Modelowanie mechanizmu oddziaływania promieniowania z materią jest podstawą planowania radioterapii, które wykonuje się na podstawie dawki pochłoniętej jako podstawowej, makroskopowe wielkości fizycznej [1]. W rzeczywistości ta sama dawka pochłonięta w komórkach poddanych działaniu promieniowania o niskim i wysokim liniowym transferze energii (LET) prowadzi do innej odpowiedzi komórkowej. Dlatego też, aby przewidzieć skutki biologiczne promieniowania, w obliczeniach z wykorzystaniem dawki pochłoniętej wykorzystywana jest względna skuteczność biologiczna (RBE). Alternatywą dla takiego podejścia jest modelowanie w skali mikro i nano procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych charakteryzujących stochastyczny charakter oddziaływania promieniowania z systemami biologicznymi. Procesy w nanoskali można symulować za pomocą metod Monte Carlo (MC) i badać eksperymentalnie przy użyciu nanodozymetrów. Celem projektu było wykorzystanie metod MC do symulacji rozkładów prawdopodobieństwa liczby aktów jonizacji w objętości tarczowej (ICSD). Rozkłady obliczone za pomocą Geant4-DNA zostały porównane z rozkładami uzyskanymi eksperymentalnie z użyciem nanodozymetru Jet Counter dla cząstek alfa ze źródła 241Am. Symulacje ICSD zostały przeprowadzone dla wybranych modeli fizycznych, różnych rozmiarów objętości tarczowej, procedury skalowania gęstości gazu do gęstości wody, wydajności rejestracji jonów i obecności pasywnych elementów detektora. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że ICSD uzyskane z symulacji Geant4-DNA dla geometrii Jet Countera w wodzie są zgodne z ICSD zmierzonymi w azocie dla wszystkich badanych ustawień, w szczególności gdy wykorzystujemy opcję 4 dostępną wśród modeli fizyki Geant4-DNA [2]. Określenie dokładności parametrów ICSD jest kluczowe w kontekście zastosowania symulacji bazujących na śledzeniu struktury cząstki do planowania leczenia radioterapeutycznego z wykorzystaniem promieniowania o wysokim LET. 

[1] ICRU. Report 85. Fundamental Quantities and Units for Ionizing Radiation. Journal of the International Commission on Radiation Units and Measurements 2011,11, 45 

[2] M. Pietrzak et al. Geant4-DNA modeling of nanodosimetric quantities in the Jet Counter for alpha particles, Physics in Medicine & Biology, wysłane do recenzji