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Cell survival fraction estimation based on the probability densities of domain and cell nucleus specific energies using improved microdosimetric kinetic models

ドメイン及び細胞核線量の確率的分散を考慮した改良マイクロドジメトリ運動学モデルを用いた細胞生存率の評価

佐藤 達彦   ; 古澤 佳也*

Sato, Tatsuhiko; Furusawa, Yoshiya*

さまざまな放射線照射に対する細胞生存率の評価は、細胞致死メカニズムの解明や粒子線治療の治療計画において極めて重要となる。これまで、われわれは、粒子挙動解析計算コードPHITSに組み込んだマイクロドジメトリ計算機能を用いて、細胞核内の微少領域(ドメイン)内線量と細胞核線量の平均値を指標とした細胞生存率評価モデルを開発してきた。しかし、個々の細胞応答は、ドメインや細胞核線量の平均値ではなく個別の値により決定されるため、従来のモデルでは各線量の確率密度の分散が重要となる高LETや高線量照射に対する細胞生存率を再現できない問題点があった。そこで、本研究では、PHITSのマイクロドジメトリ機能及びLET分布計算機能と畳み込み積分法を組合せ、人体内任意地点におけるドメインや細胞核線量の確率密度分布を計算する手法を構築し、その確率密度分布より細胞生存率を計算する新たなモデルを開発した。開発した計算モデルは、細胞致死メカニズムの解明のみならず、低線量被ばくによる影響評価にも新たな知見を与える可能性がある。

Two computational models were established for the estimation on the basis of the concept of the microdosimetric kinetic (MK) model. They were designated as the double-stochastic microdosimetric kinetic (DSMK) and stochastic microdosimetric kinetic (SMK) models, where the former takes the stochastic natures of both domain and cell-nucleus specific energies into account, while the latter considers that of only cell-nucleus specific energy in order to reduce its computational time. Both DSMK and SMK models can reproduce the measured survival fractions even for high-LET and high-dose irradiations for which the conventional MK model predicts lower values due to the ignorance of the stochastic nature of the cell-nucleus specific energies. Those models are therefore capable of contributing to the better understanding of the mechanism of cell inactivation as well as the improvement of the accuracy of the treatment planning of charged-particle therapy.

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パーセンタイル:90.81

分野:Biology

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