{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5326209"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5326209","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Ανάλυση βάσεων δεδομένων για το RBE ακτίνων-Χ, ηλεκτρονίων και αδρονίων","abstract":"Σκοπός: Η παρούσα εργασία στόχευσε στην ανάλυση βάσεων δεδομένων προκειμένου να προσδιοριστεί με δύο διαφορετικούς ορισμούς το RBE, ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε ανθρώπινα κύτταρα, για διάφορα ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία) και να πραγματοποιηθεί η μεταξύ τους σύγκριση. Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo Damage Simulation (3.10A December 5, 2011 MCDS) για την ακτινοβολία αναφοράς εκ πηγής 60Co σε όλο το εύρος ενεργειών της, για ηλεκτρόνια 1 MeV – 30 MeV και πρωτόνια 1 MeV – 250 MeV, που καλύπτουν πολλά πεδία εφαρμογών της Ιατρικής Φυσικής σε θεραπεία, αλλά και διάγνωση. Διερευνήθηκε η συνεισφορά της συγκέντρωσης οξυγόνου στον υπολογισμό RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια και RBEcell_survival για δέσμη πρωτονίων. Επιπλέον, θεωρήθηκε σκόπιμο να διαχωριστεί η επίδραση απλών και σύνθετων βλαβών DSB στο RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η ραδιοβιολογική βάση δεδομένων RadPhysBio για τον υπολογισμό RBEDSB για δέσμη πρωτονίων μέσω πειραματικών μετρήσεων DSB και η σύγκρισή τους με εκείνα εκ του κώδικα MCDS. Τέλος, εφαρμόστηκε το μοντέλο Repair – Misrepair – Fixation για τον υπολογισμό RBEcell_survival στην περιοχή του Bragg peak δέσμης πρωτονίων. Μεθοδολογία: Η προσομοίωση των βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων διενεργήθηκε μέσω της έκδοσης 3.10A December 5, 2011 του κώδικα MCDS, για ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία). Τα μεγέθη που μελετήθηκαν εκτενέστερα είναι η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (Relative Biological Effectiveness, RBE) που αφορά την επαγωγή θραύσεων της διπλής έλικας του DNA (Double Strand Brake, DSB) και οι αντίστοιχες επιμέρους ποσότητες για απλές και σύνθετες βλάβες τύπου DSB, υπολογίστηκε το ίδιο μέγεθος με βάση τις απορροφούμενες δόσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας που προκαλούν κατά μέσο όρο 10 DSB Gy-1 Gbp-1 και επιβίωση του 10% των κυττάρων, αλλά και βάσει των πειραματικά μετρούμενων DSBs. Για τα τελευταία αντλήθηκαν οι απαιτούμενες παράμετροι από την βάση δεδομένων RadPhysBio. Ακόμη, υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα κλάσματα επιβίωσης και RBE, με χρήση του γραμμικού τετραγωνικού μοντέλου, για απορροφούμενες δόσεις 2 Gy και 5 Gy, ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της συμβατικής ακτινοθεραπείας και της υποκλασματοποίησης. Τέλος, εκτελέστηκαν προσομοιώσεις για αρχικές ενέργειες 10 MeV και 1 MeV, βήμα – βήμα με βάση την απώλεια ενέργειας, προκειμένου να διερευνηθεί η μεταβολή του RBE στο Bragg peak και πριν το τέλος της τροχιάς. Αποτελέσματα: Ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης οξυγόνου, τόσο για ηλεκτρόνια όσο και για πρωτόνια οι διαφορές των υπό μελέτη ορισμών δεν ξεπερνούσαν σε καμία περίπτωση το 0.1% κατ’ απόλυτη τιμή. Μάλιστα, στην περίπτωση των πρωτονίων και για υποξικές συνθήκες, που κυριαρχούν οι DSBs, οι διαφορές είναι μικρότερες του 0.01%. Προχωρώντας στα RBEDSB απλών και σύνθετων DSB και για τα δύο σωματίδια η τιμή πλησιάζει την μονάδα στο μεγαλύτερο εύρος ενεργειών, ενώ στο τέλος της τροχιάς τους παρουσιάζεται ραγδαία αύξηση. Για τα ηλεκτρόνια, στο 1 keV παρατηρείται RBEDSB,Simple ≈ 1.7 και RBEDSB,Complex ≈ 3.4, ενώ για πρωτόνια 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 και RBEDSB,Complex ≈ 6.3. Ο παράγοντας επαύξησης οξυγόνου βρέθηκε OER ≈ 1.35 και για τα δύο σωματίδια για το μεγαλύτερο εύρος ενεργειών. Στα χαμηλοενεργειακά ηλεκτρόνια παρατηρείται πως δεν διαφέρει σημαντικά από την προαναφερθείσα τιμή, ενώ για τα πρωτόνια μικρών ενεργειών είναι ίσο με την μονάδα. Όσον αφορά τις κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν με δεδομένα εκ της RadPhysBio, οι περισσότερες τιμές RBE δεν πλησιάζουν στην κλινικά χρησιμοποιούμενη. Ενδεικτικά, για ακτινοβόληση με πρωτόνια υψηλού LET εντοπίζονται RBE2 Gy ≈ 3.4 για συμβατικό σχήμα ακτινοθεραπείας και RBE5 Gy ≈ 2.4 για πρωτόκολλο υποκλασματοποίησης. Επιπρόσθετα, αναδείχθηκε το γεγονός πως η πειραματική μέτρηση DSBs