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Comparison of physical dose and dose-averaged linear energy transfer between treatment planning system and Monte Carlo simulation in carbon-ion radiotherapy

炭素線治療での物理線量と線量平均線エネルギー付与量に関する治療計画システムとモンテカルロシミュレーションの比較

石川 諒尚*; 古場 裕介*; 古田 琢哉   ; Chang, W.*; 橋本 慎太郎  ; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 佐藤 達彦   

Ishikawa, Akihisa*; Koba, Yusuke*; Furuta, Takuya; Chang, W.*; Hashimoto, Shintaro; Yonai, Shunsuke*; Matsumoto, Shinnosuke*; Sato, Tatsuhiko

炭素線治療におけるがんの治療効果や局所制御率に、腫瘍領域での線量平均線エネルギー付与値(LETd)が密接に関係するとの報告がある。しかし、量子科学技術研究開発機構QST病院の炭素線治療データには、計画時の物理線量および生物線量しか登録されておらず、LETdを直接調べることができない。簡易的な手法として、LETdと生物学的効果比との関係性を利用してLETdを導出する方法が提案されているが、炭素線の終端付近で関数の一価性が崩れる問題等が知られている。一方、我々は治療計画データに従い、炭素線治療の照射体系を再構築し、治療を再現したモンテカルロシミュレーションを実行する手法を確立した。シミュレーション時にLETdも直接計算することができる。そこで、モンテカルロ計算によるLETdと簡易手法で治療計画システムから導出されるLETdを比較することで、簡易手法の有効性について検証した。予想通り炭素線の終端付近で、簡易手法によるLETdが過少評価になるものの、影響が局所的であることから、簡易手法はLETdを臓器スケールで計算する目的では十分有効であることを確認した。

There found to be a relationship between the dose-averaged linear energy transfer LETd and local tumor control in carbon-ion radiotherapy (CIRT). However, only physical dose and biological dose are registered in the past treatment records of CIRT in QST hospital and LETd can not be deduced directly. There is a method to estimate LETd based on RBE-LETd-fitted function but some problems such as non-singularity at the end point of carbon ions are known. On the other hand, we propose a method to reproduce the CIRT by reconstructing the beam transport geometry based on the treatment planning data and conduct Monte Carlo simulation. The LETd can be also computed directly. We therefore compared LETd obtained by Monte Carlo simulation with estimated LETd using the treatment planning data. We found that underestimation around the end point of carbon ions but the influence was local and thus the LETd estimates are valid for the purpose computing in organ scale.

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