硼中子俘获治疗剂量计算优化研究

Boron neutron capture therapy (BNCT), is a targeting-heavy-ion treatment modality combined high-selectivity boron drug with heavy ions produced by 10B(n,4He)7Li reaction, can locally destroy tumor cells. As being a treatment approach, the feasibility of conducting BNCT has to be assessed by clinical physician. Hence, a BNCT treatment plan for patient has to be based on accurate dose calculation. Current BNCT treatment planning systems (TPS) are all based on Monte Carlo method to simulate the neutron transport in a voxel phantom and calculate doses to tumor and tissues. Whereas there are too many assumptions such as homogeneous distributions of boron drug and fixed dose weighting factors in available TPSs to make the obvious differences between calculation and reality. This research therefore aims to study the boron concentration and microdosimetry effect of neutrons, and tries to include these two factors into the dose calculation process for providing a better dose index than usual. Results of this research could be integrated with the TPS self-developed in China and strengthen the international competitiveness in the BNCT society.

硼中子俘获治疗技术(BNCT)是一种可以实现在细胞尺度的靶向重离子治疗技术，其结合具有标靶选择性的含硼药物及硼与热中子发生作用后产生的重离子来追踪并猎杀癌细胞。然而要实施BNCT治疗必须要先经过临床医生对治疗计划的评估，而BNCT治疗计划必须建立在准确的剂量计算基础之上。现今的BNCT治疗计划均是以蒙特卡罗方法，模拟中子在并人体素假体的迁移历程进而计算剂量，但仔细分析之后发现计算过程中存有许多假设，例如忽略病人的特性与药物动力学变化，而将病人体内含硼药物的分布视为均匀，或引用能量区间过大且不适用于BNCT的辐射加权因子，造成计算所得剂量与实际情况落差太大。因此本项目将研究病人体内含硼剂量的计算及各种能量中子的微剂量学效应，并将其引入BNCT剂量计算过程中，优化整体计算程序，期望与将来国内自主开发的BNCT治疗计划系统整合，强化我国在BNCT产业的国际竞争力。

硼中子俘获治疗技术(BNCT)是一种可以实现在细胞尺度的靶向重离子治疗技术，其结合具有标靶选择性的含硼药物及硼与热中子发生作用后产生的重离子来追踪并猎杀癌细胞。然而要实施BNCT治疗必须要先经过临床医生对治疗计划的评估，因此BNCT治疗计划必须建立在准确的剂量计算基础之上。一个完整的BNCT系统包括中子源系统、治疗计划系统、药物供给系统等。又由于BNCT二元放射治疗的机制，使得其治疗效果不仅仅与中子源射线的能量、通量相关，更与组织和肿瘤内硼元素分布密切相关，治疗计划系统与传统放疗有较大差异。我国的BNCT项目起步较晚，与之相配套的治疗计划系统的研发也是空白领域，为推进我国BNCT系统的发展，本项目着眼于BNCT治疗计划系统的研发，开展硼中子俘获治疗剂量计算优化研究。使用蒙特卡罗方法计算体素假体内的剂量分布，对比硼浓度均匀分布与硼浓度不均匀分布（更贴近实际情况）剂量计算结果，对比不同体素大小的假体剂量计算结果，发现结果均差异较大。这表明，蒙特卡罗方法为内核的治疗计划系统，若能够模拟人体内硼浓度的真实分布情况，且其体素模型尽可能的小，则治疗计划的结果会更加准确。故本项目不仅独立研发了BNCT治疗计划系统，并在治疗计划系统内增加了硼浓度导入功能，且体素模型尺寸小于0.5×0.5×0.5 mm3。完成BNCT治疗计划系统从无到有的突破，更在硼浓度导入及体素尺寸方面，优于国外同类软件。