‎Microscopic RBE estimation in proton therapy using TOPAS-nBio‎: ‎Impact of physics models and DNA damage energy threshold

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 115

فایل این مقاله در 12 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_RPE-7-1_004

تاریخ نمایه سازی: 24 دی 1404

چکیده مقاله:

Relative Biological Effectiveness (RBE) is a key factor in proton therapy, yet its current fixed clinical value of ۱.۱ may not adequately represent biological effects at the microscopic level. In this study, we employed the TOPAS-nBio Monte Carlo toolkit to simulate DNA damage and calculate RBE based on various biological endpoints, including direct and indirect double-strand breaks (DSBs), and simple versus complex DSBs. Simulations were performed across multiple proton energies (۱-۶۴ MeV) using three physics constructors and two energy threshold models for strand break induction. Validation against reference and experimental data showed less than ۵% deviation, with "DNA Physics Option ۲" and a linear energy threshold of ۵-۳۷.۵ eV yielding the most consistent results. Similarly, "DNA Physics Option ۴ and ۶" with a fixed energy threshold of ۱۷.۵ eV align well with experimental and simulation reference data. RBE values were found to vary significantly with damage type and simulation parameters, with total DSBs providing the most biologically relevant estimates, reaching a maximum of ۱.۹ for low-energy protons. The study also revealed that both direct and indirect damage alone may underestimate biological effectiveness. Differences in RBE across physics constructors reached up to ۳۰.۸%, emphasizing the need for careful model selection. These findings support replacing the fixed RBE with a more nuanced, DNA damage-based approach in treatment planning systems. Incorporating microscopic RBE modeling could enhance the biological accuracy of proton therapy and ultimately improve patient outcomes.

نویسندگان

Hadi Nakhzari Moghadam

Department of Radiation in Medicine‎, ‎Shahid Beheshti University‎, ‎Tehran‎, ‎Iran

Mohammad Mohammadzadeh

Department of Radiation in Medicine‎, ‎Shahid Beheshti University‎, ‎Tehran‎, ‎Iran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Belli, M., Cherubini, R., Dalla Vecchia, M. a., et al. ...
  • Bernal, M. A., Bordage, M. C., Brown, J. M. C., ...
  • Bordage, M., Bordes, J., Edel, S., et al. (۲۰۱۶). Implementation ...
  • Campa, A., Dini, V., and Esposito, G. o. (۲۰۰۳). DNA ...
  • Chappuis, F., Grilj, V., Tran, H. N., et al. (۲۰۲۳). ...
  • Chattaraj, A. and Selvam, T. P. (۲۰۲۴). Calculation of biological ...
  • Chatzipapas, K. P., Tran, N. H., Dordevic, M., et al. ...
  • Chaudhary, P., Marshall, T. I., Currell, F. J., et al. ...
  • Friedland, W., Kundrát, P., and Jacob, P. (۲۰۱۲). Stochastic modelling ...
  • Friedland, W., Schmitt, E., Kundrát, P., et al. (۲۰۱۷). Comprehensive ...
  • Incerti, S., Baldacchino, G., Bernal, M., et al. (۲۰۱۰). The ...
  • Incerti, S., Kyriakou, I., Bernal, M., et al. (۲۰۱۸). Geant۴-DNA ...
  • Karamitros, M., Luan, S., Bernal, M. A., et al. (۲۰۱۴). ...
  • Kyriakou, I., Incerti, S., and Francis, Z. (۲۰۱۵). Improvements in ...
  • Lampe, N., Karamitros, M., Breton, V., et al. (۲۰۱۸). Mechanistic ...
  • McMahon, S. J. (۲۰۲۱). Proton RBE models: commonalities and differences ...
  • Physics in Medicine & Biology, ۶۶(۴):۰۴NT۰۲ ...
  • McNamara, A. L., Ramos-Méndez, J., Perl, J., et al. (۲۰۱۸). ...
  • Nikjoo, H., Taleei, R., Liamsuwan, T., et al. (۲۰۱۶). Perspectives ...
  • Paganetti, H. (۲۰۱۴). Relative biological effectiveness (RBE) values for proton ...
  • Paganetti, H., Niemierko, A., Ancukiewicz, M., et al. (۲۰۰۲). Relative ...
  • Parisi, A., Furutani, K. M., and Beltran, C. J. (۲۰۲۵). ...
  • Perl, J., Shin, J., Schümann, J., et al. (۲۰۱۲). TOPAS: ...
  • Plante, I. and Devroye, L. (۲۰۱۷). Considerations for the independent ...
  • Rafiepour, P., Sina, S., Amoli, Z. A., et al. (۲۰۲۴). ...
  • Ramos-Méndez, J., Shin, W.-g., Karamitros, M., et al. (۲۰۲۰). Independent ...
  • Sakata, D., Hirayama, R., Shin, W.-G., et al. (۲۰۲۳). Prediction ...
  • Schuemann, A. J., Mcnamara, A., Perl, J., et al. (۲۰۱۹). ...
  • Shin, W.-G., Ramos-Mendez, J., Faddegon, B., et al. (۲۰۱۹). Evaluation ...
  • Sotiropoulos, M., Taylor, M., Henthorn, N., et al. (۲۰۱۷). Geant۴ ...
  • Tommasino, F. and Durante, M. (۲۰۱۵). Proton radiobiology. Cancers, ۷(۱):۳۵۳–۳۸۱ ...
  • Tung, C.-J. (۲۰۱۵). Microdosimetric relative biological effectiveness of therapeutic proton ...
  • Vafapour, H., Rafiepour, P., Moradgholi, J., et al. (۲۰۲۵). Evaluating ...
  • Wang, C.-C., Hsiao, Y., Lee, C.-C., et al. (۲۰۱۲). Monte ...
  • Zhu, H., McNamara, A. L., McMahon, S. J., et al. ...
  • Zhu, H., McNamara, A. L., Ramos-Mendez, J., et al. (۲۰۲۰b). ...
  • نمایش کامل مراجع