硼中子俘获疗法的进展和前景

硼中子俘获疗法(BNCT)是一种二元靶向放射疗法,治疗时在体内注射含同位素硼药物,能短时间浓聚在肿瘤细胞中,但只有少量存留在正常组织细胞中,然后用中子照射使其在肿瘤细胞中裂变产生高能量的粒子,进而杀伤肿瘤细胞。BNCT是当前最前沿的肿瘤治疗方法之一,能靶向治疗肿瘤细胞,但对正常组织细胞几乎无杀伤作用,被广大学者用于肿瘤治疗的临床研究中。目前,BNCT在胶质母细胞瘤、复发头颈部肿瘤、恶性黑色素瘤等方面已经被明确证实有良好疗效。本文拟从BNCT的硼递送剂、中子源、临床应用等研究进展及面临的问题作一综述。

硼中子俘获治疗中硼携带剂的研究进展及临床应用

硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)是一种二元放射疗法,是目前具有广阔发展前景的肿瘤治疗手段之一。BNCT是利用同位素10B被中子照射发生核俘获和裂变反应从而产生高能的α粒子,用以杀死癌细胞。从上世纪30年代首次提出BNCT的概念并将其用于肿瘤治疗开始,硼中子俘获疗法逐渐在世界各国发展起来,并在脑胶质瘤、黑色素瘤以及头颈部肿瘤等多种疾病中取得了显著成效。当前,研发更高效的硼携带剂,建立更为精确的硼剂量测量体系以及开发医用加速器中子源是BNCT面临的主要难题。本文主要介绍了硼中子俘获疗法的基本原理和治疗优势,综述了BNCT的核心成分硼携带剂的发展历程、研发现状和临床应用,以及硼剂量精确测量的现状,有利于揭示BNCT在肿瘤治疗中的潜力。

遗传算法优化加速器硼中子俘获治疗束流整形设计

基于加速器的硼中子俘获治疗(AB-BNCT)设备是一种基于加速器产生的超热中子的癌症治疗装置,可以建在人口密集地区的医院。BNCT治疗对于中子注量率和各种沾污有严格的要求,为满足这些要求需对中子束流整形装置进行优化设计。本文以14 MeV回旋加速器为基础,研究了一种基于遗传算法的束流整形装置(BSA)的优化设计方案,利用遗传算法对束流整形装置内部材料及尺寸进行设计优化。结果表明,该方法可高效地实现多目标优化设计。该方法经过修改能够用于核工程其他相关领域的设计。

硼中子俘获治疗中硼浓度测量方法的研究进展

硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)是基于细胞水平的二元靶向新型放射疗法,其治疗机理是利用10B(n,ɑ)7Li*的核裂变反应,产生的α和7Li粒子在细胞尺度内释放所有能量,选择性杀伤肿瘤细胞而对周围正常组织几乎没有影响。相比传统的放疗,BNCT具有精准靶向定位、高生物效应、短疗程的优势,是国际粒子治疗的热点。目前BNCT正在推行临床试验,在瘤内动态、定量监测含10B药物的硼浓度是实现BNCT“增效、减副”的关键要素。本文简要介绍了BNCT治疗原理,总结了BNCT治疗过程中含硼药物的多种监测方法,包括物理测量法、核测量法、化学测量法以及利用新型分子影像技术(如正电子发射断层成像、磁共振成像、光学成像等)原位、动态、定量监测的新方法,分析了各种方法的优势与局限性,并提出未来BNCT治疗过程中硼浓度精准监测的新发展方向,旨在实现BNCT精准治疗。

用于硼中子俘获治疗的碳硼烷多肽衍生物

含碳硼烷多肽衍生物的设计和应用得到越来越多人们的关注,尤其是作为硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)硼携带剂用于治疗恶性肿瘤极具发展前景。BNCT利用10B与中子俘获反应,放出α粒子杀死肿瘤细胞。作为一种二元靶向疗法,其成功关键就是硼携带剂的靶向性和亲和力的效果,当前如何设计更高效的硼携带剂是BNCT发展的主要问题。多肽作为生物必需物质,增加其衍生物靶向性的同时被肿瘤特异性摄取,是含碳硼烷多肽化合物作为硼携带剂极大的优势。本文首次对已报导的含碳硼烷多肽衍生物进行分类总结,并评估作为硼携带剂应用于中子俘获治疗的发展潜力。对含碳硼烷多肽衍生物的总结,将为新一代硼携带剂设计用于中子俘获治疗发展提供研究动力。

