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硼中子俘获疗法临床治疗过程介绍

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         1932年查德威克发现了中子,1936年 G. Locher提出了鼓舞人心的中子俘获疗法(NCT),从此人们对这种近似“圣杯”的治疗技术展开了长达半个世纪的临床治疗探索。采用掺硼药物的中子俘获疗法(BNCT)带给人们抗击恶性肿瘤的信心,此外在治疗慢性风湿性关节炎,以及通过有选择地杀死T细胞来减轻器官移植的排异反应等方面展现了鼓舞人心的前景。
        BNCT这么好,治疗过程痛苦吗?条件怎么样?目前那里可以BNCT治疗?下面我就来解答一下这几个问题。
1. BNCT治疗过程是怎样的?
        BNCT的原理是很先进,但也是很复杂的,需要从宏观(人体组织尺度)到微观(细胞,甚至分子尺度)都做到精准,才能体现其绝妙之处,然而至今还尚未走完临床试治阶段。
       首先,主治医院从患者中筛选出满足本轮临床试验条件的志愿者
       一般粗筛选的条件包括:
  • 已确诊患有本轮试验所针对的恶性肿瘤,比如多形性胶质母细胞瘤,复发的头与脖颈癌或黑色素皮肤瘤等;
  • 是否接受过放疗或化疗:有的临床试验要求已经采用放疗或化疗,有的则要求没有接受过治疗,主要基于本期临床试验目的而做出的要求;
  • 一般要求患者的Karnofsky功能状态评分大于70%,即生活可自理,但不能维持正常生活工作;
  • 无苯酮尿症以及其他影响治疗病症;
  • 无心脏起搏器或其他影像核磁成像的金属植入物等;
  • 当然最重要的是患者及家属同意接受BNCT试验和参与后续的随访,并签署书面协议。
        通过粗筛选中的患者,给其注射示踪药物18F-FBPA,并用正电子断层扫描仪PET进行体外成像,获取患者全身或肿瘤部位的PET图像,分析确定肿瘤内硼的浓度与血液中硼的浓度之比(T/N)。如果T/N值还不错,则患者适合采用BNCT进行治疗。
        第二步,给患者制定一个最佳的BNCT放疗计划
       确定从那些方向进行照射,照射多久,配合使用什么样的准直器等。核心任务进行患者的三维剂量的计算、优化、以及评价,最终要满足剂量限制要求。
       剂量限制条件一般至少包括肿瘤的最小剂量限值和皮肤以及危及器官的最大剂量限值等。肿瘤剂量限值一般要求80%的肿瘤体积大于某一剂量水平,比如大于20 RBE-Gy(生物等效剂量);还有就是要求肿瘤组织中的最小剂量至少要大于某一剂量水平等。关于皮肤以及危及器官的最大剂量限值,BNCT治疗一般将皮肤的耐受剂量值设置为处方剂量,这一点与常规放疗的处方剂量概念不一样,比如处方剂量一般取为11 RBE-Gy;不同的危机器官可能娶不同的最大剂量限值,视神经一般取小于5 RBE-Gy作为剂量限值。
         剂量计算的首要任务就是通过模拟不同的照射方案以找到满足上述的所有剂量限值要求的方案。有了满足基本要求的照射方案,需要与主治医生进行反复讨论,判断方案是否合适,是否最优,而且还需要通过模拟定位等手段确定该方案能否顺利执行,比如照射方向是否因为治疗室的场地限制而执行不了,患者能否在照射期间保持预设的同一治疗体位,等等。在治疗计划最终确定下来后,就可以进入治疗的环节了。
        剂量计算方法一般都采用蒙特卡罗(Monte Carlo)粒子输运程序来完成,一次计算任务采用单个CPU需要花10个小时左右的时间,整个计划可能需要多次计算。
     第三步,注射硼药和BNCT照射
       通过打点滴的方式给患者注射BPA或BSH药物,注射的药量达到300-500mg/kg;注射药物期间,每间隔15分钟或30分钟对患者进行抽血,通过生化或核物理手段检测血液中的药物浓度,即血硼浓度,拟合出血液中硼浓度的代谢方程,参考图1。   图1两小时滴注硼药BPA硼浓度代谢曲线
        一般在两小时BPA硼药注射完成后的半个小时后开始进行中子照射,为了保持肿瘤组织中硼浓度,还可以一边照射一边继续给患者注射硼药。照射完成后,患者就可以回家了。BNCT对中子源的基本要求就是照射时间控制在1个小时内,将来的BNCT治疗设施可以将照射时间控制在20分钟内。X射线放疗、质子放疗以及重离子放疗一般都采用每天照射一次,一个月内照完,而BNCT只需要照射一次。
         第四步,撰写最终剂量报告
         治疗完成后,需根据治疗过程中的有关测量数据对治疗剂量进行修正,输出最终的剂量报告,记录此次BNCT治疗相关数据及剂量资料,并建档储存作为病历记录及供日后参考研究使用。
2. BNCT治疗设施怎么样?
        BNCT治疗设施一般包括医疗准备室和BNCT治疗室,准备室开展患者模拟定位、注射硼药等,BNCT治疗室就是执行中子照射的地方。一般来说,要达到比较好的治疗效果,在执行BNCT照射前最好将肿瘤组织的主要部分切除掉,这样可以确保留下的肿瘤组织获得较大照射剂量,提高BNCT治疗效果。肿瘤切除手术一般选在BNCT治疗前的3-4周实施。
        以前的BNCT治疗设施主要是由研究用的反应堆设施改造而来,难免会遇到设施内的布局并不适合于开展医学治疗,遇到医疗准备室和照射室的空间不够大,从而造成患者治疗体位受到限制,参考图2-3。此外,反应堆BNCT设施一般都建在远离城市的郊区或山区,交通非常不便。 
   图2 台湾清华大学BNCT中心治疗室


