ارزیابی میکرودٌزیمتری کمیت‌های فیزیکی و بیولوژیکی حاصل از انتقال انرژی خطی در پروتون‌درمانی با استفاده از شبیه‌سازی مونت کارلو

زمینه: در پروتون درمانی، نه تنها توزیع دُز جذب شده فیزیکی، بلکه توزیع دُز بیوژیکی نیز باید در نظر گرفته شود. در این راستا، مدل های پدیدارشناسی و مدل های بیوفیزیکی همچون مدل جنبشی میکرودُزیمتری برای محاسبات دُز بیولوژیکی توسعه پیدا کرده اند.مواد و روش‌ها: در این مطالعه مقایسه‌هایی بین بخش خطی منحنی بقای سلولی (α) و پارامتر دُز به ازای 10 درصد کسر بقای سلولی (d10)، محاسبه شده با استفاده از مدل‌های پدیدارشناسی و مدل بیوفیزیکی بر حسب تابعی از انتقال انرژی خطی (let) و انرژی جنبشی پرتو پروتونی همچنین داده‌های آزمایشگاهی منتشر شده، به منظور تعیین دقیق‌ترین مدل برای رده سلولی همستر چینی v79، انجام گرفته است. علاوه بر این، دُز بیوژیکی محاسبه شده با استفاده از چندین مدل پدیدارشناسی و مدل جنبشی میکرودُزیمتری بر حسب تابعی از عمق در فانتوم آبی نشان داده شده است.یافته‌ها: نتایج نشان می دهد که مقادیر پارامتر های α و d10 پرتوهای پروتونی محاسبه شده با استفاده از مدل جنبشی میکرودُزیمتری نسبت به مقادیر محاسبه شده با استفاده از مدل‌های پدیدارشناسی در انطباق بهتری با نتایج بیولوژیکی تابش قرار دارند. ازسوی دیگر؛ از میان مدل‌های پدیدارشناسی، نتایج محاسباتی مدل مک‌نامارا نسبت به سایر مدل‌های پدیدارشناسی در توافق بهتری با نتایج تجربی قرار دارد.نتیجه‌گیری: از آنجایی که مدل جنبشی میکرودُزیمتری می‌تواند به خوبی توزیع دُز بیولوژیکی پرتوهای پروتونی را با نوآوری و تغییرات مستمر پیش‌بینی کند، اهمیت به کارگیری مدل صحیح در سیستم طراحی درمان نمایان می‌گردد.

microdosimetric evaluation of physical and biological quantities due to linear energy transfer in proton therapy using monte carlo simulation

background: in proton therapy, it is imperative to take the distribution of both the physical absorbed dose and the biological dose into account. therefore, phenomenological models and a biophysical model such as microdosimetric kinetic model (mkm) have been developed for the biological dose calculation.materials and methods: in order to determine the most accurate model for chinese hamster v79 cell line, this study carried out comparisons between the linear term of the cell survival curve (α) and the dose parameter per 10% of the cell survival fraction (d10), calculated using phenomenological models and a biophysical model as a function of linear energy transfer (let) and kinetic energy of proton beams as well as published experimental data. this research also calculates the biological dose with several phe-nomenological models and mkm as a function of depth in the water phantom.results: the results show that the α and d10 values of proton beams calculated with mkm are more con-sistent with the biological radiation data than those calculated with the phenomenological models. of the phenomenological models, the calculation data from mcnamara model are in better consistency with the experimental data than the other phenomenological models.conclusion: the ability of mkm to properly predict the biological dose distribution of proton beams with continual innovations and modifications showcases the importance of applying the correct model in treatment planning systems.