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

Abstract

زمینه و هدف: در پرتودرمانی، یون‌های اکسیژن، دارای فواید بیشتری از نظر خواص بیولوژیکی نسبت به یون‌های سبک‌تر نظیر پروتون است. اکسیژن، دارای انتقال خطی انرژی (LET-Linear Energy Transfer) بیشتر و اثر بیولوژیکی نسبی (RBE-Relative Biological Effectiveness) بزرگ‌تری هستند. برای طراحی قله براگ گسترش یافته (SOBP-Spread-Out Bragg Peak) از دوز بیولوژیکی، روشی کاربردی را با محاسبات مونت کارلو و محاسبات ماتریسی طراحی کرده‌ایم. این روش را برای پرتوهای اکسیژنی و نیز پروتونی به کار برده‌ایم. روش کار: پس از استخراج پروفایل‌های 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 خطی-درجه دوم (LQ) محاسبه گردیده است. نمودار دوز بیولوژیکی، دوز فیزیکی و سطح بقای سلولی در تابش هر دو یون نیز به دست آمده است. یافته‌ها: SOBP بیولوژیکی طراحی شده، یکنواختی مطلوبی را نشان می‌دهد. 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. نتیجه‌گیری: ویژگی‌ها و اثرات بیولوژیکی اکسیژن نسبت به پروتون، برای بهینه‌سازی سیستم برای رساندن حداکثر آسیب به بافت تومور و حداقل آسیب به بافت‌های سالم اطراف می‌تواند انتخاب مناسبی باشد. وجود جداول غنی‌تر از مقادیر تجربی برای پارامترهای مؤثر بر مقدار اثر بیولوژیکی نسبی در تابش اکسیژن، دقت در این بهینه‌سازی را شدیداً بالا می‌برد.