再現性のある線量平均線形エネルギー移動のためのモンテカルロシミュレーションパラメータの標準化

Standardizing Monte Carlo simulation parameters for a reproducible dose-averaged linear energy transfer.

• Wei Yang Calvin Koh
• Hong Qi Tan
• Khong Wei Ang
• Sung Yong Park
• Wen Siang Lew
• James Cheow Lei Lee

抄録

目的:

線量平均線形エネルギー移動(LET)は、陽子線治療における治療計画における相対的な生物学的有効性(RBE)を決定する要因の一つです。通常、モンテカルロ（MC）シミュレーションによって決定される。しかし、LETをサンプリングするための標準的なシミュレーションプロトコルは確立されていない。最大ステップ長やレンジカットのようなシミュレーションパラメータは、二次電子の生成に影響を与え、線量分布やLETの精度に影響を与える。本研究では、GEANT4におけるステップ長とレンジカットの異なる組み合わせが、異なるMCスコアリング法を用いたLETのサンプリング結果にどのような影響を与えるかを示すことを目的としている。

OBJECTIVE: Dose-averaged linear energy transfer (LET) is one of the factors which determines relative biological effectiveness (RBE) for treatment planning in proton therapy. It is usually determined from Monte Carlo (MC) simulation. However, no standard simulation protocols were established for sampling of LET. Simulation parameters like maximum step length and range cut will affect secondary electrons production and have an impact on the accuracy of dose distribution and LET. We aim to show how different combinations of step length and range cut in GEANT4 will affect the result in sampling of LET using different MC scoring methods.

方法:

本研究では、臨床的に適切なボクセル形状における異なるステップ長とレンジカット値を比較するために使用した。異なるLETスコアリング法が確立され、ステップごとのエネルギー沈着とステップ長の間の共分散の概念が、それらの間の違いを説明するために使用されています。

METHODS: In this work, different step length and range cut value in a clinically relevant voxel geometry were used for comparison. Different LET scoring methods were established and the concept of covariance between energy deposition per step and step length is used to explain the differences between them.

結果:

MCシミュレーションでは、最大ステップ長を0.05mm、レンジカットを0.01mmにすることを推奨している。異なるLETスコアリング法を比較した結果、80MeV陽子ビームのプラトーでは200%までのばらつきが観測された。スコアリング法は、すべてのシミュレーションパラメータの中で最も低いパーセンテージの差を示した。

RESULTS: We recommend a maximum step length of 0.05 mm and a range cut of 0.01 mm in MC simulation as this yields the most consistent LET value across different scoring methods. Different LET scoring methods are also compared and variation up to 200% can be observed at the plateau of 80 MeV proton beam. Scoring has one of the lowest percentage differences compared across all simulation parameters.

結論:

我々は、1mmのボクセル化されたジオメトリでLETスコアリングに使用する最大ステップ長とレンジカットパラメータのセットを決定しました。また、LET スコアリングの方法も明確に定義され、標準化されるべきであり、施設間での研究を促進する。

CONCLUSION: We have determined a set of maximum step length and range cut parameters to be used for LET scoring in a 1 mm voxelized geometry. LET scoring method should also be clearly defined and standardized to facilitate cross-institutional studies.

知識の進歩:

LETをサンプリングするための標準的なシミュレーションプロトコルを確立することで、異なるセンター間のデータを比較する際の不一致を減らすことができ、RBEの計算を改善することができます。

ADVANCES IN KNOWLEDGE: Establishing a standard simulation protocol for sampling LET would reduce the discrepancy when comparing data across different centres, and this can improve the calculation for RBE.