Repository logo

Browsing by Author "Kruszewski, Marcin"

  • Thumbnail Image
    Item
    Wspomaganie decyzji w planowaniu spersonalizowanej radioterapii protonowej w oparciu o modelowanie radiobiologiczne
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Jeleń, Kinga; Olko, Paweł; Roterman-Konieczna, Irena; Słonina, Dorota; Szefliński, Zygmunt; Kruszewski, Marcin
    Organizmy żywe wykazują złożoną reakcję na dawki promieniowania jonizującego. Reakcja na promieniowanie jest często kwantyfikowana poprzez przeżywalność komórek biologicznych i silnie zależy od wielu czynników, zarówno fizycznych jak i biologicznych. Dla porównania działania różnych modalności promieniowana stosuje się pojęcie Względnej Skuteczności Biologicznej (ang. Relative Biological Effectiveness, RBE), które określa stosunek dawek promieniowania referencyjnego i badanego, wywołujących ten sam efekt biologiczny np. przeżywalność. Obecnie w radioterapii protonowej stosuje się, zgodnie z zaleceniami ICRU i AAPM, stałą wartość RBE = 1,1, która służy do wyliczenia aktualnych wartości tzw. dawek biologicznych (DRBE). Wyniki wielu eksperymentów in vitro i in vivo pokazują, że pod koniec toru protonu, w obszarze rosnącej gęstości jonizacji (tzw. pik Bragga) RBE rośnie powyżej wartości 1,1, co może mieć wpływ na wynik leczenia. Dostępne modele radiobiologiczne, oparte na danych uzyskanych z eksperymentów in vitro, wiążą zmienność RBE dla protonów z liniowym transferem energii (ang. Linear Energy Transfer, LET) i stosunkiem α/β z modelu liniowo-kwadratowego (Linear –Quadrtic, LQ). W niniejszej pracy przeanalizowano model radiobiologiczny Wedenberg, zbudowany na bazie wyników 34 eksperymentów dla 10 różnych linii komórkowych, napromienianych monoenergetycznymi wiązkami protonów o wartościach LET z zakresu od 6 keV∙μm^(-1) do 30 keV∙μm^(-1). Model ten ma jeden wolny parametr q =0.434 Gy⋅μm⋅keV^(-1) uzyskany z dopasowania zbioru wartości parametrów α, β w funkcji LET. Parametr ten ma kluczowe znacznie, łączy bowiem wartość RBE z parametrami α, β. Jednak zbiór wartości parametrów α, β wykazuje znaczny rozrzut, co sugeruje, że wartość wolnego parametru q może silnie zależeć od niepewności danych radiobiologicznych. Dlatego w ramach tej pracy zaproponowano probabilistyczne podejście do modelu Wedenberg, polegające na wyznaczeniu rozkładu parametru q(〖α,α〗_ref,β_ref,LET) i analizie wpływu zmienności tego parametru na zmienność RBE. Do propagacji niepewności zastosowano metody statystyczne typu bootstrap i Monte Carlo, proponując tzw. poszerzony model Wedenberg. Wynikiem tego podejścia było uzyskanie nowego rozkładu wartości RBE, ze średnią porównywalną z oryginalnym modelem Wedenberg. Pokazano, że niepewności parametrów modelu LQ (α i β) na poziomie 40% - 60% prowadzą do niepewności RBE na poziomie 5%-7%. Poszerzony model Wedenberg umożliwił analizę niepewności danych radiobiologicznych i ich wpływ na dawkę biologiczną, stosowaną w planowaniu leczenia w radioterapii protonowej. Przeprowadzone porównania potwierdziły, że mimo stosowania uproszczonej analizy niepewności, wyniki modelu Wedenberg niewiele odbiegają od bardziej zaawansowanej analizy i mogą być stosowane do planowania leczenia w radioterapii protonowej.