مقایسه دز فیزیکی و دز بیولوژیکی یونهای اکسیژن نسبت به پروتون در هادرون تراپی

زمینه و هدف: در پرتودرمانی، یون های اکسیژن، دارای فواید بیشتری از نظر خواص بیولوژیکی نسبت به یون های سبک تر نظیر پروتون است. اکسیژن، دارای انتقال خطی انرژی (let-linear energy transfer) بیشتر و اثر بیولوژیکی نسبی (rberelative biological effectiveness) بزرگ تری هستند. برای طراحی قله براگ گسترش یافته (sobpspreadout bragg peak) از دوز بیولوژیکی، روشی کاربردی را با محاسبات مونت کارلو و محاسبات ماتریسی طراحی کرده ایم. این روش را برای پرتوهای اکسیژنی و نیز پروتونی به کار برده ایم.روش کار: پس از استخراج پروفایل های قله براگ، توسط کد geant4، ضرایب وزنی شدت برای هر پرتو برای ایجاد یک sobp یکنواخت استخراج شده است. همچنین مقدار rbe با توجه به مدل خطیدرجه دوم (lq) محاسبه گردیده است. نمودار دوز بیولوژیکی، دوز فیزیکی و سطح بقای سلولی در تابش هر دو یون نیز به دست آمده است.یافته ها: sobp بیولوژیکی طراحی شده، یکنواختی مطلوبی را نشان می دهد. دوز فیزیکی حاصل از پرتوهای پروتونی و اکسیژنی تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند، اما برای دوز بیولوژیکی، اختلاف فاحشی بین آن دو وجود دارد. حتی با وجود تنظیم شدت پرتوها برای ایجاد یک دوز بیولوژیکی یکسان، نمودار سطح بقای سلولی، تفاوت بسیار زیادی با یکدیگر خواهند داشت.نتیجه گیری: ویژگی ها و اثرات بیولوژیکی اکسیژن نسبت به پروتون، برای بهینه سازی سیستم برای رساندن حداکثر آسیب به بافت تومور و حداقل آسیب به بافت های سالم اطراف می تواند انتخاب مناسبی باشد. وجود جداول غنی تر از مقادیر تجربی برای پارامترهای موثر بر مقدار اثر بیولوژیکی نسبی در تابش اکسیژن، دقت در این بهینه سازی را شدیداً بالا می برد.

Comparison of the physical and biological dose of oxygen ions and proton in hadron therapy

Background: In radiation therapy, oxygen ions have more biological benefits than lighter ions such as proton. Oxygen has a higher Linear Energy Transfer (LET) and a larger Relative Biological Effectiveness (RBE). To design the SpreadOut Bragg Peak (SOBP) of biological doses, we have developed a functional approach with Monte Carlo calculations and matrix computations. We have used this method for both oxygen and proton beams.Methods: After obtaining the profiles of the Bragg Peak by Geant4 code, intensity weighing factors for each beam was calculated to create a uniform SOBP. Also, the RBE value was calculated according to the LinearuQadratic model (LQ). Biological dose, physical dose, and cell survival levels were also obtained in the radiation of both ions.Results: The designed biological SOBP has a good uniformity. Physical dose derived from proton and oxygen beams do not differ significantly, but for biological dose, there is a sharp difference between them. Even with the modulation of the intensity of the beams to produce the same biological dosage, the cell survival levels chart will vary greatly. Conclusion: The biological properties and effects of oxygen in respect to the proton can be a good choice to optimize the system to maximize damage to the tumor tissue and minimize damage to surrounding healthy tissues. The existence of richer tables of experimental values for the effective parameters on the amount of relative biological effectiveness greatly increases the accuracy of this optimization.