质子治疗束微剂量学建模的新方法

{\bf 引言}：重访微剂量学中平均弦长的表述，并以适用于放射生物学建模的粒子平均自由程取代之。{\bf 方法}：我们执行逐碰撞跟踪的事件级 Geant4 蒙特卡洛模拟，计算从 mm 至 $\mu$m 范围靶尺寸及水中深度的双平均步长 $\langle\langle l \rangle\rangle$。我们将 $\langle\langle l \rangle\rangle$ 视为粒子平均自由程。{\bf 结果}：我们表明 $\langle\langle l \rangle\rangle$ 随深度连续下降，并在低能处渐近饱和至最小值，在此呈现与粒子标称束流能量无关的普适标度行为。我们将 $\langle\langle l \rangle\rangle$ 与 DNA 损伤线性密度、初始致死损伤复杂性相关联，并展示使用平均弦长与所提平均自由程的模型计算中预测 RBE 的相对差异。我们证明 Bragg 峰内外 RBE 的快速增长与 $\langle\langle l \rangle\rangle$（随深度递减的函数）一致。{\bf 讨论与结论}：在纳米尺度授能与后续 DNA 损伤的理化过程、因果与通路间，局域性的相互作用要求以质子及带电粒子的平均自由程替代细胞核的几何弦长，以考量 DNA 物质中连续碰撞间的平均距离。