CN116598010B - 硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，包括：步骤一、利用蒙特卡洛方法建立细胞群模型，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分；步骤二、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量。该方法能够精确获得硫中子俘获治疗中在细胞中沉积的平均辐射吸收剂量。

Description

硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法
技术领域
本发明涉及中子治疗领域。更具体地说，本发明涉及一种硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法。
背景技术
中子治疗是一种比较新型的放射治疗和靶向治疗相结合的治疗方法，其原理是将本身不具备放射性的药物注射至人体，因其与肿瘤细胞具有一定的亲和性，将浓聚在肿瘤区域。在低能中子束流下，中子与药物中的不具备放射性的元素反应(具有较高的反应截面)生成放射性粒子，如β、α粒子等，这些粒子具有射程短，内照射损伤大等性质，以此达到杀死肿瘤细胞同时极大程度地减小周围正常细胞的损伤。现有中子治疗有硼中子俘获治疗、钆中子俘获治疗和硫中子俘获治疗三大类。其中，硼中子俘获治疗是利用中子与硼10反应生成α粒子并伴随瞬发伽马射线，α粒子具有很高的线性传能密度LET，能量沉积到一定量后能有效杀死肿瘤细胞。钆中子俘获治疗利用中子激发157Gd到激发态158Gd*，退激产生伽马射线杀死肿瘤细胞。硼中子俘获治疗与钆中子俘获治疗均具有很高的中子俘获截面，另外钆中子俘获同时也是一种很好的造影剂，可用于核磁成像技术，可为治疗提供图像引导。同样也具有一定缺点：1、硼中子俘获治疗和钆中子俘获治疗均产生一定伽马射线，伽马射线造成的内照射损伤能力不及阿尔法粒子，且会对治疗过程中剂量估算造成一定影响；2、硼中子俘获治疗和钆中子俘获治疗中使用的中子能量较低，仅可治疗一些浅层肿瘤；3、Gd具有一定毒性。
目前，硫中子俘获治疗可以作为其他中子治疗增强剂，能量为13.5keV中子与硫反应(反应式为33S(n，α)30Si)最终生成硅元素(原子质量30)并发出能量为3.1MeV的α粒子能够造成肿瘤细胞内照射损伤达一定程度可杀死肿瘤细胞。但是，目前硫中子俘获治疗处于研究阶段，且现阶段研究仍处在对中子源技术的研究，现有文献尚未对硫中子俘获治疗导致肿瘤细胞死亡情况和正常细胞损伤程度进行分析，而在硫中子俘获治疗过程中，中子不可避免照射到肿瘤附近的正常组织。
在现有技术中，仅对硫中子的中子源选择、中子屏蔽技术作分析，根据硫中子俘获治疗(SNCT)中所需中子能量，现有文献反算一些中子屏蔽、中子源类型选择等问题，例如CERN的中子飞行时间(n_TOF)装置上实现测量了33S(n,α)30Si的反应截面。根据SNCT所需的中子能量设计相应的加速器中子源，采用中子飞行时间法在线测量了7Li(p,n)7Be近阈反应出射中子飞行时间谱，以获取keV能区中子。使用不同材料、不同厚度下中子慢化性能，确定合理的中子慢化方案，提高共振能区中子产额。但以上均为SNCT治疗前期准备研究，后续需要使用可靠方法对硫中子俘获治疗导致肿瘤细胞死亡情况和正常细胞损伤程度进行分析。
硫中子俘获治疗属于一种比较新型治疗肿瘤疾病的技术，细胞内微剂量测量的难度系数大。现有测量细胞微剂量方法主要有a、连续慢化近似半解析算法(一种计算单位累积活度的细胞剂量)，该方法是美国核医学学会(American Society of NuclearMedicine)提出的Medical Internal Radiation Dose(MIRD)方法通常用于估算人体内部剂量。方法使用均质双球模型并将细胞内材料为水质；b、累积测量方法，该方法使用热释光探测器、光纤闪烁体探测器以及小型PN结硅探测器测量中子的通量和伴随γ的剂量，还必须测量出体模中的吸收剂量。连续慢化近似半解析算法使用均质双球模型并将细胞内材料为水质，未考虑其他化学成分或生物结构对估值的影响，累积测量方法不能在细胞尺度进行精确测量，且现有文献缺失关于SNCT载能粒子在细胞中的沉积能量数据。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，该方法能够精确获得硫中子俘获治疗中在细胞中沉积的平均辐射吸收剂量。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，包括：
步骤一、利用蒙特卡洛方法建立细胞群模型，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分；
