敏感域的形状选取对微剂量动力学模型参数的影响

目的基于粒子径迹结构模型,利用三重积分计算粒子在球状敏感域(domain)内的单次事件剂量加权平均比能,并探讨敏感域的形状对微剂量动力学模型(MKM)参数带来的影响及其对应的物理意义。方法分别假定敏感域为圆柱状和球状。α_(0)、域半径r_(d)和细胞核半径R_(n)为待定系数,3种带电粒子(^(3)He、^(12)C、^(20)Ne)的核电荷数、动能及其对应的传能线密度(LET)为自变量,D10为因变量。以D10计算值与实验值的残差均方值J^(2)为优化目标,采用稳健最小二乘法分别得到人类唾液腺肿瘤(HSG)细胞和中国仓鼠肺(V79)细胞对应待定系数的最优拟合值即为MKM最优模型参数值。结果对于HSG细胞,圆柱状敏感域:α_(0)=0.073/Gy,r_(d)=0.29μm,R_(n)=4.1μm,J^(2)=0.0397 Gy^(2);球状敏感域:α_(0)=0.023/Gy,r_(d)=0.29μm,R_(n)=4.4μm,J^(2)=0.0393 Gy^(2);对于V79细胞,圆柱状敏感域:α_(0)=0.114/Gy,r_(d)=0.25μm,R_(n)=3.8μm,J^(2)=0.0974 Gy^(2),球状敏感域:α_(0)=0.095/Gy,r_(d)=0.26μm,R_(n)=4.1μm,J^(2)=0.0969 Gy^(2)。结论对于同一种细胞,分别选取圆柱状和球状的敏感域,最终计算拟合得到的MKM参数存在明显差异,其中两种形状的敏感域半径拟合值r_(d)相差不大,而球状敏感域拟合得到的α_(0)更小,细胞核半径R_(n)更大,更接近于荧光显微镜观察的细胞核尺寸。在低LET(<20 keV/μm)区域,根据两种形状敏感域所得参数计算的D10存在明显差异,所以敏感域形状选取会对质子放疗在布拉格峰附近区域的相对生物效应(RBE)计算造成影响。