基于蒙特卡罗方法与人体模型的硼中子俘获治疗硼浓度在线监测方法

针对现有的技术难以实现硼浓度在线分布实时监测,提出一种基于康普顿相机的双能瞬发γ硼浓度在线监测方法,并利用蒙特卡罗模拟对其可行性进行验证,实现了利用生成对抗网络算法快速提升康普顿相机重建图像质量的方法,训练后的网络可在0.83 s内优化原始图像,与反投影重建图像相比更接近真实的瞬发伽马分布图像;搭建双能瞬发γ硼浓度监测系统模型实现了基于新方法的硼浓度分布计算,肿瘤区域平均硼浓度计算结果为86.91 ppm,正常组织区域硼浓度为18.37 ppm,肿瘤区域硼浓度与正常组织区域的硼浓度比值平均为4.75,硼浓度比值的计算误差为5.00%,该结果验证了双能瞬发γ硼浓度监测新方法的可行性,为硼中子俘获治疗硼浓度在线监测方法提供了新的思路和理论指导。

硼中子俘获治疗剂量蒙特卡罗计算程序Magic开发与验证

基于成熟的蒙特卡罗方法研制了自主化硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)剂量蒙特卡罗计算程序Magic。基于Magic程序构建了含肿瘤Snyder头部模型的解析模型及1 mm×1 mm×1 mm精细Snyder体素模型进行BNCT剂量计算,以MCNP程序模拟计算深度-剂量率的分布曲线作为参考结果对Magic程序进行验证。数值验证结果表明,二者分布曲线相吻合,硼剂量率、热中子剂量率、超热中子和快中子剂量率、次级光子剂量率及总的相对生物效应剂量率的相对偏差小于5%,满足BNCT临床治疗偏差的要求,初步验证了Magic程序剂量计算的正确性和可靠性。同时基于Magic,建立了10B开放式药代动力学模型,定量研究动态硼浓度下BNCT剂量学,计算得到动态下与稳态下剂量的相对偏差为11.78%,可为开展BNCT临床试验提供参考。

SuperMC在硼中子俘获治疗剂量计算中的初步应用

目的:为进一步拓展国产自主蒙卡核模拟软件系统(SuperMC)在肿瘤治疗领域内作为剂量计算核心的应用,发展一套基于CT模型的硼中子俘获治疗(BNCT)剂量计算流程,实现由CT和MRI影像到SuperMC计算文件的转换。方法:通过CT和MRI文件融合及肿瘤区域勾画建立高精度的蒙卡粒子输运计算模型,在设置血硼浓度和照射源项之后,开展粒子输运计算,从而得到4种生物剂量的空间分布。然后,使用BNCT领域内的国际基准题Synder模型进行校验,最后采用1例脑胶质瘤临床案例作为典型应用。结果:对于Synder模型,基于3σ原则,SuperMC计算结果与MCNP结果一致。对于CT模型,成功构建一个空间分辨率为0.06 cm×0.06 cm×0.30 cm的头部模型,且计算结果表明在肿瘤区域,硼生物剂量明显高于其他剂量的贡献。结论:SuperMC适用于BNCT剂量计算,特别是可开展基于高分辨率的CT模型的剂量计算。

硼中子俘获治疗(BNCT)中心建筑设计思考与实践--以东莞市人民医院硼中子俘获治疗中心为例

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,简称BNCT)技术为我国肿瘤治疗带来技术性革新。由于BNCT治疗装置及其工艺的特殊性,其所需建筑的设计相对于普通医疗建筑有不少的特点和难点。该文概述了BNCT技术及治疗中心的发展,总结了该类建筑在设计上的重点难点,并以东莞市人民医院硼中子俘获治疗中心为实例,分析了该项目的设计特点,总结了相关实践经验。

