基于蒙特卡罗方法的硼中子俘获治疗非小细胞肺癌剂量学研究

摘要

硼中子俘获治疗（BNCT）作为一种结合靶向性与重离子治疗特点的放射治疗方式，其治疗中国癌症死亡率第一的非小细胞肺癌具有独特优势。但BNCT治疗非小细胞肺癌的可行性及各关键参数对疗效的影响规律仍需深入研究，且需针对性地制定剂量优化方案以提高其疗效并保障患者辐射安全。本文基于中国辐射仿真人体模型，建立不同的非小细胞肺癌模型，采用蒙特卡罗软件MCNP5研究了中子源、硼浓度对不同类型非小细胞肺癌BNCT剂量学的影响规律，并确定BNCT治疗不同非小细胞肺癌的可行性和可治疗条件；同时，提出并研究了中子源多射野照射法和增设皮肤保护层法的剂量优化方法。主要研究内容及结果如下：
　　1）针对晚期弥散非小细胞肺癌的 BNCT治疗可行性问题，研究了加速器源和反应堆源两种中子源对BNCT治疗弥散非小细胞肺癌剂量学的影响，结果表明治疗时间较短的加速器中子源更适合治疗该非小细胞肺癌；研究了肺癌与健康器官内硼浓度比值不变、改变时的两种硼浓度分布模型对BNCT剂量学影响，结果揭示肺癌区、健康器官的剂量率均随硼浓度的增加而增加，当肺癌区硼浓度30 ppm且与健康组织硼浓度的比值大于2.5:1时，即可进行BNCT治疗；考虑到未来BNCT在中国的应用和发展，研究了中国在建的中硼中子源治疗弥散非小细胞肺癌剂量学，结果表明在适合的硼浓度条件下其可治疗弥散非小细胞肺癌。
　　2）针对不同类型局部非小细胞肺癌的 BNCT治疗可行性问题，研究了加速器源和反应堆源两种中子源治疗不同位置非小细胞肺癌的剂量学，结果揭示反应堆中子源和加速器中子源分别更适合治疗深、浅部肺癌；研究了中硼中子源治疗不同人群体内不同体积非小细胞肺癌的剂量学，结果显示肿瘤体积越大治疗时间越长且肿瘤剂量均匀性下降，中硼中子源更适合于成年人群和小体积肺癌的治疗；研究了在中硼中子源治疗不同位置非小细胞肺癌的剂量学，结果表明深部肿瘤所需的治疗时间更长，且治疗深部肿瘤时健康组织器官所接受的剂量更大。
　　3）针对局部非小细胞肺癌的剂量优化需求，提出中子源多射野照射法和增设皮肤保护层法。研究了中子源立体排布方式及照射时间权重对剂量优化和治疗时间的影响，结果显示中子源多射野照射法可有效降低健康组织吸收剂量、提高肿瘤剂量均匀性；研究了不同皮肤保护层方案对剂量优化和治疗时间的影响，结果表明0.6 cm厚碳酸锂材料作皮肤保护层使皮肤剂量降低了42％，有效提高了BNCT治疗局部非小细胞的可行性。
　　本文阐明了BNCT治疗弥散非小细胞肺癌和不同大小、位置的局部非小细胞肺癌等不同类型肺癌时需满足的特定中子源及硼浓度条件，并创新性地提出了中子源多射野照射方案、增设皮肤保护层方案两种BNCT剂量优化方案，为未来BNCT临床治疗肺癌的可行性判断及辐射剂量优化与防护工作提供有力的参考。

目录

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注释表

缩写词

第一章 绪论

1.1 硼中子俘获治疗（BNCT）简介

1.2 硼中子俘获治疗剂量组成及评价参数

1.3 硼中子俘获治疗技术的研究及发展

1.4 非小细胞肺癌的硼中子俘获治疗

1.5 本文主要研究内容

第二章 辐射仿真人体模型的建立及剂量计算工具

2.1 中国辐射仿真人体模型（CHRAP）简介

2.2 蒙特卡罗方法简介

2.3 基于蒙卡方法的硼中子俘获治疗剂量计算

2.3 本章总结

第三章 BNCT治疗晚期弥散非小细胞肺癌的剂量学研究

3.1 两类中子源治疗弥散非小细胞肺癌的剂量学研究

3.2 中硼中子源治疗弥散非小细胞肺癌的剂量学研究

3.3 本章总结

第四章 BNCT治疗早期局部非小细胞肺癌的剂量学研究

4.1 两类中子源治疗局部非小细胞肺癌的剂量学研究

4.2 中硼中子源治疗局部非小细胞肺癌的剂量学研究

4.3 本章总结

第五章 BNCT治疗常见局部非小细胞肺癌的剂量优化研究

5.1 基于中子源多射野照射方案设计的剂量优化研究

5.2 基于皮肤保护层设计的剂量优化研究

5.3 本章总结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 本文主要创新点

6.3 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文