διεξήγαγε RBEDSB που διαφέρουν από 0.1% έως και 2.1% κατ’ απόλυτη τιμή, μ’ εκείνα εκ του MCDS να έχουν τεθεί ως τιμές αναφοράς. Σχετικά με το μοντέλο RMF επιβεβαιώθηκε πως το RBEcell_survival συγκλίνει στην κλινικά χρησιμοποιούμενη τιμή, RBE = 1.1, για ενέργειες μεγαλύτερες των 5 MeV. Προς το τέλος της τροχιάς των πρωτονίων παρουσιάζεται απότομη αύξηση, λαμβάνοντας τιμές από 1.5 έως και 5 για τις περισσότερες περιπτώσεις. Τέλος, το μοντέλο RMF δεν διαφοροποιείται σημαντικά από τον κώδικα MCDS ως προς την εκτίμηση RBEcell_survival ( < 0.1% για ενέργειες πρωτονίων άνω των 2 MeV, ανεξαρτήτως α/βR). Για ενέργειες πρωτονίων μικρότερες των 2 MeV παρουσιάζει συμφωνία με τον MCDS της τάξεως του 0.1% – 0.5%, υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερες τιμές RBE. Συμπεράσματα: Η συμφωνία που παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μεθόδων υπολογισμού RBE δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς οι ορισμοί είναι ταυτόσημοι. Έτσι, καθίσταται δυνατή η χρήση οποιουδήποτε από τους δύο ορισμούς, ανάλογα με τα δεδομένα που διατίθενται κάθε φορά. Η RadPhysBio παρείχε πειραματικές τιμές μέσω των οποίων αναδείχθηκε το γεγονός πως ο MCDS υπάρχει περίπτωση να υπολογίζει τιμές που να αποκλίνουν σημαντικά από τις μετρούμενες. Έτσι, απαιτείται η χρήση περισσότερων εργαλείων, όχι για να τον αντικαταστήσουν, αλλά για να επιστρατεύονται συμπληρωματικά. Συγκεκριμένα, το μοντέλο RMF υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερο RBE σε σχέση με τον MCDS, φαίνεται να δύναται να παράσχει ικανοποιητικές προβλέψεις και κρίνεται χρήσιμο να διερευνηθεί περεταίρω.","abstract_html":"Σκοπός: Η παρούσα εργασία στόχευσε στην ανάλυση βάσεων δεδομένων προκειμένου να προσδιοριστεί με δύο διαφορετικούς ορισμούς το RBE, ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε ανθρώπινα κύτταρα, για διάφορα ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία) και να πραγματοποιηθεί η μεταξύ τους σύγκριση. Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo Damage Simulation (3.10A December 5, 2011 MCDS) για την ακτινοβολία αναφοράς εκ πηγής 60Co σε όλο το εύρος ενεργειών της, για ηλεκτρόνια 1 MeV – 30 MeV και πρωτόνια 1 MeV – 250 MeV, που καλύπτουν πολλά πεδία εφαρμογών της Ιατρικής Φυσικής σε θεραπεία, αλλά και διάγνωση. Διερευνήθηκε η συνεισφορά της συγκέντρωσης οξυγόνου στον υπολογισμό RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια και RBEcell_survival για δέσμη πρωτονίων. Επιπλέον, θεωρήθηκε σκόπιμο να διαχωριστεί η επίδραση απλών και σύνθετων βλαβών DSB στο RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η ραδιοβιολογική βάση δεδομένων RadPhysBio για τον υπολογισμό RBEDSB για δέσμη πρωτονίων μέσω πειραματικών μετρήσεων DSB και η σύγκρισή τους με εκείνα εκ του κώδικα MCDS. Τέλος, εφαρμόστηκε το μοντέλο Repair – Misrepair – Fixation για τον υπολογισμό RBEcell_survival στην περιοχή του Bragg peak δέσμης πρωτονίων. Μεθοδολογία: Η προσομοίωση των βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων διενεργήθηκε μέσω της έκδοσης 3.10A December 5, 2011 του κώδικα MCDS, για ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία). Τα μεγέθη που μελετήθηκαν εκτενέστερα είναι η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (Relative Biological Effectiveness, RBE) που αφορά την επαγωγή θραύσεων της διπλής έλικας του DNA (Double Strand Brake, DSB) και οι αντίστοιχες επιμέρους ποσότητες για απλές και σύνθετες βλάβες τύπου DSB, υπολογίστηκε το ίδιο μέγεθος με βάση τις απορροφούμενες δόσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας που προκαλούν κατά μέσο όρο 10 DSB Gy-1 Gbp-1 και επιβίωση του 10% των κυττάρων, αλλά και βάσει των πειραματικά μετρούμενων DSBs. Για τα τελευταία αντλήθηκαν οι απαιτούμενες παράμετροι από την βάση δεδομένων RadPhysBio. Ακόμη, υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα κλάσματα επιβίωσης και RBE, με χρήση του γραμμικού τετραγωνικού μοντέλου, για απορροφούμενες δόσεις 2 Gy και 5 Gy, ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της συμβατικής ακτινοθεραπείας και της υποκλασματοποίησης. Τέλος, εκτελέστηκαν προσομοιώσεις για αρχικές ενέργειες 10 MeV και 1 MeV, βήμα – βήμα με βάση την απώλεια ενέργειας, προκειμένου να διερευνηθεί η μεταβολή του RBE στο Bragg peak και πριν το τέλος της τροχιάς. Αποτελέσματα: Ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης οξυγόνου, τόσο για ηλεκτρόνια όσο και για πρωτόνια οι διαφορές των υπό μελέτη ορισμών δεν ξεπερνούσαν σε καμία περίπτωση το 0.1% κατ’ απόλυτη τιμή. Μάλιστα, στην περίπτωση των πρωτονίων και για υποξικές συνθήκες, που κυριαρχούν οι DSBs, οι διαφορές είναι μικρότερες του 0.01%. Προχωρώντας στα RBEDSB απλών και σύνθετων DSB και για τα δύο σωματίδια η τιμή πλησιάζει την μονάδα στο μεγαλύτερο εύρος ενεργειών, ενώ στο τέλος της τροχιάς τους παρουσιάζεται ραγδαία αύξηση. Για τα ηλεκτρόνια, στο 1 keV παρατηρείται RBEDSB,Simple ≈ 1.7 και RBEDSB,Complex ≈ 3.4, ενώ για πρωτόνια 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 και RBEDSB,Complex ≈ 6.3. Ο παράγοντας επαύξησης οξυγόνου βρέθηκε OER ≈ 1.35 και για τα δύο σωματίδια για το μεγαλύτερο εύρος ενεργειών. Στα χαμηλοενεργειακά ηλεκτρόνια παρατηρείται πως δεν διαφέρει σημαντικά από την προαναφερθείσα τιμή, ενώ για τα πρωτόνια μικρών ενεργειών είναι ίσο με την μονάδα. Όσον αφορά τις κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν με δεδομένα εκ της RadPhysBio, οι περισσότερες τιμές RBE δεν πλησιάζουν στην κλινικά χρησιμοποιούμενη. Ενδεικτικά, για ακτινοβόληση με πρωτόνια υψηλού LET εντοπίζονται RBE2 Gy ≈ 3.4 για συμβατικό σχήμα ακτινοθεραπείας και RBE5 Gy ≈ 2.4 για πρωτόκολλο υποκλασματοποίησης. Επιπρόσθετα, αναδείχθηκε το γεγονός πως η πειραματική μέτρηση DSBs διεξήγαγε RBEDSB που διαφέρουν από 0.1% έως και 2.1% κατ’ απόλυτη τιμή, μ’ εκείνα εκ του MCDS να έχουν τεθεί ως τιμές αναφοράς. Σχετικά με το μοντέλο RMF επιβεβαιώθηκε πως το RBEcell_survival συγκλίνει στην κλινικά χρησιμοποιούμενη τιμή, RBE = 1.1, για ενέργειες μεγαλύτερες των 5 MeV. Προς το τέλος της τροχιάς των πρωτονίων παρουσιάζεται απότομη αύξηση, λαμβάνοντας τιμές από 1.5 έως και 5 για τις περισσότερες περιπτώσεις. Τέλος, το μοντέλο RMF δεν διαφοροποιείται σημαντικά από τον κώδικα MCDS ως προς την εκτίμηση RBEcell_survival ( < 0.1% για ενέργειες πρωτονίων άνω των 2 MeV, ανεξαρτήτως α/βR). Για ενέργειες πρωτονίων μικρότερες των 2 MeV παρουσιάζει συμφωνία με τον MCDS της τάξεως του 0.1% – 0.5%, υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερες τιμές RBE. Συμπεράσματα: Η συμφωνία που παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μεθόδων υπολογισμού RBE δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς οι ορισμοί είναι ταυτόσημοι. Έτσι, καθίσταται δυνατή η χρήση οποιουδήποτε από τους δύο ορισμούς, ανάλογα με τα δεδομένα που διατίθενται κάθε φορά. Η RadPhysBio παρείχε πειραματικές τιμές μέσω των οποίων αναδείχθηκε το γεγονός πως ο MCDS υπάρχει περίπτωση να υπολογίζει τιμές που να αποκλίνουν σημαντικά από τις μετρούμενες. Έτσι, απαιτείται η χρήση περισσότερων εργαλείων, όχι για να τον αντικαταστήσουν, αλλά για να επιστρατεύονται συμπληρωματικά. Συγκεκριμένα, το μοντέλο RMF υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερο RBE σε σχέση με τον MCDS, φαίνεται να δύναται να παράσχει ικανοποιητικές προβλέψεις και κρίνεται χρήσιμο να διερευνηθεί περεταίρω.","abstract_has_math":false,"creators":["Αλεξιάδου Αντωνία","Alexiadou Antonia"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":[],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":2026,"date_issued":"2026","date_published":"2026","updated_at":"2026-07-24T01:01:42Z","subjects":["Επιστήμες Υγείας","Health Sciences"],"languages":["Ελληνικά","Greek"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5326209"],"render_values":[{"text":"uoadl:5326209","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5326209","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Αλεξιάδου Αντωνία","Alexiadou Antonia"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:date","label":"Dc Date","values":["2026"]},{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Επιστήμες Υγείας","Health Sciences"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["Ελληνικά","Greek"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5326209","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5326209"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Σκοπός: Η παρούσα εργασία στόχευσε στην ανάλυση βάσεων δεδομένων προκειμένου να προσδιοριστεί με δύο διαφορετικούς ορισμούς το RBE, ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε ανθρώπινα κύτταρα, για διάφορα ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία) και να πραγματοποιηθεί η μεταξύ τους σύγκριση. Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo Damage Simulation (3.10A December 5, 2011 MCDS) για την ακτινοβολία αναφοράς εκ πηγής 60Co σε όλο το εύρος ενεργειών της, για ηλεκτρόνια 1 MeV – 30 MeV και πρωτόνια 1 MeV – 250 MeV, που καλύπτουν πολλά πεδία εφαρμογών της Ιατρικής Φυσικής σε θεραπεία, αλλά και διάγνωση. Διερευνήθηκε η συνεισφορά της συγκέντρωσης οξυγόνου στον υπολογισμό RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια και RBEcell_survival για δέσμη πρωτονίων. Επιπλέον, θεωρήθηκε σκόπιμο να διαχωριστεί η επίδραση απλών και σύνθετων βλαβών DSB στο RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η ραδιοβιολογική βάση δεδομένων RadPhysBio για τον υπολογισμό RBEDSB για δέσμη πρωτονίων μέσω πειραματικών μετρήσεων DSB και η σύγκρισή τους με εκείνα εκ του κώδικα MCDS. Τέλος, εφαρμόστηκε το μοντέλο Repair – Misrepair – Fixation για τον υπολογισμό RBEcell_survival στην περιοχή του Bragg peak δέσμης πρωτονίων. Μεθοδολογία: Η προσομοίωση των βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων διενεργήθηκε μέσω της έκδοσης 3.10A December 5, 2011 του κώδικα MCDS, για ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία). Τα μεγέθη που μελετήθηκαν εκτενέστερα είναι η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (Relative Biological Effectiveness, RBE) που αφορά την επαγωγή θραύσεων της διπλής έλικας του DNA (Double Strand Brake, DSB) και οι αντίστοιχες επιμέρους ποσότητες για απλές και σύνθετες βλάβες τύπου DSB, υπολογίστηκε το ίδιο μέγεθος με βάση τις απορροφούμενες δόσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας που προκαλούν κατά μέσο όρο 10 DSB Gy-1 Gbp-1 και επιβίωση του 10% των κυττάρων, αλλά και βάσει των πειραματικά μετρούμενων DSBs. Για τα τελευταία αντλήθηκαν οι απαιτούμενες παράμετροι από την βάση δεδομένων RadPhysBio. Ακόμη, υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα κλάσματα επιβίωσης και RBE, με χρήση του γραμμικού τετραγωνικού μοντέλου, για απορροφούμενες δόσεις 2 Gy και 5 Gy, ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της συμβατικής ακτινοθεραπείας και της υποκλασματοποίησης. Τέλος, εκτελέστηκαν προσομοιώσεις για αρχικές ενέργειες 10 MeV και 1 MeV, βήμα – βήμα με βάση την απώλεια ενέργειας, προκειμένου να διερευνηθεί η μεταβολή του RBE στο Bragg peak και πριν το τέλος της τροχιάς. Αποτελέσματα: Ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης οξυγόνου, τόσο για ηλεκτρόνια όσο και για πρωτόνια οι διαφορές των υπό μελέτη ορισμών δεν ξεπερνούσαν σε καμία περίπτωση το 0.1% κατ’ απόλυτη τιμή. Μάλιστα, στην περίπτωση των πρωτονίων και για υποξικές συνθήκες, που κυριαρχούν οι DSBs, οι διαφορές είναι μικρότερες του 0.01%. Προχωρώντας στα RBEDSB απλών και σύνθετων DSB και για τα δύο σωματίδια η τιμή πλησιάζει την μονάδα στο μεγαλύτερο εύρος ενεργειών, ενώ στο τέλος της τροχιάς τους παρουσιάζεται ραγδαία αύξηση. Για τα ηλεκτρόνια, στο 1 keV παρατηρείται RBEDSB,Simple ≈ 1.7 και RBEDSB,Complex ≈ 3.4, ενώ για πρωτόνια 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 και RBEDSB,Complex ≈ 6.3. Ο παράγοντας επαύξησης οξυγόνου βρέθηκε OER ≈ 1.35 και για τα δύο σωματίδια για το μεγαλύτερο εύρος ενεργειών. Στα χαμηλοενεργειακά ηλεκτρόνια παρατηρείται πως δεν διαφέρει σημαντικά από την προαναφερθείσα τιμή, ενώ για τα πρωτόνια μικρών ενεργειών είναι ίσο με την μονάδα. Όσον αφορά τις κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν με δεδομένα εκ της RadPhysBio, οι περισσότερες τιμές RBE δεν πλησιάζουν στην κλινικά χρησιμοποιούμενη. Ενδεικτικά, για ακτινοβόληση με πρωτόνια υψηλού LET εντοπίζονται RBE2 Gy ≈ 3.4 για συμβατικό σχήμα ακτινοθεραπείας και RBE5 Gy ≈ 2.4 για πρωτόκολλο υποκλασματοποίησης. Επιπρόσθετα, αναδείχθηκε το γεγονός πως η πειραματική μέτρηση DSBs διεξήγαγε RBEDSB που διαφέρουν από 0.1% έως και 2.1% κατ’ απόλυτη τιμή, μ’ εκείνα εκ του MCDS να έχουν τεθεί ως τιμές αναφοράς. Σχετικά με το μοντέλο RMF επιβεβαιώθηκε πως το RBEcell_survival συγκλίνει στην κλινικά χρησιμοποιούμενη τιμή, RBE = 1.1, για ενέργειες μεγαλύτερες των 5 MeV. Προς το τέλος της τροχιάς των πρωτονίων παρουσιάζεται απότομη αύξηση, λαμβάνοντας τιμές από 1.5 έως και 5 για τις περισσότερες περιπτώσεις. Τέλος, το μοντέλο RMF δεν διαφοροποιείται σημαντικά από τον κώδικα MCDS ως προς την εκτίμηση RBEcell_survival ( < 0.1% για