CN201324447Y - 一种中子后装治疗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及中子后装治疗装置，它借助脑立体定向——导航技术，使用组织间插植方式，将²⁵²Cf中子源准确送入脑胶质瘤体内，实施中子近距离放疗，同时采用组织间热疗技术(射频或微波)进行协同和增敏，并可开展小级别的硼中子俘获治疗(BNCT)，利用α粒子进一步杀伤肿瘤细胞，从而最大程度上杀灭脑胶质瘤，而同时对周围正常组织损伤较小。

Description

一种中子后装治疗装置

技术领域

本实用新型涉及中子后装治疗装置。

背景技术

现有的中子后装治疗装置包括主机、驱动机构、源绳、导源管、屏蔽罐和中子源(²⁵²Cf)，源绳一端与驱动机构连接，另一端与中子源固定连接，驱动机构通过驱动源绳来驱动中子源在导源管内运行，当运行到置于人体内的病灶旁边的施源器时即进行中子放射治疗。

后装治疗机采用组织间插植放疗技术可以应用到人类颅内肿瘤的治疗，但常规使用的伽玛放射源治疗效果不理想，尤其是对脑胶质瘤，效果极其有限。

目前在全球范围内，脑胶质瘤至今也没有疗效很好的治疗方法，是当今医学领域的一个世界难题。而胶质瘤在人类颅内肿瘤中约占46％，发病率为3～10/10万，占全身恶性肿瘤的1％～3％，是神经系统发病率最高，恶性程度最高，治疗效果最差的恶性肿瘤。目前常用的治疗方法如手术、化疗、放疗、免疫治疗等，均未能明显改善脑胶质瘤患者的预后，手术加放化疗的平均生存期仅为8～11个月，全世界每年约有60万患者死于恶性脑胶质瘤。

实用新型内容

本实用新型提供一种中子后装治疗装置，以解决现有普通后装治疗装置和其它单一治疗手段无法对人类颅内肿瘤尤其是脑胶质瘤进行有效治疗的问题。

为了解决以上技术问题，本实用新型采取的技术方案是：

一种中子后装治疗装置，包括中子治疗主机、治疗计划模块和治疗控制模块，主机包括驱动机构、源绳、导源管、屏蔽罐和中子源，源绳一端与驱动机构连接，另一端与中子源固定连接，驱动机构通过驱动源绳来驱动中子源在导源管内运行，其特征是，还包括立体定向辅助机构和导航辅助机构，所述中子治疗主机送出的中子源在立体定向辅助机构的定位和导航辅助机构的导航作用下采用组织间插植方式，将中子源准确送入脑胶质瘤体内，实施中子近距离放疗。

还包括组织间热疗辅助机构，同时采用组织间热疗技术进行协同和增敏，从而最大程度上杀灭胶质瘤，而同时对周围正常组织损伤较小。

还包括硼中子俘获辅助治机构，以同步开展小级别的BNCT，利用α粒子进一步杀伤肿瘤细胞。

所述组织间热疗辅助机构为射频或微波加热机构。

在采用了上述技术方案后，由于增加了立体定向辅助机构和导航辅助机构，中子治疗主机送出的中子源在立体定向辅助机构的定位和导航辅助机构的导航作用下使用组织间插植方式，将中子源准确送入脑胶质瘤体内，实施中子近距离精确放疗，大大提高了放疗的精确性，可用于人类颅内肿瘤的放射治疗，解决了现有中子后装治疗装置因治疗精度差而无法对人类颅内肿瘤进行中子放射治疗的技术问题。另外，由于增加了组织间热疗辅助机构和硼中子俘获辅助治机构，进行协同和增敏以及同步开展小级别的BNCT，利用α粒子进一步杀伤肿瘤细胞，大大提高了治疗效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

一种中子后装治疗装置，包括中子治疗主机、治疗计划模块、治疗控制模块、立体定向辅助机构、导航辅助机构、组织间热疗辅助机构和硼中子俘获辅助治机构，主机包括驱动机构、源绳、导源管、屏蔽罐和中子源，源绳一端与驱动机构连接，另一端与中子源固定连接，驱动机构通过驱动源绳来驱动中子源在导源管内运行，中子治疗主机送出的中子源在立体定向辅助机构的定位和导航辅助机构的导航作用下采用组织间插植方式，将中子源准确送入脑胶质瘤体内，实施中子近距离放疗；组织间热疗辅助机构同时采用组织间热疗技术进行协同和增敏，从而最大程度上杀灭胶质瘤，而同时对周围正常组织损伤较小；硼中子俘获辅助治机构以同步开展小级别的BNCT，利用α粒子进一步杀伤肿瘤细胞。组织间热疗辅助机构可以为射频或微波加热机构，也可以是射频和微波加热机构的组合。

