【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及加速器硼中子俘获治疗(bnct)治疗领域，尤其涉及一种硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法。
技术介绍
1、bnct技术因其能精准、高效地治疗癌症目前已经成为粒子治疗研发的新热点和未来肿瘤放疗的重要选择之一。在常规光子放疗中，通过近百年来大量治疗经验的积累，人们已经清楚地掌握了常规光子放射治疗中不同肿瘤的处方剂量和正常组织器官的剂量限值。然而，当前bnct治疗的相关治疗经验还很缺乏。这使得在应用bnct进行肿瘤治疗的过程中并没有可靠的肿瘤处方剂量和正常组织器官的剂量限值可供参考，相对生物学效应(rbe)的出现很好地解决了这个问题。在bnct治疗中通常采用生物有效剂量而非物理吸收剂量来进行治疗方案的设计，其中生物有效剂量被定义为物理吸收剂量与rbe的乘积，而rbe定义为达到相同生物学终点所需伽马射线物理吸收剂量与bnct各物理吸收剂量之比，这可以实现不同辐射场剂量的统一量化。由此可见，rbe的引入一方面降低了bnct治疗肿瘤靶区处方剂量和正常组织器官的剂量限值问题的复杂度，另一方面则为在bnct治疗中借鉴光子放疗的可靠经验提供了可能。bnct的辐射场是一个混合辐射场，主要包含了硼剂量、氮剂量、氢剂量和光子剂量。相对生物学效应(rbe)是bnct治疗中极为重要的参数，实现rbe精确计算是实现bnct精准治疗的重要前提。
2、在bnct领域，传统的rbe是指硼剂量、氮剂量、氢剂量和光子剂量各自对应的固定数值，公式表示为drbe＝cbeb×db+rbeh×dh+rben×dn+rbeγ×dγ。日本jcds诊疗计
3、hawkins于1994年建立了基于微观能量的细胞存活统计理论，以微米尺度来分析细胞的生物效应，2014日本专利技术人员尝试将该理论应用于bnct研究领域，并随后开发了smk模型，考虑了bnct在放疗过程中出现的剂量异质性、超杀效应和剂量率效应等问题。sethstreitmatter等人以dna损伤为生物终点来研究bnct中子源各剂量的rbe，通过结合rmf模型来分析dna损伤在一定修复概率情况下的rbe参数，较好地预测了各种次级粒子的rbe并与实验值进行了比对，结果符合良好。但由于前人在基于微剂量学研究时并未考虑到新型硼药带来的影响，而rmf模型在分析中没有明确考虑随着带电粒子let变化再次评估它的杀伤效果。
4、bpa和bsh是两种用于硼中子俘获疗法(bnct)的硼药，通过与中子发生核反应，产生高能α粒子和锂-7，杀伤肿瘤细胞。bpa是首个上市的硼药，bpa可穿透细胞膜进入肿瘤细胞内，硼-10的中子俘获反应可直接破坏细胞核，因此其相对生物效应系数值比用bsh的要高出许多。bsh早期被应用于临床研究，但由于bsh不能透过血脑屏障，肿瘤摄取和滞留较低，并存在一定的毒副作用，限制了其临床应用普及。
5、目前临床上使用的硼药(bpa、bsh)随着静脉注射到人体内时，大部分集中于细胞质、细胞膜和细胞外区域，并不具有细胞核靶向性，这极大地降低了bnct的治疗效果，具有细胞核靶向性的新型硼药研究已然成为了bnct研究的一大热点，但对于新型硼药的rbe研究尚有欠缺。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术提出一种硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：
2、一种硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，包括步骤：
3、s1，进行体外细胞存活实验，为相对生物学效应模型建立提供数据支撑；选用cs-137辐射源或co-60辐射源照射至细胞存活分数10％为生物终点，所需的光子剂量即为rbe参考辐射剂量；获取相同中子束照射同一类型硼药但不同硼浓度的细胞存活分数和剂量分布；获取相同中子束照射下不同硼药注射过后的细胞存活分数和剂量分布，研究临床硼药和新型硼药对于bnct生物效应的影响；
4、s2，以微剂量学为基础，建立相对生物学效应模型，获得相应实验条件下的线能谱，所述相对生物学效应模型引入饱和参数，以解决高let区域存在的rbe随着let增加而减小的超杀效应问题，引入剂量率效应常数，以修正由于治疗时间过长剂量率效应对于模型的影响，设计细胞矩阵进行蒙特卡洛模拟，以解决细胞内和细胞间的硼-10分布异质性；
5、s3，优化相对生物学效应模型，包括步骤：
6、s31，初始化模型参数；
7、s32，使用蒙特卡洛软件基于不同实验条件下的微剂量学量，代入模型以获得不同实验条件下的计算值；
8、s33，将计算值与体外细胞存活实验获得的数据进行对比，从而确定是否为最优解；
9、s34，若非最优解则重复步骤s32-s33，直到获得最优解；
10、s35，输出相对生物学效应模型的最优模型参数，获得基于微剂量学和实验值修正过的具有预测不同硼药、组织类型的rbe计算模型。
11、进一步地，步骤s2中所述蒙特卡洛模拟包括步骤：
12、s21，通过实验测定不同硼药在组织细胞内各区域的比例；
13、s22，在获取不同硼药在各组织细胞区域硼-10含量比例后，建立细胞矩阵并进行多次蒙卡模拟，包括步骤：
14、s23，结合细胞存活分数来评估不同硼药在细胞间的硼-10分布异质性；
15、进一步地，步骤s32中所述蒙特卡洛软件包括但不限于mcnp、phits、geant4和fluka软件。
16、本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术利用蒙特卡洛方法建立细胞矩阵模拟不同类型硼药和不同硼浓度下的组织细胞内线能分布，考虑了不同硼药对于组织细胞的影响，使得模拟计算更贴近实验结果；充分考虑生物效应影响，在基于微剂量学建立的生物物理模型中引入饱和参数解决超杀效应，引入长时间照射下剂量率效应的评价参数，充分考虑了不同硼药对于组织细胞的异质性分布，此外，相比现有rbe模型，本专利技术模型的计算精度显著提高，并能满足不同硼药的rbe预测。
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1.一种硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，其特征在于，步骤S2中所述蒙特卡洛模拟包括步骤：
3.如权利要求1所述的硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，其特征在于，步骤S32中所述蒙特卡洛软件包括但不限于MCNP、PHITS、GEANT4和FLUKA软件。
【技术特征摘要】
1.一种硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的硼中子俘获治疗相对生物学效应预测方法，其特征在于，步骤s2中所述蒙特卡洛模拟包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：王盛，李志峰，彭文涛，
申请(专利权)人：华硼中子科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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