formål: klinisk protonstrålebehandling har været baseret på brugen af en generisk relativ biologisk effektivitet (RBE) på 1,0 eller 1,1, da de tilgængelige beviser er blevet fortolket som indikerer, at størrelsen af RBE-variation med behandlingsparametre er lille i forhold til vores evner til at bestemme RBEs. Da der er akkumuleret betydelig klinisk erfaring og yderligere eksperimentelle bestemmelser af RBE, og antallet af protonstråleterapicentre forventes at stige, er det hensigtsmæssigt at revurdere begrundelsen for den fortsatte anvendelse af en generisk RBE og for at RBE er 1,0-1,1.

metoder og materialer: resultater af eksperimentelle bestemmelser af RBE af in vitro-og in vivo-systemer undersøges, og derefter vurderes flere af de overvejelser, der er kritiske for en beslutning om at flytte fra en generisk til væv -, dosis/fraktion-og LET-specifikke RBE-værdier. Virkningen af en fejl i værdien tildelt RBE på normal vævskomplikationssandsynlighed (NTCP) diskuteres. Forekomsten af større sygelighed hos protonbehandlede patienter på Massachusetts General Hospital (MGH) for ondartede tumorer i kraniet og prostata gennemgås. Dette efterfølges af en analyse af størrelsen af den eksperimentelle indsats for at udelukke en fejl i RBE af >eller=10% ved hjælp af in vivo-systemer.

resultater: De offentliggjorte RBE-værdier, ved hjælp af kolonidannelse som mål for celleoverlevelse, fra in vitro-undersøgelser indikerer en betydelig spredning mellem de forskellige cellelinjer. Den gennemsnitlige værdi ved midten af SOBP (spredt ud Bragg Peak) over alle dosisniveauer er cirka 1,2, der spænder fra 0,9 til 2,1. Den gennemsnitlige RBE-værdi ved midten af SOBP in vivo er cirka 1,1, der spænder fra 0,7 til 1,6. Samlet set indikerer både in vitro-og in vivo-data en statistisk signifikant stigning i RBE for lavere doser pr.fraktion, hvilket er meget mindre for in vivo-systemer. Der er enighed om, at der er en målbar stigning i RBE over de terminale få millimeter af SOBP, hvilket resulterer i en udvidelse af bjælkens bioeffektive rækkevidde i området 1-2 mm. der er ingen offentliggjort rapport, der tyder på, at RBE på 1,1 er lav. 2 koboltgrå ækvivalent (CGE)/fraktion for 5 eller flere år siden blev behandlet med en kombination af både proton-og fotonstråler. Hvis RBE fejlagtigt blev undervurderet med ca.10%, ville stigningen i komplikationsfrekvensen være ret alvorlig, hvis komplikationshyppigheden for referencebehandlingen >eller=3%, og hældningen af dosisresponskurverne var stejl, f. eks. et gamma(50) ca. 4. At udelukke >eller=1.2 som den korrekte RBE for en bestemt tilstand eller væv ved 95% konfidensgrænsen ville kræve relativt store og flere analyser.

konklusioner: På nuværende tidspunkt er der for meget usikkerhed i RBE-værdien for ethvert humant væv til at foreslå RBE-værdier, der er specifikke for væv, dosis/fraktion, protonenergi osv. De eksperimentelle in vivo-og kliniske data indikerer, at fortsat anvendelse af en generisk RBE-værdi og for denne værdi at være 1,1 er rimelig. Der er dog en lokal” varm region ” over de terminale få millimeter af SOBP og en udvidelse af det biologisk effektive interval. Dette skal overvejes i behandlingsplanlægningen, især for enkeltfeltplaner eller for en afslutning af rækkevidde i eller tæt på en kritisk struktur. Der er et klart behov for prospektive vurderinger af normale vævsreaktioner hos protonbestrålede patienter og bestemmelse af RBE-værdier for flere senresponterende væv i laboratoriedyrsystemer, især som en funktion af dosis/fraktion i området 1-4 Gy.