适应于BNCT系统的含硼-10药物浓度分布测量装置和方法与流程

本发明涉及适应于bnct系统的含硼-10(¹⁰b)药物浓度分布测量装置和方法，可用于在硼中子俘获放疗(bcnt)治疗前获得含硼-10药物在身体内的分布和浓度信息，为治疗计划系统(tps)提供相关的基础数据，也可以用于其他目的下的含硼-10药物分布和浓度信息监测。

背景技术：

bnct是迄今为止原理最佳的癌症放射治疗手段，其通过将具有亲肿瘤组织的、无毒的含硼-10药物注入人体血液，待含硼-10药物通过自动靶向富集在癌细胞核后，利用超热中子束照射肿瘤部位，通过人体自身的进一步慢化在治疗区域形成热中子，由于热中子与硼-10的核反应截面很高(3840靶)，通过选择性的热中子硼-10核反应，放出射程小于癌细胞的长度、具有高线性传能密度(let)的放射线(例如α粒子，⁷li重离子)，单位距离上形成高密度电离能，使得dna的双链同时被打断,其功能和重离子造成的电离密度相同，从而实现高相对生物效应(rbe)的粒子来杀灭癌细胞，治疗过程基本上不损伤癌细胞周围的正常细胞，是一种具有热中子对含硼-10药物的自动选择、高let能量转移和生物靶向增强的放射治疗模式。

然而，为实现bnct对肿瘤进行精确治疗，需要在治疗前确定荷硼-10药物在治疗靶区的分布及浓度以实现对肿瘤的高效治疗并保护正常组织。bnct治疗前如得不到含硼-10药物的定量分布信息，会导致治疗剂量的不确定性，影响治疗效果并给正常组织带来不必要的损伤。

目前用于获得含硼-10药物分布和浓度信息的方法，除了基于血液中含硼-10药物浓度测量的方法，主要还有两种方式：一是对含硼-10药物进行放射性标记，采用核医学(如spect等)进行测量，根据放射性的分布推算含硼-10药物的分布；二是对含硼-10药物进行磁共振敏感元素标记，采用磁共振仪进行测量，根据磁共振信号强度分布推算含硼-10药物的分布。

其中，基于血液中含硼-10药物浓度测量的方法有两个缺点：一是测量时间长，测量获得的含硼-10药物浓度不能代表治疗时的含硼-10药物浓度；二是病灶区域的浓度是基于肿瘤/血液比固定的假设推算的，但实际上肿瘤/血液比随患者个体变化，随肿瘤种类变化，肿瘤位置变化，随肿瘤内位置的变化而变化，随时间变化，统一假设为一固定数值的方法太过粗糙。因此这种传统方法已经开始逐渐被新的方法所替代。

基于放射性标记含硼-10药物的方法存在以下几个问题：(1)放射性标记含硼-10药物的可得性；(2)放射性标记含硼-10药物在总含硼药物内比例的确定性；(3)增加药物成本；(4)放射性药物给患者带来的额外的剂量。

基于mri敏感元素标记含硼-10药物的方法存在以下几个问题：(1)mri敏感元素标记含硼-10药物的可得性；(2)增加药物成本。

上述问题实质性妨碍了这些方法的实际应用及应用效果。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量装置和适用于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量方法，以期实时获得较为精确的测量数据，并便于实际应用。

本发明的技术方案是：适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量装置，包括：

中子源，用于向spect系统的检测空间发射中子束流，形成覆盖所述检测空间的中子场，通常设置在spect系统的孔腔前方；

标准小球，具有确定的硼-10浓度，数量为若干个，安装在标准球支架上，所述标准球支架用于戴在被检测者检测区域随被检测者检测区域一同进入检测空间，或者固定设置在所述检测空间内，所述标准小球分布在所述检测空间内；

spect系统，设有所述的检测空间，用于接收检测空间的伽马射线并进行spect成像处理，依据标准小球的spect信息(spect系统采集到的来自检测空间各点/体素的伽玛辐射信息，例如，射线的能量和强度，可以通过环型分布的伽玛探测器或旋转伽玛相机采集的信息获得)计算确定中子场参数(例如中子注量率的空间分布数据)，依据计算确定的中子场参数和被检测者检测区域(例如，头部)的spect信息计算检测区域的硼-10浓度分布，即可获得被检测者检测区域的硼-10浓度分布或含硼-10药物分布数据。

