Monte carlo simulation of occupational eye lens dose in nuclear medicine procedures
2
Issued Date
2022
Copyright Date
2022
Resource Type
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xvii, 80 leaves
Access Rights
open access
Rights
ผลงานนี้เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยมหิดล ขอสงวนไว้สำหรับเพื่อการศึกษาเท่านั้น ต้องอ้างอิงแหล่งที่มา ห้ามดัดแปลงเนื้อหา และห้ามนำไปใช้เพื่อการค้า
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (M.Sc. (Medical Physics))--Mahidol University 2022)
Suggested Citation
Pakjira Morhrasi Monte carlo simulation of occupational eye lens dose in nuclear medicine procedures. Thesis (M.Sc. (Medical Physics))--Mahidol University 2022). Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/113885
Title
Monte carlo simulation of occupational eye lens dose in nuclear medicine procedures
Alternative Title(s)
การจำลองแบบมอนติคาร์โลสำหรับประมาณค่ารังสีที่เลนส์ตาของผู้ปฏิบัติงานในงานเวชศาสตร์นิวเคลียร์
Author(s)
Abstract
The radiation workers in nuclear medicine are involved with unsealed radioactive source. In 2011, the International Commission on Radiological Protection (ICRP) publication 118 has been launched a reduction for annual occupational dose limit for the eye lens from 150 mSv to 20 mSv. The measurement of eye lens dose using dosimeter could lead to significant errors and uncertainties. Therefore, this study aims to estimate the eye lens dose of the radiation workers in nuclear medicine using Monte Carlo (MC) simulation. In this work, MC simulations were performed using MCNP5. The measured Hp(3) using NanoDotTM in cylindrical phantom with Cobalt-60 (60Co) and Cesium-137 (137Cs) standard sources were conducted to validate MCNP code. Additionally, the simulated air kerma rate constants have been validated using commonly used radionuclides in nuclear medicine including Fluorine-18 (18F), Technitium-99m (99mTc) and Iodine-131 (131I). The percentage error of experimental and simulation results was less than the acceptance limit of 10%. Then, the validated MCNP code was used to estimate the eye lens at distance of 10 to 50 cm from eye level and body level of PIMAL phantom. For clinical procedures, two orientations of syringe orientations in horizontal and vertical were chosen. The available commercial syringe shields and vial shields model were simulated for each radionuclide at distances 10, 20, 30, 40 and 50 cm. The results showed that the eye lens doses were increased when the energy of emitted photon increased. Subsequently, 18F provided highest eye lens dose followed by 131I and 99mTc. At 10 cm, the eye lens dose rates were 20.55, 7.90 and 2.33 µSv/MBq/hr for 18F, 131I and 99mTc respectively. The eye lens dose rates were decreased when the distance increased as expected. At 50 cm, the eye lens dose rates were dramatically dropped to 1.16, 0.46 and 0.14 µSv/MBq/hr for 18F, 131I and 99mTc respectively. For impact of shielding, the performance of the shielding effected by the thickness of shielding material since the mass attenuation coefficient of lead and tungsten were similar. The higher thickness provided higher performance to reduce eye lens exposure. In summary, the eye lens dose rates from commonly source geometries and distances were simulated. The values could be used as a caution limit to ensure that no individual is committed to unacceptable risk due to radiation exposure. IMPLICATION OF THE THESIS: The eye lens dose rates from commonly used radionuclides in nuclear medicine practices was reported in this study. The eye lens dose rate increased when the energy of emitted photon increased. Furthermore, the performance of shielding was related to shielding material and thickness. In this work, the shielding performances for eye lens dose were analyzed for several commercial syringe and vial shields. The maximum number of procedures for shielding and non-shielding situations was also estimated based on annual occupational eye lens dose limit to evaluate safety procedures. Hence, this study could help radiation workers to determine the eye lens dose in nuclear medicine practices.
