iumssj
جلد 25، شماره 11 - ( 11-1397 )                   جلد 25 شماره 11 صفحات 85-97 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Rezaee L. Comparison of the physical and biological dose of oxygen ions and proton in hadron therapy . RJMS. 2019; 25 (11) :85-97
URL: http://rjms.iums.ac.ir/article-1-5276-fa.html
رضائی لادن. مقایسه دز فیزیکی و دز بیولوژیکی یونهای اکسیژن نسبت به پروتون در هادرون تراپی. مجله علوم پزشکی رازی. 1397; 25 (11) :85-97

URL: http://rjms.iums.ac.ir/article-1-5276-fa.html


دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران ، rezaie_l@iaushiraz.ac.ir
چکیده:   (552 مشاهده)
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.
متن کامل [PDF 1517 kb]   (94 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: فیزیک‌پزشکی

فهرست منابع
1. 1. Loeffler JS, Durante M. Charged particle therapy—optimization, challenges and future directions. Nat Rev Clin Oncol; 2013. 10:411-24.
2. 2. Kempe I, Gudowska I, Brahme A. Depth absorbed dose and LET distributions of therapeutic 1H, 4He, 7Li, and 12C beams. Med Phys; 2007. 34:183-92.
3. 3. Kantemiris I, Karaiskos P, Papagiannis P, Angelopoulos A. Dose and dose averaged LET comparison of (1)H, (4)He, (6)Li (8)Be, (1)(0)B, (1)(2)C, (1)(4)N, and (1)(6)O ion beams forming a spread-out Bragg peak. Med Phys; 2011. 38: 6585-1.
4. 4. Pshenichnov I, Mishustin I, Greiner W. Comparative study of depth–dose distributions for beams of light and heavy nuclei in tissue-like media. Nucl Instrum Methods Phys Res B; 2008. 266:1094-8.
5. 5. Romano F, Cirrone GA, Cuttone G, Rosa FD, Mazzaglia SE, Petrovic I, et al. A Monte Carlo study for the calculation of the average linear energy transfer (LET) distributions for a clinical proton beam line and a radiobiological carbon ion beam line. Phy Med Bio; 2014. 59: 2863-82.
6. 6. Tessonnier T, Mairani A, Chen W, Sala P, Cerutti F, Ferrari A, et al. Proton and helium ion radiotherapy for meningioma tumors: a Monte Carlo-based treatment planning comparison. Rad Oncol; 2018. 3:12-7.
7. 7. Fuchs H, Strobele J, Schreiner T, Hirtl A, Georg D. A pencil beam algorithm for helium ion beam therapy. Med Phys; 2012. 39:6726-37.
8. 8. Kurz C, Mairani A, Parodi K. First experimental-based characterization of oxygen ion beam depth dose distributions at the Heidelberg Ion-Beam Therapy Center. Phys Med Biol; 2012. 57:5017-34.
9. 9. Tommasino F, Scifoni E, Durante M. New ions for therapy. Int J Particle Ther; 2015. 428-38.
10. 10. Mortazavi SMJ, Hosseini SMA, Jia SB, Mahdavi SR, Mehdizadeh AR. A scientific review on hadron therapy. Razi J Med Sci; 2017. 23:52-67.
11. 11. Bortfeld T, Schlegel W. An analytical approximation of depth–dose distributions for therapeutic proton beams. Phy Med Bio; 1996. 41:1331-9.
12. 12. Rezaee L. Design of spread-out Bragg peaks in hadron therapy with oxygen ions. Rep Prac Oncol Rad; 2018. 23:433-41.
13. 13. Schultheiss TE, Zagars GK, Peters LJ. An explanatory hypothesis for early-and late-effect parameter values in the LQ model. Radiother Oncol; 1987. 9:241.
14. 14. Kramer M, Scholz M. The increased biological effectiveness of heavy charged particles: from radiobiology to treatment planning. Phy Med Bio; 2000. 45:3319.
15. 15. Habermehl D, Ilicic K, Dehne S, Rieken S, Orschiedt L, Brons S, et al. The relative biological effectiveness for carbon and oxygen ion beams using the raster-scanning technique in hepatocellular carcinoma cell lines. Plos One; 2014. 9:113591.
16. 16. Paganetti H. Relative biological effectiveness (RBE) values for proton beam therapy. Variations as a function of biological endpoint, dose, and linear
17. energy transfer. Phy Med Bio; 2014. 59:419.
18. 17. Agostinelli S, Allison J, Amako K. Geant4—a simulation toolkit. ‎Nucl Instr Meth Phys Res A; 2003. 506:250-303.
19. 18. Zirkle RE, Marchbank DF, Kuck KD. Exponential and sigmoid survival curves resulting from alpha and X irradiation of aspergillus spores. J Cellular Com Physiol; 1952. 39:75.
20. 19. Grzanka L. Modelling beam transport and biological effectiveness develop treatment planning for ion beam radiotherapy. PhD Thesis. 2013.
21. 20. Scholz M, Kellerer AM, Kraft-Weyrather W, Kraft G. Computation of cell survival in heavy ion beams for therapy. The model and its approximation, Radiat Environ Biophys; 1997. 36:59.
22. 21. Kelley MR. DNA repair in cancer therapy: molecular targets and clinical applications. Amsterdam: Academic Press; 2012.
23. 22. Tessonnier T. Treatment of low-grade meningiomas with protons and helium ions. PhD Thesis. 2017.
24. 23. Yuki K, Kanematsu N, Kanai T, Matsufuji N. Biological dose calculation with Monte Carlo physics simulation for heavy-ion radiotherapy. Phy Med Bio; 2006. 51:467-75.
25. 24. Hosseini MA, Jia SB, Ebrahimi-Loushab M. Analysis of relative biological effectiveness of proton beams and isoeffective dose profiles using Geant4. J Biomed Phys Eng; 2017. 7:95-100.
26. 25. Jette D, Chen W. Creating a spread-out Bragg peak in proton beams. Phy Med Bio; 2011. 56:131-8.
27. 26. Słonina D, Biesaga B, Swakoń J, Kabat D, Grzanka L, Ptaszkiewicz M, et al. Relative biological effectiveness of the 60-MeV therapeutic proton beam at the Institute of Nuclear Physics (IFJ PAN) in Kraków, Poland. Radiat Environ Biophys; 2014. 53:745.
28. 27. Bert C, Engenhart-Cabillic R, Durante M. Particle therapy for noncancer diseases. Med Phy; 2012. 39:1716-27.

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


کلیه حقوق این وب سایت متعلق به مجله علوم پزشکی رازی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2019 All Rights Reserved | Razi Journal of Medical Sciences

Designed & Developed by : Yektaweb