Biological dose representation for carbon-ion radiotherapy of unconventional fractionation

相对生物效应 分馏 放射治疗 剂量分馏 碳离子放射治疗 核医学 布拉格峰 辐射 辐照 化学 医学 物理 核物理学 放射科 色谱法
作者
Nobuyuki Kanematsu,Taku Inaniwa
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:62 (3): 1062-1075 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1361-6560/62/3/1062
摘要

In carbon-ion radiotherapy, single-beam delivery each day in alternate directions has been commonly practiced for operational efficiency, taking advantage of the Bragg peak and the relative biological effectiveness (RBE) for uniform dose conformation to a tumor. The treatment plans are usually evaluated with total RBE-weighted dose, which is however deficient in relevance to the biological effect in the linear-quadratic model due to its quadratic-dose term, or the dose-fractionation effect. In this study, we reformulate the extrapolated response dose (ERD), or synonymously BED, which normalizes the dose-fractionation and cell-repopulation effects as well as the RBE of treating radiation, based on inactivation of a single model cell system and a typical treating radiation in carbon-ion RT. The ERD distribution virtually represents the biological effect of the treatment regardless of radiation modality or fractionation scheme. We applied the ERD formulation to simplistic model treatments and to a preclinical survey for hypofractionation based on an actual prostate-cancer treatment of carbon-ion radiotherapy. The proposed formulation was demonstrated to be practical and to offer theoretical implications. In the prostate-cancer case, the ERD distribution was very similar to the RBE-weighted-dose distribution of the actual treatment in 12 fractions. With hypofractionation, while the RBE-weighted-dose distribution varied significantly, the ERD distribution was nearly invariant, implying that the carbon-ion radiotherapy would be insensitive to fractionation. However, treatment evaluation with simplistic biological dose is intrinsically limited and must be complemented in practice somehow by clinical experiences and biology experiments.

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