Microdosimetry calculations in situ for clinically relevant photon sources and their correlation with the early DNA damage response
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Radiobiological data suggests variations in relative biological effectiveness (RBE) between clinically used photon‐based sources. A microdosimetric formalism using Monte Carlo (MC) methods can mechanistically describe the photon RBE. Experimentally derived RBE based on DNA double‐strand breaks () has been shown to scale with the microdosimetry quantity dose‐mean lineal energy (). Purpose To calculate microdosimetric spectra for clinically relevant photon sources, spanning from soft x‐rays produced by a 50 kVp x‐ray source through various brachytherapy sources up to a 6 MV medical linac. Furthermore, we investigated the correlation between and of different photon sources. Methods Photon sources simulated include low‐energy x‐rays (50 kVp), orthovoltage x‐rays (225 kVp), high‐dose‐rate brachytherapy sources ( 75 Se, 192 Ir and 60 Co), and a 6 MV medical linac. Secondary electron spectra at the cellular level were calculated for in vitro cell irradiation setups using Geant4 MC‐based packages, RapidBrachyMCTPS and RapidExternalBeam. The obtained spectra were used in MicroDose, a microdosimetry simulation software, to obtain microdosimetric quantities, including single‐event lineal energy () and specific energy () spectra, and dose‐mean and frequency‐mean quantities (, , , ). Uniform spherical targets (1–14 radius) and realistic HeLa and PC3 cell nucleus models were simulated using cell size data obtained from literature and nuclei size data from confocal microscopy imaging. Radiobiological experiments using foci quantified DNA double‐strand breaks for HeLa and PC3 cells after irradiations with 50 and 225 kVp, 192 Ir, and 6 MV linac, and was determined using 225 kVp as the reference. Results The calculated () is within the 3.5–1.2 keV/ range (1.8–0.2 keV/) for 1 simulated target size between the lowest energy 50 kVp x‐ray source and the highest energy 6 MV linac source, respectively. For the HeLa and PC3 cell nuclei models based on microscopy data, () spans from 1.6 to 0.6 keV/ (0.7 to 0.2 keV/). When compared between different target sizes, () ranges from 3.5 to 1.0 (1.8–0.4) keV/ between 1 and 10 radius targets for the 50 kVp x‐ray source. A smaller change is observed for 6 MV linac, ranging from 1.2 to 0.5 keV/ and 0.23 to 0.22 keV/ for and , respectively. For the simulated 75 Se source currently under investigation, the calculated values are 11%–24% higher relative to those of 192 Ir in the range of target sizes between 1 and 14 in radius. for HeLa cells was 1.40.7 for 50 kVp x‐rays, 0.50.2 for 192 Ir, and 0.70.4 for 6 MV linac irradiations. For PC3 cells, was 1.30.6, 0.80.4 and 0.50.3 for 50 kVp, 192 Ir and 6 MV linac, respectively. Measured values are consistent with ratios of the corresponding photon sources for HeLa and PC3 nucleus models. Conclusions Microdosimetric spectra strongly depend on the simulated energy of photon sources and target size, with and decreasing by a factor of 2–3 between diagnostic 50 kVp and 6 MV therapeutic x‐rays for target sizes from 1–14 in radius. The early damage indicates this stochastic change in energy density between various photon sources as the yields of foci per nucleus scale with of the source.
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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 | 0,001 |
| 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 ».