【摘 要】
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合适的中子源是硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy,BNCT）中必不可少的前提条件。初始中子源往往不能满足要求,因此束流整形体（Beam Shaping Assembly,BSA）是BNCT装置产生高品质中子束的关键部件之一。以优化剂量学参数为目标,本文利用MCNPX程序,对初始中子源、BSA和Snyder头部模型中的临床剂量学参数进行了系统性的研究,可为BN
【基金项目】
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国家自然科学基金项目11905090,BNCT超热中子通量监测器的研制； 兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金定向探索项目lzujbky-2021-30,用于BNCT的10keV到1MeV能区中子通量探测器的设计与研制；
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合适的中子源是硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy,BNCT）中必不可少的前提条件。初始中子源往往不能满足要求,因此束流整形体（Beam Shaping Assembly,BSA）是BNCT装置产生高品质中子束的关键部件之一。以优化剂量学参数为目标,本文利用MCNPX程序,对初始中子源、BSA和Snyder头部模型中的临床剂量学参数进行了系统性的研究,可为BNCT中BSA的设计和临床试验的开展提供参考和指导。首先,以国际原子能机构（IAEA）对BNCT中子束流参数的建议值为目标,对BSA进行了优化设计。研究工作采用2.5 Me V质子轰击锂靶产生中子的产额、能谱和角度分布等参数为初始源项,分析了BSA主要结构的材料和尺寸对中子束流参数的影响,并针对性开展了BSA的优化设计。优化后的方案,能够使超热中子束流参数满足IAEA的建议值,并具有超热中子通量高,污染小等特点。进一步的研究工作,对优化方案的临床剂量学参数进行了评估。采用优化设计得到的中子束流,对Snyder头部模型中剂量分布和临床剂量学参数进行了模拟分析。结果表明,优势深度剂量率ADDR为0.41 RBE-Gy/min,治疗时间TT为33.5 min,具有较短的治疗时间和较高的治疗效率;治疗深度TD达到7.53 cm,优势深度AD可达9.39 cm,证明其可以满足深部肿瘤的治疗需求;优势比AR也达到了5.56,具有较大的治疗增益;最大肿瘤剂量可达到约75 RBE-Gy,在7cm处的肿瘤剂量依然可以达到30 RBE-Gy,具有很好的治疗效果。最后,为对BNCT临床试验提供指导和参考,定量分析和总结了硼浓度分布对临床剂量学参数的影响:当正常组织对硼药亲和力一定,其10B浓度设为25 ppm时,随着肿瘤10B浓度从55 ppm升高至75 ppm,AD从8.0 cm变深为9.4 cm,AR从4.0增至5.2,肿瘤剂量峰值从48.1 RBE-Gy增至63.5 RBE-Gy;当肿瘤对硼药亲和力一定,其10B浓度设为65 ppm时,随着正常组织10B浓度从15 ppm升高至35ppm,AD从9.5 cm减小至8.1 cm,AR从8.4变为3.8,ADDR从0.40 RBE-Gy/min增至0.68 RBE-Gy/min,TT从31.1 min缩短为18.3 min,肿瘤剂量峰值从75.6 RBE-Gy减少至44.7 RBE-Gy;当正常组织和肿瘤对硼药的亲和力之比一定,其10B浓度比设为1:4时,随着正常组织10B浓度从15 ppm升高至35 ppm,AD从9.0 cm增至9.7 cm,AR从6.0增至7.8,肿瘤剂量峰值从70.0 RBE-Gy增至90.8 RBE-Gy。在本文研究工作中有以下创新点:1)采用的双层慢化体设计,在较小的慢化体总厚度下获得了较大的超热中子通量,对AB-BNCT装置BSA的优化设计具有重要的参考价值和意义;2)较为全面地探究了硼浓度分布对临床剂量学参数的影响,对其趋势和原因进行了分析和总结,可以为未来BNCT临床试验提供重要参考。
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