基于硅三维微剂量计测量的LEM与MKM模型RBE加权剂量比较研究

为解决碳离子放疗中局部效应模型(LEM)与微剂量动力学模型(MKM)预测相对生物有效性(RBE)的差异问题，意大利CNAO与澳大利亚CMRP合作，利用SOI三维微剂量计开展实验研究。结果显示MKM计算的RBE10值(1.2-2.8)显著低于LEM I预测值，立方SOBP中3.0 GyE的LEM剂量比MKM高33%，为临床剂量转换提供实验依据。

　　

在肿瘤放射治疗领域，碳离子因其独特的布拉格峰和更高的线性能量转移(LET)特性，成为治疗耐药性肿瘤的有力武器。然而，这种优势背后隐藏着一个关键难题：如何准确评估碳离子相对于传统光子的生物效应？目前全球主要采用两种模型——欧洲和中国主流的局部效应模型(LEM)与日本采用的微剂量动力学模型(MKM)，但两者预测结果存在显著差异，这直接影响了临床剂量方案的制定和国际经验交流。

位于意大利帕维亚的国家肿瘤强子治疗中心(Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, CNAO)与澳大利亚伍伦贡的医学辐射物理中心(Centre for Medical Radiation Physics, CMRP)的研究人员合作，创新性地采用高空间分辨率的三维硅基绝缘体(SOI)蘑菇型微剂量计，在真实治疗场景下对这一问题展开研究。他们的成果发表在《Physica Medica》上，为两种模型的剂量转换提供了首个实验验证。

研究人员采用四项关键方法：(1)在CNAO使用RW3体模进行碳离子束流实验，通过改变微剂量计位置获取深度剂量分布；(2)采用20×20阵列的SOI微剂量计(敏感体积直径20μm)测量线性能量谱；(3)基于Geant4构建蒙特卡洛模型模拟束流传输和微剂量响应；(4)应用改进版MKM计算RBE₁₀，并引入1.46临床转换因子获得MKM临床RBE。

在"3.1 模拟照射场"部分，通过2D沉积能量图验证了立方SOBP(计划1-3)与前列腺治疗计划(计划4)的束流特性差异。"3.2 微剂量谱与剂量平均线性能量"显示，实验测得${\stackrel{?}{y}}_D$在20-170 keV/μm范围，与模拟结果高度一致；RBE₁₀在SOBP近端从1.2升至2.8，证实了碳离子LET随深度增加的特性。"3.3 RBE加权剂量"的突破性发现是：对于3.0 GyE的立方SOBP，MKM剂量仅为LEM I的75%(2.25 GyE)，而4.4 GyE的前列腺计划中该比例升至90%，首次实验证实剂量差异与分次剂量相关。

这项研究的意义在于：首次通过微剂量测量验证了LEM与MKM的剂量差异规律，与既往纯理论计算相互印证。SOI微剂量计被证明可作为RBE预测的质量控制工具，其毫米级空间分辨率克服了传统组织等效正比计数器(TEPC)的局限。研究结果为国际临床剂量转换提供了实验基准，特别是发现分次剂量依赖性这一关键特征，将直接影响欧洲中心采用日本治疗方案时的剂量调整策略。未来需进一步优化探测器信噪比以捕捉低LET粒子贡献，并扩大测量范围以评估危及器官的剂量差异。