步骤二、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，所述步骤二还包括：中能中子与硫反应并发产生的α粒子放射源区具体包括：整个细胞、细胞表面、细胞质和细胞核，在模拟α粒子在细胞群中输运时，计算五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量，具体为：
a、整个细胞对整个细胞，α粒子在整个细胞中随机产生并与细胞中的各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
b、细胞表面对整个细胞，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
c、细胞质对细胞核，α粒子在细胞质中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
d、细胞表面对细胞核，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
e、细胞核对细胞核，α粒子在细胞核中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
在模拟中能中子在细胞群中输运时，对中能中子在整个细胞中抽样计算，最后统计整个细胞辐射吸收剂量。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，还包括：
步骤三、进行微核和染色体畸变实验，统计每组细胞染色体畸变率；
步骤四、步骤二得到的平均辐射吸收剂量和步骤三得到的细胞染色体畸变率呈二次线性方程，具体表达式为：
Y＝aD+bD2，其中，Y为细胞染色体畸变率，D为细胞平均辐射吸收剂量，a、b为常数，通过微核和染色体畸变实验以及对应的细胞平均辐射吸收剂量即可拟合a、b值进而得到硫中子俘获治疗中细胞染色体畸变的剂量-效应曲线。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，模拟的所述双球模型为：细胞核位于正中的标准双球模型，细胞核偏向一侧的偏心双球模型，细胞核位于中心的第一双椭球模型，细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型，或者细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，所述步骤三中微核和染色体畸变实验具体包括：
1)、将采集的外周血淋巴细胞0.3mL～0.5mL加入到培养液中，轻轻摇匀，并置于培养皿中平铺一层，然后将培养皿放置在37℃±0.5℃的恒温培养箱内培养；
2)、在培养皿中加入含硫试剂；
3)、使用中能中子照射培养皿中的外周血淋巴细胞，造成肿瘤细胞内照射损伤；
4)、显微镜下观察并统计细胞微核和染色体畸变率。
6、如权利要求5所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，采用的中能中子的能量为13.5keV，并发产生的α粒子的能量为3.1MeV。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，模拟计算五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量时，使用蒙特卡洛方法MCNP程序的数据卡记录统计靶区域的能量沉积。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，在单细胞模型的各部位填充化学成分具体包括：在细胞核部位填充H、C、N、O、P和Si；在细胞质与细胞膜部位填充H、C、N、O、P、Si、Ca、K、Na、Mg、Cu、Zn、Se、Mo、F、Cl、I、Mn、Co、Fe以及Li、Sr、Al、Si、Pb、V、As、Br。
优选的是，所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，模拟的标准双球模型和偏心双球模型中，细胞半径为6μm，细胞核半径为3μm，模拟的第一双椭球模型，第二双椭球模型和第三双椭球模型中，细胞长轴为10μm，短轴为8μm，细胞核长轴为8μm，短轴为5μm。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明首先利用蒙特卡洛方法建立细胞群模型，且构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分，因此，构建的细胞群模型为中能中子和产生的α粒子与细胞相互作用提供了一个精确模拟的环境。