适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量方法，采用中子源向spect系统的检测空间发射中子束流，形成覆盖所述检测空间的中子场，在spect系统的检测空间分布若干个具有确定硼-10浓度的标准小球，所述标准小球预先设置在检测空间内或者安装在被检测者佩戴的标准球支架上，随被检测者检测区域(例如头部)一同进入检测空间，采用spect系统接收检测空间的伽马射线并进行spect成像处理，依据标准小球的spect信息计算确定中子场参数，依据计算确定的中子场参数和被检测者检测区域的spect信息计算检测区域的硼-10浓度分布，获得被检测者检测区域的硼-10浓度分布或含硼-10药物分布数据。

所述伽玛射线为中子撞击硼-10核产生的伽玛射线，具有特定的能量。

本发明的有益效果是：通过采用中子轰击硼-10核的方式产生特定能量(478kev)的伽玛射线(γ-射线)，无需对含硼-10药物进行放射性标记，避免了引入放射线物质对人体造成的损伤，亦无需引入mri敏感元素进行标记，彻底消除了放射性标记含硼-10药物和mri敏感元素标记含硼-10药物可得性给实际应用造成的障碍，避免了因进行这些标记导致的高昂的药物成本；可以进行实时测量，且在现有技术背景下，通过成熟的spect检测及数据处理技术，通过设置已知硼-10浓度的标准小球作为计算获取中子场信息，能够获得高精度的硼-10浓度测量结果，形成精确定位的人体内硼-10浓度分布数据。

本发明适应于任何含硼-10药物，能够反映真实和实时地含硼-10药物分布，且没有额外辐射剂量，可进行剂量监督和验证，并特别适合自适应放疗。

本发明能够在bnct治疗过程中直接在体外、无创、实时获得含硼-10药物分布。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的装置包括中子源2、标准小球4和spect系统3，所述中子源用于向spect系统的检测空间发射中子束流，形成覆盖所述检测空间的中子场，通常可以设置在spect系统的孔腔前方；所述标准小球具有确定的硼-10浓度，数量为若干个，安装在标准球支架上，所述标准球支架用于戴在被检测者头上或其他部位(检测区域)随被检测者的头部或其他部位一同进入检测空间，或者固定设置在所述检测空间内，所述标准小球分布在所述检测空间内；所述spect系统设有所述的检测空间，其中产生的伽马射线可被检测并进行spect成像处理，依据标准小球的spect信息计算确定中子场参数，依据计算确定的中子场参数和被检测者检测区域的spect信息计算检测区域的硼-10浓度分布，获得被检测者检测区域的硼-10浓度分布或含硼-10药物分布数据。

可以设置检查床，被检测者仰卧在检查床上，检测时将检查床的前部推入spect系统的检测孔腔，使被检测者的头部1位于孔腔的中部进行检测。

所述标准小球优选分布在被检测者头部的周围，数量应足够多，采用立体分布，应基本上覆盖或代表了头部(或其他检测区域)周围的全部区域，以便依据标准小球的空间位置分布、spect信息及硼-10浓度计算获得足够精确的中子场参数。

