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Embriaco A, Attili A, Bellinzona EV, Dong Y, Grzanka L, Mattei I, Muraro S, Scifoni E, Tommasino F, Valle SM, Battistoni G. FLUKA simulation of target fragmentation in proton therapy. Phys Med 2020; 80:342-346. [PMID: 33271390 DOI: 10.1016/j.ejmp.2020.09.018] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/30/2019] [Revised: 09/02/2020] [Accepted: 09/20/2020] [Indexed: 12/25/2022] Open
Abstract
In proton therapy, secondary fragments are created in nuclear interactions of the beam with the target nuclei. The secondary fragments have low kinetic energies and high atomic numbers as compared to primary protons. Fragments have a high LET and deposit all their energy close to the generation point. For their characteristics, secondary fragments can alter the dose distribution and lead to an increase of RBE for the same delivered physical dose. Moreover, the radiobiological impact of target fragmentation is significant mostly in the region before the Bragg peak, where generally healthy tissues are present, and immediately after Bragg peak. Considering the high biological impact of those particles, especially in the case of healthy tissues or organs at risk, the inclusion of target fragmentation processes in the dose calculation of a treatment planning system can be relevant to improve the treatment accuracy and for this reason it is one of the major tasks of the MoVe IT project. In this study, Monte Carlo simulations were employed to fully characterize the mixed radiation field generated by target fragmentation in proton therapy. The dose averaged LET has been evaluated in case of a Spread Out Bragg Peak (SOBP). Starting from LET distribution, RBE has been evaluated with two different phenomenological models. In order to characterize the mixed radiation field, the production cross section has been evaluated by means of the FLUKA code. The future development of present work is to generate a MC database of fragments fluence to be included in TPS.
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Affiliation(s)
- A Embriaco
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy.
| | - A Attili
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tre, Italy
| | - E V Bellinzona
- Universitá degli studi di Trento, Italy; TIFPA Trento Institute for Fundamental Physics and Application, Italy
| | - Y Dong
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy; Universitá degli studi di Milano, Italy
| | - L Grzanka
- Institute of Nuclear Physics, Kraków, Poland
| | - I Mattei
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy
| | - S Muraro
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy
| | - E Scifoni
- TIFPA Trento Institute for Fundamental Physics and Application, Italy
| | - F Tommasino
- Universitá degli studi di Trento, Italy; TIFPA Trento Institute for Fundamental Physics and Application, Italy
| | - S M Valle
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy
| | - G Battistoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Italy; TIFPA Trento Institute for Fundamental Physics and Application, Italy
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Fischetti M, Baroni G, Battistoni G, Bisogni G, Cerello P, Ciocca M, De Maria P, De Simoni M, Di Lullo B, Donetti M, Dong Y, Embriaco A, Ferrero V, Fiorina E, Franciosini G, Galante F, Kraan A, Luongo C, Magi M, Mancini-Terracciano C, Marafini M, Malekzadeh E, Mattei I, Mazzoni E, Mirabelli R, Mirandola A, Morrocchi M, Muraro S, Patera V, Pennazio F, Schiavi A, Sciubba A, Solfaroli Camillocci E, Sportelli G, Tampellini S, Toppi M, Traini G, Valle SM, Vischioni B, Vitolo V, Sarti A. Inter-fractional monitoring of [Formula: see text]C ions treatments: results from a clinical trial at the CNAO facility. Sci Rep 2020; 10:20735. [PMID: 33244102 PMCID: PMC7693236 DOI: 10.1038/s41598-020-77843-z] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/14/2020] [Accepted: 11/13/2020] [Indexed: 12/26/2022] Open
Abstract
The high dose conformity and healthy tissue sparing achievable in Particle Therapy when using C ions calls for safety factors in treatment planning, to prevent the tumor under-dosage related to the possible occurrence of inter-fractional morphological changes during a treatment. This limitation could be overcome by a range monitor, still missing in clinical routine, capable of providing on-line feedback. The Dose Profiler (DP) is a detector developed within the INnovative Solution for In-beam Dosimetry in hadronthErapy (INSIDE) collaboration for the monitoring of carbon ion treatments at the CNAO facility (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) exploiting the detection of charged secondary fragments that escape from the patient. The DP capability to detect inter-fractional changes is demonstrated by comparing the obtained fragment emission maps in different fractions of the treatments enrolled in the first ever clinical trial of such a monitoring system, performed at CNAO. The case of a CNAO patient that underwent a significant morphological change is presented in detail, focusing on the implications that can be drawn for the achievable inter-fractional monitoring DP sensitivity in real clinical conditions. The results have been cross-checked against a simulation study.