立体定向技术早已成功地应用于脑胶质瘤的临床治疗，目前，在计算机技术和影像技术的推动下，立体定向技术获得了许多重要的新发展，其中与神经导航技术的结合，对脑部肿瘤的手术治疗有新的突破。如北京天坛医院神经外科应用导航系统对颅内不同部位、不同体积大小的肿瘤病变进行三维立体定向及术中引导与监测，自动确定手术入路点，其定位精确度高达两毫米左右。

近距离放疗作为放射治疗技术的一种模式，对于颅脑肿瘤(如胶质瘤)通常采用组织间插植方式，将放射源直接置放在肿瘤体内，通过调整放射源方位和驻留时间，可以获得比较理想的空间剂量分布，即肿瘤体内得到高剂量的照射，周围邻近的正常组织受量较低。因此，从放射剂量学角度而言，近距离放疗明显优于外照射放疗。根据大量文献报告，胶质瘤的近距离放疗获得了相当肯定的疗效。

本装置借助目前已经比较成熟的先进的立体定向和导航手术系统，将²⁵²Cf中子源通过组织间插植技术进入肿瘤体内，直接对胶质瘤体实施近距离照射，这一方法不仅完全符合肿瘤放射学所要求的“尽量提高肿瘤内照射剂量，同时尽量降低正常组织受量”的治疗原则，而且，与常规的放射线相比，使用中子射线还具有以下独特的放射生物学特点：

(1)靶区内剂量很高，而周围正常组织由于射线迅速衰减而很低。由于中子穿透能力较弱，因此随着与中子源距离的增大，放射剂量在靶区外迅速降落，形成了较大的靶区与正常组织剂量之比，使得靶区内剂量很高而靶区周围的正常组织受量很低；

(2)中子属于高LET(传能线密度)射线，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，尤其对休眠期癌细胞比例较大的胶质瘤可以产生一次致死的打击效果，减少了修复后快速增殖的可能性。

(3)中子的RBE(相对生物效应)较高(对脑组织约为5)，肿瘤细胞的存活曲线肩区比X、γ线小，因此相对常规放疗射线而言，同等放射剂量下产生的生物等效剂量高得多，对肿瘤组织的杀伤力大；

(4)中子的OER(氧增比)较小，即乏氧肿瘤细胞对中子抗性小，这一点对于治疗对常规射线(X射线、γ射线等)具有较强抗拒性的的胶质瘤具有十分重要的临床优势。

(5)细胞增殖周期不同时相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(如黑色素瘤和胶质瘤)的杀伤。

在脑立体定向-导航手术系统引导下将²⁵²Cf中子源插植送入脑部病灶，利用中子射线的独特治癌优势近距离治疗胶质瘤，能够对肿瘤及肿瘤周边可浸润范围提供较高的治疗剂量，达到控制和治愈肿瘤的目的，并能有效保护周围正常组织和颅内重要器官少受射线损伤，控制在允许的剂量范围之内。

本发明还将射频或微波热疗技术与脑立体定向——导航技术完美结合，充分利用热疗的协同与增敏作用。

热疗也是治疗肿瘤的有效手段，它采用物理方法(主要是电磁波加热)对人体组织升温加热，达到杀灭肿瘤细胞的温度，从而治疗恶性肿瘤。其主要机理：肿瘤组织由于在组织解剖学上的缺陷，供血不足、缺氧、偏酸、耐热性能差，肿瘤内血流量仅为周围正常组织的2～15％。当电磁波能量(如微波或射频)被人体组织吸收转变成热能而使组织温度升高时，正常组织可通过有效的血液循环散热，而肿瘤组织因血循环差，升温后无法及时散热，以致肿瘤内温度升高可超出正常组织5～9℃，甚至达到10～11℃，且维持较长时间。研究表明，当肿瘤细胞升温超过42℃，时间持续超过60min，将严重破坏细胞膜功能，抑制DNA、RNA和蛋白质的合成，促使细胞溶酶体活性升高，加速细胞的破坏直至凋亡。因此，利用电磁波对肿瘤组织的选择性加热作用，可以达到既杀灭肿瘤细胞又不损伤正常组织的目的。这是热疗有别于放疗的独特优点。

同时，大量临床试验与医学实验证明，热疗与放疗联合治疗肿瘤，其疗效比单纯使用其中一种疗法要好得多，其主要机理如下：

(1)放疗对肿瘤外围富氧的肿瘤细胞的杀伤作用强，而对肿瘤中心的乏氧细胞作用较弱，因而放疗后肿瘤常在中心复发。而恰好乏氧细胞对热疗比较敏感，因此，从氧效应角度，热疗与放疗正好互为补充；

(2)放疗对M期细胞的杀灭作用最大，而S期细胞对放疗最为抗拒，但对热疗十分敏感，因此，对周期不同时相的细胞，热疗与放疗互为补充，相辅相成；

(3)热疗通过干扰细胞亚致死损伤或潜在致死损伤的修复来增强放疗效应；

(4)放疗前热疗，使肿瘤组织局部升温，会造成肿瘤周围组织供血的改善和肿瘤组织内氧原子的释放。伴随氧浓度的增加，增强了肿瘤细胞对放射线的敏感性。

采用热疗与放疗联合实施，既充分发挥了两种方法的优势，又能取得互补、协同与增敏的效果，显著地提高了治疗效果，同时还能明显降低治疗所需的放射剂量，这一点对减少放疗并发症十分有利。

对于脑胶质瘤，由于其病灶位置的特殊性，热疗法一般采用将成对的射频电极(不锈钢针)平行插入肿瘤组织，紧贴病灶部位，直接照射癌变组织，使之升温至42℃以上而被杀死；对上述部位肿瘤，我们采用的²⁵²Cf中子插植放疗法主要采用遥控后装方式，先插入空心钢针(施源针管)，然后用机械引导²⁵²Cf中子源送入，贴近病灶部位，实施近距离照射，使辐射剂量主要授与癌变组织，周围正常组织损伤较小。因此，对于脑胶质瘤，采用组织间热疗合并组织间插植放疗无疑是十分理想的治疗方法，其疗效比单纯使用组织间热疗或单纯使用组织间放疗要好。

由于²⁵²Cf中子源发出的快中子在肿瘤组织内传递能量后，有相当一部分减慢为热中子，因此，本发明还可用于开展一种新型的治癌方法——硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy，简称(BNCT)。

BNCT通过发生在肿瘤细胞内的原子核反应来摧毁癌细胞，是一种双模式的治疗方法。其具体实施过程：先给病人注射一种含硼的特殊化合物，这种化合物与癌细胞有很强的亲和力，进入人体后，迅速浓聚于肿瘤细胞内，而在其它正常组织内分布很少。这时，用一束热中子射线进行照射，这种射线对人体的损伤不大，但中子射线与进入肿瘤细胞内的硼(主要是¹⁰B)发生核反应，释放出一种杀伤力极强的α射线。由于α射线的射程很短，只有一个肿瘤细胞的长度，所以，只杀死肿瘤细胞，不损伤周围的组织。这种有选择性地只杀死肿瘤细胞，而不损伤正常组织的技术，就称为硼中子俘获治疗方法(简称BNCT)。

硼中子俘获治疗的原理，可以用以中子轰击硼的同位素¹⁰B的原子核来说明：

¹⁰B+n→⁷Li+α

¹⁰B转变为⁷Li，产生一个动能为1.47MeV的α粒子，同时发射一个能量为0.477MeV的光子。

在天然硼中，¹⁰B的丰度占19.8％。¹⁰B俘获中子(尤其是热中子)的本领(反应截面)很大，比构成人体的主要元素的原子核¹H、¹²C、¹⁴N、¹⁶O分别高1.16×10⁴、1.13×10⁶、2.12×10³、2.13×10⁷倍。

