Radiobiologiczny model struktury śladu – zasady modelu i przykłady zastosowań

         Model struktury śladu (The Cellular Track Structure Theory), zaproponowany w roku 1968 przez Roberta Katza i rozwijany w późniejszych latach, znajduje zastosowanie w interpretacji eksperymentów radiobiologicznych na komórkach in vitro, a także w interpretacji wydajności detektorów fizycznych (np. alaniny czy detektorów termoluminescencyjnych) napromienianych wiązkami jonów, czy w modelowaniu radiobiologicznym radioterapii jonowej. Kluczowym pojęciem stosowanym w modelu Katza jest aktywacyjny przekrój czynny jako prawdopodobieństwo wystąpienia efektu (sygnału detektora, przeżycia komórki, czy wystąpienia w niej transformacji) w wyniku napromienienia układu (detektora czy komórki) wiązką jonów. Jony w wiązce opisywane są przez ich ładunek (Z), ich energię (jako funkcję ich względnej prędkości β), ich fluencję, F (liczbę jonów/cm²), oraz ich liniowe przekazanie energii, L=LET (przy czym dawka jonów, D_i = ρ^-1 F·L, gdzie ρ jest gęstością materiału absorbenta). Detektor fizyczny charakteryzowany jest przez trzy parametry modelu: wymiar a₀ występujących w detektorze radioczułych obszarów (targetów), ich „radioczułość”, D₀, na dawki promieni γ, oraz „m-targetowość” lub „c-hitowość” tych targetów (opisywanych statystyką Poissona). Model Katza charakteryzuje układ komórkowy poprzez cztery parametry: D₀ ,m, σ₀ i κ, gdzie σ₀ można interpretować jako rozmiar jądra komórkowego, zaś κ – jako rozmiary m „1-hitowych” radioczułych targetów ulokowanych wewnątrz tego jądra.  Model Katza opisuje odpowiedź detektora (komórki) na dawkę jonów poprzez aktywacyjny przekrój czynny, wiążący radialny rozkład dawki od elektronów delta wokół torów jonów, D_δ(r) z parametrami charakteryzującymi ten detektor lub komórkę. Model wyraża się prostymi i skalowalnymi zależnościami analitycznymi umożliwiającymi przewidywanie odpowiedzi detektorów fizycznych i układów biologicznych (w tym RBE czy OER) po ich napromienieniu wiązkami jonów. Model Katza bardzo dobrze przewiduje i opisuje ilościowo wyniki doświadczalne w tym zakresie.