锎-252中子(中子刀）在肿瘤治疗中的应用

锎-252中子(中子刀）在肿瘤治疗中的应用

第讲锎-252中子在肿瘤治疗中的应用锎-252中子源自动遥控系统——中子刀，是一种集现代核物理、核医学、放射生物学、自动控制、计算机软件等多学科为一体的大型高科技治疗设备，中子刀是采用腔内直接对肿瘤进行照射的方法，通过锎—252发出的中子射线对病灶进行打击，以有效破坏恶性肿瘤的组织，使其萎缩坏死。中子刀与其它后装治疗设备相比，其优势是治疗功能与其它放疗设备相比要高出2至8倍，而副作用却微乎其微。中子治疗肿瘤时，有肿瘤组织消退快，肿瘤局部控制率高，不易复发等优点，3、4期宫颈癌和1、2期直肠癌的局部控制率和生存率均明显高于常规光子线放疗。锎-252中子近距离后装治疗解决了传统的γ射线近距离后装治疗不能解决的问题。近距离放射治疗通常采用的放射源有Ra-226、Co-60、Cs-137、Ir-192等。60年代末在美国的Anderson医院、英国的Oxford癌症治疗中心率先将Cf-252用于宫颈癌的治疗后，相继在美国的Lexington锎中子近距离治疗中心、日本的庆应大学癌症研究中心、俄罗斯的Obnisk癌症研究中心和Blokhia癌症研究中心等许多医疗研究机构开始了利用锎中子进行近距离治疗恶性肿瘤的临床应用研究。初步提示应以相对生物效应系数RBE来比较疗效标准和衡量每次临床给予的剂量；用管状252Cf中子源对子宫内膜癌进行腔内照射治疗的实验是由美国Keutueky大学的Maruyama进行的，RBE采用6，A点总剂量为10Gy，并同时应用直线加速器辅助进行外照射（B点剂量45～55Gy），按照类似镭疗程式治疗了14例宫体癌，有12例(86%)得到治愈。用遥控后装技术治疗癌症的研究者是日本东京庆应大学癌症中心的Yamashita，他分别对宫体癌、阴道癌、舌癌、口腔癌和鼻腔内黑色素瘤进行中子源后装治疗，疗效颇令人满意，显示这种新源在近距离治疗中的身价和地位。美国Maruyama和俄罗斯Vtyuria、Marjina等共收治了3000多例癌症患者，俄罗斯癌症研究中心用高活性252Cf源遥控后装治疗装置——ANET--V以来，治疗了1411例病人，主要包括子宫体癌、宫颈癌、阴道及直肠癌。常规外照射加252Cf中子腔内放疗，515例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期子宫体癌患者，3年生存率为89.8%,5年生存率为86.5%；345例Ⅱ、Ⅲ期宫颈癌患者，5年生存率为72.2%；而对42例宫颈癌外生型肿瘤的患者，予以252Cf源进行腔内术前照射，其肿瘤近期消退率为91.2%，显示了中子腔内放疗的效果较佳，有力地证明了中子治癌技术的强健的生命力。第一节放射物理学基础管内照射是指将放射源直接放入人体天然管道进行治疗，等剂量线呈近似柱状的椭圆形，施源器半径为0.5～1cm，剂量参考点选择在距放射源0.8～1.6cm之间，管内照射如食道、直肠等部位的治疗，参考点不应机械定为某一点，应具体而定。管内照射的临床靶区的厚度，应在超剂量区HD和参考剂量区RD之间，使整个靶区接受的剂量不低于临床处方剂量。一中子治癌与常规射线比较具有的优点

1.LET（传能线密度）较高，对癌细胞杀伤力强，没有或很少有亚致死损伤修复，也没有潜在致死性损伤修复，即根治的可能性大，治愈率高。粒子线在通过人体组织时，它与人体组织的原子相互作用产生生物效应。中子线属于高LET射线，它对细胞DNA分子的作用主要是直接作用，对细胞的杀伤主要是单击致死性损伤，很少有亚死性损伤，故细胞中子反应曲线没有起始的肩部，说明中子射线一次性杀伤能力较常规射线强大，减少癌细胞再生的机会。

2.中子RBE（相对生物效应系数）较大，快中子的放射生物效应高于常规射线，中子的RBE在1.4～5之间，它随快中子的能谱、照射方式、细胞和组织类型、生物学终点等因素而不同。不同细胞和不同组织对X线的敏感性差异很大，但对中子而言，差异要小得多。癌细胞的存活曲线肩区比X线小，因此,相对常规放疗射线而言，中子疗效高。

3.中子的OER（氧增效比）较低，即乏氧癌细胞对中子抗性小，中子的抑癌能力较强。氧具有放射增敏作用，氧浓度直接影响细胞对放射线的敏感性；22%的氧浓度（与空气相似）下细胞对放射线的敏感性是无氧状态下细胞的3倍。细胞对低LET线的放射敏感性与细胞含氧状态有很高的依赖性，而细胞对高LET射线的放射敏感性与细胞含氧状态的依赖性很小；而大多数恶性肿瘤都存在乏氧细胞，在使用低LET照射情况下，由于一部分细胞的抗放射性而常常导致放射治疗失败。氧增效比随LET增大而减少，高LET线（中子、质子线等）OER大约为1.0～1.8，如中子OER为1.6。所以要取得好治疗效果的放射源必须是氧增效比较低，同时又具有足以治疗深部肿瘤的穿透力的射线为最优的放射源，中子则比较符合上述的要求。