ενέργειες πρωτονίων άνω των 2 MeV, ανεξαρτήτως α/βR). Για ενέργειες πρωτονίων μικρότερες των 2 MeV παρουσιάζει συμφωνία με τον MCDS της τάξεως του 0.1% – 0.5%, υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερες τιμές RBE. Συμπεράσματα: Η συμφωνία που παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μεθόδων υπολογισμού RBE δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς οι ορισμοί είναι ταυτόσημοι. Έτσι, καθίσταται δυνατή η χρήση οποιουδήποτε από τους δύο ορισμούς, ανάλογα με τα δεδομένα που διατίθενται κάθε φορά. Η RadPhysBio παρείχε πειραματικές τιμές μέσω των οποίων αναδείχθηκε το γεγονός πως ο MCDS υπάρχει περίπτωση να υπολογίζει τιμές που να αποκλίνουν σημαντικά από τις μετρούμενες. Έτσι, απαιτείται η χρήση περισσότερων εργαλείων, όχι για να τον αντικαταστήσουν, αλλά για να επιστρατεύονται συμπληρωματικά. Συγκεκριμένα, το μοντέλο RMF υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερο RBE σε σχέση με τον MCDS, φαίνεται να δύναται να παράσχει ικανοποιητικές προβλέψεις και κρίνεται χρήσιμο να διερευνηθεί περεταίρω.","Purpose: This study aimed to analyze databases in order to determine the Relative Biological Effectiveness (RBE) electrons and protons in human cells at oxygen concentration levels of 100%, 20% (typical of normal oxygenation) and 1% (hypoxia), by using two different definitions in order to compare them. The 3.10A December 5, 2011 version of the Monte Carlo Damage Simulation code was used to simulate reference radiation from a 60Co source across its entire energy range, 1 MeV – 30 MeV for electrons and 1 MeV – 250 MeV for protons. These energy ranges cover many applications in medical physics for both treatment and diagnosis. The contribution of oxygen concentration to the RBEDSB calculation for electrons and protons and RBEcell_survival for proton beams was investigated. Additionally, it was considered appropriate to separate the effect of simple and complex DSB lesions in RBEDSB for electrons and protons. Furthermore, the RadPhysBio radiobiological database was used to calculate RBEDSB for proton beams through experimental DSB measurements and to compare them with those from the MCDS code. Finally, the Repair – Misrepair – Fixation model was applied to calculate RBEcell_survival in the Bragg peak region of the proton beam. Materials and Methods: Simulation of DNA damage in human cells was accomplished using version 3.10A December 5, 2011 of the algorithm MCDS, for oxygen concentration levels of 100%, 20% (normoxic conditions), and 1% (hypoxia). The parameters studied in greater detail are the Relative Biological Effectiveness (RBE) involving the induction of Double Strand Breaks (DSBs) in DNA and the corresponding sub-quantities for simple and complex DSBs, also the same parameter based on the absorbed doses of different types of radiation that cause an average of 10 DSB Gy-1 Gbp-1 and 10% cell survival, as well as based on experimentally measured DSBs. For the latter, the required parameters were extracted from the database called RadPhysBio. In addition, the corresponding survival fractions and RBE were calculated using the linear quadratic model for absorbed doses of 2 Gy and 5 Gy as representative examples of conventional radiotherapy and sub-fractionation. Finally, simulations were performed for initial energies of 10 MeV and 1 MeV, step by step based on energy loss, in order to study the change in RBE at the Bragg peak and before the end of the trajectory. Results: Regardless of oxygen concentration, for both electrons and protons, the differences in the definitions under study did not exceed 0.1% in absolute terms. In fact, in the case of protons and for hypoxic conditions, where DSBs dominate, the differences are less than 0.01%. Moving on to the RBEDSB of simple and complex DSBs, for both particles the value approaches unity in the largest energy range, while at the end of their trajectory there is a rapid increase. For electrons, at 1 keV, RBEDSB,Simple ≈ 1.7 and RBEDSB,Complex ≈ 3.4 are observed, while for protons 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 and RBEDSB,Complex ≈ 6.3. The oxygen enhancement factor was found to be OER ≈ 1.35 for both particles for the largest energy range. In low-energy electrons, it is observed that it does not differ significantly from the above-mentioned value, while for low-energy protons it is equal to unity. As for the cell lines studied with data from RadPhysBio, most RBE values do not approach those used clinically. Indicatively, for irradiation with high LET protons, RBE2 Gy ≈ 3.4 is found for conventional radiotherapy and RBE5 Gy ≈ 2.4 for subfractionation protocol. In addition, it was found that the experimental measurement of DSBs yielded RBEDSB values ranging from 0.1% to 2.1% in absolute terms, with those from MCDS being set as reference values. Regarding the RMF model, it was confirmed that RBEcell_survival converges to the clinically used value, RBE = 1.1, for energies greater than 5 MeV. Towards the end of the proton trajectory, there is a sharp increase, with values ranging from 1.5 to 5 in most cases. Finally, the RMF model does not differ significantly from the MCDS code in terms of the RBEcell_survival estimate ( < 0.1% for proton energies above 2 MeV, regardless of α/βR). For proton energies below 2 MeV, it agrees with the MCDS to the order of 0.1% – 0.5%, calculating slightly higher RBE values. Conclusions: The agreement observed between the two RBE calculation methods is not surprising, as the definitions are identical. Thus, it is possible to use either of the two definitions, depending on the data available at any given time. RadPhysBio provided experimental data revealed that MCDS may calculate values which deviate significantly from the measured ones. Therefore, more tools are needed, not to replace algorithms, but to complement them. Specifically, the RMF model, which estimates a slightly higher RBE than MCDS, appears to be able to provide acceptable predictions and is considered useful for further investigation."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Ανάλυση βάσεων δεδομένων για το RBE ακτίνων-Χ, ηλεκτρονίων και αδρονίων"]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["Αλεξιάδου Αντωνία","Alexiadou Antonia"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Σκοπός: Η παρούσα εργασία στόχευσε στην ανάλυση βάσεων δεδομένων προκειμένου να προσδιοριστεί με δύο διαφορετικούς ορισμούς το RBE, ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε ανθρώπινα κύτταρα, για διάφορα ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία) και να πραγματοποιηθεί η μεταξύ τους σύγκριση. Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo Damage Simulation (3.10A December 5, 2011 MCDS) για την ακτινοβολία αναφοράς εκ πηγής 60Co σε όλο το εύρος ενεργειών της, για ηλεκτρόνια 1 MeV – 30 MeV και πρωτόνια 1 MeV – 250 MeV, που καλύπτουν πολλά πεδία εφαρμογών της Ιατρικής Φυσικής σε θεραπεία, αλλά και διάγνωση. Διερευνήθηκε η συνεισφορά της συγκέντρωσης οξυγόνου στον υπολογισμό RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια και RBEcell_survival για δέσμη πρωτονίων. Επιπλέον, θεωρήθηκε σκόπιμο να διαχωριστεί η επίδραση απλών και σύνθετων βλαβών DSB στο RBEDSB για ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκε η ραδιοβιολογική βάση δεδομένων RadPhysBio για τον υπολογισμό RBEDSB για δέσμη πρωτονίων μέσω πειραματικών μετρήσεων DSB και η σύγκρισή τους με εκείνα εκ του κώδικα MCDS. Τέλος, εφαρμόστηκε το μοντέλο Repair – Misrepair – Fixation για τον υπολογισμό RBEcell_survival στην περιοχή του Bragg peak δέσμης πρωτονίων. Μεθοδολογία: Η προσομοίωση των βλαβών στο DNA ανθρώπινων κυττάρων διενεργήθηκε μέσω της έκδοσης 3.10A December 5, 2011 του κώδικα MCDS, για ποσοστά συγκέντρωσης οξυγόνου 100%, 20% (τυπική φυσιολογική οξυγόνωση) και 1% (υποξία). Τα μεγέθη που μελετήθηκαν εκτενέστερα είναι η σχετική βιολογική αποτελεσματικότητα (Relative Biological Effectiveness, RBE) που αφορά την επαγωγή θραύσεων της διπλής έλικας του DNA (Double Strand Brake, DSB) και οι αντίστοιχες επιμέρους ποσότητες για απλές και σύνθετες βλάβες τύπου DSB, υπολογίστηκε το ίδιο μέγεθος με βάση τις απορροφούμενες δόσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας που προκαλούν κατά μέσο όρο 10 DSB Gy-1 Gbp-1 και επιβίωση του 10% των κυττάρων, αλλά και βάσει των πειραματικά μετρούμενων DSBs. Για τα τελευταία αντλήθηκαν οι απαιτούμενες παράμετροι από την βάση δεδομένων RadPhysBio. Ακόμη, υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα κλάσματα επιβίωσης και RBE, με χρήση του γραμμικού τετραγωνικού μοντέλου, για απορροφούμενες δόσεις 2 Gy και 5 Gy, ως αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της συμβατικής ακτινοθεραπείας και της υποκλασματοποίησης. Τέλος, εκτελέστηκαν προσομοιώσεις για αρχικές ενέργειες 10 MeV και 1 MeV, βήμα – βήμα με βάση την απώλεια ενέργειας, προκειμένου να διερευνηθεί η μεταβολή του RBE στο Bragg peak και πριν το τέλος της τροχιάς. Αποτελέσματα: Ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης οξυγόνου, τόσο για ηλεκτρόνια όσο και για πρωτόνια οι διαφορές των υπό μελέτη ορισμών δεν ξεπερνούσαν σε καμία περίπτωση το 0.1% κατ’ απόλυτη τιμή. Μάλιστα, στην περίπτωση των πρωτονίων και για υποξικές συνθήκες, που κυριαρχούν οι DSBs, οι διαφορές είναι μικρότερες του 0.01%. Προχωρώντας στα RBEDSB απλών και σύνθετων DSB και για τα δύο σωματίδια η τιμή πλησιάζει την μονάδα στο μεγαλύτερο εύρος ενεργειών, ενώ στο τέλος της τροχιάς τους παρουσιάζεται ραγδαία αύξηση. Για τα ηλεκτρόνια, στο 1 keV παρατηρείται RBEDSB,Simple ≈ 1.7 και RBEDSB,Complex ≈ 3.4, ενώ για πρωτόνια 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 και RBEDSB,Complex ≈ 6.3. Ο παράγοντας επαύξησης οξυγόνου βρέθηκε OER ≈ 1.35 και για τα δύο σωματίδια για το μεγαλύτερο εύρος ενεργειών. Στα χαμηλοενεργειακά ηλεκτρόνια παρατηρείται πως δεν διαφέρει σημαντικά από την προαναφερθείσα τιμή, ενώ για τα πρωτόνια μικρών ενεργειών είναι ίσο με την μονάδα. Όσον αφορά τις κυτταρικές σειρές που μελετήθηκαν με δεδομένα εκ της RadPhysBio, οι περισσότερες τιμές RBE δεν πλησιάζουν στην κλινικά χρησιμοποιούμενη. Ενδεικτικά, για ακτινοβόληση με πρωτόνια υψηλού LET εντοπίζονται RBE2 Gy ≈ 3.4 για συμβατικό σχήμα ακτινοθεραπείας και RBE5 Gy ≈ 2.4 για πρωτόκολλο υποκλασματοποίησης. Επιπρόσθετα, αναδείχθηκε το γεγονός πως η πειραματική μέτρηση DSBs διεξήγαγε RBEDSB που διαφέρουν από 0.1% έως και 2.1% κατ’ απόλυτη τιμή, μ’ εκείνα εκ του MCDS να έχουν τεθεί ως τιμές αναφοράς. Σχετικά με το μοντέλο RMF επιβεβαιώθηκε πως το RBEcell_survival συγκλίνει στην κλινικά χρησιμοποιούμενη τιμή, RBE = 1.1, για ενέργειες μεγαλύτερες των 5 MeV. Προς το τέλος της τροχιάς των πρωτονίων παρουσιάζεται απότομη αύξηση, λαμβάνοντας τιμές από 1.5 έως και 5 για τις περισσότερες περιπτώσεις. Τέλος, το μοντέλο RMF δεν διαφοροποιείται σημαντικά από τον κώδικα MCDS ως προς την εκτίμηση RBEcell_survival ( < 0.1% για ενέργειες πρωτονίων άνω των 2 MeV, ανεξαρτήτως α/βR). Για ενέργειες πρωτονίων μικρότερες των 2 MeV παρουσιάζει συμφωνία με τον MCDS της τάξεως του 0.1% – 0.5%, υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερες τιμές RBE. Συμπεράσματα: Η συμφωνία που παρατηρήθηκε μεταξύ των δύο μεθόδων υπολογισμού RBE δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς οι ορισμοί είναι ταυτόσημοι. Έτσι, καθίσταται δυνατή η χρήση οποιουδήποτε από τους δύο ορισμούς, ανάλογα με τα δεδομένα που διατίθενται κάθε φορά. Η RadPhysBio παρείχε πειραματικές τιμές μέσω των οποίων αναδείχθηκε το γεγονός πως ο MCDS υπάρχει περίπτωση να υπολογίζει τιμές που να αποκλίνουν σημαντικά από τις μετρούμενες. Έτσι, απαιτείται η χρήση περισσότερων εργαλείων, όχι για να τον αντικαταστήσουν, αλλά για να επιστρατεύονται συμπληρωματικά. Συγκεκριμένα, το μοντέλο RMF υπολογίζοντας ελαφρώς υψηλότερο RBE σε σχέση με τον MCDS, φαίνεται να δύναται να παράσχει ικανοποιητικές προβλέψεις και κρίνεται χρήσιμο να διερευνηθεί περεταίρω.","Purpose: This study aimed to analyze databases in order to determine the Relative Biological Effectiveness (RBE) electrons and protons in human cells at oxygen concentration levels of 100%, 20% (typical of normal oxygenation) and 1% (hypoxia), by using two different definitions in order to compare them. The 3.10A December 5, 2011 version of the Monte Carlo Damage Simulation code was used to simulate reference radiation from a 60Co source across its entire energy range, 1 MeV – 30 MeV for electrons and 1 MeV – 250 MeV for protons. These energy ranges cover many applications in medical physics for both treatment and diagnosis. The contribution of oxygen concentration to the RBEDSB calculation for electrons and protons and RBEcell_survival for proton beams was investigated. Additionally, it was considered appropriate to separate the effect of simple and complex DSB lesions in RBEDSB for electrons and protons. Furthermore, the RadPhysBio radiobiological database was used to calculate