所述标准小球的空间位置分布可以依据现有技术获得。

可以基于标准小球的spect信息，采用mc方法(montecarlo，蒙特卡洛方法)或其他现有技术计算获得检测空间的中子注量率分布数据。

测量时，给被检测者佩戴一个头托(标准球支架)，头托上安装有许多已知硼-10浓度的标准小球，标准小球与治疗系统的相对位置(标准小球在检测空间内的位置分布)已知且固定，标准小球与被检测者头部的相对位置已知且固定，中子源发出的中子与被检测者头部内的硼-10(源自含硼-10药物)以及标准小球中的硼-10发生核反应，放出478kev的伽玛射线，spect系统采用现有技术，依据spect信息计算获得硼-10的空间分布数据(各点或体素的硼-10浓度)，该数据与中子场和硼-10浓度有关，在标准小球中的硼-10浓度和标准小球空间分布位置均已知的情况下，标准小球所处位置的硼-10浓度只与该位置的中子场强度(中子注量率)有关，采用蒙特卡罗方法进行中子场信息(中子注量率的空间分布数据)的计算，用标准小球所述位置的spect信息进行归一和验证，进而确定被检测者检测区域(头部)的中子场信息，根据检测区域的spect信息和中子场信息，就可计算出被检测者检测区域(头部)的含硼-10药物分布数据。

当用于检测其他部位时，所述标准球支架可以制成相应的形状。

为增加测量的准确性，尽可能使用高灵敏度的spect系统，最好是全覆盖的spect系统，如三探头spect系统。

标准小球内硼-10浓度，可通过化学方法准确地确定。

蒙特卡罗程序计算的实际上是检测区域的中子能谱，中子能谱与激发函数的积分，就是测量得到的伽玛射线积分值。

所述检查床可以采用适宜的现有技术，例如各种适宜的核磁共振检查用的检查床，其床身(不含支架的平面或类似于平面的部分，人可以躺在上面)的前端能够伸入到孔腔内，使头部位于孔腔的中部以便进行检查。但现有检查床往往较为简单，功能单一，往往仅适应于仰卧姿态，但对于不能较长时间自己保持头部不动的患者，则难以适应。

作为一种改进，所述床身的前部设有左右两个立式的护板，所述护板所在的平面垂直于左右方向，以便能够挡护在头部的两侧。所述护板与所述床身通过横向导轨或轨道滑动连接，所述床身的下面设有横向的旋转螺杆，所述旋转螺杆的左右两侧通过轴承安装在床身上，优选位于床身的下方，所述床身上设有位于所述旋转螺杆上方的横向长孔，所述护板的下端设有驱动连接端，所述驱动连接端穿过所述床身上的横向长孔，其下端固定连接有与所述旋转螺杆螺纹配合的螺母，所述旋转螺杆左部螺纹与右部螺纹的螺旋方向相反，由此，通过对旋转螺杆的旋转，就可以带动左、右两个护板同步横向相向移动或背向移动，以同步调整与头部之间的接触距离或压力。

用于实现所述护板与所述床身滑动连接的导轨或轨道可以安装在床身的底面，与所述横向长孔对齐，所述驱动连接端上设有与所述导轨或轨道配合的结构，以实现护板与所述床身之间滑动。可以采用现有市售的滑轨机构或其他适宜的现有技术实现上述基于导轨或轨道的滑动连接。

所述横向长孔可以是一整条，也可以是左右两条，分别对应于左右护板，横向长孔的跨度应与实际使用中护板可能的移动范围相适应。当不需要护板时，可以将护板移到远离头部。

所述护板的内侧面(左护板的右侧面、右护板的左侧面)设有柔性或弹性的垫层，所述垫层的内侧面形状应采用人体工学设计，与头部具有较好的贴合，避免因挤压给患者带来损伤。

本发明的适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量装置可用于实施本发明的任一适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量方法或者采用本发明的任一适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量方法进行测量，本发明的任一适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量方法可以采用本发明的任一适应于bnct系统的含硼-10药物浓度分布测量装置实施。

本发明用于计算含硼-10药物浓度的伽玛射线是指中子撞击硼-10核产生的伽玛射线，具有特定的能量(478kev)，必要时可以依据现有技术滤除其他能量的伽玛射线干扰信息。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。