上述核反应如果发生在肿瘤细胞内，由于α粒子射程较短(通常仅为几十个um，与人体细胞尺寸差不多)，反冲核⁷Li能量较低，都几乎跑不出细胞，因此，它们的动能全部沉积在细胞中，α粒子是高LET射线，能引起细胞内分子的致密电离和激发，产生数以万计的离子对，足以将肿瘤细胞杀死。为了只杀灭肿瘤细胞而不杀伤正常细胞，人们将¹⁰B结合到亲肿瘤药物中制成含硼药物(如流基十二硼烷二钠盐)，然后将该药物注入肿瘤患者体内后，由于其特有的亲肿瘤性质，会自动浓集到肿瘤病灶内。此时，将热中子束照射已经注射含硼药物的肿瘤病灶时，肿瘤细胞因富集了含硼药物，会发生上述的硼中子俘获反应而被杀死；正常细胞因摄取含硼药物较少，上述硼中子俘获反应一般不会发生(或受到的剂量较少)，因而不会被杀死。这样就形成了治疗过程中的一种自动选择机制，这一点对形状复杂的脑胶质瘤病灶尤其有效)。

由于这种治疗方法集药物的肿瘤特异性、中子的高穿透本领和核反应产物对癌细胞的强杀伤力等诸多优点于一体，可望在杀死癌细胞的同时，保护正常细胞不受过度的照射，因而是一种十分理想的肿瘤治疗技术。

美国于1994年开始硼中子俘获治疗的临床试验，目前已进入了第二期临床试验。欧共体1987年组织了一个联合公关组，由欧共体国家的40个研究中心组织了一批一流的研究成员，从欧共体医疗保健计划直接得到财政支持，建立了研究中心，现在也已进入临床阶段。此外，全世界还有澳大利亚、芬兰、瑞典等30多个国家和地区广泛地开展了硼中子俘获治疗的理论和临床研究。

虽然BNCT原理简单，但是至今仍难以在医院推广应用，也一直未有成型产品进入国际医疗市场，原因在于开展硼中子俘获治疗所需的高通量热中子源(通常要求不低于10⁹中子/厘米²/秒)难以获得。放射性核素中子源(如²¹⁰Po-Be、²³⁹Pu-Be等)由于中子产额较底，难以产生临床治疗所需的高通量热中子束；²⁵²Cf作为比较理想的一种同位素中子源，已经被广泛用于放射治疗，虽然其热中子产额与反应堆或加速器产生的热中子通量相比低2～3个数量级以上，但小级别BNCT的仍然会产生一定的辅助治疗效果。

BNCT是当前肿瘤放疗研究的一大热点，被视为21世纪即将兴起的肿瘤放射治疗新技术。它主要应用α粒子(⁴He核)进行放射治疗。作为高LET射线之一的α粒子，其氧增比OER极低，即α粒子杀灭癌细胞基本不需要氧的参与，所以，缺氧癌细胞对α粒子同样敏感；另外，α粒子的相对生物效应系数RBE比光子射线高数倍，即在同等剂量作用下，α粒子对癌细胞的杀伤力要比光子射线强数倍。因此，利用BNCT产生α粒子治疗脑胶质瘤，同样具有独特的治疗优势。

本项目计划将²⁵²Cf中子近距离治疗与BNCT相结合治疗脑胶质瘤，将中子射线和α射线同时作用于胶质瘤组织，可望产生良好的协同治疗效果。

综上所述，本发明是一种新型的放疗与热疗综合技术，它借助脑立体定向一导航技术，使用组织间插植方式，将²⁵²Cf中子源准确送入脑胶质瘤体内，实施中子近距离放疗，同时采用组织间热疗技术进行协同和增敏，并可同步开展小级别的BNCT，利用α粒子进一步杀伤肿瘤细胞，从而最大程度上杀灭胶质瘤，而同时对周围正常组织损伤较小，有希望、也有潜力成为治疗脑胶质瘤的一项新技术。

Claims (4)

1、一种中子后装治疗装置，包括中子治疗主机、治疗计划模块和治疗控制模块，主机包括驱动机构、源绳、源绳运行管道、屏蔽罐和中子源，源绳一端与驱动机构连接，另一端与中子源固定连接，驱动机构通过驱动源绳来驱动中子源在源绳运行管道内运行，其特征是，还包括用于立体定位的立体定向立体定向辅助机构和用于导航的导航辅助机构。

2、如权利要求1所述的中子后装治疗装置，其特征是，还包括起热疗作用的组织间热疗辅助机构。

3、如权利要求1或2所述的治疗装置，其特征是，还包括能发射出α粒子的硼中子俘获辅助治机构。

4、如权利要求2所述的中子后装治疗装置，其特征是，所述组织间热疗辅助机构为射频或微波加热机构。