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Affiliation(s)
- M. Fischetti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
| | - G. Baroni
- Dipartimento di Elettronica Informazione e Bioingegneria, Politecnico di Milano, Milan, Italy
| | | | - G. Bisogni
- INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa, Pisa, Italy
| | | | - M. Ciocca
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - P. De Maria
- Scuola di Specializzazione di Fisica Medica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - M. De Simoni
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
| | - B. Di Lullo
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - M. Donetti
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - Y. Dong
- INFN Sezione di Milano, Milan, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Milan, Italy
| | | | | | - E. Fiorina
- INFN Sezione di Torino, Turin, Italy
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - G. Franciosini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
| | - F. Galante
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - A. Kraan
- INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
| | - C. Luongo
- INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa, Pisa, Italy
| | - M. Magi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - C. Mancini-Terracciano
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
| | - M. Marafini
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
| | - E. Malekzadeh
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - I. Mattei
- INFN Sezione di Milano, Milan, Italy
| | | | - R. Mirabelli
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
| | - A. Mirandola
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - M. Morrocchi
- INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa, Pisa, Italy
| | - S. Muraro
- INFN Sezione di Milano, Milan, Italy
| | - V. Patera
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
| | | | - A. Schiavi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
| | - A. Sciubba
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione dei Laboratori di Frascati, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
| | - E. Solfaroli Camillocci
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Scuola di Specializzazione in Fisica Medica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - G. Sportelli
- INFN Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Dipartimento di Fisica “E. Fermi”, Università di Pisa, Pisa, Italy
| | - S. Tampellini
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - M. Toppi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione dei Laboratori di Frascati, Rome, Italy
| | - G. Traini
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
| | | | - B. Vischioni
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - V. Vitolo
- CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, Pavia, Italy
| | - A. Sarti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- INFN Sezione di Roma I, Rome, Italy
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “E. Fermi”, Rome, Italy
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Mattei I, Alexandrov A, Alunni Solestizi L, Ambrosi G, Argiro S, Bartosik N, Battistoni G, Belcari N, Biondi S, Bisogni MG, Bruni G, Camarlinghi N, Carra P, Catanzani E, Ciarrocchi E, Cerello P, Clozza A, Colombi S, De Lellis G, Del Guerra A, De Simoni M, Di Crescenzo A, Donetti M, Dong Y, Durante M, Embriaco A, Emde M, Faccini R, Ferrero V, Ferroni F, Fiandrini E, Finck C, Fiorina E, Fischetti M, Francesconi M, Franchini M, Galli L, Gentile V, Hetzel R, Hild S, Iarocci E, Ionica M, Kanxheri K, Kraan AC, Lante V, Lauria A, La Tessa C, Lopez Torres E, Massimi C, Marafini M, Mengarelli A, Mirabelli R, Montesi MC, Morone MC, Morrocchi M, Muraro S, Narici L, Pastore A, Pastrone N, Patera V, Pennazio F, Placidi P, Pullia M, Ramello L, Ridolfi R, Rosso V, Rovituso M, Sanelli C, Sartorelli G, Sato O, Savazzi S, Scavarda L, Schiavi A, Schuy C, Scifoni E, Sciubba A, Secher A, Selvi M, Servoli L, Silvestre G, Sitta M, Spighi R, Spiriti E, Sportelli G, Stahl A, Tomassini S, Tommasino F, Traini G, Toppi M, Valeri T, Valle SM, Vanstalle M, Villa M, Weber U, Zoccoli A, Sarti A. Measurement of 12C Fragmentation Cross Sections on C, O, and H in the Energy Range of Interest for Particle Therapy Applications. IEEE Trans Radiat Plasma Med Sci 2020. [DOI: 10.1109/trpms.2020.2972197] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/07/2022]
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Rucinski A, Traini G, Roldan AB, Battistoni G, De Simoni M, Dong Y, Fischetti M, Frallicciardi PM, Gioscio E, Mancini-Terracciano C, Marafini M, Mattei I, Mirabelli R, Muraro S, Sarti A, Schiavi A, Sciubba A, Solfaroli Camillocci E, Valle SM, Patera V. Secondary radiation measurements for particle therapy applications: Charged secondaries produced by 16O ion beams in a PMMA target at large angles. Phys Med 2019; 64:45-53. [PMID: 31515035 DOI: 10.1016/j.ejmp.2019.06.001] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/24/2018] [Revised: 05/23/2019] [Accepted: 06/07/2019] [Indexed: 11/27/2022] Open
Abstract