基于3.5 MeV射频四极质子加速器硼中子俘获治疗装置的束流整形体设计

在硼中子俘获治疗(BNCT)装置中,束流整形体(BSA)的作用是将中子源产生的快中子束流慢化至超热中子能区(0.5 eV<E<10 keV),并尽可能减弱快中子、热中子和γ射线的成分,同时保证中子的方向性,其设计与优化是BNCT装置设计工作的核心内容之一.本文采用3.5 MeV,10 mA的质子束轰击锂靶,由核反应~7Li(p,n)~7Be产生的中子为源项,针对BSA的慢化体材料和结构、γ屏蔽层和热中子吸收层的厚度等参数进行蒙特卡罗模拟设计与优化.研究发现,采用Fluental和LiF两种慢化材料间隔2 cm层状堆叠的三明治BSA构型,在保证快中子剂量成分(D_f/φ_(epi)),γ剂量成分(D_γ/φ_(epi))和热中子比例φ_(th)/φ_(epi)满足IAEA-TECDOC-1223报告推荐要求的同时,在BSA出口处超热中子注量率优于单独使用Fluental和单独使用LiF的BSA设计.BSA出口处修正的Synder人头几何模型中的剂量分布计算结果显示:上述三明治构型的深度剂量分布与单独使用Fluental材料构型的结果基本相当,优于单独使用LiF构型,表明Fluental和LiF层状堆叠的三明治BSA构型是一种可行的BSA结构.

一种硼中子俘获治疗装置的辐射安全联锁系统设计

硼中子俘获治疗装置的核心是一台强流质子加速器,在加速及打靶过程中,产生的中子和γ射线会在加速器屏蔽体和中子测量室内形成较高的辐射剂量,假如人员误入正在产生脉冲辐射的高辐射区,将会造成严重的人身伤害事故。本文设计了一种针对该装置的辐射安全联锁系统,综合使用PLC、门禁系统和联锁钥匙,结合各自的优点,实现一个安全性能高、稳定性好、操作简便的安全控制系统,避免人员误入或误留在高辐射区而受到照射,保证工作人员的人身安全。本文介绍了该系统的架构、主要设备、工作流程和核心联锁信号。

基于加速器的硼中子俘获治疗装置束流整形体的设计及其临床参数研究

在硼中子俘获治疗(BNCT)中,束流整形体是BNCT装置产生高品质中子束的关键部件之一,其设计至关重要。本文基于2.5 MeV质子打锂靶产生中子的过程,对加速器驱动的BNCT中子源的束流整形体进行了可行性方案设计,研究了慢化体厚度差异对出口束流品质、头部模型中的剂量分布和临床参数等方面的影响。研究表明,可行性方案设计在30 mA质子束流驱动下,可达到IAEA对束流品质的要求;在本文3种慢化体厚度设计下,随着慢化体厚度的增加,出口超热中子束流强度减小,快中子份额减小,进一步导致优势深度变浅,正常组织最大剂量率减小,治疗时间变长。

硼中子俘获治疗实验装置射频功率源系统

中国科学院高能物理研究所建造了一台基于加速器的硼中子俘获治疗(BNCT)实验装置。射频功率源系统为352.2 MHz射频四极加速器(RFQ)提供高频功率,使束流离开RFQ时,其能量达到3.5 MeV。BNCT射频功率源系统主要包括速调管功率源、数字低电平控制系统、射频传输系统。本文介绍了BNCT射频功率源系统,主要包括物理需求、系统组成、关键设备、安装和调试。目前该装置已进行动物实验,加速器打靶束流功率4.3 kW,加速器射频功率源系统运行稳定。

医院中子照射器治疗束中子参数测量

为了对医院中子照射器的设计指标进行验证,利用金箔活化法测量了其治疗束出口处中子注量率,并采用金刚石探测单元的扫描装置测量治疗束出口处热中子、超热中子、快中子和γ射线注量率的径向分布。结果显示,在30 kW满功率运行时,热中子束及超热中子束出口中心处,热中子注量率分别为1.75×10^(9)cm^(-2)·s^(-1)和6.57×10^(7)cm^(-2)·s^(-1),超热中子注量率分别为1.41×10^(7)cm^(-2)·s^(-1)和3.14×10^(8)cm^(-2)·s^(-1);治疗束主要分布在束流孔径内,靠近束流边缘会出现指数级下降现象。该测量结果为医院中子照射器开展后续相关测试及实验提供了参数支持。

