|
|
南东北BNCT研究中心硼中子俘获治疗设施
|
硼中子捕获治疗使用硼10化合物的注入和中子辐照来选择性破坏癌细胞。当前，在世界范围内正在积极地进行基于加速器的BNCT的研究。先前已经尝试使用各种类型的加速器，例如直线加速器或回旋加速器作为BNCT的中子源。京都大学综合辐射与核科学研究所和住友重工业有限公司已开发出基于回旋加速器的超热中子源;随后，2012年12月在KURNS上开始了全球首个AB-BNCT临床试验。在日本，BNCT用于治疗多种癌症的兴趣日益浓厚。目前，日本的一些机构已经安装了AB-BNCT系统。
但是，BNCT尚未包括在常规临床实践中，因为BNCT设施的可用性仅限于已经拥有研究型核反应堆的地点。但是，由于最近的研究，现在有可能在医院中安装AB-BNCT系统，而AB-BNCT系统有可能为许多患者提供BNCT。但是，AB-BNCT和基于反应堆的BNCT设施都只有一个治疗室，因此限制了可以治疗的患者数量。另外，由于BNCT需要在硼施用后的严格时间窗内进行治疗，因此因机器故障而导致治疗延迟的风险可能比其他外部放射疗法更大，因此多个房间将提供备用计划。因此，我们设计了在东北东北BNCT研究中心上建造的AB-BNCT设施，以改善顽固性癌症的治疗效果。2015年11月，STBRC开业，是全球首家拥有两个治疗室的医院BNCT设施。在这里，我们描述了STBRC的AB-BNCT设施的设计和建造，该设施带有多个治疗室。
安全的AB-BNCT系统的设计和构建有几个要求，包括两个治疗室之间的光束质量等效，还应减少辐射泄漏对患者的全身辐射暴露，并最大程度地减少光束成形对医务人员的剂量组装或墙活动。我们评估了这些因素，并在下面描述了AB-BNCT的详细配置和此设备的规格。
C-BENS包括一个名为HM-30的回旋加速器，它能够产生能量为30MeV的1mA或更高的质子束，一种束传输系统，一个铍中子产生装置。目标，BSA，准直仪组件和患者设置系统。的C-BENS包括中子谱的详细表征先前已描述。STBRC上安装的加速器，束线，BSA和其他组件的基本规格与KURNS上的相同，但STBRC有两条束线。而且，包括两个治疗室的BSA几何形状在内的规格也完全相同。
我们在两个治疗室均采用了水平光束线，以简化患者安置和建筑成本。我们在治疗室前面的准备室中安置了一名患者，并采用了将患者远程运送到治疗室的方法作为基本工作流程。采用这种方法消除了医护人员在照射后立即在激活的治疗室工作的需要，并确保了与治疗室的足够距离，以减少医护人员的累积暴露量。我们医院拥有多个治疗室的BNCT设施空间有限。我们的远程病人运送系统在下一节中将详细介绍，它要求在准备室和治疗室之间形成一条直线，从而限制了这些房间的布局。最后，我们在设计上下颠倒的Y形光束线配置时考虑了所有这些问题，其中HM-30和两个处理室分别位于顶部和底部。根据患者的流量，工作流程和准备室的布置，我们确定最佳布局是55°的光束偏转角。
RPCS的设计基于以下要求：将患者设置在治疗室前面的准备室中，然后将远程患者运输工具将患者运送到治疗室中。RPCS使BNCT医务人员能够在治疗室外工作，治疗室将在辐照后立即继续进行剧烈活动。CA和患者设置系统安装在远程患者支架上，并与患者一起在连接治疗室内外的导轨上移动。尽管我们系统的基本概念与KURNS的重水中子辐照设施相似，为此项目与KURNS和SHI合作专门开发了新的患者设置系统。
RPCS由治疗床，治疗椅和电机控制单元组成；还可以使用X射线成像系统通过与数字重建射线照相进行比较来验证患者的正确位置。准备室与治疗室之间的距离为9.3m，远程患者载体的传输速度为100mm/s，因此准直仪需要大约2分钟才能到达其在治疗室中的预定位置。
为了评估两个治疗室之间的光束质量等效性，我们在直径为12cm的准直仪前面的30cm×30cm×20cm立方水体模型中进行了测量，这是我们的参考尺寸准直仪。所有测量均在两个治疗室中以相同条件进行。热中子和伽马射线深度剖面是主要焦点，其评估方法描述如下：为了检测热中子通量深度分布，将金线和覆盖镉的金线放置在中心轴上。使用水体模的实验的示意图。辐照后，通过高纯度锗检测器测量金线的活性。镉比用于估算中子热通量。另外，基于参考值将自吸收校正因子应用于测量值。
还使用中心轴上的热辐射剂量计测量了伽马射线。所有测量均进行三次并取平均值。然后，使用带有横截面数据ENDF/B-VII的蒙特卡罗模拟代码MCNPX，将测得的轮廓与计算的轮廓进行比较。统计不确定度小于5％。另外，由于过高估计了ENDF/B-VII的横截面数据，因此，热中子通量的计算结果乘以系数0.7。
报道说，由于C-BENS使用了相对较高能量的质子束，治疗后辐射室中的辐射水平立即升高。30MeV质子与铍靶之间的反应会在0°方向上发射高能中子，其能量高达28MeV。因此，BSA可以将中子能量从28MeV降低到超热能范围，因为铅和铁通过非弹性相互作用充当缓和剂，而铝和氟化钙充当赋形剂。为了降低场外热中子活性，BSA被装有LiF的聚乙烯块和低活化混凝土包围。另外，处理室的混凝土墙和天花板被硅橡胶覆盖，该硅橡胶包含20wt％的B4C，厚度为1cm。在选择并构造了最佳的材料和配置后，在准直仪前测量了场外热中子，快速中子和伽马射线剂量分布，以评估辐射防护的有效性。
箔活化方法用于评估离束中心轴90cm处的裸金箔和覆盖镉的金箔的场外热中子剂量分布。辐照后，使用HPGD测量这些箔的活性，并使用同一位置的裸箔和覆盖镉的箔之间的活性比来确定热中子通量。使用带有横截面数据ENDF/B-VII的蒙特卡罗模拟代码MCNPX，将所得的测量轮廓与计算轮廓进行比较。统计不确定度小于5％。此外，还分别使用铟箔和TLD在相似条件下评估了快中子和伽马射线的场外剂量分布。我们使用MCNPX计算了评估点处快速中子剂量与铟箔反应速率的比率，并通过将该比率乘以测得的反应速率得出在评估点处的测得剂量。比较两个治疗室之间的测量值。所有场外剂量分布测量均在直径25厘米的准直仪的条件下在空气中进行。
尽管医务人员不需要定期进入治疗室，但在某些情况下，需要在照射后立即进入治疗室。为了减少医务人员在这种情况下的额外暴露，在主持人的前面还安装了一个可移动的4厘米厚的铅屏蔽罩。可动铅屏蔽的打开和闭合状态。防护罩可以手动打开和关闭，但基本上在床打开时自动打开，而在床打开时自动关闭。关闭可移动的铅屏蔽罩需要30s。
为了评估照射后立即在治疗室中的活化程度，使用安装在直径为12cm的准直仪前面的水模进行1mA质子束电流照射1h。在离准直仪表面1m的光束中心轴上安装了一个测量仪ICS-323C。我们在照射后3分钟至19小时之间的间隔进行测量。基于25分钟后的真实模拟，我们评估了屏蔽在打开和关闭状态下的效果。同样，在25分钟后，用水体模进行测量并将治疗床移至准备室。
水体模中测得的热中子深度分布与计算结果的对比。两个治疗室的测量轮廓和计算轮廓在金线激活方法误差内均小于8％。水模中测得的伽马射线深度分布与计算结果的比较。同样，两个治疗室的测量轮廓和计算轮廓在小于10％的TLD误差范围内。确认了两个治疗室之间的光束质量相当，因为其他准直仪尺寸的结果显示出相似的趋势。
我们确认，两个测量室之间的光束质量在测量误差和基于9Be9的足够的超热中子产额范围内是一致的使用最佳BSA进行B反应，可用于BNCT的临床应用。等效光束质量对于有效治疗至关重要，我们确定设计在规定的公差范围内。我们决定对两个治疗室使用相同的射线数据，并将其注册到治疗计划系统中，以便在发生机器故障时可以使用另一个治疗室。由于BNCT使用硼化合物，因此在治疗过程中的时间管理变得非常重要，因此备用治疗室至关重要，并为医院提供了BNCT治疗能力的稳定性和可靠性。
