[发明专利]一种用于硼中子俘获治疗生物剂量计算方法的装置及介质

说明书

本发明涉及一种硼中子俘获治疗(BNCT)生物剂量计算方法。本发明所述方法基于中子自显影技术实现肿瘤细胞尺度和肿瘤/正常组织血管硼浓度分布的精确测量；依据不同硼药分布特点、中子能谱以及组织材料特征，通过蒙特卡罗模拟和微剂量学生物模型构建硼分布及中子能量与BNCT各射线组分相对生物效应(RBE)或复合物生物效应(CBE)的对应关系；基于医学影像数据构建病人个体化辐射仿真人体模型，进而得到三维剂量分布；根据肿瘤靶区、正常器官的轮廓勾画，并结合三维物理剂量分布和生物效应因子获取等效生物剂量，计算得到肿瘤及正常组织器官的剂量体积直方图(DVH图)，为新型靶向药物设计、精准BNCT临床治疗计划生物学转化提供理论基础。

技术领域

本发明涉及放射治疗技术领域，具体地，涉及一种硼中子俘获治疗生物剂量计算方法。

背景技术

据国家癌症中心发布的中国最新癌症数据《中国癌症报告》显示，每天约有一万人被确诊为癌症，癌症已然称为威胁我国人民健康的头号杀手。放疗作为癌症治疗的三大主要手段之一，一直追求的目标是：提高放疗过程中肿瘤区域的受照剂量以杀死肿瘤，与此同时降低正常组织的受照剂量以减少对正常组织的损伤。理想的精准放疗技术应当在微米尺度高选择性、高杀伤力地杀死肿瘤细胞，而BNCT正是有此特点的一种放疗技术，通过将一种含硼化合物注射到人体，通过血液循环进入靶区 (肿瘤区域)，特定的硼化物和肿瘤具有很强的亲和性，会迅速地富集在肿瘤区域，很少甚至不会进入到正常组织中。当用超热中子或热中子束照射肿瘤区时，中子被硼俘获，在肿瘤区发生¹⁰B(n，α)⁷Li反应。产生的α粒子和⁷Li粒子具有很高的传能线密度(LET)，它们能杀死小于等于10μm范围内的肿瘤细胞，同时不会损伤周围正常组织器官，从而达到靶向治疗的目的。

相比于光子放疗，BNCT剂量计算也更加复杂，剂量贡献同时来自高LET和低LET射线。对于低LET射线主要通过自由基的间接作用造成细胞损伤，而高LET粒子主要通过直接作用造成细胞损伤。其中，中子与¹⁰B相互作用产生的剂量称为硼剂量。由于含硼药物在亚细胞尺度分布不均匀且中子与¹⁰B相互作用所产生的次级粒子(α粒子和⁷Li 粒子)射程较短，因此硼剂量所产生的生物效应与含硼药物在亚细胞尺度的分布情况存在很大关联。目前对于BNCT硼剂量的生物效应(复合物生物效应)计算主要是基于动物实验大致计算。此外，一些研究学者提出采用MKM模型，该模型的精确性存在争议，缺乏广适性。对于不同的硼浓度及分布情况，不同的组织深度以及不同的人体组织中，生物效应选取不当将造成很大差异。目前对于BNCT微剂量学方面的研究，计算所得的物理量通常不能代表生物学终点，因此有必要考虑靶向硼药的分布情况并结合准确的RBE和CBE评估方法，实现对不同类型肿瘤及周围组织器官在硼中子俘获治疗下受照剂量的精确评估。同时，结合二次癌风险概率模型以及TCP和NTCP生物学模型为临床上治疗计划系统制定和药物疗效的评估和优化提供更全面、更科学的依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硼中子俘获治疗生物剂量计算方法，具体基于靶向硼药亚微尺度分布信息评估BNCT生物效应，并根据病人个性化影像数据信息构建三维几何模型，基于蒙特卡罗模拟得到体模内三维物理剂量分布；根据靶区、正常器官的轮廓勾画，并结合物理剂量分布和生物效应因子获取等效生物剂量分布，计算得到各个器官的DVH 图；进一步通过二次癌风险概率模型预测正常组织器官的二次癌风险；此外结合NTCP和TCP模型评估正常组织并发症概率及肿瘤控制概率。

本发明第一方面提供一种硼中子俘获治疗生物剂量计算方法，其特征在于，所述是方法包括以下步骤：

(1)获取含硼药物在亚细胞尺度的分布规律；

(2)根据含硼药物在亚细胞尺度的分布情况以及组织细胞类型、微纳尺度环境因素，获取微剂量学参数分布并建立RBE和/或CBE值的数值计算方法或模型；