一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法技術

本發明專利技術提供了一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法，屬于重離子治療技術領域，本發明專利技術通過使用

【技術實現步驟摘要】
一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法


[0001]本專利技術屬于重離子治療
，尤其涉及一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法
。

技術介紹

[0002]重離子治療是當今最先進的腫瘤放射技術，當重離子束射入人體時不會馬上釋放大量的能量，而到達腫瘤區域后重離子與腫瘤相互作用后將能量傳遞給腫瘤組織，在深度劑量分布圖上重離子射程的末端形成布拉格峰
(Bragg Peak)
，布拉格峰后端能量急劇下降，因此重離子的大部分能量沉積到射程的末端，從而盡可能使腫瘤附近的正常組織免受不必要的電離輻照
。
相較于傳統的
X
射線和
γ
射線放射治療，重離子放療有如下顯著優勢：
1、
相對生物學效應
(RBE)
明顯；
2、
線性傳能密度高；
3、
氧增比低；
4、
細胞周期依賴程度低；
5、
治療周期短；
6、
分次依賴程度低；
7、
抑制腫瘤血管生成
。
[0003]在眾多重離子中有一類特殊的重離子束
(
如9C
離子
、8B
離子和8Li
離子等
)
，不僅自身在射程末端形成
Bragg
峰把大量能量傳遞給靶物質，而且這類特殊的重離子屬于不穩定核素，自身衰變生成次級帶電粒子
(
如次級
α
粒子
、
電子等
)
，這些次級帶電粒子射程極短，一般在一個或幾個細胞，同樣能達到殺死腫瘤的效果，衰變半衰期
T
1/2
約為幾十到幾百個毫秒之間，而重離子束穿過人體到達腫瘤區域時間為
10
?5ms
數量級過程，因此該類重離子衰變過程幾乎在腫瘤區域完成
。
這類重離子放射源被統稱為雙重放射源
。
例如8Li
重離子治療腫瘤時
(
如圖1所示
)
，不僅自身在射程末端形成
Bragg
峰把能量傳遞給靶物質，8Li
核
β
衰變后形成激發態8Be
核，8Be
進一步衰變發射兩個能量為
1.50MeV
的低能
α
粒子，其半衰期
T
1/2
≈840ms
，離子束穿過人體到達腫瘤區域平均時間為
10
?5ms
數量級，因此8Li
重離子衰變過程通常在腫瘤區域進行
。
低能
α
具有很高的相對生物效應
(
一般4～6之間
)
在小范圍內
(
水中射程從幾個
μ
m
到幾百
μ
m)
沉積的能量導致細胞內輻射敏感靶的團簇損傷
。
[0004]在使用雙重輻射源治療腫瘤時，不僅存在外照射線進入腫瘤區域與腫瘤靶物質相互作用最終殺死腫瘤細胞的過程，還包括在此過程中伴隨重離子束衰變產生帶電粒子后對腫瘤細胞損傷的過程
。
然而目前并沒有能夠評估
、
計算重離子束衰變產生的次級帶電粒子對細胞損傷程度的方法，也沒有計算雙重輻射源在細胞的不同位置衰變后產生的次級帶電粒子對細胞的損傷程度的方法
。
且若采用電離輻射試驗研究雙重輻射源對腫瘤細胞的影響，會對實驗人員產生一定的職業傷害
。
[0005]因此，獲得一種既能避免職業傷害，又能分析出次級帶電粒子對細胞損傷的程度的方法是十分必要的
。

技術實現思路

[0006]有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法，該方法通過使用
Monte Carlo
法的
MCNP
程序建立多種形態的細胞模型，實現了使用雙重輻射源內照射細胞時對細胞輻射吸收劑量和細胞存活率的計算
。
[0007]為實現上述目的，本專利技術提供了以下技術方案：
[0008]本專利技術提供了一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法，包括如下步驟：
[0009](1)
使用
Monte Carlo
法的
MCNP
程序中的曲面元卡定義細胞和細胞核的形狀
、
半徑大小，在柵元描述卡中，以坐標原點為球心，將模型置于三維坐標中，定義模型的密度；
[0010](2)
使用材料描述卡填充細胞各部分的化學元素及對應的化學成分，使用
SDEF
通用源卡對模擬模型的中可能出現衰變放出次級粒子的位置
、
種類
、
能量大小
、
抽樣參考點進行描述；
[0011](3)
模擬雙重輻射源分別在細胞表面
、
細胞質或細胞核中衰變的過程，使用
MCNP
數據卡記錄
、
統計三種情況下細胞核內的單次吸收劑量，計算衰變產生的次級粒子在細胞模型中輸運造成細胞對輻射的單次平均吸收劑量
D
；
[0012](4)
將步驟
(3)
計算獲得的單次平均吸收劑量
D
代入公式
(1)
中，計算獲得細胞存活率；
[0013]所述公式
(1)
為：
[0014]α
D+
β
D2＝
?
ln S
???
公式
(1)
[0015]其中，
[0016][0017][0018][0019]α
為早期反應損傷系數，
β
為晚期反應系數，
D
為單次平均吸收劑量，
S
為細胞存活率，
Y
為
DNA
雙鏈斷裂產額，
λ
為每個細胞每個初級顆粒的
DNA
雙鏈斷裂的產率，
λ
p
是由引起
DNA
雙鏈斷裂的每個初級粒子產生的
DNA
雙鏈斷裂的平均數，
ξ
為
DNA
雙鏈斷裂末端與來自相同初級粒子誘導的不同
DNA
雙鏈斷裂末端連接的平均概率，
μ
x
為同一
DNA
雙鏈斷裂的另一端正確連接的平均概率，
μ
y
為錯誤修復的靈敏度，
η
為
DNA
雙鏈斷裂末端與由不同初級粒子誘導的
DNA
雙鏈斷裂末端連接的平均概率，為非輻射誘導的
DNA
雙鏈斷裂平均概率...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種分析雙重輻射源內照射對細胞損傷程度的方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)
使用
Monte Carlo
法的
MCNP
程序中的曲面元卡定義細胞和細胞核的形狀
、
半徑大小，在柵元描述卡中，以坐標原點為球心，將模型置于三維坐標中，定義模型的密度；
(2)
使用材料描述卡填充細胞各部分的化學元素及對應的化學成分，使用
SDEF
通用源卡對模擬模型的中可能出現衰變放出次級粒子的位置
、
種類
、
能量大小
、
抽樣參考點進行描述；
(3)
模擬雙重輻射源分別在細胞表面
、
細胞質或細胞核中衰變的過程，使用
MCNP
數據卡記錄
、
統計三種情況下細胞核內的單次吸收劑量，計算衰變產生的次級粒子在細胞模型中輸運造成細胞對輻射的單次平均吸收劑量
D
；
(4)
將步驟
(3)
計算獲得的單次平均吸收劑量
D
代入公式
(1)
中，計算獲得細胞存活率；所述公式
(1)
為：
α
D+
β
D2＝
?
ln S
?????
公式
(1)
其中，其中，其中，
α
為早期反應損傷系數，
β
為晚期反應系數，
D
為單次平均吸收劑量，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張毅，蘭長林，胡銀祥，蘇勝發，
申請(專利權)人：貴州醫科大學附屬醫院，
類型：發明
國別省市：