由于30MeV质子与铍靶反应产生的高能中子，有必要设计一种结构来加强辐射防护并降低辐射活性。尽管STBRC和KURNS的BSA完全相同，但我们通过在BSA周围安装辐射防护材料和配置来改进系统，从而导致STBRC的场外热中子剂量水平低于KURNS，尤其是在KURNS周围轴外距离为50cm。尽管在计算和测量之间存在一些分歧，尤其是在野外地区，但趋势似乎是相似的。这种差异的原因尚不清楚，但是BSA周围的实际屏蔽结构可能无法完全代表MCNPX模型。换句话说，对于建筑技术而言，很难完全消除诸如混凝土之类的屏蔽材料之间的间隙，并且这可能会产生影响。因此，为了评估快中子和伽马射线，我们仅通过比较测量值对此进行了评估，发现除了每个束点离中心点60cm以外，两个房间在每次测量的误差范围内是一致的快速中子剖面。这种差异的原因尚不清楚，但是我们不能排除BSA周围的屏蔽层结构略有不同的影响。无论如何，这种差异在临床上并不存在问题，因此加强了我们的发现，即两个房间之间的光束质量相同。这些结果表明对热中子，快中子和伽马射线的有效屏蔽。我们希望这可以减少接受该系统治疗的患者的全身暴露。
C-BENS具有高的质子能量，这引起对在治疗室中辐照后的放射本底升高的关注。为了最大程度地减少对医务人员的总暴露，通常的前提是将患者远程转移到治疗室，从而减少治疗室的工作时间并最大程度地增加与治疗室的距离。RPCS为此提供了解决方案，还为可能需要在治疗后立即进入病房的医务人员设计了防护措施。因此，我们随时间推移评估了放射后的活性放射剂量。在实际的BNCT过程中，为了使处于危险中的器官剂量保持在可接受的限制之下，视情况而定，所传送的电子束电荷被限制在几个库仑范围内。尽管从安全角度考虑用1mA质子束电流辐照1h是安全的，但我们的结果表明，辐照后医务人员不应立即在准直仪附近，因为它可以达到数百μSv/hr的水平。但是，在紧急情况下，医务人员可以使用防护罩进入房间，这可以将剂量降低到15％。远程操作减少了医务人员的累积暴露，并且即使在辐射后立即打开活动的铅屏蔽层和屏蔽门，准备室中的辐射剂量仍低于测量仪的检测极限。在实际操作中，伽马射线区域监视器安装在治疗室中，其结构可以在准备室中实时监视治疗室，并给出确认显示值的反馈。因此，我们成功地大大提高了基于医院的AB-BNCT系统的运行安全性。
尽管在全世界范围内都在积极地进行AB-BNCT系统的研究，但据我们所知，没有一家综合医院将BNCT系统作为其联合治疗的一部分。此外，目前只有极少数项目拥有带有多个治疗室的AB-BNCT设施。STBRC是南部东北研究所的设施之一，该研究所还配备了先进的放射治疗系统，例如直线加速器，近距离放射治疗系统，伽玛刀，电子刀和质子束治疗系统包括两个旋转龙门治疗室和一个水平治疗室。STR通过引入针对所有癌症的诊断和治疗方案积极地支持高级医疗保健。2012年6月，STR委托AB-BNCT系统作为一种针对癌症患者的新型治疗方式，并于2013年3月开始建设。根据我们在光子和质子束治疗仪方面的经验，在设计阶段需要包括两个治疗室；由于没有先例或模板，因此我们需要时间来检查和验证设计。最终，于2014年9月建立了世界上第一家以医院为基础的AB-BNCT设施，并于2015年2月完成了临床调试。STBRC于2015年11月作为医疗设施投入使用，第一项临床试验于1月开始。2016年。截至2019年1月，正在进行临床试验，目的是获得厚生劳动省的医疗设备批准。从而，STBRC安装的当前AB-BNCT系统已经在实际使用中。在不久的将来，该系统将被批准用作医疗设备，并有望被广泛使用。
我们描述了世界上第一个带有多个治疗室的基于医院的AB-BNCT系统的设计和建造。与传统放射治疗的环境相比，我们能够将BNCT建立为综合医院的一部分，而没有任何明显的歧义，并确定了两个治疗室之间的光束质量等效性，增强了放射防护，减少了医护人员因放射活动而遭受的额外照射，并且优化的工作流程效率。在医院中安装AB-BNCT系统意味着必须根据需要不断提供治疗，而当前基于反应堆的BNCT无法做到这一点。确认本研究中描述的AB-BNCT系统满足医院中用于BNCT的规格。 |
|
|
|
| |
联系方式 |
| 邮箱：81068003@qq.com |
| 地址：北京.丰台区.万丰路 |
| |
|
|
| |
|
|
