Studi Simulasi Monte Carlo Untuk Menentukan Nilai Efektivitas Biologis Relatif Terapi Proton Menggunakan Kode TOPAS v4.0.0

Aldino Putra Andeaz, Dr.-Ing. Ir. Kusnanto; M. Arif Efendi, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2025 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

Pelaksanaan Proton Beam Therapy (PBT) untuk pengobatan tumor dalam semakin ramai dilakukan. Diskusi dewasa ini semakin menunjukkan bahwa penggunaan RBE tetap senilai 1,1 sepanjang SOBP tidak lagi tepat. Studi simulasi Geant4 dengan TOPAS dapat digunakan untuk menyimulasikan pengiriman dosis radiasi SOBP tertentu yang dirancang mandiri. Penelitian ini bermaksud menaksir RBE4Gy di simulasi TOPAS untuk SOBP hasil rancangan tertentu hingga dihasilkan nilai RBE dengan standar yang baku. 

Kajian dilakukan dengan merancang SOBP energi 170 MeV dengan variasi lebar 3,9 cm (20% nilai jangkauan SOBP); 5,85 cm (30% nilai jangkauan SOBP); dan 7,8 cm (40% nilai jangkauan SOBP) untuk dikirimkan kepada fantom air dengan ukuran 40 cm x 40 cm x 40 cm. Dosis, LET, dan skor biologis (RBE) dicatat pada suatu volume silinder radius 2 cm sepanjang 40 cm yang terdiri atas 200 bin dengan lebar masing-masing bin 0,2 cm. RBE ditaksir menggunakan model penaksir Wedenberg. 

Studi simulasi memperoleh hasil bahwa untuk tiga variasi lebar SOBP energi 170 MeV yang dirancang, nilai RBE4Gy sepanjang SOBP pada titik fraksi dosis yang relevan secara klinis selalu sama. Pada sepanjang entrance kurva PDD, titik fraksi dosis proksimal 95%, dan sepanjang plateau nilai RBE4Gy sebesar 1,1 kemudian dengan cepat sejak posisi titik fraksi dosis distal 95?rnilai 1,2 yang dilanjutkan pada posisi distal fall-off bernilai 1,3 dan 1,4 hingga 1,6 pada kedalaman 21 cm, sekitar 1,5 hingga 2 cm setelah batas jangkauan SOBP 170 MeV. Nilai dosis absolut pada seluruh kedalaman fantom air yang ditandai oleh titik krusial itu berbeda untuk tiap lebar SOBP 170 MeV. Tetapi pada titik fraksi dosis yang sama, nilai RBE4Gy akan secara unik sama. Nilai RBE adalah cermin dari nilai LET sepanjang SOBP. Dimana peningkatan RBE secara gradual menjadi lebih besar dari 1,1 sejak distal 95% SOBP, menuruti profil peningkatan nilai numeris LET sepanjang SOBP. Metode dengan penaksir RBE standar pada kajian skripsi ini valid memprediksi efektivitas biologis relatif  sistem PBT dengan teknik passive scattering.

Proton Beam Therapy (PBT) is increasingly practiced to treat deep-seated tumours. The recent discussion shows that using fixed RBE 1,1 along SOBP is no longer appropriate. A simulation study using Geant4 through TOPAS could be used to simulate radiation dose delivery of any SOBP that designed independently. This study aim to assess RBE4Gy through TOPAS simulation for certain designed SOBP to obtain standardized RBE value . 

The research is carried out first by desiginig SOBP of 170 MeV energy with width variation of 3.9 cm (20% of SOBP range), 5.85 cm (30% of SOBP range), and 7.8 cm (40% of SOBP range) to be delivered to a water phantom of size 40 cm x 40 cm x 40 cm. Dose, LET, and biological score (RBE) are recorded in a cylindrical volume with a 2 cm radius and 40 cm length that consists of 200 bins in which the width of each bin is 0.2 cm. RBE is assesed using Wedenberg biological scorers. 

Simulation study acquired a result that for the three width variations of SOBP 170 MeV designed, the value of RBE4Gy along SOBP on any dose fraction point that is relevant clinically is always similar. Through the entrance of the PDD curve, the proximal 95% dose fraction point, and along the plateau the value of RBE4Gy is 1.1 and then immediately valued at 1.2 since the distal 95% dose fraction point that continued through the distal fall-off was valued at 1.3 and 1.4 up to 1.6 at 21 cm depth, about 1.5 to 2 cm after the range of SOBP 170 MeV. The absolute value of the dose at all depths of water phantom that is marked by those crucial points is different for every width variation of the 170 MeV SOBP. But on any identical dose fraction point, the value of RBE4Gy will be uniquely identical. RBE values are a mirror of LET values along SOBP. Which is the gradual increase of RBE to be greater than 1.1 since distal 95% of SOBP, is emulating the profile of increasing value of LET along SOBP. The research method of using a standard RBE assessor on this bachelor's thesis is valid in predicting the Relative Biological Effectiveness of the PBT system that is being delivered using the passive scattering technique. 

Kata Kunci : PBT, RBE, SOBP, LET, TOPAS