台湾硼中子治疗的发展史- 成都瑞庚医疗科技咨询有限公司

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台湾硼中子治疗的发展史

台湾硼中子

硼中子治疗原理

利用硼-10与中子发生作用，放出辐射线以杀死肿瘤细胞的同时，却又不严重影响正常组织细胞，是BNCT的基本精神所在。

BNCT的治疗过程

BNCT的治疗过程可分成两部分：首先是在肿瘤部位聚集稳定的同位素硼-10，再利用热中子（Thermal Neutron，通常是指能量在1 eV以下的中子）照射肿瘤部位。

由于热中子与硼-10之间的捕捉机率，远大于热中子与细胞主要组成（碳、氢、氧、氮）之间的捕捉机率。因此，大部分照射在肿瘤部位的热中子皆与硼-10发生反应，并迅速放出高能量的锂-7及α粒子（捕捉反应如如图1所示）。

由于锂-7及α粒子在组织细胞中的大移动距离分别只有4 μm和9 μm，此一距离与一个细胞的大小相当，因此，若能控制中子与硼-10的反应发生在肿瘤细胞内，则肿瘤细胞将被硼中子反应所产生的高能量粒子摧毁，距离较远的正常组织细胞所受到的伤害则相对较小。

这种利用含硼药物累积于肿瘤细胞，再利用中子引发放射反应的治疗方法，正是结合标靶治疗与放射治疗的优点，达到所谓不伤及无辜的治疗目的。

BNCT成功因素

BNCT治疗的成败主要定于：

(1)肿瘤细胞的硼-10含量是否相对高于正常组织细胞；

(2)是否有足够数量且能量适合的中子抵达肿瘤所在位置。

台湾硼中子发展史

清华大学与台北荣总研究团队，利用清华水池式反应器进行硼中子捕获治疗癌症，开启了台湾标靶重粒子治疗的新页，首次结合重粒子与标靶方法之癌病治疗于清华大学付诸实现，是台湾癌病治疗史的里程碑。

清华大学自1992年开始即进行bnct的相关研究，并于2001年获科技部补助展开THOR中子束改建工程，于2004年完成高质量超热中子射束BNCT改建工程，并于2010年完成射特性量测、验证与治疗计划建立，同年更与台北荣组癌病治疗中心及日本京都大学签订三方学术交流意向书后，以清华大学BNCT设施进行以下之癌病治疗：

由2010年8月至2014年1月止，完成临床的17例复发头颈癌患者的32次照射。
由2014年起，开始第二期临床治疗计划，至今共完成XX例病人的治疗。
由2016年起，开始紧急医疗，目前共计完成近60例的病人治疗，期中更包括有来自新加坡、日本、澳洲及中国大陆之病人前来接受治疗。

THOR/BNCT设施

各国的BNCT发展历史可以得知，BNCT成败的两项主要因素主要来自于药物对癌病的适用性与中子源的质量；

其中的中子照射设施虽然可经由改建Cf-252中子源、或建造加速器驱动中子源等设施来获得，但若要导引出稳定且大量的中子射束，研究用核子反应器仍是目前较佳的选择。

清华水池式反应器（Tsing Hua Open-pool Reactor, 简称THOR）是台湾运转中的研究用核子反应器。

THOR从1961年临界运转至今已经历55年的运转历史。在2001年，为了整合清华大学BNCT研究团队、并支持国内BNCT相关研究照射，遂向国科会（现更名为科技部）申请通过「改建THOR做为BNCT医疗设施」的整合型研究计划。
历经三年的设计改建时间，终于在2004年将THOR原有之热中子柱(Thermal Column)改建成为超热中子束，成为当时全世界八个BNCT治疗设施之一，提供医界及学界进行BNCT治疗癌症及其他相关研究。

