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Accès ouvert déclaré 2026 article

An ion treatment planning framework for inclusion of nanodosimetric ionization detail through cluster dose

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Rattachement africain : de, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract Background Nanodosimetry relates the cumulative or statistical moments of Ionization Detail (ID) with biological endpoints of relevance to cancer radiotherapy using charged particles. This association suggests to develop an additional physics‐detailed layer of modeling that may complement biological modeling and treatment planning. The recently introduced cluster dose may serve as a purely physical quantity bridging the Ionization Parameter () to the macroscopic treatment planning scale. Purpose In this work, we developed a framework to enable flexible and direct cluster dose optimization using a pencil‐beam algorithm, which we validated with condensed history Monte Carlo (MC) simulations. Methods Cluster dose combines the contributions to from all particles within a macroscopic volume. Our framework, implemented in the open source planning toolkit matRad, utilizes the particle and energy‐dependent values from an ID database precomputed from MC track strucure (MCTS) simulations. First, we create pencil‐beam (PB) kernels, including fluence spectra, from condensed history MC simulations. For a water box phantom and a representative prostate patient, we create treatment plans optimized on dose and cluster dose coverage and homogeneity for protons, helium and carbon ions. Plans were validated with Geant4/TOPAS MC. Results Our framework provided accurate, practical cluster dose calculation and planning. PB algorithms achieve typical accuracy for cluster dose calculation comparable to dose calculation. Recalculation with TOPAS on the box phantom yielded 3D gamma passing rates (GPRs) greater than . For the prostate patient, GPRs exceeded . Both used the criterion with a threshold of of the maximum dose. Using cluster dose optimization, homogeneous cluster dose target coverage was achieved in all plans. A constant cluster dose prescription across all ion species shows the expected decrease in required absorbed dose for heavier ions. Conclusions We demonstrate that fast, direct cluster dose calculation and optimization is feasible using MC validated planning with PB algorithms. Cluster dose prescription and optimization results in the expected cluster dose coverage and physical dose levels depending on the respective primary ion.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
An ion treatment planning framework for inclusion of nanodosimetric ionization detail through cluster dose
Date Crossref
21/07/2026
Éditeur
Wiley
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • German Cancer Research Center pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Heidelberg University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of California pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University Hospital Heidelberg pays non établi dans la notice
    Établissement de santé
  • Heidelberger Institut für Radioonkologie pays non établi dans la notice
    Institution
  • National Center for Radiation Research in Oncology (NCRO) Heidelberg Institute for Radiation Oncology (HIRO) Heidelberg Germany pays non établi dans la notice
    Structure de recherche

German Cancer Research Center, Heidelberg University et University of California, avec 3 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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