【技術實現步驟摘要】
本申請涉及碳離子放射治療相對生物效應，具體涉及一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法及系統。
技術介紹
1、碳離子放射治療因其輻射質具有獨特的布拉格峰劑量分布特性和較高的相對生物學效應，能有效精準照射腫瘤組織，同時顯著減少對周圍正常組織的輻射劑量，成為近年來放療技術發展的重點之一。相對生物效應(rbe)可以刻畫碳離子與常規光子束產生相同生物效應時的劑量差異，是碳離子放療這一新興技術得以安全臨床實施的重要劑量依賴量。
2、現有技術中，廣泛應用于臨床碳離子放射治療計算相對生物學效應(rbe)的模型，如局部效應模型(lem)和微劑量動力學模型(mkm)，僅考慮微米尺度上能量沉積分布，只能反映出離子能量沉積隨傳能線密度(let)增大而增大，無法描述同時發生的粒子徑跡的收縮。因此無法直接描述在高let范圍由于超殺效應導致射線質生物學效應減少的趨勢。越來越多的研究表明，細胞的初始輻射損傷與dna尺度上帶電粒子產生的電離團簇大小密切相關，因此納劑量學量被視為描述粒子徑跡結構和揭示碳離子rbe本質特征的更優量度。
3、2012年，frese等人在int?j?radiation?oncol?biol?phys刊物上發表的“amechanism-based?approach?to?predict?the?relative?biological?effectiveness?ofprotons?and?carbon?ion?s?in?radiation?therapy”，首次提出了基于dsb(dna雙鏈斷裂)產額作
技術實現思路
1、本申請提供了一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，以解決現有技術中，僅考慮初級碳離子生物學效應，不能準確預測碳離子射束相對生物學效應的問題。
2、相應的，本申請還提供了一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測系統、一種電子設備、一種計算機可讀存儲介質，用于保證上述方法的實現及應用。
3、為了解決上述技術問題，本申請公開了一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，所述方法包括：
4、收集離體細胞實驗數據構建細胞數據庫；
5、基于碳離子放射治療粒子能量范圍和次級粒子類型，使用蒙特卡羅法構建單能粒子dna損傷數據庫；
6、基于非同源末端連接修復理論構建基于dna損傷修復的細胞生存率預測模型；
7、基于細胞數據庫擬合細胞生存率預測模型的細胞輻射特異性參數，獲得目標細胞生存率預測模型；
8、基于單能粒子dna損傷數據庫確定按劑量加權的混合束dna損傷表征方式，并計算獲得混合束dna損傷特性；
9、將混合束dna損傷特性輸入目標細胞生存率預測模型，預測獲得細胞生存率。
10、本申請還公開了一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測系統，所述系統包括：
11、細胞數據庫構建模塊，用于收集離體細胞實驗數據構建細胞數據庫；
12、單能粒子dna損傷數據庫構建模塊，用于基于碳離子放射治療粒子能量范圍和次級粒子類型，使用蒙特卡羅法構建單能粒子dna損傷數據庫；
13、細胞生存率預測模型構建模塊，用于基于非同源末端連接修復理論構建基于dna損傷修復的細胞生存率預測模型；
14、模型參數擬合模塊，用于基于細胞數據庫擬合細胞生存率預測模型的細胞輻射特異性參數，獲得目標細胞生存率預測模型；
15、dna損傷表征模塊，用于基于單能粒子dna損傷數據庫確定按劑量加權的混合束dna損傷表征方式，并計算獲得混合束dna損傷特性；
16、預測模塊，用于將混合束dna損傷特性輸入目標細胞生存率預測模型，預測獲得細胞生存率。
17、本申請還公開了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執行程序時實現本申請中一個或多個所述的方法。
18、本申請還公開了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現如本申請中一個或多個所述的方法。
19、本申請中，收集離體細胞實驗數據構建細胞數據庫；基于碳離子放射治療粒子能量范圍和次級粒子類型，使用蒙特卡羅法構建單能粒子dna損傷數據庫。然后基于非同源末端連接修復理論構建基于dna損傷修復的細胞生存率預測模型，并基于細胞數據庫擬合模型的細胞輻射特異性參數，可以準確反應出細胞的輻射敏感性，得到目標細胞生存率預測模型。之后基于單能粒子dna損傷數據庫，通過按劑量加權的方式確定混合束dna損傷特性，并將混合束dna損傷特性輸入目標細胞生存率預測模型預測細胞生存率，考慮了次級粒子生物效應，可以提高臨床碳離子射束相對生物學效應的預測準確性。
20、本申請附加的方面和優點將在下面的描述部分中給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。
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1.一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述細胞數據庫中的離體細胞實驗數據包括細胞系種類、DNA堿基對數量、細胞核大小、輻射束能量、輻射束傳能線密度、輻射束在每個細胞沉積單位劑量的DNA雙鏈斷裂平均數量、造成DNA雙鏈斷裂的每個初級粒子產生的DNA雙鏈斷裂的平均數量、直接致死系數和間接致死系數。
3.根據權利要求1所述的基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述基于碳離子放射治療粒子能量范圍和次級粒子類型，使用蒙特卡羅法構建單能粒子DNA損傷數據庫，包括：
4.根據權利要求1所述的基于蒙特羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述細胞生存率預測模型的表達式為：
5.根據權利要求2所述的基于蒙特羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，基于所述細胞數據庫擬合所述細胞生存率預測模型的細胞輻射特異性參數，獲得目標細胞生存率預測模型，包括：
6.根據權
7.根據權利要求6所述的基于蒙特羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述混合束DNA損傷表征方式為：
8.一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測系統，其特征在于，所述系統包括：
9.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現權利要求1-7中任一項所述的方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-7中任一項所述的方法。
...【技術特征摘要】
1.一種基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述細胞數據庫中的離體細胞實驗數據包括細胞系種類、dna堿基對數量、細胞核大小、輻射束能量、輻射束傳能線密度、輻射束在每個細胞沉積單位劑量的dna雙鏈斷裂平均數量、造成dna雙鏈斷裂的每個初級粒子產生的dna雙鏈斷裂的平均數量、直接致死系數和間接致死系數。
3.根據權利要求1所述的基于蒙特卡羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述基于碳離子放射治療粒子能量范圍和次級粒子類型，使用蒙特卡羅法構建單能粒子dna損傷數據庫，包括：
4.根據權利要求1所述的基于蒙特羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，所述細胞生存率預測模型的表達式為：
5.根據權利要求2所述的基于蒙特羅模擬碳離子譜分布的細胞生存率預測方法，其特征在于，基于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李永寶，黃曉延，丁壽亮，宋鴻鵠，劉紅冬，
申請(專利權)人：中山大學腫瘤防治中心中山大學附屬腫瘤醫院，中山大學腫瘤研究所，
類型：發明
國別省市：
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