光子線治療における中断時間による生物学的効果に基づく線量補償

Dose compensation based on biological effectiveness due to interruption time for photon radiation therapy.

抄録

目的:

放射線治療の中断時間に対する生物学的有効性を評価し，生物学的有効性に基づく線量補償法を提案する。

OBJECTIVE: To evaluate the biological effectiveness of dose associated with interruption time; and propose the dose compensation method based on biological effectiveness when an interruption occurs during photon radiation therapy.

方法:

光子ビームを用いたモンテカルロシミュレーションにより、ヒト唾液腺腫瘍の線エネルギー分布を計算した。生物学的線量（D）は、マイクロドジメトリキネティックモデルを使用して推定された。中断した場合としなかった場合のD値の差に対する物理線量との線量補償係数(Δ)を導出した。中断時間(τ)は0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 120minに変化させた。1回あたりの線量は2～8Gy、線量率は0.1～24Gy/分であった。

METHODS: The lineal energy distribution for human salivary gland tumor was calculated by Monte Carlo simulation using a photon beam. The biological dose (D) was estimated using the microdosimetric kinetic model. The dose compensating factor with the physical dose for the difference of the D with and without interruption (Δ) was derived. The interruption time (τ) was varied to 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75, and 120 min. The dose per fraction and dose rate varied from 2 to 8 Gy and 0.1 to 24 Gy/min, respectively.

結果:

1Gy/minで最大のΔは、線量の半分で中断したときに生じた。2Gyでτ >= 20min、5Gyでτ = 10min、8Gyでτ = 10minで線量の半分の1Gy/minによるΔは3%以上であった。線量率によるΔの最大差は2Gyと5Gyで3％以内、8Gyで4.0％の値を達成した。線量補償係数は、高分割線量、高線量率のビームほど大きくなった。

RESULTS: The maximum Δ with 1 Gy/min occurred when the interruption occurred at half the dose. The Δ with 1 Gy/min at half of the dose was over 3% for τ >= 20 min for 2 Gy, τ = 10 min for 5 Gy, and τ = 10 min for 8 Gy. The maximum difference of the Δ due to the dose rate was within 3% for 2 and 5 Gy, and achieving values of 4.0% for 8 Gy. The dose compensating factor was larger with a high dose per fraction and high-dose rate beams.

結論:

中断により生物学的効果の損失が発生する。我々の提案する方法は、中断時間による生物学的効果の予期せぬ減少を補正することができる。

CONCLUSION: A loss of biological effectiveness occurs due to interruption. Our proposal method could correct for the unexpected decrease of the biological effectiveness caused by interruption time.

知見の進歩:

光子線治療では、中断により亜致死量の損傷修復が起こる。本研究では、中断による生物学的効果の低下に対する線量補償法を提案した。

ADVANCES IN KNOWLEDGE: For photon radiotherapy, the interruption causes the sublethal damage repair. The current study proposed the dose compensation method for the decrease of the biological effect by the interruption.