Particle therapy is a therapy technique that exploits protons or light ions to irradiate tumor targets with high accuracy. Protons and 12C ions are already used for irradiation in clinical routine, while new ions like 4He and 16O are currently being considered. Despite the indisputable physical and biological advantages of such ion beams, the planning of charged particle therapy treatments is challenged by range uncertainties, i.e. the uncertainty on the position of the maximal dose release (Bragg Peak - BP), during the treatment. To ensure correct 'in-treatment' dose deposition, range monitoring techniques, currently missing in light ion treatment techniques, are eagerly needed. The results presented in this manuscript indicate that charged secondary particles, mainly protons, produced by an 16O beam during target irradiation can be considered as candidates for 16O beam range monitoring. Hereafter, we report on the first yield measurements of protons, deuterons and tritons produced in the interaction of an 16O beam impinging on a PMMA target, as a function of detected energy and particle production position. Charged particles were detected at 90° and 60° with respect to incoming beam direction, and homogeneous and heterogeneous PMMA targets were used to probe the sensitivity of the technique to target inhomogeneities. The reported secondary particle yields provide essential information needed to assess the accuracy and resolution achievable in clinical conditions by range monitoring techniques based on secondary charged radiation.
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Affiliation(s)
- A Rucinski
- INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Institute of Nuclear Physics PAN, Krakow, Poland
| | - G Traini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy.
| | | | | | - M De Simoni
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy
| | - Y Dong
- INFN - Sezione di Milano, Italy; Dipartimento di Fisica, Università di Milano, Milano, Italy
| | - M Fischetti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy
| | - P M Frallicciardi
- Azienda Ospedaliero-Universitaria 'Ospedali Riuniti di Foggia', Foggia, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - E Gioscio
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - C Mancini-Terracciano
- INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
| | - M Marafini
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy
| | | | - R Mirabelli
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | | | - A Sarti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, Frascati, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - A Schiavi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy
| | - A Sciubba
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - E Solfaroli Camillocci
- INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; Scuola di Specializzazione in Fisica Medica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
| | - S M Valle
- INFN - Sezione di Milano, Italy; Dipartimento di Fisica, Università di Milano, Milano, Italy
| | - V Patera
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy; INFN - Sezione di Roma 1, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
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Traini G, Mattei I, Battistoni G, Bisogni MG, De Simoni M, Dong Y, Embriaco A, Fischetti M, Magi M, Mancini-Terracciano C, Marafini M, Mirabelli R, Muraro S, Patera V, Schiavi A, Sciubba A, Solfaroli Camillocci E, Valle SM, Sarti A. Review and performance of the Dose Profiler, a particle therapy treatments online monitor. Phys Med 2019; 65:84-93. [PMID: 31437603 DOI: 10.1016/j.ejmp.2019.07.010] [Citation(s) in RCA: 15] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/06/2019] [Revised: 06/24/2019] [Accepted: 07/14/2019] [Indexed: 11/27/2022] Open
Abstract
Particle therapy (PT) can exploit heavy ions (such as He, C or O) to enhance the treatment efficacy, profiting from the increased Relative Biological Effectiveness and Oxygen Enhancement Ratio of these projectiles with respect to proton beams. To maximise the gain in tumor control probability a precise online monitoring of the dose release is needed, avoiding unnecessary large safety margins surroundings the tumor volume accounting for possible patient mispositioning or morphological changes with respect to the initial CT scan. The Dose Profiler (DP) detector, presented in this manuscript, is a scintillating fibres tracker of charged secondary particles (mainly protons) that will be operating during the treatment, allowing for an online range monitoring. Such monitoring technique is particularly promising in the context of heavy ions PT, in which the precision achievable by other techniques based on secondary photons detection is limited by the environmental background during the beam delivery. Developed and built at the SBAI department of "La Sapienza", within the INSIDE collaboration and as part of a Centro Fermi flagship project, the DP is a tracker detector specifically designed and planned for clinical applications inside a PT treatment room. The DP operation in clinical like conditions has been tested with the proton and carbon ions beams of Trento proton-therapy center and of the CNAO facility. In this contribution the detector performances are presented, in the context of the carbon ions monitoring clinical trial that is about to start at the CNAO centre.
