TOPAS: Fast and easy to use Monte Carlo system for proton therapy

TOPAS:快速且易于使用的质子治疗蒙特卡罗系统

基本信息

  • 批准号:
    8578284
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.32万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-07-01 至 2016-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): As proton therapy has joined the mainstream of radiation treatment, Monte Carlo simulation (MC) has been the research engine driving highly accurate dose delivery. The TOPAS Tool for Particle Simulation, developed in the previous funding cycle, makes MC accessible as never before. As radiation therapy pushes to the next challenge, where physics and biology come together, TOPAS will bridge the divide between these two research domains. TOPAS can track any kind of particle through any kind of treatment head, import a patient geometry, score dose, fluence, etc., has advanced graphics and scoring features, and is fully four-dimensional to handle all time-dependent aspects of a simulation. Research physicists use TOPAS to improve proton delivery systems towards safer and more effective treatments, easily setting up and running complex MC simulations that used to take MC specialists months to prepare. Clinical physicists use TOPAS to optimize the therapeutic ratio, simulating patient- specific treatment plans with the full accuracy of MC at the touch of a button. We will bring the same benefits to the radiobiological community. Where radiobiology research has previously suffered from insufficient interdisciplinary collaboration between physicists and biologists, TOPAS will bridge the gap. TOPAS will let biologists study detailed physics aspects of their experiments and let physicists employ the latest radiobiology results in the clinic. TOPAS will provide a common research platform to proton therapy facilities, biology laboratories and universities. Specific Aim 1: Expand TOPAS to facilitate research on organ effect biology a. Provide a framework for tumor and normal tissue outcome modeling b. Validate by reproducing published data on proton beam normal tissue complications Specific Aim 2: Expand TOPAS to facilitate research on cellular effect biology a. Provide a framework for cellular effect RBE modeling b. Validate by calculating the relative biological effectiveness f proton beams Specific Aim 3: Expand TOPAS to facilitate research on sub-cellular effect biology a. Provide a framework for sub-cellular effect mechanistic modeling b. Validate by reproducing data on ionization frequencies and DNA damage Specific Aim 4: Support and share TOPAS for all user communities a. Support current TOPAS user communities in proton therapy physics b. Reach out to new user communities in other therapy modalities and imaging c. Continuing software innovation, enhanced graphical user interfaces and beyond
描述(由申请人提供):由于质子治疗加入了放射治疗的主流,因此蒙特卡洛模拟(MC)一直是驱动高度准确剂量递送的研究引擎。在先前的资金周期中开发的粒子模拟的TOPAS工具使MC无法访问以前。随着放射疗法将到下一个挑战,物理学和生物学融合在一起,TOPA将弥合这两个研究领域之间的鸿沟。 TOPA可以通过任何类型的治疗头跟踪任何类型的粒子,进口患者的几何形状,评分剂量,通量等具有先进的图形和评分功能,并且完全四维以处理模拟的所有时间依赖性方面。研究物理学家使用TOPA来改善质子递送系统,以更安全,更有效的治疗方法,轻松地设置并运行复杂的MC模拟,用于花费MC专家几个月进行准备。临床物理学家使用TOPA来优化治疗比率,以MC的全部精度模拟患者特定的治疗计划 触摸按钮。我们将为放射生物学界带来相同的好处。如果放射生物学研究以前遭受了物理学家与生物学家之间跨学科合作的不足,TOPA将弥合差距。 TOPA将让生物学家研究其实验的详细物理方面,并让物理学家在诊所中采用最新的放射生物学结果。 TOPA将为质子治疗设施,生物学实验室和大学提供一个共同的研究平台。特定目标1:扩展TOPA,以促进对器官效应生物学的研究a。为肿瘤和正常组织结果建模提供框架b。通过重现有关质子束正常组织并发症特定目的的已发表的数据验证2:扩展TOPA,以促进细胞效应生物学的研究a。提供了一个细胞效应RBE建模的框架b。通过计算相对生物学有效性F质子束特定目的3:扩展TOPA,以促进对亚细胞效应生物学的研究a。提供亚细胞效应机械建模的框架b。通过复制有关电离频率和DNA损害特定目标的数据来验证4:支持和共享所有用户社区的TOPA a。支持当前的TOPAS用户社区质子治疗物理学b。接触其他治疗方式和成像的新用户社区c。继续进行软件创新,增强的图形用户界面及其他

项目成果

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