炭素イオン患者の症例へのビアンカ生物物理学モデルの最初の適用

目的。この研究の主な目的は、初めて、ビアンカ（細胞死および染色体異常の生物物理学的分析）生物物理学的モデルをC-IONがん患者のRBE計算に適用し、結果と比較することで構成されています。診療所に適用されるLEM Iモデル。確かに、重イオン癌療法の継続的な発達には、腫瘍および正常組織に対するイオンビームの生物学的効果のモデリングが必要です。重いイオンの相対生物学的有効性（RBE）は陽子のそれよりも高く、ビーム経路に沿って有意な変動があります。したがって、特に鉛筆ビームスキャン技術には、正確なモデリングが必要です。現在、LEM IとMKMの2つの放射性生物学的モデルは、スキャンされた鉛筆ビーム施設で重いイオンに使用されています。アプローチ。Fluka粒子療法ツールとの界面を活用して、Biancaを適用して、RBE重量の用量分布を再計算しました。以前はCNAOに照射されていた3人の患者（胆嚢、頭と首、前立腺）の炭素イオン治療は、放射線生物学的最適化がLEM Iに基づいていた。ビアンカによって得られた予測は、脊柱腫細胞の生存（RBESURV）または上で基づいていた。末梢血リンパ球（RBEAB）における断腹異常は、二次腫瘍を含む後期正常組織損傷の指標です。次に、シミュレーションの結果をLEM I.mainの結果によって提供された結果と比較しました。ターゲットおよびエントランスチャネルでは、ビアンカの予測はLEM Iで得られたものよりも低かったが、2つのモデルは考慮されたOARで非常に類似した結果を提供しました。rbesurvandrbeabの間の観察された違い（分数用量にも依存していてLET）は、通常の組織では、細胞の生存に関する情報が染色体異常などの遅い損傷の誘導により密接に関連する情報によって統合されるべきであることを示唆しています。そのビアンカは、特に細胞生存と染色体異常の両方を予測できることを考慮して、イオンビーム療法における治療計画の最適化に適しており、以前は炭素イオン実験データと良好な一致を示しています。

Objective.The main objective of this work consists of applying, for the first time, the BIANCA (BIophysical ANalysis of Cell death and chromosome Aberrations) biophysical model to the RBE calculation for C-ion cancer patients, and comparing the outcomes with those obtained by the LEM I model, which is applied in clinics. Indeed, the continuous development of heavy-ion cancer therapy requires modelling of biological effects of ion beams on tumours and normal tissues. The relative biological effectiveness (RBE) of heavy ions is higher than that of protons, with a significant variation along the beam path. Therefore, it requires a precise modelling, especially for the pencil-beam scanning technique. Currently, two radiobiological models, LEM I and MKM, are in use for heavy ions in scanned pencil-beam facilities.Approach.Utilizing an interface with the FLUKA Particle Therapy Tool, BIANCA was applied to re-calculate the RBE-weighted dose distribution for carbon-ion treatment of three patients (chordoma, head-and-neck and prostate) previously irradiated at CNAO, where radiobiological optimization was based on LEM I. The predictions obtained by BIANCA were based either on chordoma cell survival (RBEsurv), or on dicentric aberrations in peripheral blood lymphocytes (RBEab), which are indicators of late normal tissue damage, including secondary tumours. The simulation outcomes were then compared with those provided by LEM I.Main results.While in the target and in the entrance channel BIANCA predictions were lower than those obtained by LEM I, the two models provided very similar results in the considered OAR. The observed differences betweenRBEsurvandRBEab(which were also dependent on fractional dose and LET) suggest that in normal tissues the information on cell survival should be integrated by information more closely related to the induction of late damage, such as chromosome aberrations.Significance.This work showed that BIANCA is suitable for treatment plan optimization in ion-beam therapy, especially considering that it can predict both cell survival and chromosome aberrations and has previously shown good agreement with carbon-ion experimental data.