第二、将α粒子放射源区定义为四个区域，即整个细胞、细胞表面、细胞质和细胞核，因此，在模拟α粒子在细胞群中输运时，统计计算五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量；由于中子的穿透力极强，只存在于整个细胞对整个细胞，因此，在模拟中能中子在细胞群中输运时，只对中能中子在整个细胞中抽样计算，最后统计整个细胞辐射吸收剂量。由上述可知，本发明能够通过蒙特卡洛方法精确模拟细胞中的辐射吸收剂量，所提供的分析方法能够解决现有技术中使用测量工具难易测出细胞吸收剂量的问题。
第三、由于本发明模拟的所述双球模型为：细胞核位于正中的标准双球模型，细胞核偏向一侧的偏心双球模型，细胞核位于中心的第一双椭球模型，细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型，或者细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型，因此，本发明能够模拟不同形态的细胞模型，更接近于真实细胞的形态，使模拟出的数据更为准确。
第四、当进行微核和染色体畸变实验，统计出每组细胞染色体畸变率后，由于平均辐射吸收剂量和细胞染色体畸变率呈二次线性方程，因此，通过微核和染色体畸变实验以及对应的细胞平均辐射吸收剂量即可拟合a、b值进而得到硫中子俘获治疗中细胞染色体畸变的剂量-效应曲线，该曲线可以直接反应在硫中子俘获治疗中肿瘤周边正常细胞受到一定量照射后发生染色体畸变率与该处细胞中平均吸收剂量的关系，为保护患者正常组织提供一定数据参考意义。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法流程示意图；
图2为本发明的一个实施例中细胞群模型示意图；
图3为本发明的一个实施例中标准双球模型示意图；
图4为本发明的一个实施例中细胞核偏向一侧的偏心双球模型示意图；
图5为本发明的一个实施例中细胞核位于中心的第一双椭球模型示意图；
图6为本发明的一个实施例中细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型示意图；
图7为本发明的一个实施例中细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型示意图；
图8为本发明的又一实施例中硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法流程示意图；
图9为本发明的又一实施例中硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明一实施例提供的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，包括下列步骤：
S100、利用蒙特卡洛方法建立细胞群模型(如图2所示)，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分。
其中，利用蒙特卡洛方法(Monte Carlo)的MCNP(Monte Carlo N-Particle)程序建立的细胞群模型如图2所示，细胞群模型中的每个单细胞模型为标准双球模型，如图3所示，模拟的细胞半径约为6μm，细胞核半径约为3μm。细胞核主要由染色体，核仁以及核骨架组成，主要的化学成分有碳、氢、氧、氮、磷、硫等。细胞质主要成分是水，其他元素含量极少。细胞模型各部位化学成分百分比(％)如表一所示。
表一
S110、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量。
其中，中子按能量分为热中子(能量小于1eV)、慢中子(能量小于5KeV)、中能中子5～100keV、快中子0.1～500MeV，中子不带电，不与核外电子发生静电作用，一般直接与原子核相互作用，中子与原子核的相互作用过程分为弹性散射、非弹性散射以及中子吸收。参与硫中子俘获治疗(SNCT)的中子主要是中能中子，中能中子在细胞中主要与细胞的化学成分发生弹性散射和非弹性散射，尤其是与细胞中的轻核散射后能量降低，直到被细胞吸收，在该过程中中子能量在细胞中沉积，形成一定的剂量，对细胞造成辐射损伤。此外，其余各种现象均会产生次级辐射，例如能量为13.5keV中子与硫反应(反应式为33S(n，α)30Si)最终生成硅元素(原子质量30)并发出能量为3.1MeV的α粒子，产生的α粒子能够造成肿瘤细胞内照射损伤，当达到一定程度时可杀死肿瘤细胞。
在蒙特卡洛方法(Monte Carlo)的MCNP程序中使用SDEF通用源卡设置放射源的能量，抽样位置等，模拟抽样能量为13.5keV入射中子与能量为3.1MeV的α粒子在细胞内输运，该过程可被Monte Carlo方法模拟计算得到单位累积活度的细胞剂量，即平均辐射吸收剂量。
