syfte: klinisk protonstråleterapi har baserats på användningen av en generisk relativ biologisk effektivitet (RBE) på 1,0 eller 1,1, eftersom tillgängliga bevis har tolkats som indikerar att storleken på RBE-variation med behandlingsparametrar är liten i förhållande till våra förmågor att bestämma RBE. Eftersom betydande klinisk erfarenhet och ytterligare experimentella bestämningar av RBE har ackumulerats och antalet protonstrålningsterapicentra förväntas öka, är det lämpligt att ompröva motiveringen för fortsatt användning av en generisk RBE och för att RBE ska vara 1,0-1,1.

metoder och material: resultat av experimentella bestämningar av RBE av in vitro-och in vivo-system undersöks, och sedan flera av de överväganden som är kritiska för ett beslut att flytta från en generisk till vävnads -, dos/fraktion-och LET-specifika RBE-värden utvärderas. Effekten av ett fel i värdet tilldelat RBE på normal vävnadskomplikationssannolikhet (NTCP) diskuteras. Förekomsten av större sjuklighet hos protonbehandlade patienter vid Massachusetts General Hospital (MGH) för maligna tumörer i skallbasen och prostata granskas. Detta följs av en analys av storleken på den experimentella ansträngningen för att utesluta ett fel i RBE av >eller=10% med in vivo-system.

resultat: De publicerade RBE-värdena, med användning av kolonibildning som mått på cellöverlevnad, från in vitro-studier indikerar en väsentlig spridning mellan de olika cellinjerna. Medelvärdet vid mitten av SOBP (Spread Out Bragg Peak) över alla dosnivåer är ungefär 1,2, från 0,9 till 2,1. Det genomsnittliga RBE-värdet vid mitten av SOBP in vivo är ungefär 1,1, från 0,7 till 1,6. Sammantaget indikerar både in vitro-och in vivo-data en statistiskt signifikant ökning av RBE för lägre doser per fraktion, vilket är mycket mindre för in vivo-system. Det finns enighet om att det finns en mätbar ökning av RBE över sobp: s terminal några millimeter, vilket resulterar i en förlängning av strålens bioeffektiva intervall i intervallet 1-2 mm. Det finns ingen publicerad rapport som indikerar att RBE på 1.1 är låg. En väsentlig del av patienterna som behandlades vid ungefär 2 koboltgrå ekvivalent (CGE)/fraktion för 5 eller fler år sedan behandlades emellertid med en kombination av både proton-och fotonstrålar. Om RBE felaktigt underskattades med cirka 10%, skulle ökningen av komplikationsfrekvensen vara ganska allvarlig om komplikationsincidensen för referensbehandlingen >eller=3% och lutningen på dosresponskurvorna branta, t.ex. ett gamma(50) ungefär 4. För att utesluta >eller=1.2 som rätt RBE för ett specifikt tillstånd eller vävnad vid 95% konfidensgräns skulle kräva relativt stora och multipla analyser.

slutsatser: För närvarande finns det för mycket osäkerhet i RBE-värdet för någon mänsklig vävnad för att föreslå RBE-värden specifika för vävnad, dos/fraktion, protonenergi etc. Experimentella in vivo-och kliniska data indikerar att fortsatt anställning av ett generiskt RBE-värde och för att värdet ska vara 1,1 är rimligt. Det finns emellertid en lokal” het region ” över terminalen några millimeter av SOBP och en förlängning av det biologiskt effektiva området. Detta måste beaktas i dosplanering, särskilt för enskilda fältplaner eller för ett slutområde i eller nära en kritisk struktur. Det finns ett tydligt behov av prospektiva bedömningar av normala vävnadsreaktioner hos protonbestrålade patienter och bestämningar av RBE-värden för flera sena svarande vävnader i laboratoriedjurssystem, särskilt som en funktion av dos/fraktion i intervallet 1-4 Gy.