Comparison between Targeted Radionuclide Therapy of Bone Metastases Based on β-Emitting and α-Emitting Radionuclides

Publication date: Available online 1 February 2019

Source: Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences

Author(s): Alireza Sadremomtaz, Mahboubeh Masoumi

Abstract

Introduction

The α- and β-emitter radionuclides are used for palliative treatment of bone metastasis. Our objective was to compare the dosimetric parameters of radionuclides used in bone pain palliation therapy.

Methods

Monte Carlo code, MCNPX, was used to simulate radiation transport. Dosimetric calculations were performed for monoenergetic electrons with energies of 0.1–3 MeV, α-particles with energies of 3–10 MeV, and several radionuclides ³²P, ⁸⁹Sr, ¹⁵³Sm, ¹⁷⁷Lu, ²²³Ra, and its progeny. The simulated phantom consisted of bone marrow, an endosteal layer, bone, and soft tissue. Source tissues included bone marrow, endosteal layer, and bone. Absorbed fractions and specific absorbed fractions were calculated for target regions. Absorbed doses were calculated for investigated radionuclides.

Results

The obtained results demonstrated that the dosimetric parameters vary depending on the source or target size, particle energy, and location of the source. The β-emitter radionuclides were able to penetrate the bone marrow region, whereas the α-emitter radionuclides gave a higher and localized dose to the bone and endosteal layer in comparison.

Conclusion

²²³Ra and ¹⁷⁷Lu have fewer side effects on the bone marrow, and they may be a better choice for use in bone pain palliation radiotherapy.

Résumé

Introduction

Les radionucléides émettant des particules alpha et bêta sont utilisés dans le traitement palliatif des métastases osseuses. Notre objectif était de comparer les paramètres dosimétriques des radionucléides utilisés en thérapie palliative de la douleur osseuse.

Méthodologie

Le code Monte Carlo MCNPX a été utilisé pour simuler le transport du rayonnement. Les calculs dosimétriques ont été effectués pour les électrons monoénergétiques aux énergies de 0,1–3 MeV, les particules alpha aux niveaux d'énergie de 3–10 MeV et plusieurs radionucléides ³²P, ⁸⁹Sr, ¹⁵³Sm, ¹⁷⁷Lu, ²²³Ra et leur descendance radioactive. Le fantôme simulé était constitué de moëlle osseuse, de la couche endo-osseuse, d'os et de tissus mous. Les tissus sources comprenaient la moëlle osseuse, la couche endo-osseuse et l'os. Les fractions absorbées (AF) et les fractions absorbées spécifiques (SAF) ont été calculées pour les régions cibles. La dose absorbée a été calculée pour les radionucléides étudiés.

Résultats

Les résultats obtenus montrent que les paramètres dosimétriques varient en fonction de la taille de la source ou de la cible, de l'énergie des particules et de l'emplacement de la source. Les radionucléides émettant des particules β étaient en mesure de pénétrer la région de la moëlle osseuses alors que les radionucléides émettant des particules α fournissaient une dose plus élevée et localisée à l'os et à la couche endo-osseuse par comparaison.

Conclusion

Les radionucléides ²²³Ra et ¹⁷⁷Lu avaient moins d'effets secondaires sur la moëlle osseuse et pourraient être un meilleur choix pour la radiothérapie palliative pour la douleur osseuse.

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