硼中子俘获治疗中束流性能的评估

　　硼中子捕获疗法是一种使用外部中子束选择性地使装载了硼10的肿瘤细胞失活的治疗方法。这项工作提出了放射生物学概率模型的发展和创新使用，以充分评估和比较呈现不同中子能谱的电子束的治疗潜力和多功能性。
　　 在BNCT中首次基于放射生物学概率模型定义了上述特征。简单的肿瘤控制概率模型引入了HN癌症。该模型考虑了NTCP能够预测严重的粘膜炎和TCP对于本文衍生的不均匀剂量。提出了一个包含简化的HN癌症模型的系统研究，作为引入的放射生物学指标在评估和比较不同临床射线束性能方面的实际应用。还分析了涉及已治疗的HN癌症患者的应用。
　　 最大值UTCP被证明是合适且敏感的评估光束的性能，揭示了物理FOM未突出显示的研究来源的特殊性。在患者中评估的放射生物学FOM显示出对BNCT治疗的回顾性分析以及射束优化和可行性的前瞻性研究都是有用的工具。
　　 提出的发展和应用表明，通过评估放射生物学FOMUTCP可以公平和充分地评估和比较完全不同波束的性能。因此，该数字将是指导治疗决策的实用且必不可少的辅助工具。
　　 硼中子俘获疗法是粒子放射疗法的一种先进形式，需要静脉内施用肿瘤选择性硼10化合物。经过足够的时间使化合物在肿瘤中蓄积后，用合适的中子束照射靶区域，从而产生高局部剂量的热中子俘获后释放的α和锂颗粒。
　　 利用硼生物分布的选择性，正致力于设计具有足够物理特性的中子束，以向肿瘤输送治疗剂量。正在针对加速器和基于反应堆的中心提出旨在对中子束进行调节和准直的束成形组件的修改或新设计。因此，重要的是要建立评估这些光束的临床性能的标准，并以已经治疗过患者的设施中获得的结果作为参考，为此可以得出关于BNCT安全性和有效性的结论。
　　 为了理解中子束的潜力，正在开发更完善的标准。传统上，空中自由光束的物理特性几乎是临床射线束唯一的共同基础，并且将继续对其进行设计，优化和相互比较。例如，国际原子能机构在2001年发布的中子俘获治疗技术报告表明临床光束感兴趣的两个主要特征是强度和质量。前者决定治疗时间，后者决定入射光束中每种辐射成分的类型，能量和相对强度。这些优点被证明适合保证足够和安全的超热射线治疗深部肿瘤。但是，它们在评估给定治疗的光束的治疗潜力和多功能性方面的实用性有限。而且，具有相当不同的能谱的光束不能被公平地比较。不同波束和治疗策略比较的开创性工作。这些作者展示了如何通过针对脑部肿瘤开发的简单TCP模型，通过在正常组织中设置最大可容许光子当量剂量，以相对的方式评估各种光束的质量。尽管分析只考虑了超热束，简化的模型和单场照射，但这项工作标志着一个非常重要的起点，为理解和比较不同BNCT束的治疗潜力开辟了新的视野。
　　 从那时起，对BNCT的新研究不仅提供了更精确的光子等效有效剂量计算模型，而且还提供了合适的概率模型，这些模型描述了在人类治疗肿瘤和正常组织时观察到的剂量效应关系。在这项工作中，建议使用专门为BNCT开发的放射生物学指标
　　 1、评估光束的治疗潜力和多功能性，统称为“光束的性能”，
　　 2、比较现有或正在开发的光束的性能，而不管其光谱特性如何。
　　 这项工作的起点是基于研究人员发表的概率模型。用于治疗头颈癌。第一步是开发用于非均匀剂量分布的TCP模型。从这个模型和其他一些研究人员引入的正常组织并发症概率。定义并提出了不复杂的肿瘤控制概率。
　　 评估和比较了BNCT临床中用于治疗浅表和深部肿瘤的阿根廷RA-6反应堆和芬兰研究堆的现有中子源。此外，还评估了两种现实的超热束设计的性能，包括修改RA-6反应堆的当前混合热-热束和意大利INFN制造的质子射频四极加速器。和讨论。提出了一种包含针对HN癌症的标准几何结构的系统研究，作为引入的放射生物学指标的实际应用，用于评估和比较不同BNCT束的性能。
　　 最后，分析了引入的数字在涉及芬兰治疗的HN癌症患者的实际临床环境中的应用，并根据研究的射线的物理特征和治疗结果对结果进行了讨论。
　　 基于IAEA建议的所需中子束参数的当前状态
　　 2001年，国际原子能机构发表了有关中子俘获治疗状况的技术文件。该报告对截至出版之日为止的科学技术发展进行了广泛的分析。当时，国际上对基于反应堆的BNCT的关注主要集中在脑肿瘤的临床试验中。因为对于远低于表面热束的目标体积是优选的，所以建议为这些中间能束设置一组所需参数，以确保进行适当且安全的处理。
　　 根据国际原子能机构的报告，强度和质量是描述中子束感兴趣的两个主要特征。以下总结了建议用于超热束的品质因数和推荐值。尽管在报告中没有明确说明，但可以预期所有参数都对应于出口处光束孔径的平均值。总结了推荐的品质因数。
　　 中低能中子束已在BNCT的临床中用于治疗不同的肿瘤靶标。但是，国际原子能机构提出的建立NCT所需特性的建议仅针对超热射线。用于治疗浅表肿瘤的低能中子束缺乏合适的数字，促使这项工作中引入了类似的FOM。此外，为了建立基于三维剂量分布的客观标准，无论能量谱如何，都可以对中子束的治疗潜力进行充分比较，引入并讨论了放射生物学的优点。
　　 剂量计算模型
　　 BNCT中的剂量归因于辐射的混合场，它由高LETα粒子和来自10B的热中子俘获的锂离子组成，是14N和中子的热中子俘获反应产生的中间LET质子与1H核发生弹性碰撞，以及中子束中存在的低LETγ射线，并在1H中由热中子俘获产生。传统上，BNCT计算光当量剂量时，将每个组分的重量固定为固定值相对生物有效性和复合生物有效性因子。用该模型获得的剂量通常称为“RBE加权剂量”，以Gy-Eq表示。
　　 与传统的光子放射疗法相比，由于标准的剂量学模型无法解释BNCT结果，因此在这项工作中采用了更准确的模型。光子等有效剂量形式主义将BNCT剂量转换为具有相同生物学效应的光子剂量，而无需使用RBE或CBE因子。本质上，它定义了光子等效剂量为与BNCT吸收剂量成分的给定组合产生相同效果的光子参考剂量。由于基于该模型的预测显示与针对不同BNCT协议观察到的临床结果兼容用于此模型。
　　 中子束评估的放射生物学和临床前景
　　 放射治疗的目的是在正常组织并发症的风险较低的情况下，实现局部肿瘤控制的高可能性。为了估计放射治疗的预期成功率，用于计算肿瘤控制概率和正常组织并发症概率的合适模型）是必要的。概率模型是描述给定效果的概率的数学表达式。模型越通用和复杂，表达式结果就越复杂。但是，认识到必须详细描述放射治疗的哪些特殊性才能预测效果，概率模型是非常有价值的工具。在最突出的功能中，它们设法将三维信息压缩为一个分数。在BNCT中，这些模型可用于预测放射治疗成功的可能性，或用作临床相关的价值指标以评估光束的治疗潜力。此外，可以在这些基础上将不同的光束进行比较，而不管它们的能谱和物理特性如何。
　　 近年来，由于引入了更充分的剂量计算模型，根据常规光子放射疗法获得的结果解释了临床观察到的效果，适合BNCT的概率模型的发展正在增长。
　　 以下显示了考虑到不均匀肿瘤剂量分布的现有HN癌症TCP模型的扩展。此外，从得出的BNCTTCP模型中定义了简单的肿瘤控制概率，部分研究人员提出了HN癌症的剂量限制正常组织并发症概率。
　　 非均匀剂量分布的肿瘤控制概率
　　 众所周知，在放射治疗中，向肿瘤区域释放均匀的高剂量是基石之一。由于在这种情况下，平均吸收剂量代表目标体积的剂量，因此大多数TCP模型不需要处理大剂量不均匀性。在BNCT中，剂量分布随深度而显着变化，尽管使用多个门进行了量身定制的治疗计划，但实际上不可能实现剂量均匀性条件，尤其是在大肿瘤体积中。
　　 光子的肿瘤控制概率模型，并为混合场引入了BNCT辐射。拟议的表达式适用于统一剂量，并考虑了亚致死损伤的一级修复和BNCT主要不同辐射之间的协同相互作用。使用从在口腔癌的仓鼠颊袋体内模型中进行的光子和BNCT研究获得的剂量反应曲线确定TCP模型的参数。由于这种动物模型已被广泛用作人类口腔癌的替代模型，具有获得的参数的拟议表达式被认为是放射性生物学指标，可能对评估和比较光子和BNCT的头颈部治疗有用。因此，预计肿瘤剂量分布的最大值和最小值之间的差异超过20％。等效子体积模型应用于上述光子和BNCT的均匀剂量TCP模型，以处理不均匀的剂量分布。使用光子进行辐照是结合不同辐照质量的更一般方案的特殊情况，因此足以开发TCPBNCT不均匀剂量模型。
　　 对于给定的肿瘤和治疗条件的光束的治疗潜力与最大的绝对值相关联UTCP越大最大：UTCP，较高的光束的递送成功治疗的电位。给出了每种研究光束和照射条件下，在不观察粘膜炎≥G3的情况下可以控制的HN肿瘤的比例随肿瘤大小的变化。因此，如果根据医学标准确定可接受的阈值，则说明FiR1和RFQ都非常适合治疗半径最大2cm或最大目标深度5cm的病变单光束直接入射。当在相同的医学标准下对使用两个侧场的治疗进行分析时，结果表明RA-6B3也非常适合治疗这些肿瘤。如预期的那样，RA-6B2混合束将成功治疗浅部病变，最大目标深度低于4cm。
　　 从最大UTCP曲线可以得出的其他信息是光束的多功能性。对于给定的照射条件和可接受的阈值，可治疗的最大目标深度越大，光束控制不同尺寸的多功能性越大。肿瘤无并发症。结果并且再次假设阈值为0.4，可以得出结论，当考虑使用两个侧场的照射条件时，FiR1和RA-6B3的多功能性均增加。然后，对于FiR1，可治疗的最大目标深度从5cm增加到6cm，对于RA-6B3，可治疗的最大目标深度从4cm增加到5cm。最大斜率UTCP曲线可以解释为光束以同等效力治疗不同临床情况的能力。然后，斜率的值越小，可治疗的肿瘤数量越多。
　　 现在介绍在最大UTCP的基础上针对每种临床方案的不同光束性能的比较。不管照射条件如何，RA-6B2呈现最大UTCP的最大值，因此对最大目标深度约为2.5厘米的病变具有最高的治疗潜力。与三个研究的超热光束相比，这种混合光束具有非常不同的光谱。该分析表明，即使对于完全不同的波束，也可以通过评估优值UTCP的放射生物学指标来公平合理地评估和比较其性能。
　　 当分析与照射场和几何形状之间不存在气隙相对应的照射条件时，事实证明，FiR1和RFQ都具有可比较的治疗潜力和多功能性。但是，当门户与模型分离时，梁的性能差异变得明显。请注意，UTCP的最大值被证明是一个突出这一发现的敏感指标。关于RA-6B3，可以得出结论，对于大约4–5cm的最大目标深度，这种超热束设计具有与FiR1和RFQ相当的性能。另一方面，与其他超热束相比，其治疗潜力下降得更快的事实降低了RA-6B3束控制更大更深肿瘤的能力，而没有增加产生不良放射毒性作用的可能性。
　　 硼中子俘获疗法是一种产生低和高LET辐射的治疗方式，这些辐射对总剂量有贡献。由于每种类型的辐射都会与产生相互作用的组织相互作用，从而产生特定程度的生物损伤，因此，对BNCT束的性能进行评估并与其他设施进行比较，不仅需要评估束的主要物理量，还需要评估适当的放射生物学性能指标。
　　 这项工作提出了概率模型的发展和创新使用，以评估和比较BNCT束的治疗潜力和多功能性。
　　 该TCP在这项工作中引入非均匀剂量模型强调在考虑目标的全剂量分布来估计与BNCT治疗预期的成功的重要性。根据光束的特性以及照射策略，最大和最小肿瘤剂量值之间的差异可以最小化。但是，大而深的病变很可能表现出明显的不均匀性。具有能够处理这种不均匀性的合适模型将保证对肿瘤控制的充分估计。
　　 引入简单的肿瘤控制概率的概念，并首次在BNCT中应用，提出了适用于HN癌症的合适表达方法。已显示如何从UTCP的最大值评估光束的治疗潜力和多功能性，这些特征共同描述了粒子源的临床性能。最大UTCP还显示出是敏感的品质因数，从而可以指出标准品质因数所没有的光束性能的特殊性。这扩展了引入的FOM的用途，例如，用于对治疗计划进行排名或评估新的硼化合物。
　　 基于HN癌症简化模型提出的系统研究表明，该方法是评估和比较不同BNCT光束性能的实用且适当的程序。用于其他治疗目标的TCP和NTCP模型的当前发展将保证针对HN病例提出的研究可以扩展到BNCT中其他感兴趣的病例。
　　 对患者的实际病例进行评估的FOMs既是回顾性分析既有设施进行的BNCT治疗的有用工具，又是使用实际射束设计进行前瞻性可行性研究的有用工具。考虑到目前在日本和台湾已经有使用BNCT进行HN癌症治疗的开放协议，并且基于加速器BNCT的新协议即将在芬兰启动，因此提出的进展以及拟议的应用也将是实用且有用的帮助指导治疗决策。