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为提升医用手术刀灭菌效率，研究人员用蒙特卡罗模拟，发现优化参数可缩时，为灭菌技术提供参考。
在医疗领域，医用手术刀的使用极为广泛，然而其灭菌问题却一直是关乎患者安全的重要挑战。传统的化学灭菌常使用含氯消毒剂、环氧乙烷等，虽能灭菌，但这些消毒剂容易在医疗器械上残留有害物质，对患者健康构成潜在威胁。高温灭菌方法，像干热灭菌和高压蒸汽灭菌，不仅耗能大、处理时间长，还可能导致手术刀等器械的材料变形，影响其性能和使用寿命。正因如此，寻找一种高效、安全的灭菌方式迫在眉睫。
华北电力大学的研究人员敏锐地察觉到这一问题，开展了一项旨在优化 γ 辐照医用手术刀灭菌效率的研究，相关成果发表于《Scientific Reports》。
在研究中，研究人员运用了蒙特卡罗模拟（Monte Carlo simulation）这一强大的技术手段。蒙特卡罗模拟是一种通过随机抽样来模拟复杂系统的数值技术，其在辐射传输研究中，利用辐射粒子在给定几何结构内的随机游走进行建模，能够有效解决辐射传输问题并分析粒子能量沉积。研究人员借助美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）开发的蒙特卡罗 N 粒子（MCNP）代码，使用其中的 F6 输出卡，精准计算 γ 辐照过程中样品各层吸收的能量。
研究结果主要围绕多个影响因素展开。首先是辐射源的影响，研究发现，相比137Cs，60Co释放的能量为 1.17MeV 和 1.33MeV 的 γ 光子，在高碳钢样品底层沉积的能量更多，因为其光子能量更高，在穿过空气和与反射器相互作用后，仍能保留较多能量沉积到样品中，所以后续研究选择60Co作为辐射源。
对于辐射源厚度，当辐射源面积相同时，较薄的辐射源释放的单光子在样品底层沉积的能量更多。这是因为较厚的辐射源会使光子在源材料内部损失更多能量，且反射光子再次穿过厚辐射源时也会损失更多能量，导致到达样品时能量降低。
反射器方面，其材料和厚度对单光子能量沉积影响显著。随着反射器厚度增加，高碳钢样品底层单光子沉积能量逐渐增加并趋于稳定。不同材料中，石墨在达到一定厚度时能量沉积最大，且当反射器为圆柱形时，相比立方体形，能使单光子在样品底层沉积更高能量。这是由于圆柱形反射器能减少光子在空气中的平均路径，降低能量损失，同时其曲率可聚焦反射光子，增加与样品相互作用的光子数量。
辐射源与样品的距离也是重要影响因素。随着距离增加，样品底层单光子沉积能量减少，且距离增加并不能有效将剂量均匀比（DUR）降低到常用的 1.6。研究人员提出分区双轮辐照法，先根据单光子在样品中的能量沉积计算单次辐照时间，第一轮辐照后，移除已达灭菌剂量区域的刀片，调整未达剂量区域刀片位置后进行第二轮辐照，有效缓解了距离对 DUR 的限制。
样品尺寸对能量沉积也有影响。当高碳钢样品尺寸增大时，底层边缘区域单光子沉积能量显著下降。综合考虑，研究选择 C 组样品进行灭菌时间计算。
最终，研究人员根据优化后的辐照装置模型参数，计算出不同60Co源活度下的灭菌时间。当60Co源活度为1.5×105TBq时，灭菌时间可缩短至 23.14min；使用5.6×105TBq的60Co源时，灭菌时间能进一步缩短至 6.20min，相比传统化学消毒的数小时，大幅提升了灭菌效率。
这项研究意义重大，它成功找到了影响 γ 辐照医用手术刀灭菌效率的关键因素，并通过优化参数大幅缩短了灭菌时间。这不仅为一次性医用手术刀灭菌效率的提升提供了切实可行的方法，还为辐照灭菌技术在医疗器械领域的更广泛应用提供了重要参考。不过，研究也存在一些局限性，如简化手术刀模型带来的剂量分布不确定性、未考虑实际包装和铅笔源几何特征、MCNP 代码未考虑辐照温度效应等。但这些不足也为后续研究指明了方向，有望推动相关领域进一步发展，让医疗灭菌技术更加完善和高效。
