研究目的：碳离子放射治疗（CIRT）是一种利用高能碳离子破坏癌细胞的先进放射治疗技术。CIRT 与传统的光子放射疗法相比具有多项优势，包括更强的肿瘤细胞杀伤能力和对周围健康组织的最小损伤。为了最大限度地提高 CIRT 的治疗效果，准确计算碳离子的相对生物效应 (RBE) 非常重要，这是衡量它们在产生生物损伤方面有效性的一个指标。碳离子的 RBE 因辐射类型和生物学终点而异。本研究中，使用分别使用LQ模型和MKM模型计算碳离子点扫描放射治疗的RBE。

研究方法：采用蒙特卡洛模拟方法，Geant4 工具包用于模拟碳离子束通过水体模的传输。分别使用LQ模型和MKM模型计算碳离子放射治疗水模体中的RBE，能量为 300 MeV/u 展宽 60 mm SOBP。 LQ模型使用人类唾液腺肿瘤（HSG）细胞，通过辐射生物学实验测量得到模型参数alpha、beta，得到单能离子束中alpha 、beta随 LET变化的曲线。HSG 细胞在 X 射线和不同LET 离子束辐射场中的细胞存活曲线，得到相应的细胞存活参数。MKM模型使用一个球形壁的TEPC来估计对高能带电粒子束的生物反应。周围有一个 A150 组织等效塑料（厚度：1.27 毫米）的球壁。 该装置装在一个铝壳（厚度：178 µm）中，以在低压下保持一定比例的气体。将丙烷的组织等效气体（54.6% C3H8、40.16% CO2 、5.26% N2）封装在 TEPC 中，模拟1.0 µm微观主探测器系统。MKM模型探测器选择放置在坪区、SOBP 区域和束流尾区共 12 个位置，模拟输出不同位置处的线能谱，计算出相应位置处的剂量平均线能 yD，饱和修正的剂量平均线能 y*，MKM 模型参数为：rd= 0.42 µm，Rn= 4.1 µm，a0=0.13 Gy-1，b0= 0.05 Gy-1， y0= 150 keV/µm。

研究结果：碳离子束流能量为 300 MeV/u 展宽 60 mm SOBP 在水中的生物有效剂量，使用治疗计划系统中 LQ 模型参数，和 MKM 模型参数计算出的结果，借鉴 NIRS中子治疗经验，确定碳离子束 LET=80 keV/um处为等效点，对 LQ模型和 MKM进行归一化。两个模型计算生物有效剂量在坪区、SOBP 前端、SOBP 中心、SOBP 后端和尾区的偏差分别为3.76%、1.36%、1.39%、0.07%、1.51%，治疗计划系统(TPS)与 LQ模型与MKM 模型计算的生物有效剂量具有较好的一致性。

研究结论：蒙特卡洛模拟可以准确计算碳离子放射治疗的RBE。计算结果表明，模型的选择对 RBE 计算有显着影响。对于不同生物模型，使用不同的处方剂量对治疗效果的影响。这项研究对优化 CIRT 中的剂量分布和提高其治疗效果具有重要意义。