模拟计算时，α粒子可能会在任何位置随机产生，为了分情况讨论不同区域的α粒子造成的细胞辐射吸收剂量，α粒子放射源区被分别定义为：整个细胞(C)、细胞表面(CS)、细胞质(Cy)和细胞核(N)。最后计算整个细胞(C)和细胞核(N)中的能量沉积(即为放射的靶区)。在模拟α粒子在细胞群中输运时，计算了五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量，具体为：
a、整个细胞对整个细胞(C←C)，α粒子在整个细胞中随机产生并与细胞中的各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
b、细胞表面对整个细胞(C←CS)，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
c、细胞质对细胞核(N←Cy)，α粒子在细胞质中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
d、细胞表面对细胞核(N←CS)，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
e、细胞核对细胞核(N←N)，α粒子在细胞核中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量。
当α粒子从源区随机取样并与细胞的材料相互作用时，使用MCNP的数据卡记录统计靶区域的能量沉积。由于中子穿透力极强，因此只存在全细胞对全细胞(C←C)：在模拟中能中子在细胞群中输运时，对中能中子在整个细胞中抽样计算，最后统计整个细胞辐射吸收剂量。
在上述实施例中，通过使用蒙特卡洛方法精确模拟细胞中的辐射吸收剂量，解决了现有技术中使用测量工具难易测出细胞吸收剂量的问题。
如图8所示，本发明又一实施例中提供的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，包括下列步骤：
S200、利用蒙特卡洛方法(Monte Carlo)的MCNP程序建立细胞群模型，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分，具体的各部位化学成分百分比参考上述实施例中的表一。模拟的所述双球模型为：细胞核偏向一侧的偏心双球模型，如图4所示；细胞核位于中心的第一双椭球模型，如图5所示；细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型，如图6所示；或者细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型，如图7所示。
需要说明的是，由于真实细胞存在多种变化，并非完全是等中心双球模型，考虑到真实的癌性细胞中，细胞和它的细胞核不一定是同心的，并且存在细胞分裂、迁移和分化期间，细胞核经常移动到细胞内的不对称位置。因此，模拟的双球模型可以为上述四种类型。
具体模拟时，模拟的偏心双球模型中，细胞半径为6μm，细胞核半径为3μm，模拟的第一双椭球模型，第二双椭球模型和第三双椭球模型中，细胞长轴为10μm，短轴为8μm，细胞核长轴为8μm，短轴为5μm。
S210、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量。其中，模拟时采用的中能中子的能量为13.5keV，并发产生的α粒子的能量为3.1MeV。
在上述实施例中，通过使用蒙特卡洛方法能够模拟不同形态的细胞中的辐射吸收剂量，因此通过该分析方法，能够获取到直接使用测量工具难以测出的微剂量数值。
如图9所示，本发明又一实施例提供的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，包括下列步骤：
S300、利用蒙特卡洛方法(Monte Carlo)的MCNP程序建立细胞群模型，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为标准双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分，具体的各部位化学成分百分比参考上述实施例中的表一；其中，模拟的标准双球模型，细胞半径约为6μm，细胞核半径约为3μm。
S310、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量。其中，模拟时采用的中能中子的能量为13.5keV，并发产生的α粒子的能量为3.1MeV。
S320、进行微核和染色体畸变实验，统计每组细胞染色体畸变率。
其中，微核和染色体畸变实验步骤具体包括：
S321、将采集的外周血淋巴细胞0.3mL～0.5mL加入到培养液中，轻轻摇匀，并置于培养皿中平铺一层，然后将培养皿放置在37℃±0.5℃的恒温培养箱内培养；
