری از اثر پنجره‌ی تضعیف و انتخاب درصد و نوع فلز متناسب با انرژی مورد استفاده در رادیولوژی تشخیصی، می‌توان از پرتوگیری ارگان‌های سطحی حساس به پرتوی بیماران محافظت کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effectiveness of Silicone-Based Non-Lead Nanoparticles for Radiation Protection of Patients in Diagnostic Radiology by Monte Carlo Simulation

نویسندگان [English]

  • Seyfollah Asadpour-Moghaddam 1
  • Reza Malekzadeh 2
  • Soheila Refahi 3
  • Parinaz Mehnati 4
  • Ahmad Shanei 5
1 Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Department of Medical Physics, School of Medicine, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Ardabil University of Medical Sciences, Ardabil, Iran
4 Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran
5 Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Using computed tomography (CT) scan may cause complications in the eye lens, thyroid gland, and breasts. One of the radiation protection methods to protect patients from unnecessary and unintended exposures is utilizing non-lead shields in CT-scan tests. Before designing and using these shields, it is necessary to study their performance by a simulation.Methods: Bismuth, tungsten, and tin with absorption edges in diagnostic radiology energy ranges were selected for this research. Each of the metals along with the silicon was used as building blocks in the Monte Carlo simulation. To determine the mass attenuation coefficient of the samples, the beam was simulated as single energy. The energy range was selected according to the common imaging tests in diagnostic laboratories from 20 to 140 keV with 20 keV steps. The flat photon source with a radius of 5 mm was placed at the origin of the geometry. Information obtained from the simulation could specify that the shield had the most attenuation coefficient at which energies.Findings: The shield containing 10% bismuth and 90% silicon showed more attenuation in the energies above 100 keV. Tungsten and tin shields also showed greater attenuation at medium and low energies.Conclusion: By using the effect of attenuation window and selecting proper percentage and metal for the energy applied in diagnostic radiology, patients can be protected from radiation exposure to radiosensitive superficial organs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiation protection
  • Computed Tomography
  • Monte Carlo simulation
  • Bismuth

مراجع

  1. Shamsuddin Z, Taat Z, Johar SM. A study on effective dose to patients and workers during diagnostic X-ray procedure in UTHM health centre. J Sci Technol 2018; 10(2): 196-200.
  2. Lawrence S, Seeram E. The current use and effectiveness of bismuth shielding in computed tomography: A systematic review. Radiology 2017; 2(1): 7-16.
  3. Spampinato S, Gueli AM, Milone P, Raffaele LA. Dosimetric changes with computed tomography automatic tube-current modulation techniques. Radiol Phys Technol 2018; 11(2): 184-91.
  4. Inkoom S, Papadakis Ae, Raissaki M, Perisinakis K, Schandorf C, Fletcher JJ, et al. Paediatric neck multidetector computed tomography: The effect of bismuth shielding on thyroid dose and image quality. Radiat Prot Dosimetry 2017; 173(4): 361-73.
  5. Mehnati P, Malekzadeh R, Sooteh MY. Use of bismuth shield for protection of superficial radiosensitive organs in patients undergoing computed tomography: A literature review and meta-analysis. Radiol Phys Technol 2019; 12(1): 6-25.
  6. Mansouri E, Mesbahi A, Malekzadeh R, Mansouri A. Shielding characteristics of nanocomposites for protection against X- and gamma rays in medical applications: effect of particle size, photon energy and nano-particle concentration. Radiat Environ Biophys 2020; 59(4): 583-600.
  7. Chang KH, Lee W, Choo DM, Lee CS, Kim Y. Dose reduction in CT using bismuth shielding: Measurements and Monte Carlo simulations. Radiat Prot Dosimetry 2010; 138(4): 382-8.
  8. Ahmed B, Shah GB, Malik AH, Aurangzeb, Rizwan M. Gamma-ray shielding characteristics of flexible silicone tungsten composites. Appl Radiat Isot 2020; 155: 108901.
  9. Keshtkar M, Saba V, Mosleh-Shirazi MA. Application of different methods for reducing radiation dose to breast during MDCT. J Biomed Phys Eng 2018; 8(4): 341-6.
  10. Hopper KD, King SH, Lobell ME, TenHave TR, Weaver JS. The breast: In-plane x-ray protection during diagnostic thoracic CT--shielding with bismuth radioprotective garments. Radiology 1997; 205(3): 853-8.
  11. Li Q, Wei Q, Zheng W, Zheng Y, Okosi N, Wang Z, et al. enhanced radiation shielding with conformal light-weight nanoparticle-polymer composite. ACS Appl Mater Interfaces 2018; 10(41): 35510-5.
  12. Chen S, Nambiar S, Li Z, Osei E, Darko J, Zheng W, et al. Bismuth oxide-based nanocomposite for high-energy electron radiation shielding. J Mater Sci (2019) 54:3023-3034 2019; 54.
  13. Mehnati P, Malekzadeh R, Divband B, Yousefi Sooteh M. Assessment of the effect of nano composite shield on radiation risk prevention to breast during computed tomography. Iran J Radiol 2020; 17(1): e96002.
  14. Kim CG. The development of bismuth shielding to protect the thyroid gland in radiations environment. Indian J Sci Technol 2016; 9(25): 1-6.
  15. Mortazavi SMJ, Zahiri A, Shahbazi-Gahrouei D, Sina S, Haghani M. Designing a shield with lead-free polymer base with high radiation protection for X-ray photons in the range of diagnostic radiology using monte carlo simulation code MCNP5. J Isfahan Med Sch 2016; 34(385): 637-41. [In Persian].
  16. Parvaresh R, Haghparast A, Khoshgard K, Jalili M, Eivazi MT, Ghorbani M. An investigation to determine an optimum protective garment material in nuclear medicine. J Biomed Phys Eng 2018; 8(4): 381-92.
  17. Malekzadeh R, Sadeghi Zali V, Jahanbakhsh O, Okutan M, Mesbahi A. The preparation and characterization of silicon-based composites doped with BaSO4, WO3, and PbO nanoparticles for shielding applications in PET and nuclear medicine facilities. Nanomed J 2020; 7(4): 324-34.
  18. Mehnati P, Yousefi Sooteh M, Malekzadeh R, Divband B, Refahi S. Breast conservation from radiation damage by using nano bismuth shields in chest computed tomography scan. Iran Red Crescent Med J 2019; 6(1): 46-50. [In Persian].
  19. Aghaz A, Faghihi R, Mortazavi SMJ, Haghparast A, Mehdizadeh S, Sina S. Radiation attenuation properties of shields containing micro and Nano WO3 in diagnostic X-ray energy range. Int J Radiat Res 2016; 14(2): 127-31.
  20. Cho JH, Kim MS, Rhim JD. Comparison of radiation shielding ratios of nano-sized bismuth trioxide and molybdenum. Radiat Eff Defects Solids 2015; 170
  21. (7-8): 651-8.
  22. Aral N, Nergis B, Candan C. An alternative X-ray shielding material based on coated textiles. Text Res J 2015; 86(8): 803-11.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 39، شماره 649 - شماره پیاپی 649
بهمن و اسفند 1400
صفحه 860-866

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 28 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 05 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار