{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5370542"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5370542","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Μικροδοσιμετρικά μοντέλα υπολογισμού του RBE στην αδρονιακή θεραπεία με έμφαση στο μοντέλο RMF / Microdosimetric models for RBE calculation in hadron therapy: focus on the RMF model","abstract":"Στην εργασία αυτή μελετάται η σχετική βιολογική απόδοση πρωτονίων και ιόντων άνθρακα στην ακτινοθεραπεία χρησιμοποιώντας το ραδιοβιολογικό μοντέλο RMF, και εξετάζεται η απόδοση συγκρίνοντας με ραδιοβιολογική βάση δεδομένων. Αρχικά κατασκευάζονται καμπύλες δόσης-βάθους για πρωτόνια με την αναλυτική μέθοδο του Bortfeld. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην σχέση R = aE^p, η οποία δίνει την εμβέλεια ως συνάρτηση της αρχικής ενέργειας, με τις παραμέτρους να προκύπτουν εμπειρικά, και για να ληφθούν υπόψιν τα φαινόμενα απόκλισης της δέσμης γίνεται συνέλιξη με Γκαουσιανή κατανομή. Το μοντέλο αυτό επεκτείνεται περεταίρω με την εργασία της Halicicar, και μπορεί να εφαρμοστεί για βαρύτερα ιόντα, όπως 12C6+. Τα ιόντα άνθρακα κάνουν επίσης πυρηνικές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ελαφρύτερα ιόντα στο πέρας της εμβέλειας, για τα οποία δίνεται τρόπος ώστε να ληφθούν υπόψιν. Το μοντέλο RMF στην απλοποιημένη μορφή όπως προτείνται από τον Stewart, χρειάζεται ως είσοδο την ζημιά που γίνεται με την μορφή δίκλωνων θραύσεων (DSB), οι οποίες είναι και οι πιο θανατηφόρες για το κύτταρο. Γίνονται υπολογισμοί με το λογισμικό MCDS, και υπολογίζονται παραμετροποιημένες σχέσεις για το RBE (για βιολογικό αποτέλεσμα DSB) ως συνάρτηση της ποσότητας (Zeff/β)2, η οποία περιγράφει χαρακτηριστικά του ιόντος. Επίσης ήταν αναγκαίο να υπολογιστεί η παράμετρος zF. Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκε η γραμμιώδης και ειδική ενέργεια με την μέθοδο του Xapsos/Papadopoulos ώστε να λαμβάνει υπόψιν φαινόμενα κορεσμού, καθώς στην πραγματικότητα από ένα σημείο και ύστερα όσο κι αν αυξηθεί η δόση που εναποτίθεται στον στόχο, δεν θα επιφέρει επιπλέον αποτέλεσμα καθώς τα κύτταρα θα έχουν ήδη θανατωθεί. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι καμπύλες επιβίωσης και καμπύλες δόσης βάθους πολλαπλασιασμένες με την σχετική βιολογική απόδοση σε κάθε σημείο της τροχιάς. Το μοντέλο αυτό συγκρίνεται με μια βάση δεδομένων που περιέχει δεδομένα από περισσότερα από 2700 πειράματα ακτινοβολήσεων. Επιλέγονται δεδομένα κατάλληλα προς σύγκριση (300), δηλαδή ακτινοβολήσεις με πρωτόνια και ιόντα άνθρακα, συλ λέγονται τα στοιχεία για τις συνθήκες ακτινοβόλησης, εφαρμόζεται το μοντέλο πάνω στις ίδιες συνθήκες και υπολογίζεται το σχετικό σφάλμα. Το μοντέλο έδειξε καλύτερα αποτελέσματα για διαμέτρους ευαίσθητης σφαίρας κοντά στις διαστάσεις του κυττάρου (d ≈ 10µm). Γενικά το μοντέλο έδειξε καλύτερη απόδοση σε ιόντα άνθρακα και στην περίπτωση των πρωτονίων ήταν καλύτερο σε φυσιολογικούς ισ τούς.","abstract_html":"Στην εργασία αυτή μελετάται η σχετική βιολογική απόδοση πρωτονίων και ιόντων άνθρακα στην ακτινοθεραπεία χρησιμοποιώντας το ραδιοβιολογικό μοντέλο RMF, και εξετάζεται η απόδοση συγκρίνοντας με ραδιοβιολογική βάση δεδομένων. Αρχικά κατασκευάζονται καμπύλες δόσης-βάθους για πρωτόνια με την αναλυτική μέθοδο του Bortfeld. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην σχέση R = aE^p, η οποία δίνει την εμβέλεια ως συνάρτηση της αρχικής ενέργειας, με τις παραμέτρους να προκύπτουν εμπειρικά, και για να ληφθούν υπόψιν τα φαινόμενα απόκλισης της δέσμης γίνεται συνέλιξη με Γκαουσιανή κατανομή. Το μοντέλο αυτό επεκτείνεται περεταίρω με την εργασία της Halicicar, και μπορεί να εφαρμοστεί για βαρύτερα ιόντα, όπως 12C6+. Τα ιόντα άνθρακα κάνουν επίσης πυρηνικές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ελαφρύτερα ιόντα στο πέρας της εμβέλειας, για τα οποία δίνεται τρόπος ώστε να ληφθούν υπόψιν. Το μοντέλο RMF στην απλοποιημένη μορφή όπως προτείνται από τον Stewart, χρειάζεται ως είσοδο την ζημιά που γίνεται με την μορφή δίκλωνων θραύσεων (DSB), οι οποίες είναι και οι πιο θανατηφόρες για το κύτταρο. Γίνονται υπολογισμοί με το λογισμικό MCDS, και υπολογίζονται παραμετροποιημένες σχέσεις για το RBE (για βιολογικό αποτέλεσμα DSB) ως συνάρτηση της ποσότητας (Zeff/β)2, η οποία περιγράφει χαρακτηριστικά του ιόντος. Επίσης ήταν αναγκαίο να υπολογιστεί η παράμετρος zF. Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκε η γραμμιώδης και ειδική ενέργεια με την μέθοδο του Xapsos/Papadopoulos ώστε να λαμβάνει υπόψιν φαινόμενα κορεσμού, καθώς στην πραγματικότητα από ένα σημείο και ύστερα όσο κι αν αυξηθεί η δόση που εναποτίθεται στον στόχο, δεν θα επιφέρει επιπλέον αποτέλεσμα καθώς τα κύτταρα θα έχουν ήδη θανατωθεί. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι καμπύλες επιβίωσης και καμπύλες δόσης βάθους πολλαπλασιασμένες με την σχετική βιολογική απόδοση σε κάθε σημείο της τροχιάς. Το μοντέλο αυτό συγκρίνεται με μια βάση δεδομένων που περιέχει δεδομένα από περισσότερα από 2700 πειράματα ακτινοβολήσεων. Επιλέγονται δεδομένα κατάλληλα προς σύγκριση (300), δηλαδή ακτινοβολήσεις με πρωτόνια και ιόντα άνθρακα, συλ λέγονται τα στοιχεία για τις συνθήκες ακτινοβόλησης, εφαρμόζεται το μοντέλο πάνω στις ίδιες συνθήκες και υπολογίζεται το σχετικό σφάλμα. Το μοντέλο έδειξε καλύτερα αποτελέσματα για διαμέτρους ευαίσθητης σφαίρας κοντά στις διαστάσεις του κυττάρου (d ≈ 10µm). Γενικά το μοντέλο έδειξε καλύτερη απόδοση σε ιόντα άνθρακα και στην περίπτωση των πρωτονίων ήταν καλύτερο σε φυσιολογικούς ισ τούς.","abstract_has_math":false,"creators":["Ράγγος Βασίλειος","Rangos Vasileios"],"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":"2026-07-24T01:02:07Z","subjects":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"languages":["English"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5370542"],"render_values":[{"text":"uoadl:5370542","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5370542","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Ράγγος Βασίλειος","Rangos Vasileios"]}]},{"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":["Θετικές Επιστήμες","Science"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["English"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5370542","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5370542"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Στην εργασία αυτή μελετάται η σχετική βιολογική απόδοση πρωτονίων και ιόντων άνθρακα στην ακτινοθεραπεία χρησιμοποιώντας το ραδιοβιολογικό μοντέλο RMF, και εξετάζεται η απόδοση συγκρίνοντας με ραδιοβιολογική βάση δεδομένων. Αρχικά κατασκευάζονται καμπύλες δόσης-βάθους για πρωτόνια με την αναλυτική μέθοδο του Bortfeld. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην σχέση R = aE^p, η οποία δίνει την εμβέλεια ως συνάρτηση της αρχικής ενέργειας, με τις παραμέτρους να προκύπτουν εμπειρικά, και για να ληφθούν υπόψιν τα φαινόμενα απόκλισης της δέσμης γίνεται συνέλιξη με Γκαουσιανή κατανομή. Το μοντέλο αυτό επεκτείνεται περεταίρω με την εργασία της Halicicar, και μπορεί να εφαρμοστεί για βαρύτερα ιόντα, όπως 12C6+. Τα ιόντα άνθρακα κάνουν επίσης πυρηνικές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ελαφρύτερα ιόντα στο πέρας της εμβέλειας, για τα οποία δίνεται τρόπος ώστε να ληφθούν υπόψιν. Το μοντέλο RMF στην απλοποιημένη μορφή όπως προτείνται από τον Stewart, χρειάζεται ως είσοδο την ζημιά που γίνεται με την μορφή δίκλωνων θραύσεων (DSB), οι οποίες είναι και οι πιο θανατηφόρες για το κύτταρο. Γίνονται υπολογισμοί με το λογισμικό MCDS, και υπολογίζονται παραμετροποιημένες σχέσεις για το RBE (για βιολογικό αποτέλεσμα DSB) ως συνάρτηση της ποσότητας (Zeff/β)2, η οποία περιγράφει χαρακτηριστικά του ιόντος. Επίσης ήταν αναγκαίο να υπολογιστεί η παράμετρος zF. Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκε η γραμμιώδης και ειδική ενέργεια με την μέθοδο του Xapsos/Papadopoulos ώστε να λαμβάνει υπόψιν φαινόμενα κορεσμού, καθώς στην πραγματικότητα από ένα σημείο και ύστερα όσο κι αν αυξηθεί η δόση που εναποτίθεται στον στόχο, δεν θα επιφέρει επιπλέον αποτέλεσμα καθώς τα κύτταρα θα έχουν ήδη θανατωθεί. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι καμπύλες επιβίωσης και καμπύλες δόσης βάθους πολλαπλασιασμένες με την σχετική βιολογική απόδοση σε κάθε σημείο της τροχιάς. Το μοντέλο αυτό συγκρίνεται με μια βάση δεδομένων που περιέχει δεδομένα από περισσότερα από 2700 πειράματα ακτινοβολήσεων. Επιλέγονται δεδομένα κατάλληλα προς σύγκριση (300), δηλαδή ακτινοβολήσεις με πρωτόνια και ιόντα άνθρακα, συλ λέγονται τα στοιχεία για τις συνθήκες ακτινοβόλησης, εφαρμόζεται το μοντέλο πάνω στις ίδιες συνθήκες και υπολογίζεται το σχετικό σφάλμα. Το μοντέλο έδειξε καλύτερα αποτελέσματα για διαμέτρους ευαίσθητης σφαίρας κοντά στις διαστάσεις του κυττάρου (d ≈ 10µm). Γενικά το μοντέλο έδειξε καλύτερη απόδοση σε ιόντα άνθρακα και στην περίπτωση των πρωτονίων ήταν καλύτερο σε φυσιολογικούς ισ τούς.","This thesis investigates the Relative Biological Effectiveness (RBE) of protons and carbon ions using the radiobiologic Repair–Misrepair–Fixation (RMF) model, and evaluates its performance against experimental radiobiological data. Analytical depth–dose curves were first generated for protons using a simplified formulation based on a power-law range–energy relationship and a Gaussian approximation for range straggling. This approach was extended to carbon ions, incorporating the contribution of the nuclear fragmentation tail. The RMF model, in its simplified form as proposed by Stewart, requires as input the yield of DNA double-strand breaks (DSBs), which was obtained using the Monte Carlo Damage Simulation (MCDS) code. The resulting RBEDSB values for protons and carbon ions were analyzed as a function of (Zeff/β)^2, a parameter that reflects radiation quality. In addition, the microdosimetric quantity zF was calculated assuming a log-normal distribution, following the approach of Xapsos and Papadopoulos, with a saturation correction applied for high-LET radiation. These quantities were then used to compute survival-based RBE values and RBE weighted depth–dose curves. The model was validated against the RadPhysBio database, which contains data from more than 2700 irradiation experiments. After applying filtering crite ria, approximately 300 data points were retained for comparison. The RMF model demonstrated good agreement with experimental results, particularly for domain diameters on the order of the cell size (d ≈ 10µm). The predictive performance was generally better for carbon ions and showed slightly improved agreement for normal tissues compared to tumor cell lines."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Μικροδοσιμετρικά μοντέλα υπολογισμού του RBE στην αδρονιακή θεραπεία με έμφαση στο μοντέλο RMF / Microdosimetric models for RBE calculation in hadron therapy: focus on the RMF model"]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["Ράγγος Βασίλειος","Rangos Vasileios"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Στην εργασία αυτή μελετάται η σχετική βιολογική απόδοση πρωτονίων και ιόντων άνθρακα στην ακτινοθεραπεία χρησιμοποιώντας το ραδιοβιολογικό μοντέλο RMF, και εξετάζεται η απόδοση συγκρίνοντας με ραδιοβιολογική βάση δεδομένων. Αρχικά κατασκευάζονται καμπύλες δόσης-βάθους για πρωτόνια με την αναλυτική μέθοδο του Bortfeld. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην σχέση R = aE^p, η οποία δίνει την εμβέλεια ως συνάρτηση της αρχικής ενέργειας, με τις παραμέτρους να προκύπτουν εμπειρικά, και για να ληφθούν υπόψιν τα φαινόμενα απόκλισης της δέσμης γίνεται συνέλιξη με Γκαουσιανή κατανομή. Το μοντέλο αυτό επεκτείνεται περεταίρω με την εργασία της Halicicar, και μπορεί να εφαρμοστεί για βαρύτερα ιόντα, όπως 12C6+. Τα ιόντα άνθρακα κάνουν επίσης πυρηνικές αντιδράσεις, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ελαφρύτερα ιόντα στο πέρας της εμβέλειας, για τα οποία δίνεται τρόπος ώστε να ληφθούν υπόψιν. Το μοντέλο RMF στην απλοποιημένη μορφή όπως προτείνται από τον Stewart, χρειάζεται ως είσοδο την ζημιά που γίνεται με την μορφή δίκλωνων θραύσεων (DSB), οι οποίες είναι και οι πιο θανατηφόρες για το κύτταρο. Γίνονται υπολογισμοί με το λογισμικό MCDS, και υπολογίζονται παραμετροποιημένες σχέσεις για το RBE (για βιολογικό αποτέλεσμα DSB) ως συνάρτηση της ποσότητας (Zeff/β)2, η οποία περιγράφει χαρακτηριστικά του ιόντος. Επίσης ήταν αναγκαίο να υπολογιστεί η παράμετρος zF. Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκε η γραμμιώδης και ειδική ενέργεια με την μέθοδο του Xapsos/Papadopoulos ώστε να λαμβάνει υπόψιν φαινόμενα κορεσμού, καθώς στην πραγματικότητα από ένα σημείο και ύστερα όσο κι αν αυξηθεί η δόση που εναποτίθεται στον στόχο, δεν θα επιφέρει επιπλέον αποτέλεσμα καθώς τα κύτταρα θα έχουν ήδη θανατωθεί. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι καμπύλες επιβίωσης και καμπύλες δόσης βάθους πολλαπλασιασμένες με την σχετική βιολογική απόδοση σε κάθε σημείο της τροχιάς. Το μοντέλο αυτό συγκρίνεται με μια βάση δεδομένων που περιέχει δεδομένα από περισσότερα από 2700 πειράματα ακτινοβολήσεων. Επιλέγονται δεδομένα κατάλληλα προς σύγκριση (300), δηλαδή ακτινοβολήσεις με πρωτόνια και ιόντα άνθρακα, συλ λέγονται τα στοιχεία για τις συνθήκες ακτινοβόλησης, εφαρμόζεται το μοντέλο πάνω στις ίδιες συνθήκες και υπολογίζεται το σχετικό σφάλμα. Το μοντέλο έδειξε καλύτερα αποτελέσματα για διαμέτρους ευαίσθητης σφαίρας κοντά στις διαστάσεις του κυττάρου (d ≈ 10µm). Γενικά το μοντέλο έδειξε καλύτερη απόδοση σε ιόντα άνθρακα και στην περίπτωση των πρωτονίων ήταν καλύτερο σε φυσιολογικούς ισ τούς.","This thesis investigates the Relative Biological Effectiveness (RBE) of protons and carbon ions using the radiobiologic Repair–Misrepair–Fixation (RMF) model, and evaluates its performance against experimental radiobiological data. Analytical depth–dose curves were first generated for protons using a simplified formulation based on a power-law range–energy relationship and a Gaussian approximation for range straggling. This approach was extended to carbon ions, incorporating the contribution of the nuclear fragmentation tail. The RMF model, in its simplified form as proposed by Stewart, requires as input the yield of DNA double-strand breaks (DSBs), which was obtained using the Monte Carlo Damage Simulation (MCDS) code. The resulting RBEDSB values for protons and carbon ions were analyzed as a function of (Zeff/β)^2, a parameter that reflects radiation quality. In addition, the microdosimetric quantity zF was calculated assuming a log-normal distribution, following the approach of Xapsos and Papadopoulos, with a saturation correction applied for high-LET radiation. These quantities were then used to compute survival-based RBE values and RBE weighted depth–dose curves. The model was validated against the RadPhysBio database, which contains data from more than 2700 irradiation experiments. After applying filtering crite ria, approximately 300 data points were retained for comparison. The RMF model demonstrated good agreement with experimental results, particularly for domain diameters on the order of the cell size (d ≈ 10µm). The predictive performance was generally better for carbon ions and showed slightly improved agreement for normal tissues compared to tumor cell lines."],"dc:identifier":["uoadl:5370542","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5370542"],"dc:language":["English"],"dc:subject":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"dc:title":["Μικροδοσιμετρικά μοντέλα υπολογισμού του RBE στην αδρονιακή θεραπεία με έμφαση στο μοντέλο RMF / Microdosimetric models for RBE calculation in hadron therapy: focus on the RMF model"],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:02:07Z"}