เลนส์ตาเป็นเนื้อเยื่อที่มีความไวต่อรังสีสูง หากเลนส์ตาได้รับปริมาณรังสีมากกว่าปริมาณขีดจำกัดที่กำหนด จะทำให้เกิดความเสียหายที่เนื้อเยื่อ ซึ่งนำไปสู่การเกิดภาวะต้อกระจกจากการรับรังสี โดยในปี ค.ศ. 2011 International Commission on Radiological Protection (ICRP) ได้มีการปรับลดขีดจำกัดปริมาณรังสีที่เลนส์ตาสำหรับผู้ปฏิบัติงานลงจาก 150 มิลลิซีเวิร์ต เป็น 20 มิลลิซีเวิร์ตต่อปี โดยในการวัดค่ารังสีสมมูลที่เลนส์ตา (Hₚ(3)) อาจเกิดความคลาดเคลื่อนได้จากความไม่แน่นอนในการวัดจากการใช้อุปกรณ์วัดรังสี ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ เพื่อประเมินปริมาณรังสีที่เลนส์ตาได้รับสำหรับผู้ปฏิบัติงานรังสีในสาขาเวชศาสตร์นิวเคลียร์ โดยใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โล ในงานวิจัยนี้จะใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โล MCNP โดยในการตรวจสอบความถูกต้องของ MCNP5 จะทำการเปรียบเทียบ Hₚ(3) กับผลการทดลองที่ได้จากการวัดด้วยอุปกรณ์วัดรังสีโอเอสแอลชนิดนาโนดอท (NanoDot™) ในทุ่นจำลองทรงกระบอกโดยใช้นิวไคลด์กัมมันตรังสีมาตรฐาน 2 ชนิด ได้แก่ โคบอลต์-60 (⁶⁰Co) และ ซีเซียม-137 (¹³⁷Cs) นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบความถูกต้องโดยทำการจำลองค่า Air kerma rate constant ที่ได้จากสารรังสีที่นิยมใช้ในงานเวชศาสตร์นิวเคลียร์ ได้แก่ ฟลูออรีน-18 (¹⁸F), เทคนีเซียม-99เอ็ม (⁹⁹ᵐTc) และ ไอโอดีน-131 (¹³¹I) โดยผลที่ได้ระหว่างการจำลองมอนติคาร์โลและค่าจากฐานข้อมูลมีค่าแตกต่างกันน้อยกว่า 10% จึงสามารถนำ MCNP5 มาใช้ในการจำลองเหตุการณ์จากการปฏิบัติงานจริงได้ โดยในการจำลองมอนติคาร์โลปริมาณรังสีที่เลนส์ตาที่ระยะห่างตั้งแต่ 10 จนถึง 50 เซนติเมตร ปรับมุมของสารรังสีคือที่ระดับสายตาและระดับร่างกายของหุ่นจำลอง PIMAL มีการจำลองปริมาณรังสีที่เลนส์ตาในแนวตั้งและแนวนอน นอกจากนี้มีการศึกษาผลของอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากรังสี ได้แก่ ขวดแก้วป้องกันรังสี และ กระบอกฉีดยาป้องกันรังสี ที่ระยะตั้งแต่ 10 ถึง 50 เซนติเมตร จากผลการทดลองพบว่าปริมาณรังสีที่เลนส์ตาเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานเพิ่มขึ้น โดยฟลูออรีน-18 ให้ค่าสูงสุดตามมาด้วยไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ ที่ระยะ 10 เซนติเมตร มีค่าปริมาณรังสีที่เลนส์ตาเท่ากับ 20.55, 7.90 และ 2.33 ไมโครซีเวิร์ตต่อเมกะเบ็กเคอเรลต่อชั่วโมง สำหรับ ฟลูออรีน-18, ไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ และมีค่าลดลงตามระยะที่เพิ่มขึ้นโดยที่ระยะ 50 เซนติเมตร เท่ากับ 1.16, 0.46 และ 0.14 ไมโครซีเวิร์ตต่อเมกะเบ็กเคอเรลต่อชั่วโมง