质子治疗（PT）正在成为癌症治疗中更普遍的方式，特别是针对脑胶质瘤方面。质子治疗对于某些癌症可能是有利的，因为质子将高度集中的辐射剂量沉积到特定（肿瘤）位置，同时比X射线治疗更多地保护周围的健康组织。PT对X射线治疗的潜在相关优势是由质子引起的生物损伤或由此产生的生物效应。这两种方式之间生物效应的差异可以通过相对生物有效性（RBE）来量化。
　　 在过去的几十年中，许多研究和综述文章寻求量化PT的RBE并提供洞察这一问题的复杂性。在2014年的综述显示，布拉格峰值范围内的平均质子RBE值从0.9到1.7。有关体外PTRBE变异的大量证据已经发表，随后在在线开放式粒子辐射数据集（PIDE）数据库中收集。以前的数据显示，质子RBE是一个动态值，取决于许多因素，包括细胞类型，沿布拉格曲线（BC）的测量位置，线性能量转移（LET），或质子如何沉积能量。目前的信息表明，在LET迅速增加的布拉格峰（BP）的远端边缘，RBE最强。这种增强的区域可被放置在肿瘤外，潜在内的临界正常组织，由于物理的不确定性，并且因此必须具有显著临床后果的可能性，无论是实际的或预测。虽然大多数PT患者没有经历与质子RBE不确定性相关的副作用，但这种无意中在生理上过量使用正常组织的可能性是为什么需要更好地理解和管理质子RBE。因此，量化细胞水平的能量沉积并表征转移的能量与随后的生物效应之间的关系对于准确的PT治疗计划是重要的。描述能量如何转移到材料的2个物理参数是线性能量（y）和LET。尽管这些参数具有相似性，但是之前已经描述过y和LET之间存在明显的差异。
　　 本研究的目的是确认先前报道的质子RBE相对于6-MVX射线（6MV）的变化，并通过测量y和计算LET来关联控制质子RBE变化的基本物理原理。此外，这项工作的重点是通过确保沿布拉格曲线精确定位设置和精确的剂量测定来验证每次测量，从而减少实验的不确定性。
　　 对于质子照射，实验装置与6-MV方案紧密匹配。由于其LET依赖性反应，薄膜未用于质子辐照。相反，选择了Markus腔室，敏感体积为0.02cm3，测量值精确到临床剂量测定所用的初级电离室的1％。6-MV实验中使用的丙烯酸夹具经过修改，以适应6孔板旁辐射场中的Markus腔室。细胞和Markus室敏感体积下方的水当量厚度相等，确保细胞和Markus室在每次实验运行时处于相同深度（±0.1mm）。如图1c所示，用后梁照射细胞。
　　 从Probeat5PT系统（HitachiAmericaLtd，Tarrytown，NewYork）的扫描喷嘴输送两个质子能量：71MeV，具有最高相关LET值的最低能量;160MeV，一种经常用于患者治疗的中频能量。选择使用的斑点间距和视野大小以确保将均匀剂量递送至细胞和Markus室（大约20×20cm2视野大小）。为这些能量中的每一个选择四个测量点（POM），以比较质子RBE相对于深度（或平均质子能量）和LET的变化。通过在质子的细胞设置下放置各种厚度的水当量材料来调节深度。
　　 通过将数据拟合到线性二次模型来关联存活分数和剂量。这种拟合是通过MINUIT（CERN，Geneva，Switzerland）获得的，这是一种数值最小化程序，使用X2非线性回归求解α和β。然后计算质子RBE的物理剂量，导致50％和10％的细胞存活。另外，通过取2Gy剂量后存活分数的比率，直接从数据计算RBE值。通过取α和β的标准偏差（包括相关性）并通过线性二次模型进行传播来计算RBE的不确定性。
　　 研究的目的是研究不同细胞类型的质子RBE沿BC的动态变化。为了确定物理剂量和生物效应之间的关系，通过使用克隆形成测定法和3种不同的细胞系（CHO，A549和T98）来定量细胞存活的终点。此外，为了研究导致RBE变化的物理原理，本研究通过测量来量化质子的能量沉积d并计算LETd。质子RBE值范围从0.99到2.40表明RBE对细胞类型，终点和POM的依赖性。总的来说，这些结果进一步证明质子RBE可能与临床使用的1.1值和数量如此大不相同d或者LETd可以提供对RBE变化的规模的额外了解。
　　 这项工作接近了表征质子RBE的复杂问题，并证明了RBE对终点，细胞类型，平均质子能量和LET的依赖性。虽然在临床翻译之前需要进行额外的研究，但我们已经提供了证据支持以前未研究的人类细胞系中质子RBE的变异性以及可以改善的临床值的潜在实例。