质子治疗是目前国内大力发展放射治疗手段。当质子射线到达特定部位时，速度突然降低并停止，释放最大能量，产生Bragg峰，实现“定向爆破”杀死肿瘤组织，同时也有效地保护正常组织。 为适应肿瘤大小，通常将布拉格峰进行扩展形成扩展布拉格峰（SOBP）。质子SOBP在宏观上其剂量相对一致，而其造成的生物损伤不同，且相对生物效应（RBE）不同。所以亟需在微观尺度探究质子SOBP的能量沉积模式以及造成的生物损伤差异。

图1：细胞群落模型的构建与其用于质子SOBP剂量评估流程

近期，苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室孙亮副教授及其团队在“Phys. Med. Biol”杂志上发表了“Microdosimetric assessment about proton spread-out Bragg peak at different depths based on the normal human mesh-type cell population model” 研究论文。该研究中，通过构建细胞群落模型，在微观层面分析质子SOBP在细胞群落模型中的能量沉积模式以及相关影响因素。研究人员通过对激光共聚焦扫描单个细胞的荧光断层图像进行勾画，使用相关软件进行曲面重建和优化。模拟构建96孔板细胞培养皿贴壁细胞场景，在其内随机抽取10%的体积大小，生成细胞随机分布的具体位置。同时，根据两种真实细胞尺寸大小，在PHITS里构建简易的同心椭球的体素模型，将体素模型与曲面模型分别填入细胞群落的具体位置。同时，细胞群落模型放置在SOBP不同深度处，流程如图1所示。从宏观剂量到微观分布，多尺度探究SOBP随深度的变化情况以及细胞形态、尺寸和材料构成等因素对能量沉积的影响。

基于上述方法研究团队发现，尽管质子SOBP在宏观剂量趋于一致，但其微剂量学量随SOBP深度变化差异较大。即使在宏观吸收剂量相同的情况下，可以观察到微观能量沉积之间的明显差异。在细胞群落中，细胞核和细胞质的平均比能量通常大于群体模型的总吸收剂量，最大达1.1。结果表明与宏观剂量水平不等同。传统的宏观剂量测量不足以描述细胞核内的剂量，特别是在相同辐射水平下获取微观体积内的能量沉积的异质性。因此，我们认为具有预测RBE的潜力。

与细胞曲面模型相比，几何型模型高估了细胞的吸收剂量。对于不同的曲面细胞模型，体积缩小导致比能分布的高离散度。与曲面化细胞群落模型结合，可以评估靶组织和正常组织的微剂量分布，更好地反映由细胞形态和体积差异引起的剂量偏差。基于曲面化的细胞模型和当前结果，对DNA损伤的定量预测将有助于未来质子SOBP的RBE评估工作，相关研究也正在进行中。

放射医学与辐射防护国家重点实验室为第一完成单位，苏州大学孙亮副教授为通讯作者，苏州大学2021级硕士研究生孔祥慧和2021级博士生王一迪为共同第一作者。该研究得到了国自然（No. 12105200, 12175161）等项目的资助。