4.细胞增殖周期不同时期的细胞对中子放射敏感性差别较小，有利于对腺癌或特殊病种癌细胞的杀伤。中子治癌的适应范围也有一定的限制，根据目前临床资料，对于膀胱癌、脑癌可能因水肿及严重脱髓改变而引起严重反应，被列为禁忌使用，这说明中子治癌技术仍有一定的局限性。第二节252Cf的放射生物学效应一252Cf的化学特性锎的化学分离十分困难，最稳定化合价态是+3价，其氧化物是Cf2O3，氧化锎的熔融温度高达2300℃，热稳定性极佳。二锎的物理性质锎-252是a放射性同位素，同时自发裂变时放出大量中子，锎-252的有效半衰期（a衰变和自发裂变全包括在内）是2.65年。锎-252在a衰变和自发裂变过程中，还伴生有γ射线，主要来源于三个部分：a衰变过程产生的γ射线、裂变的瞬发γ射线和裂变产物放出的γ射线。三252Cf中子－γ混合辐射的等效生物剂量Di=RBEn×Dn+Dγ等效生物剂量、中子剂量和γ剂量RBEn——252Cf中子的RBE，与中子剂量率等因素有关，数值在2～5之间。五252Cf的放射损伤效应252Cf经自发裂变产生大量中子，平均能量是2.13MeV，快中子是高LET射线，在单位路径内传递很高的能量，可直接破坏DNA、RNA、蛋白质，中子诱发的辐射损伤很少修复，细胞主要发生致死性损伤。此外，252Cf经α衰变和裂变产物放出g光子，它产生的次级电子与水分子相互作用产生自由基，扩散一定距离到达靶位可造成损伤。六锎中子治癌的优势大多数恶性肿瘤都存在乏氧细胞，由于这一部分细胞的抗放射性而常常导致低LET放射治疗失败。252Cf作为中子源的一种，它产生的中子线进行近距离放疗时，既具有高LET的优势，又具有剂量分布的优势，这种综合优势使得252Cf成为近距离放疗的理想放射源。七锎中子与其它射线的比较下图是用252Cf中子和其它射线对肿瘤实施放疗后的肿瘤控制率和放疗并发症的结果。图1-7三条曲线分别对应252Cf中子、光子（包括X、γ）、快中子束，另一条为正常组织损伤通用曲线，可以看出，252Cf中子在对正常组织损伤较小的情况下即可达到较高的肿瘤控制率，与X、γ射线和快中子束相比，具有明显的治癌优势。五.锎中子近距离照射与中子束外照射的比较用14MeV快中子束和252Cf中子，对宫颈癌患者进行多野外照射和近距离插植治疗时，在病灶和周围器官形成的等剂量线分布示意图。图2-3用14MeV快中子束进行外照射，膀胱和直肠等重要器官均处于高剂量区域，极易引起严重的放疗并发症，如膀胱炎、直肠炎，甚至造成溃疡或瘘；而用252Cf中子实施近距离照射，高剂量区域集中在宫颈和宫体内，膀胱和直肠等周围需受保护的重要器官均在低剂量区域，不易出现放疗并发症。这些推论与临床实际结果是完全相符的。国内十余家医院临床疗效显著，证明了锎中子治疗肿瘤具有常规γ射线、X射线无法比拟的优点，体现了中子刀的安全性、有效性和先进性。五锎中子后装治疗机的治癌机理利用同位素252Cf自发裂变产生的中子射线，采用遥控后装技术，对恶性肿瘤实施近距离照射。快中子射线对肿瘤内乏氧细胞的杀伤力大、照射后几乎没有致死（或亚致死）损伤修复的独特优势，中子源贴近病灶组织实施近距离治疗，能够达到最大程度地杀灭癌细胞，对正常组织损伤较小的目的。六主要用途及适应症范围主要用于治疗人体腔道部位的肿瘤。由于锎中子的独特性质，许多采用其它常规放疗手段治疗效果不佳或易复发的肿瘤类型，尤其适合进行中子后装治疗，如亚致死性放射损伤恢复力强的肿瘤，放疗后肿瘤细胞的再充氧过程较差或含乏氧细胞比例较高的肿瘤，分化程度较高的肿瘤以及生长缓慢的肿瘤。目前已经临床证明有确切疗效的适应症为子宫颈癌、子宫内膜癌、直肠癌、食道癌、皮肤黑色素瘤等恶性肿瘤。七设备结构及其工作原理1、252Cf中子后装治疗机的结构252Cf中子后装治疗机主要由中子源、施源器、主机、电气控制系统和治疗计划系统等部分组成。图7-1中子后装治疗机主机结构示意图图7-2252Cf中子后装治疗机（主机外观）图7-3治疗控制系统图7-4治疗计划系统图7-5治疗软件结构示意图八252锎步进源参考点剂量计算252锎中子后装机采用一个步进源实施治疗，由于放射源经停不同的驻留点位置和不同的驻留时间，会形成不同的剂量分布，因此，必须根据某些人体或医学参考点的剂量要求，形成若干约束条件，从而确定放射源在每个驻留点的驻留时间，进而输出包括驻留点位置和对应的驻留时间的一系列治疗参数（数组），以这些数组为基础的治疗方案可以满足临床要求。按照临床治疗要求和放疗原则，针对各类肿瘤不同的分布和侵润情况，从中筛选出一些比较合适的权重数组，作成剂量分布图，治疗时调出供临床使用，即称之为“标准治疗程序”。九组织异质性效应骨、脂肪和空气腔的存在，对均匀组织的计算结果没有影响，临床应用无须考虑其存在。十锎-252中子后装治疗㈠252Cf中子射线中子射线属于重粒子线，中子本身不显电性，它具有很强的贯穿本领。252Cf的平均能量为2.13MeV，属于快中子。㈡中子射线与物质的主要相互作用中子与物质的相互作用有多种方式，主要包括：（1）弹性散射，中子与氢核发生弹性散射作用时，其能量交给了反