Radiobiological impact of gadolinium neutron capture from proton therapy and alternative neutron sources using TOPAS‐nBio
Notice bibliographique
Résumé
Purpose A multi‐scale investigation of the biological properties of gadolinium neutron capture (GdNC) therapy with applications in particle therapy is conducted using the TOPAS Monte Carlo (MC) simulation code. The simulation results are used to quantify the amount of gadolinium dose enhancement produced as a result of the secondary neutron production from proton therapy scaled by measured data. Materials and methods MC modeling was performed using the radiobiology extension TOol for PArticle Simulation TOPAS‐nBio MC simulation code to study the radiobiological effects produced from GdNC on a segment of DNA, a spherical cellular model, and from the modeling of previous experimental measurements. The average RBE values were calculated from two methods, microdosimetric kinematic (MK) and biological weighting r(y) within a 2 nm DNA segment for GdNC. The single‐strand breaks (SSBs) and double‐strand breaks (DSBs) were calculated from within the nucleus of a 20 µm diameter, spherical cell model. From a previous experimental proton therapy measurement using a spread‐out Bragg peak (SOBP) of 4.5–9.5 cm and a delivered absorbed dose of 10.4 Gy, the amount of Gd neutron captures was calculated and used to quantify the amount of GdNC absolute dose from particle therapy. Results The average RBE from microdosimetric kinematic and biological weighting was 1.35, and 1.70 for a 10% cell survival on HSG cell‐line and weighting function data from early intestinal tolerance of mice. From a central isotropic GdNC source, the energy deposition is found to decrease from roughly 2.7 eV per capture down to approximately 0.01 eV per capture, a drop of two orders of magnitude within 50 nm. This result suggests that Gd needs to be close to the DNA (within 10–20 nm) in order for neutron capture to induce a significant dose enhancement due to the short‐range electrons emitted after Gd neutron capture. Within a spherical cell model, the SSBs, and DSBs were determined to be 39 and 1.5 per neutron capture, respectively. From the total neutron captures produced from an experimental proton therapy measurement on a 3000 PPM Gd solution, an insignificant absolute Gd dose enhancement was quantified to be 5.4 × 10−6 Gy per Gy of administered proton dose. Conclusion From this study and literature review, the production of secondary thermal neutrons from proton therapy is determined to be a limiting factor and unlikely to produce a clinically useful dose enhancement for secondary neutron capture therapy. Moreover, alternative neutron sources, such as, a compact deuterium‐tritium (D‐T) neutron generator, a “high yield” deuterium‐deuterium (D‐D) generator, or an industrial strength (100 mg) 252Cf source were investigated, with the 252Cf source the most likely to be capable of producing enough neutrons for 1 Gy of localized GdNC absolute dose within a reasonable treatment time.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».