Analisis Efektivitas Biologis Relatif pada Terapi Proton Monoenergetik 131 MeV Menggunakan Simulasi Monte Carlo Mini-TEPC dan mMKM

Valerie Valencia, M. Arif Efendi, S.Si., M.Sc., Ph.D.; Dr.Ing. Ir. Kusnanto

2026 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

Terapi proton memiliki keunggulan dosimetrik melalui fenomena puncak Bragg, memungkinkan deposisi dosis maksimum pada target tumor dengan paparan minimal pada jaringan sehat. Namun, praktik klinis masih umum menggunakan nilai Relative Biological Effectiveness (RBE) konstan sebesar 1,1, meskipun beberapa studi menyatakan bahwa RBE dipengaruhi oleh Linear Energy Transfer (LET) dan kedalaman radiasi. Penelitian ini bertujuan menganalisis variasi RBE proton monoenergetik 131 MeV sebagai fungsi kedalaman menggunakan pendekatan mikrodosimetri berbasis simulasi Monte Carlo.

Simulasi dilakukan menggunakan TOPAS dengan memodelkan mikrodosimeter mini-TEPC di dalam fantom air berukuran 300×300×300 mm. Spektrum mikrodosimetri diperoleh pada kedalaman 22–150 mm. Parameter frequency-mean lineal energy, dose-mean lineal energy, dan RBE10 dihitung menggunakan modified Microdosimetric Kinetic Model (mMKM). Seluruh data hasil simulasi divalidasi dengan melakukan perbandingan terhadap data eksperimen.

Hasil menunjukkan kesesuaian yang baik dengan eksperimen, dengan deviasi puncak Bragg sebesar 1 mm yang masih dalam batas ketidakpastian. Spektrum mikrodosimetri bergeser ke lineal energy lebih tinggi seiring bertambahnya kedalaman, terutama di sekitar puncak Bragg, disertai peningkatan dose-mean lineal energy. Nilai RBE10 berada dalam rentang 0,96 hingga 1,37. Hal ini menegaskan bahwa RBE proton tidak konstan dan berkorelasi dengan LET. Temuan ini menekankan pentingnya mempertimbangkan variasi RBE dan perlunya validasi lanjutan mini-TEPC untuk QA terapi proton.

Proton therapy provides significant dosimetric advantages due to the Bragg peak phenomenon, enabling highly localized dose deposition within tumors while sparing surrounding healthy tissues. Nevertheless, clinical practice commonly assumes a constant Relative Biological Effectiveness (RBE) of 1.1, despite evidence that RBE varies with Linear Energy Transfer (LET) and depth. This study aims to analyze the depth-dependent variation of RBE for monoenergetic 131 MeV proton beams using a Monte Carlo-based microdosimetric approach.

Simulations were performed using TOPAS by modeling a mini-TEPC microdosimeter inside a 300×300×300 mm water phantom. Microdosimetric spectra were obtained at depths ranging from 22 mm to 150 mm. The frequency-mean lineal energy, dose-mean lineal energy, and RBE10 were calculated using the modified Microdosimetric Kinetic Model (mMKM). The depth–dose distribution was validated through comparison with experimental data.

The results showed good agreement with experimental measurements, with a Bragg peak deviation of 1 mm within acceptable uncertainty. The spectra exhibited a systematic shift toward higher lineal energy values with increasing depth, particularly near the Bragg peak, accompanied by increased dose-mean lineal energy. The calculated RBE10 values ranged from 0.96 to 1.37, confirming that proton RBE is not constant and correlates with LET variations. These findings highlight the importance of considering variable RBE and indicate the need for further mini-TEPC validation for proton therapy quality assurance (QA).

Kata Kunci : mikrodosimetri, mini-TEPC, RBE, simulasi Monte Carlo, terapi proton, TOPAS