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臺灣硼中子治療THOR/BNCT設施

THOR/BNCT

設施

各國的BNCT發(fā)展歷史可以得知，BNCT成敗的兩項主要因素主要來自于藥物對癌病的適用性與中子源的質量；其中的中子照射設施雖然可經(jīng)由改建Cf-252中子源、或建造加速器驅動中子源等設施來獲得，但若要導引出穩(wěn)定且大量的中子射束，研究用核子反應器仍是目前較佳的選擇。

臺灣清華大學

臺灣 THOR/BNCT設施

臺灣清華大學水池式反應器（Tsing Hua Open-pool Reactor, 簡稱THOR）是臺灣運轉中的研究用核子反應器。THOR從1961年臨界運轉至今已經(jīng)歷55年的運轉歷史。

在2001年，為了整合臺灣清華大學BNCT研究團隊、并支持國內BNCT相關研究照射，遂向國科會（現(xiàn)更名為科技部）申請通過「改建THOR做為BNCT醫(yī)療設施」的整合型研究計劃。

歷經(jīng)三年的設計改建時間，終于在2004年將THOR原有之熱中子柱(Thermal Column)改建成為超熱中子束，成為當時全世界八個BNCT治療設施之一，提供醫(yī)界及學界進行BNCT治療癌癥及其他相關研究。

【THOR-BNCT的設計與改建】

改建THOR成為符合BNCT治療癌癥的用途，所必須考慮的因素眾多，其中針對中子束的設計考慮主要包括如下：

中子射束的能量：

含硼藥物（B-10）主要是和能量較低的熱中子發(fā)生反應，但中子的能量若太低，在其進入身體組織后，很容易被阻擋吸收而無法到達較深的腫瘤部位；反之，若中子的能量太高（快中子），在其進入身體組織后，容易造成正常組織細胞不必要的輻射劑量。因此，在兼顧治療深度、及避免過多的快中子劑量情況下，目前國際上認為超熱中子是做為BNCT治療適當?shù)哪芰糠秶?eV～10keV）。

中子射束的強度：

中子射束的強度主要是考慮治療時間的合理性。以目前含硼藥物在腫瘤的累積濃度約60～70 ppm估算，若超熱中子通率大于1×109 n/cm2/sec，則可確保單一次治療時間在1小時以內完成。

背景輻射劑量：

此處所謂背景輻射劑量是指伴隨超熱中子射束所產(chǎn)生的快中子與加馬射線所造成的輻射劑量。

目前設計的標準是以每引出一個超熱中子所引發(fā)的快中子劑量與加馬劑量，必須要小于1×10-10 cGy-cm2，如此才能確保皮膚表面所受的輻射劑量不會超過限定值。

中子射束的照野：

中子射束的照野大小主要是考慮未來治療腫瘤的體積大小。由于BNCT治療是屬于單一射束（one-shot）的治療方式，射束的照野必須涵蓋腫瘤的范圍，因此，中子射束的照野設計一般較大（目前THOR-BNCT的照野為直徑14cm的圓孔），若所要治療的腫瘤體積較小，則可透過外加中子匯聚管（Extension Collimator）的方式來調整照野。

【 THOR熱中子柱改建為超熱中子束】

為了達到上述之超熱中子束設計的基本要求，清華大學需將THOR爐心核分裂所產(chǎn)生之快中子加以減速，另一方面將有害之加馬射線加以屏蔽，以減少快中子和加馬射線所造成之傷害，因此需在THOR-BNCT的改建過程中，特別設計在爐心至照射口之間，以Al、FluentalTM、Cd、Bi、Pb、Li2CO3-PE等材料組成濾屏，來將超熱中子束的射束質量進行優(yōu)化。

在完成THOR超熱中子束的優(yōu)化設計后，如何改建組裝也是另外一個問題，除了改建設施因THOR長期運轉導致結構材料被中子活化的高輻射劑量問題外，為了縮短照射位置與爐心的距離來提升中子束的強度，以及為了增加照射治療室內的空間方便病人以平躺治療方式進行180度旋轉，皆必須將THOR原結構水泥屏蔽體加以切割。

改建工程經(jīng)由結構安全分析確認切割補強過程不會造成THOR安全疑慮，改建計劃案經(jīng)原子能委員會審查通過后才開始進行改建工作。

下圖是整個THOR熱中子柱改建為超熱中子束的過程匯整：包括將舊有設施材料的移除、水泥屏蔽體的切割、新設計材料的組裝、設施定位及周邊輔助設施的配置…等，前后歷經(jīng)三年的時間才得以完成。

【預先模擬定位】

為能讓整體的治療作業(yè)程序更加順暢，并考慮各項治療作業(yè)所需之功能，THOR-BNCT除了中子照射治療室之外，還配置有仿真定位室、準備室/恢復室、以及劑量監(jiān)控室。

其中模擬定位室主要是做為病人預先模擬定位的用途，主要是考慮照射治療室中因為中子長期照射導致背景輻射劑量率較高，為了避免醫(yī)護人員及協(xié)助定位的工程人員接受不必要的輻射曝露，需要較長時間的預先模擬定位動作將在模擬定位室中完成；準備室/恢復室則是做為含硼藥物注射的場所、以及病人接受BNCT治療后的后續(xù)觀察監(jiān)測用途，此外，病人接受中子照射過程，醫(yī)師亦可在此透過TV-monitor監(jiān)視設備，全程掌握病人在治療室內的動態(tài)；劑量監(jiān)控室則是透過射束出口周圍預先布置的3組中子分裂腔計測系統(tǒng)，及時監(jiān)控進入病人體內的中子數(shù)量，進一步換算成病人累積接受劑量的實時信息(on-line monitor)，達到劑量給予的目的。