S322、在培养皿中加入含硫试剂；
S323、使用中能中子照射培养皿中的外周血淋巴细胞，造成肿瘤细胞内照射损伤，采用的中能中子的能量为13.5keV。
S324、显微镜下观察并统计细胞微核和染色体畸变率。
S330、步骤310得到的平均辐射吸收剂量和步骤S320得到的细胞染色体畸变率呈二次线性方程，具体表达式为：
Y＝aD+bD2，其中，Y为细胞染色体畸变率，D为细胞平均辐射吸收剂量，a、b为常数，通过微核和染色体畸变实验以及对应的细胞平均辐射吸收剂量即可拟合a、b值进而得到硫中子俘获治疗中细胞染色体畸变的剂量-效应曲线。
需要说明的是，辐照对细胞的损伤主要是使遗传物质畸变导致细胞无法进行分裂而失活。染色体畸变(chromosome aberration，CA)是反映电离辐射损伤的良好指标，它能判断损伤和评价损伤程度。在显微镜下可以直观检查染色体畸变情况，染色体畸变类型包括无着丝粒染色体、着丝粒环、双着丝粒染色体断片染色体、微小体和裂隙染色体。微核和染色体畸变实验分析方法是一种操作简单、结果直观、可靠的细胞损伤分析方法。
在上述实施例中，可以通过微核和染色体畸变实验以及对应的细胞平均辐射吸收剂量即可拟合a、b值进而得到硫中子俘获治疗中细胞染色体畸变的剂量-效应曲线，该曲线可以直接反应在硫中子俘获治疗中肿瘤周边正常细胞受到一定量照射后发生染色体畸变率与该处细胞中平均吸收剂量的关系，为保护患者正常组织提供一定数据参考意义。
下面将通过数据来说明本发明所述的分析方法能够应用于硫中子俘获治疗中。
细胞的平均辐射吸收剂量可由MIRD方法计算得出(该方法是基于连续慢化近似半解析算法，且使用均质双球模型并将细胞内材质设定为水质)，公式为：
其中，S为S值，为累计活动。S值取决于辐射的类型和输运特性。它可以定义为每个衰变粒子对靶区的剂量贡献
其中，Δi为第i个辐射分量的平均能量，为源区域(rS)发出的能量被目标区域(rT)吸收的比例，mT为目标区域的质量。MIRD出版物已经列出水基细胞半径约为6μm，细胞核半径约为3μm时，3MeV至10MeV的一个α粒子在细胞中发生相互作用时的平均吸收剂量。表二是MCNP模拟结果和对应MIRD方法计算细胞中不同能量α粒子的细胞吸收剂量及其百分比差异(RC＝6μm,RN＝3μm)。结果显示：MCNP和MIRD方法计算细胞中α粒子的细胞S值百分比差异在-2.82％至4.42％之间。二者误差均小于5％。证明了Monte Carlo方法用于模拟α粒子细胞在中平均吸收剂量的可行性。
表二
综上，Monte Carlo方法的MCNP程序模拟硫中子俘获治疗中子和3.1MeV的α粒子在标准双球细胞模型(RC＝6μm,RN＝3μm)中与细胞成分相互作用后靶区单位累积活度的细胞剂量为整个细胞对整个细胞(C←C)：1.115×10-1Gy·Bq-1；细胞表面对全细胞(C←CS)：7.390×10-2Gy·Bq-1；细胞质对细胞核(N←Cy)：9.799×10-2Gy·Bq-1；细胞表面对细胞核(N←CS)：5.521×10-2Gy·Bq-1；细胞核对细胞核(N←N)：4.231×10-1Gy·Bq-1。
根据表二所示，将Monte Carlo方法的MCNP程序模拟硫中子俘获治疗中子和α粒子在标准双球细胞模型中的平均剂量与对应MIRD计算方法对比分析二者差异小于5％，证实该模型可用于硫中子俘获治疗领域评估中子和α粒子对细胞各区域平均吸收剂量模拟计算。
当细胞和它的细胞核不是同心时，使用MIRD方法可能导致细胞中平均吸收剂量结果不准确。而Monte Carlo方法更适用于模拟计算细胞核与细胞不在同一球心时的平均辐射吸收剂量。
如图4～图7所示，给出了细胞核与细胞不同球心时的模型。如图4所示，细胞半径为RC＝6μm,细胞核半径为RN＝3μm，细胞核位置在细胞内且紧贴细胞内壁。由于椭球形细胞模型更接近真实细胞形态，因此本发明使用Monte Carlo方法计算了一些椭球细胞模型，如图5、图6、图7所示，椭球细胞的长轴为10μm、短轴8μm、细胞核长轴为8μm、短轴为5μm。如图5细胞核位于细胞中心(同心结构)；如图6细胞核远离细胞中心(细胞核沿细胞长轴移动至与细胞内壁贴合)；如图7细胞核远离细胞中心(细胞核沿细胞短轴移动至与细胞内壁贴合)。最后将Monte Carlo方法的MCNP程序模拟硫中子俘获治疗中子和3.1MeV的α粒子在各个细胞模型中与细胞成分相互作用后靶区单位累积活度的细胞剂量，如表三所示。
表三不同细胞模型靶区平均辐射吸收剂量
