[發(fā)明專利]一種用于硼中子俘獲治療生物劑量計算方法的裝置及介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110011840.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112618970B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿長冉;齊婕;湯曉斌;田鋒;劉淵豪
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 北京邦中知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11827
• 代理人: 方巖;張君

本發(fā)明涉及一種硼中子俘獲治療(BNCT)生物劑量計算方法。本發(fā)明所述方法基于中子自顯影技術(shù)實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞尺度和腫瘤/正常組織血管硼濃度分布的精確測量；依據(jù)不同硼藥分布特點(diǎn)、中子能譜以及組織材料特征，通過蒙特卡羅模擬和微劑量學(xué)生物模型構(gòu)建硼分布及中子能量與BNCT各射線組分相對生物效應(yīng)(RBE)或復(fù)合物生物效應(yīng)(CBE)的對應(yīng)關(guān)系；基于醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)構(gòu)建病人個體化輻射仿真人體模型，進(jìn)而得到三維劑量分布；根據(jù)腫瘤靶區(qū)、正常器官的輪廓勾畫，并結(jié)合三維物理劑量分布和生物效應(yīng)因子獲取等效生物劑量，計算得到腫瘤及正常組織器官的劑量體積直方圖(DVH圖)，為新型靶向藥物設(shè)計、精準(zhǔn)BNCT臨床治療計劃生物學(xué)轉(zhuǎn)化提供理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及放射治療技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種硼中子俘獲治療生物劑量計算方法。

背景技術(shù)

據(jù)國家癌癥中心發(fā)布的中國最新癌癥數(shù)據(jù)《中國癌癥報告》顯示，每天約有一萬人被確診為癌癥，癌癥已然稱為威脅我國人民健康的頭號殺手。放療作為癌癥治療的三大主要手段之一，一直追求的目標(biāo)是：提高放療過程中腫瘤區(qū)域的受照劑量以殺死腫瘤，與此同時降低正常組織的受照劑量以減少對正常組織的損傷。理想的精準(zhǔn)放療技術(shù)應(yīng)當(dāng)在微米尺度高選擇性、高殺傷力地殺死腫瘤細(xì)胞，而BNCT正是有此特點(diǎn)的一種放療技術(shù)，通過將一種含硼化合物注射到人體，通過血液循環(huán)進(jìn)入靶區(qū) (腫瘤區(qū)域)，特定的硼化物和腫瘤具有很強(qiáng)的親和性，會迅速地富集在腫瘤區(qū)域，很少甚至不會進(jìn)入到正常組織中。當(dāng)用超熱中子或熱中子束照射腫瘤區(qū)時，中子被硼俘獲，在腫瘤區(qū)發(fā)生¹⁰B(n，α)⁷Li反應(yīng)。產(chǎn)生的α粒子和⁷Li粒子具有很高的傳能線密度(LET)，它們能殺死小于等于10μm范圍內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，同時不會損傷周圍正常組織器官，從而達(dá)到靶向治療的目的。

相比于光子放療，BNCT劑量計算也更加復(fù)雜，劑量貢獻(xiàn)同時來自高LET和低LET射線。對于低LET射線主要通過自由基的間接作用造成細(xì)胞損傷，而高LET粒子主要通過直接作用造成細(xì)胞損傷。其中，中子與¹⁰B相互作用產(chǎn)生的劑量稱為硼劑量。由于含硼藥物在亞細(xì)胞尺度分布不均勻且中子與¹⁰B相互作用所產(chǎn)生的次級粒子(α粒子和⁷Li 粒子)射程較短，因此硼劑量所產(chǎn)生的生物效應(yīng)與含硼藥物在亞細(xì)胞尺度的分布情況存在很大關(guān)聯(lián)。目前對于BNCT硼劑量的生物效應(yīng)(復(fù)合物生物效應(yīng))計算主要是基于動物實(shí)驗大致計算。此外，一些研究學(xué)者提出采用MKM模型，該模型的精確性存在爭議，缺乏廣適性。對于不同的硼濃度及分布情況，不同的組織深度以及不同的人體組織中，生物效應(yīng)選取不當(dāng)將造成很大差異。目前對于BNCT微劑量學(xué)方面的研究，計算所得的物理量通常不能代表生物學(xué)終點(diǎn)，因此有必要考慮靶向硼藥的分布情況并結(jié)合準(zhǔn)確的RBE和CBE評估方法，實(shí)現(xiàn)對不同類型腫瘤及周圍組織器官在硼中子俘獲治療下受照劑量的精確評估。同時，結(jié)合二次癌風(fēng)險概率模型以及TCP和NTCP生物學(xué)模型為臨床上治療計劃系統(tǒng)制定和藥物療效的評估和優(yōu)化提供更全面、更科學(xué)的依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種硼中子俘獲治療生物劑量計算方法，具體基于靶向硼藥亞微尺度分布信息評估BNCT生物效應(yīng)，并根據(jù)病人個性化影像數(shù)據(jù)信息構(gòu)建三維幾何模型，基于蒙特卡羅模擬得到體模內(nèi)三維物理劑量分布；根據(jù)靶區(qū)、正常器官的輪廓勾畫，并結(jié)合物理劑量分布和生物效應(yīng)因子獲取等效生物劑量分布，計算得到各個器官的DVH 圖；進(jìn)一步通過二次癌風(fēng)險概率模型預(yù)測正常組織器官的二次癌風(fēng)險；此外結(jié)合NTCP和TCP模型評估正常組織并發(fā)癥概率及腫瘤控制概率。

本發(fā)明第一方面提供一種硼中子俘獲治療生物劑量計算方法，其特征在于，所述是方法包括以下步驟：

(1)獲取含硼藥物在亞細(xì)胞尺度的分布規(guī)律；

(2)根據(jù)含硼藥物在亞細(xì)胞尺度的分布情況以及組織細(xì)胞類型、微納尺度環(huán)境因素，獲取微劑量學(xué)參數(shù)分布并建立RBE和/或CBE值的數(shù)值計算方法或模型；