RBEDSB for proton beams through experimental DSB measurements and to compare them with those from the MCDS code. Finally, the Repair – Misrepair – Fixation model was applied to calculate RBEcell_survival in the Bragg peak region of the proton beam. Materials and Methods: Simulation of DNA damage in human cells was accomplished using version 3.10A December 5, 2011 of the algorithm MCDS, for oxygen concentration levels of 100%, 20% (normoxic conditions), and 1% (hypoxia). The parameters studied in greater detail are the Relative Biological Effectiveness (RBE) involving the induction of Double Strand Breaks (DSBs) in DNA and the corresponding sub-quantities for simple and complex DSBs, also the same parameter based on the absorbed doses of different types of radiation that cause an average of 10 DSB Gy-1 Gbp-1 and 10% cell survival, as well as based on experimentally measured DSBs. For the latter, the required parameters were extracted from the database called RadPhysBio. In addition, the corresponding survival fractions and RBE were calculated using the linear quadratic model for absorbed doses of 2 Gy and 5 Gy as representative examples of conventional radiotherapy and sub-fractionation. Finally, simulations were performed for initial energies of 10 MeV and 1 MeV, step by step based on energy loss, in order to study the change in RBE at the Bragg peak and before the end of the trajectory. Results: Regardless of oxygen concentration, for both electrons and protons, the differences in the definitions under study did not exceed 0.1% in absolute terms. In fact, in the case of protons and for hypoxic conditions, where DSBs dominate, the differences are less than 0.01%. Moving on to the RBEDSB of simple and complex DSBs, for both particles the value approaches unity in the largest energy range, while at the end of their trajectory there is a rapid increase. For electrons, at 1 keV, RBEDSB,Simple ≈ 1.7 and RBEDSB,Complex ≈ 3.4 are observed, while for protons 1 MeV RBEDSB,Simple ≈ 2.3 and RBEDSB,Complex ≈ 6.3. The oxygen enhancement factor was found to be OER ≈ 1.35 for both particles for the largest energy range. In low-energy electrons, it is observed that it does not differ significantly from the above-mentioned value, while for low-energy protons it is equal to unity. As for the cell lines studied with data from RadPhysBio, most RBE values do not approach those used clinically. Indicatively, for irradiation with high LET protons, RBE2 Gy ≈ 3.4 is found for conventional radiotherapy and RBE5 Gy ≈ 2.4 for subfractionation protocol. In addition, it was found that the experimental measurement of DSBs yielded RBEDSB values ranging from 0.1% to 2.1% in absolute terms, with those from MCDS being set as reference values. Regarding the RMF model, it was confirmed that RBEcell_survival converges to the clinically used value, RBE = 1.1, for energies greater than 5 MeV. Towards the end of the proton trajectory, there is a sharp increase, with values ranging from 1.5 to 5 in most cases. Finally, the RMF model does not differ significantly from the MCDS code in terms of the RBEcell_survival estimate ( < 0.1% for proton energies above 2 MeV, regardless of α/βR). For proton energies below 2 MeV, it agrees with the MCDS to the order of 0.1% – 0.5%, calculating slightly higher RBE values. Conclusions: The agreement observed between the two RBE calculation methods is not surprising, as the definitions are identical. Thus, it is possible to use either of the two definitions, depending on the data available at any given time. RadPhysBio provided experimental data revealed that MCDS may calculate values which deviate significantly from the measured ones. Therefore, more tools are needed, not to replace algorithms, but to complement them. Specifically, the RMF model, which estimates a slightly higher RBE than MCDS, appears to be able to provide acceptable predictions and is considered useful for further investigation."],"dc:identifier":["uoadl:5326209","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5326209"],"dc:language":["Ελληνικά","Greek"],"dc:subject":["Επιστήμες Υγείας","Health Sciences"],"dc:title":["Ανάλυση βάσεων δεδομένων για το RBE ακτίνων-Χ, ηλεκτρονίων και αδρονίων"],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:01:42Z"}