其中，模型A为标准双球模型(图3)，模型B为细胞核偏向一侧的偏心双球模型(图4)，模型C为细胞核位于中心的第一双椭球模型(图5)，模型D为细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型(细胞核沿细胞长轴移动至与细胞内壁贴合，图6)和模型E为细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型(细胞核沿细胞短轴移动至与细胞内壁贴合，图7)。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，包括：
步骤一、利用蒙特卡洛方法建立细胞群模型，构成细胞群模型中的每个单细胞模型均为双球模型，包括细胞核和细胞质，并根据真实细胞数据在单细胞模型的各部位填充化学成分，其中，模拟的所述双球模型为：细胞核位于正中的标准双球模型，细胞核偏向一侧的偏心双球模型，细胞核位于中心的第一双椭球模型，细胞核中心偏向细胞长轴一侧的第二双椭球模型，或者细胞核中心偏向细胞短轴一侧的第三双椭球模型；
步骤二、在建立的细胞群模型中，模拟硫中子俘获治疗中的中能中子以及中能中子与硫反应并发产生的α粒子在细胞群中输运，从而计算出中能中子和α粒子在细胞群中沉积的平均辐射吸收剂量，具体包括：中能中子与硫反应并发产生的α粒子放射源区具体包括：整个细胞、细胞表面、细胞质和细胞核，在模拟α粒子在细胞群中输运时，计算五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量，具体为：
a、整个细胞对整个细胞，α粒子在整个细胞中随机产生并与细胞中的各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
b、细胞表面对整个细胞，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞辐射吸收剂量；
c、细胞质对细胞核，α粒子在细胞质中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
d、细胞表面对细胞核，α粒子在细胞表面随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
e、细胞核对细胞核，α粒子在细胞核中随机产生并与细胞中各种化学成分相互作用，最后统计整个细胞核辐射吸收剂量；
在模拟中能中子在细胞群中输运时，对中能中子在整个细胞中抽样计算，最后统计整个细胞辐射吸收剂量。
2.如权利要求1所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，还包括：
步骤三、进行微核和染色体畸变实验，统计每组细胞染色体畸变率；
步骤四、步骤二得到的平均辐射吸收剂量和步骤三得到的细胞染色体畸变率呈二次线性方程，具体表达式为：
Y＝aD+bD2，其中，Y为细胞染色体畸变率，D为细胞平均辐射吸收剂量，a、b为常数，通过微核和染色体畸变实验以及对应的细胞平均辐射吸收剂量即可拟合a、b值进而得到硫中子俘获治疗中细胞染色体畸变的剂量-效应曲线。
3.如权利要求2所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，所述步骤三中微核和染色体畸变实验具体包括：
1)、将采集的外周血淋巴细胞0.3mL～0.5mL加入到培养液中，轻轻摇匀，并置于培养皿中平铺一层，然后将培养皿放置在37℃±0.5℃的恒温培养箱内培养；
2)、在培养皿中加入含硫试剂；
3)、使用中能中子照射培养皿中的外周血淋巴细胞，造成肿瘤细胞内照射损伤；
4)、显微镜下观察并统计细胞微核和染色体畸变率。
4.如权利要求3所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，采用的中能中子的能量为13.5keV，并发产生的α粒子的能量为3.1MeV。
5.如权利要求1所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，模拟计算五个源-靶组合沉积的辐射吸收剂量时，使用蒙特卡洛方法MCNP程序的数据卡记录统计靶区域的能量沉积。
6.如权利要求1所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，在单细胞模型的各部位填充化学成分具体包括：在细胞核部位填充H、C、N、O、P和Si；在细胞质与细胞膜部位填充H、C、N、O、P、Si、Ca、K、Na、Mg、Cu、Zn、Se、Mo、F、Cl、I、Mn、Co、Fe以及Li、Sr、Al、Si、Pb、V、As、Br。
7.如权利要求1所述的硫中子俘获治疗中载能粒子对正常细胞的影响分析方法，其特征在于，模拟的标准双球模型和偏心双球模型中，细胞半径为6μm，细胞核半径为3μm，模拟的第一双椭球模型，第二双椭球模型和第三双椭球模型中，细胞长轴为10μm，短轴为8μm，细胞核长轴为8μm，短轴为5μm。
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