基于体素的氧气动力学模型解析 LET-氧气条件下辐射诱导的 DNA 损伤残留

目标。缺氧肿瘤亚区域通过提升氧气增强比（OER）抵抗辐射，而目前没有计算方法同时满足颗粒特异性、机制性和体素级治疗计划速度要求。我们提出了 VOxel-Aware 氧气模型（VOxA）以满足上述需求。方法。氧气模型（OM）通过双双曲线过渡编码颗粒特异性 LET-OER 依赖性，约束其随原子序数 Z 单调递增，结合麦克制氧动力学。体素感知（VA）扩展通过校准的颗粒特异性灵敏度参数解析每个双链断裂（DSB）的局部能量异质性。通过 233 组 OER 观测数据（来自 29 个来源、10 种粒子类型，LET=0.2-654 keV/um）和来自 TOPAS-nBio 模拟的 DSB 坐标进行校准。主要结果。OM 实现 $R^2 = 0.719$，MAE = 0.300 残留 OER 单位；理论 OER 最大值 3.32（较实验测量误差 2.4%），bootstrap 中位数 3.37 [3.18, 4.09]。复合参数 $K_{\rm fix} + K_{\rm repair} = 2.82$ mmHg 在高度共线性（r = 0.935）下仍受到严格约束。在Furusawa重离子子集上，VOxA 比临床标准（63.1%）在氦（28.4%）和碳（24.0%）上实现更低的生存 OER MAE，并再现了 He < C < Ne Z 排序，这些通用模型无法捕获。VA 扩展通过 18 项测试确认了样本量不变的核内 DSB 残留概率的系数变异。VOxA 每个体素评估时间不足 $10^{-3}$ ms，速度是蒙特卡罗化学的百万倍以上。意义。VOxA 是首个实现在临床计划速度下解析 Z 排序的颗粒特异性 OER 模型，基于本模型类最大的 OER 校准数据集验证。整核尺度的提交断裂坐标为分子间断裂拓扑分析和缺氧 LET 绘画提供输入。