将微剂量学体外RBE模型通过基于微剂量学的RBE评估工具（MONAS）集成至TOPAS MC用于粒子治疗
医学物理
2026-01-22 v1
摘要
我们提出MONAS（基于微剂量学的相对生物效能评估建模，MicrOdosimetry-based modelliNg for relative biological effectiveness (RBE) ASsessment）工具包。MONAS是TOPAS蒙特卡洛的扩展，将微剂量学分布模拟与基于放射生物学微剂量学的模型相结合，用于预测细胞存活曲线和剂量依赖性RBE。MONAS扩展了TOPAS微剂量学扩展，包含了新颖的比能记分器。这些能谱作为物理输入，用于微剂量学动力学模型（MKM）的三种不同公式以及广义随机微剂量学模型（GSM2），以预测剂量依赖性细胞存活分数和RBE。随后将MONAS预测与实验微剂量能谱和体外存活分数数据验证。我们展示了该代码的两种不同应用：i）由被动散射质子SOBP计算的深度-RBE曲线，以及ii）对接受质子治疗的真实头颈患者几何体的3D RBE分布计算。MONAS可从经实验验证的微剂量能谱，利用四种临床相关放射生物学模型估算剂量依赖性RBE和细胞存活曲线。从质子SOBP场的放射生物学表征中，我们观察到辐射场远侧边缘RBE值增加的已知趋势。所计算的3D RBE图证实了SOBP分析中观察到的趋势，最高RBE值出现在靶区远侧边缘。MONAS扩展提供了一个基于微剂量学的综合框架，用于在研究和临床环境中评估粒子辐射的生物效应，有助于弥合辐射场的微剂量学描述与其在变RBE质子治疗中的应用之间的差距。
引用
@article{arxiv.2307.08791,
title = {Integrating microdosimetric in vitro RBE models for particle therapy into TOPAS MC using the MicrOdosimetry-based modeling for RBE Assessment (MONAS) tool},
author = {Giorgio Cartechini and Marta Missiaggia and Emanuele Scifoni and Chiara La Tessa and Francesco G. Cordoni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.08791},
year = {2026}
}