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Affiliation(s)
- G Traini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | | | | | - M G Bisogni
- INFN Sezione di Pisa, Italy; Dipartimento di Fisica "E. Fermi", Università di Pisa, Pisa, Italy.
| | - M De Simoni
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - Y Dong
- INFN Sezione di Milano, Italy; Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italy
| | | | - M Fischetti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - M Magi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - C Mancini-Terracciano
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - M Marafini
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - R Mirabelli
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | | | - V Patera
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - A Schiavi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy
| | - A Sciubba
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
| | - E Solfaroli Camillocci
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione di Roma, Italy; Scuola di Specializzazione in Fisica Medica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
| | | | - A Sarti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria, Sapienza Università di Roma, Italy; INFN Sezione dei Laboratori di Frascati, Roma, Italy; Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "E. Fermi", Roma, Italy
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Mairani A, Magro G, Dokic I, Valle SM, Tessonnier T, Galm R, Ciocca M, Parodi K, Ferrari A, Jäkel O, Haberer T, Pedroni P, Böhlen TT. Data-driven RBE parameterization for helium ion beams. Phys Med Biol 2016; 61:888-905. [PMID: 26740518 DOI: 10.1088/0031-9155/61/2/888] [Citation(s) in RCA: 21] [Impact Index Per Article: 2.6] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/11/2023]
Abstract
Helium ion beams are expected to be available again in the near future for clinical use. A suitable formalism to obtain relative biological effectiveness (RBE) values for treatment planning (TP) studies is needed. In this work we developed a data-driven RBE parameterization based on published in vitro experimental values. The RBE parameterization has been developed within the framework of the linear-quadratic (LQ) model as a function of the helium linear energy transfer (LET), dose and the tissue specific parameter (α/β)ph of the LQ model for the reference radiation. Analytic expressions are provided, derived from the collected database, describing the RBEα = αHe/αph and Rβ = βHe/βph ratios as a function of LET. Calculated RBE values at 2 Gy photon dose and at 10% survival (RBE10) are compared with the experimental ones. Pearson's correlation coefficients were, respectively, 0.85 and 0.84 confirming the soundness of the introduced approach. Moreover, due to the lack of experimental data at low LET, clonogenic experiments have been performed irradiating A549 cell line with (α/β)ph = 5.4 Gy at the entrance of a 56.4 MeV u(-1)He beam at the Heidelberg Ion Beam Therapy Center. The proposed parameterization reproduces the measured cell survival within the experimental uncertainties. A RBE formula, which depends only on dose, LET and (α/β)ph as input parameters is proposed, allowing a straightforward implementation in a TP system.
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Affiliation(s)
- A Mairani
- Medical Physics Unit, CNAO Foundation, Via Strada Campeggi 53, I-27100 Pavia, Italy. Heidelberg Ion Beam Therapy Center, Im Neuenheimer Feld 450, D-69120 Heidelberg, Germany
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