硼中子俘获疗法的原理及临床应用

硼中子俘获疗法(Boron neutron capture therapy,BNCT)是一项处于快速发展中的先进放疗技术。该技术通过在癌细胞内发生的10B(n,α)7Li原子核反应杀死癌细胞,是一种原子级别的二元靶向治疗,其临床实施需要专业技术与装置支持。BNCT的核心要素包括适宜的中子源及中子俘获药物。相较于传统放疗技术,BNCT在治疗局部复发肿瘤(如中枢神经系统肿瘤和头颈部肿瘤)中优势突出,能够更好地保护正常器官,特别是对于已经对周围器官产生明显侵犯的肿瘤具有良好的应用前景。本文主要阐述BNCT的技术原理、核心要素及其临床应用,以期为临床诊疗提供参考。

硼中子俘获治疗癌症的基础性实验研究

分别利用241Am放射源和HI-13串列加速器产生的α粒子和7Li离子来模拟硼中子俘获治疗中的核反应产物,对DNA水溶液进行辐照,然后利用原子力显微镜(AFM)对DNA碎片进行观测,最后通过大量的统计分析获取DNA碎片长度、DNA形态的实验数据。实验结果表明:DNA碎片的平均长度随剂量的增大逐渐减小;线性和开环的DNA分子所占的比例随着剂量的增大逐渐增多;7Li离子比α粒子具有更强的相对生物学效应。

硼中子俘获治疗

硼中子俘获治疗(BNCT)的基本原理是应用热中子照射靶向聚集在肿瘤部位的10B,10B俘获中子后产生α粒子和7Li,α粒子和7Li杀灭肿瘤细胞而起到治疗作用。BNCT在临床上主要用于神经胶质瘤和黑色素瘤的治疗。文章主要对有关BNCT的基础及临床研究进行了简要综述,内容包括BNCT的基本原理、10B在肿瘤细胞的聚集、中子源、实验研究现状以及BNCT面临的挑战与问题等。

硼中子俘获治疗脑胶质瘤超热中子束的品质参数研究

目的研究硼中子俘获治疗肿瘤所需超热中子束的品质参数,得到无损治疗脑胶质瘤的较佳能量中子束。方法建立人体头颅等效模型内中子、γ的通量和剂量计算模型,分析西安脉冲堆超热中子源在人体头颅等效模型内所产生的剂量成分,采用蒙特卡罗程序(MCNP/4B)模拟计算单能理想中子束和脉冲堆超热中子束的优化深度、优化深度剂量率、优化比等品质参数。结果束孔直径为20cm、平均能量为11.5815keV的西安脉冲堆超热中子源的相对生物等效因子(RBE)优化深度为9.78cm、RBE优化比大于3.5。结论在不进行外科手术情况下,理论设计的西安脉冲堆超热中子源是治疗脑胶质瘤的较佳能量中子束。

胃癌免疫脂质体导向硼中子俘获治疗的实验研究

本文报告应用胃癌免疫脂质体包裹同位素^(10)B进行胃癌硼中子俘获治疗(BNCT)的初步研究。H_3 ^(10)BO_3和(Et_4N)_2^(10)B_(10)H_(10)分别包入脂质体,连接抗人胃癌单克隆抗体MGb_2,包裹率分别为5.3％和8.2％,平均每一脂质体可包入7.5×10_4和1.2×10_5个^(10)B原子,结合50分子抗体。免疫荧光和ELISA证实抗体活性保持80％～90％。两种免疫脂质体对胃癌细胞KATO Ⅲ的结合达7.6×10~9和5.5×10~9 ^(10)B/细胞,是正常细胞的23和27倍,均达到BNCT所需浓度(1×10_9 ^(10)B/细胞)。直接包裹^(10)B原料H_3^(10)BO_3,降低了成本。结果表明,制备的免疫脂质体对^(10)B具有较好的导向作用,可能用于胄癌的硼中子俘获治疗。

加速器硼中子俘获治疗实验装置研制成功

中国科学院高能物理研究所东莞分部研制成功加速器硼中子俘获治疗(简称BNCT)实验装置,已进入细胞实验和小动物实验。BNCT是目前国际上最先进的癌症治疗手段之一。其原理是在治疗时先给病人注射一种含硼的药物,这种药物与癌细胞有很强的亲和力,并迅速聚集于癌细胞内(相当于给癌细胞做"标记"),而在其他组织内分布很少。