The FLUKA Monte Carlo code coupled with the local effect model for biological calculations in carbon ion therapy

相对生物效应 蒙特卡罗方法 吸收剂量 物理 核医学 计算物理学 核工程 统计物理学 计算机科学 核物理学 辐照 数学 医学 统计 工程类
作者
A. Mairani,Stephan Brons,F. Cerutti,A. Fassò,A. Ferrari,Martina Krämer,Katia Parodi,M. Scholz,Florian Sommerer
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:55 (15): 4273-4289 被引量:101
标识
DOI:10.1088/0031-9155/55/15/006
摘要

Clinical Monte Carlo (MC) calculations for carbon ion therapy have to provide absorbed and RBE-weighted dose. The latter is defined as the product of the dose and the relative biological effectiveness (RBE). At the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung as well as at the Heidelberg Ion Therapy Center (HIT), the RBE values are calculated according to the local effect model (LEM). In this paper, we describe the approach followed for coupling the FLUKA MC code with the LEM and its application to dose and RBE-weighted dose calculations for a superimposition of two opposed (12)C ion fields as applied in therapeutic irradiations. The obtained results are compared with the available experimental data of CHO (Chinese hamster ovary) cell survival and the outcomes of the GSI analytical treatment planning code TRiP98. Some discrepancies have been observed between the analytical and MC calculations of absorbed physical dose profiles, which can be explained by the differences between the laterally integrated depth-dose distributions in water used as input basic data in TRiP98 and the FLUKA recalculated ones. On the other hand, taking into account the differences in the physical beam modeling, the FLUKA-based biological calculations of the CHO cell survival profiles are found in good agreement with the experimental data as well with the TRiP98 predictions. The developed approach that combines the MC transport/interaction capability with the same biological model as in the treatment planning system (TPS) will be used at HIT to support validation/improvement of both dose and RBE-weighted dose calculations performed by the analytical TPS.
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