图3 日本JAERI的BNCT治疗室
       对于新建的BNCT治疗设施可以更好地优化设施的布局,图4给出了日本南東北BNCT研究中心的设施布局图和现成照片。从图中可以看出整个治疗中心布局比较紧凑,医疗准备间和治疗室空间也都体现了现代化医院的舒适度和亲和力。  

图4 日本南東北BNCT研究中心设施示意图
3. 目前正在招募患者的BNCT临床试验有那些?
        现在哪里正开展BNCT治疗哪?中国有两个BNCT中心正在招募患者接受BNCT临床试治,日本也有两家BNCT中心正在招募患者,简要介绍如下。
        中南大学的湘雅三医院与北京凯佰特公司合作,在位于北京房山的医院中子照射器上开展黑色素皮肤瘤的临床I、II期试治。试验于2013年7月开始,预计于2018年12月结束,计划治疗30人。进一步信息可参考网址https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02759536。
        中国台湾台北荣民总医院与台湾清华大学合作,在台湾清华大学的开式泳池堆THOR上开展(复发)头颈癌的临床I、II期试治,采用 BNCT治疗结合图像引导调强放射治疗(IG-IMRT),验证其毒性和治疗响应率。试验于2013年11月开始,预计于2018年11月结束,计划治疗28人。进一步信息可参考网址https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02004795或者http:// bnct.web.nthu.edu.tw/bin/home.php。
        日本脑神经疾病研究所所属的南东北医院BNCT研究中心,采用住友重工制造的加速器BNCT中子源开展复发神经脑胶质瘤和不能切除复发头颈癌临床试治,患者招募时间大致于2017年7月和2018年6月截止。进一步信息可参考网址http://southerntohoku-bnct.com/ q-clinical_trial/clinical_trial-cancer。
         京都大学反应堆实验研究所的BNCT治疗中心,采用FFAG质子回旋加速器,于2012年开始复发恶性脑肿瘤的临床试验,于2014年开始头颈部肿瘤的临床试验。进一步信息可参考网址
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