THOR-BNCT的设计与改建

改建THOR成为符合BNCT治疗癌症的用途，所必须考虑的因素众多，其中针对中子束的设计考虑主要包括如下：

1、中子射束的能量：含硼药物（B-10）主要是和能量较低的热中子发生反应，但中子的能量若太低，在其进入身体组织后，很容易被阻挡吸收而无法到达较深的肿瘤部位；反之，若中子的能量太高（快中子），在其进入身体组织后，容易造成正常组织细胞不必要的辐射剂量。因此，在兼顾治疗深度、及避免过多的快中子剂量情况下，目前国际上认为超热中子是做为BNCT治疗适当的能量范围（5eV～10keV）。

2、中子射束的强度：中子射束的强度主要是考虑治疗时间的合理性。以目前含硼药物在肿瘤的累积浓度约60～70 ppm估算，若超热中子通率大于1×109 n/cm2/sec，则可确保单一次治疗时间在1小时以内完成。

3、背景辐射剂量：此处所谓背景辐射剂量是指伴随超热中子射束所产生的快中子与加马射线所造成的辐射剂量。

目前设计的标准是以每引出一个超热中子所引发的快中子剂量与加马剂量，必须要小于1×10-10 cGy-cm2，如此才能确保皮肤表面所受的辐射剂量不会超过限定值。

4、中子射束的照野：中子射束的照野大小主要是考虑未来治疗肿瘤的体积大小。由于BNCT治疗是属于单一射束（one-shot）的治疗方式，射束的照野必须涵盖肿瘤的范围，因此，中子射束的照野设计一般较大（目前THOR-BNCT的照野为直径14cm的圆孔），若所要治疗的肿瘤体积较小，则可透过外加中子汇聚管（Extension Collimator）的方式来调整照野。

为了达到上述之超热中子束设计的基本要求，清华大学需将THOR炉心核分裂所产生之快中子加以减速，另一方面将有害之加马射线加以屏蔽，以减少快中子和加马射线所造成之伤害，因此需在THOR-BNCT的改建过程中，特别设计在炉心至照射口之间，以Al、FluentalTM、Cd、Bi、Pb、Li2CO3-PE等材料组成滤屏，来将超热中子束的射束质量进行优化。

在完成THOR超热中子束的优化设计后，如何改建组装也是另外一个问题，除了改建设施因THOR长期运转导致结构材料被中子活化的高辐射剂量问题外，为了缩短照射位置与炉心的距离来提升中子束的强度，以及为了增加照射治疗室内的空间方便病人以平躺治疗方式进行180度旋转，皆必须将THOR原结构水泥屏蔽体加以切割。

改建工程经由结构安全分析确认切割补强过程不会造成THOR安全疑虑，改建计划案经原子能委员会审查通过后才开始进行改建工作。下图是整个 THOR热中子柱改建为超热中子束的过程汇整：包括将旧有设施材料的移除、水泥屏蔽体的切割、新设计材料的组装、设施定位及周边辅助设施的配置…等，前后历经三年的时间才得以完成。

为能让整体的治疗作业程序更加顺畅，并考虑各项治疗作业所需之功能，THOR-BNCT除了中子照射治疗室之外，还配置有仿真定位室、准备室/恢复室、以及剂量监控室。其中模拟定位室主要是做为病人预先模拟定位的用途，主要是考虑照射治疗室中因为中子长期照射导致背景辐射剂量率较高，为了避免医护人员及协助定位的工程人员接受

不必要的辐射曝露，需要较长时间的预先模拟定位动作将在模拟定位室中完成；准备室/恢复室则是做为含硼药物注射的场所、以及病人接受BNCT治疗后的后续观察监测用途，此外，病人接受中子照射过程，医师亦可在此透过TV-monitor监视设备，全程掌握病人在治疗室内的动态；剂量监控室则是透过射束出口周围预先布置的3组中子分裂腔计测系统，及时监控进入病人体内的中子数量，进一步换算成病人累积接受剂量的实时信息(on-line monitor)，达到剂量给予的目的。

BNCT紧急治疗流程