สำหรับฟลูออรีน-18, ไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ เมื่อจำลองแบบมีอุปกรณ์ป้องกันทางรังสีพบว่าประสิทธิภาพในการลดค่ารังสีที่เลนส์ตาแปรผันตรงกับความหนาของวัสดุ เนื่องจากทังสเตนและตะกั่วมีค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงมวลใกล้เคียงกัน การนำผลวิทยานิพนธ์ไปใช้ งานวิจัยนี้มีการรายงานค่ารังสีที่เลนส์ตาสำหรับสารรังสีที่นิยมใช้ในการปฏิบัติงานทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์โดยจากการศึกษาพบว่าค่ารังสีที่เลนส์ตามีค่าเพิ่มขึ้นสำหรับสารที่มีการปล่อยโฟตอนพลังงานสูง นอกจากนี้พบว่าความสามารถในการลดทอนรังสีสำหรับอุปกรณ์ป้องกันทางรังสี ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุและความหนาของอุปกรณ์ โดยในงานวิจัยนี้ ได้มีการทดสอบความสามารถในการลดทอนรังสีของขวดแก้วป้องกันรังสี และ กระบอกฉีดยาป้องกันรังสี จากหลายบริษัท และมีการประมาณจำนวนสูงสุดที่บุคลากรสามารถปฏิบัติงานได้โดยให้รังสีที่เลนส์ตาได้รับไม่เกินค่าขีดจำกัดรังสีที่กำหนด ดังนั้นงานวิจัยนี้สามารถทำให้บุคลากรที่ทำงานเกี่ยวกับรังสีสามารถประเมินค่ารังสีที่เลนส์ตาในการปฏิบัติงานทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์ได้
เลนส์ตาเป็นเนื้อเยื่อที่มีความไวต่อรังสีสูง หากเลนส์ตาได้รับปริมาณรังสีมากกว่าปริมาณขีดจำกัดที่กำหนด จะทำให้เกิดความเสียหายที่เนื้อเยื่อ ซึ่งนำไปสู่การเกิดภาวะต้อกระจกจากการรับรังสี โดยในปี ค.ศ. 2011 International Commission on Radiological Protection (ICRP) ได้มีการปรับลดขีดจำกัดปริมาณรังสีที่เลนส์ตาสำหรับผู้ปฏิบัติงานลงจาก 150 มิลลิซีเวิร์ต เป็น 20 มิลลิซีเวิร์ตต่อปี โดยในการวัดค่ารังสีสมมูลที่เลนส์ตา (Hₚ(3)) อาจเกิดความคลาดเคลื่อนได้จากความไม่แน่นอนในการวัดจากการใช้อุปกรณ์วัดรังสี ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ เพื่อประเมินปริมาณรังสีที่เลนส์ตาได้รับสำหรับผู้ปฏิบัติงานรังสีในสาขาเวชศาสตร์นิวเคลียร์ โดยใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โล ในงานวิจัยนี้จะใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โล MCNP โดยในการตรวจสอบความถูกต้องของ MCNP5 จะทำการเปรียบเทียบ Hₚ(3) กับผลการทดลองที่ได้จากการวัดด้วยอุปกรณ์วัดรังสีโอเอสแอลชนิดนาโนดอท (NanoDot™) ในทุ่นจำลองทรงกระบอกโดยใช้นิวไคลด์กัมมันตรังสีมาตรฐาน 2 ชนิด ได้แก่ โคบอลต์-60 (⁶⁰Co) และ ซีเซียม-137 (¹³⁷Cs) นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบความถูกต้องโดยทำการจำลองค่า Air kerma rate constant ที่ได้จากสารรังสีที่นิยมใช้ในงานเวชศาสตร์นิวเคลียร์ ได้แก่ ฟลูออรีน-18 (¹⁸F), เทคนีเซียม-99เอ็ม (⁹⁹ᵐTc) และ ไอโอดีน-131 (¹³¹I) โดยผลที่ได้ระหว่างการจำลองมอนติคาร์โลและค่าจากฐานข้อมูลมีค่าแตกต่างกันน้อยกว่า 10% จึงสามารถนำ MCNP5 มาใช้ในการจำลองเหตุการณ์จากการปฏิบัติงานจริงได้ โดยในการจำลองมอนติคาร์โลปริมาณรังสีที่เลนส์ตาที่ระยะห่างตั้งแต่ 10 จนถึง 50 เซนติเมตร ปรับมุมของสารรังสีคือที่ระดับสายตาและระดับร่างกายของหุ่นจำลอง PIMAL มีการจำลองปริมาณรังสีที่เลนส์ตาในแนวตั้งและแนวนอน นอกจากนี้มีการศึกษาผลของอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากรังสี ได้แก่ ขวดแก้วป้องกันรังสี และ กระบอกฉีดยาป้องกันรังสี ที่ระยะตั้งแต่ 10 ถึง 50 เซนติเมตร จากผลการทดลองพบว่าปริมาณรังสีที่เลนส์ตาเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานเพิ่มขึ้น โดยฟลูออรีน-18 ให้ค่าสูงสุดตามมาด้วยไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ ที่ระยะ 10 เซนติเมตร มีค่าปริมาณรังสีที่เลนส์ตาเท่ากับ 20.55, 7.90 และ 2.33 ไมโครซีเวิร์ตต่อเมกะเบ็กเคอเรลต่อชั่วโมง สำหรับ ฟลูออรีน-18, ไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ และมีค่าลดลงตามระยะที่เพิ่มขึ้นโดยที่ระยะ 50 เซนติเมตร เท่ากับ 1.16, 0.46 และ 0.14 ไมโครซีเวิร์ตต่อเมกะเบ็กเคอเรลต่อชั่วโมง สำหรับฟลูออรีน-18, ไอโอดีน-131 และ เทคนีเซียม-99เอ็ม ตามลำดับ เมื่อจำลองแบบมีอุปกรณ์ป้องกันทางรังสีพบว่าประสิทธิภาพในการลดค่ารังสีที่เลนส์ตาแปรผันตรงกับความหนาของวัสดุ เนื่องจากทังสเตนและตะกั่วมีค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงมวลใกล้เคียงกัน การนำผลวิทยานิพนธ์ไปใช้ งานวิจัยนี้มีการรายงานค่ารังสีที่เลนส์ตาสำหรับสารรังสีที่นิยมใช้ในการปฏิบัติงานทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์โดยจากการศึกษาพบว่าค่ารังสีที่เลนส์ตามีค่าเพิ่มขึ้นสำหรับสารที่มีการปล่อยโฟตอนพลังงานสูง นอกจากนี้พบว่าความสามารถในการลดทอนรังสีสำหรับอุปกรณ์ป้องกันทางรังสี ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุและความหนาของอุปกรณ์ โดยในงานวิจัยนี้ ได้มีการทดสอบความสามารถในการลดทอนรังสีของขวดแก้วป้องกันรังสี และ กระบอกฉีดยาป้องกันรังสี จากหลายบริษัท และมีการประมาณจำนวนสูงสุดที่บุคลากรสามารถปฏิบัติงานได้โดยให้รังสีที่เลนส์ตาได้รับไม่เกินค่าขีดจำกัดรังสีที่กำหนด ดังนั้นงานวิจัยนี้สามารถทำให้บุคลากรที่ทำงานเกี่ยวกับรังสีสามารถประเมินค่ารังสีที่เลนส์ตาในการปฏิบัติงานทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์ได้
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's degree
Degree Department
Faculty of Medicine Ramathibodi Hospital
Degree Discipline
Medical Physics
Degree Grantor(s)
Mahidol University