고속 중성자 치료

Fast neutron therapy
고속 중성자 치료
UW Therapy room.jpg
중성자 방사선 치료를 위한 환자 치료실
ICD-10-PCSD? 0? 5ZZ
ICD-992.26

고속 중성자 치료는 암을 치료하기 위해 일반적으로 50-70 MeV 사이의 높은 에너지 중성자를 사용한다.대부분의 고속 중성자 치료 빔은 원자로, 사이클로트론(d+Be) 및 선형 가속기에 의해 생성된다.중성자 치료는 현재 독일, 러시아, 남아프리카, 미국에서 이용 가능하다.미국에서는 워싱턴 주 시애틀에 한 치료 센터가 운영되고 있습니다.시애틀 센터는 베릴륨 표적에 충돌하는 양성자 빔을 생성하는 사이클로트론을 사용한다.

이점

방사선 치료는 방사선원의 유효 에너지에 따라 두 가지 방법으로 암세포를 죽인다.입자가 조직의 단면을 통과할 때 축적되는 에너지의 양을 선형 에너지 전달(LET)이라고 합니다. X선은 낮은 LET 방사선을 생성하고 양성자와 중성자는 높은 LET 방사선을 생성합니다.저LET 방사선은 활성산소 종의 생성을 통해 주로 세포를 손상시킵니다. 활성산소를 참조하십시오.중성자는 충전되지 않고 핵 구조에 직접적인 영향을 미쳐 세포를 손상시킨다.악성 종양은 산소 농도가 낮은 경향이 있기 때문에 낮은 LET 방사선에 내성이 있을 수 있습니다.이것은 특정 상황에서 중성자에게 유리하다.한 가지 장점은 일반적으로 시술 주기가 짧다는 것입니다.같은 수의 암세포를 죽이기 위해 중성자는 [1]양성자의 3분의 1의 유효선량을 필요로 한다.또 다른 장점은 타액선, 아데노이드 낭포암, 특정 유형의 뇌종양, 특히 높은 등급의 신경교종과 같은 일부 암을 더 잘 치료할 수 있는 중성자의 확립된 능력이다.

허락하다

Low LET 전자와 High LET 전자의 비교

치료 에너지 X선(1 - 25 MeV)이 인간 조직의 세포와 상호작용할 때 주로 콤프턴 상호작용에 의해 상호작용하며 상대적으로 높은 에너지 2차 전자를 생성한다.이러한 고에너지 전자는 약 1keV/µm의 [3]속도로 에너지를 축적합니다.이에 비해 중성자 상호작용 현장에서 생성된 하전 입자는 30–80 keV/µm의 속도로 에너지를 전달할 수 있다.입자가 조직의 단면을 통과할 때 축적되는 에너지의 양을 선형 에너지 전달(LET)이라고 합니다. X선은 낮은 LET 방사선을 생성하고 중성자는 높은 LET 방사선을 생성합니다.

X선에서 생성된 전자는 높은 에너지와 낮은 LET를 가지기 때문에, 그것들이 세포와 상호작용할 때 전형적으로 몇 가지 이온화만 발생합니다.그러면 낮은 LET 방사선이 DNA 나선의 단일 가닥만 끊어지게 할 가능성이 있습니다.DNA 분자의 단일 가닥 파손은 쉽게 복구할 수 있으며, 따라서 표적 세포에 미치는 영향이 반드시 치명적일 필요는 없습니다.반면 중성자 조사에 의해 생성된 높은 LET 하전 입자는 세포를 통과할 때 많은 이온화를 일으키기 때문에 DNA 분자의 이중사슬 파괴가 가능하다.이중가닥절단의 DNA 복구는 세포가 복구하는 것이 훨씬 더 어렵고 세포사망으로 이어질 가능성이 더 높습니다.

DNA 복구 메커니즘은 매우 [4]효율적이며, 세포의 수명 동안 수천 개의 단일 가닥 DNA 파괴가 복구될 것입니다.그러나 충분한 양의 이온화 방사선은 너무 많은 DNA 파괴를 초래하여 세포 메커니즘의 대처 능력을 압도합니다.

중이온 치료법(예: 탄소 이온)은 마찬가지로 높은 LET의6+ C [5][6]이온을 사용합니다.

높은 LET 때문에, 고속 중성자의 상대적 방사선 손상(상대 생물학적 영향 또는 RBE)은 X선의 [7][8]4배이다. 즉, 고속 중성자 1라드는 X선의 4라드와 같다.중성자의 RBE도 에너지에 의존하기 때문에, 다른 시설에서 다른 에너지 스펙트럼으로 생성된 중성자 빔은 다른 RBE 값을 가질 것이다.

산소 효과

세포에 산소가 존재하면 방사선의 영향을 더 많이 받는 방사선 감작제 역할을 한다.종양 세포는 일반적으로 정상 조직보다 산소 함량이 낮다.이 질환은 종양 저산소증으로 알려져 있으며, 따라서 산소 효과는 종양 [9]조직의 민감도를 감소시키는 역할을 한다.산소 효과는 OER(산소 증강 비율)로 정량적으로 설명할 수 있습니다.반론도 있지만 일반적으로 중성자 조사로 종양 [10]저산소증을 극복하는 것으로 알려져 있다.[11]

임상 용도

전립선암에 사용되는 중성자 빔의 효과는 무작위 시험을 통해 [12][13][14]입증되었다.침샘 [15][16][17][18][19][20][21][22]종양에 빠른 중성자 치료가 성공적으로 적용되었다.아데노이드 낭포암도 치료되었다.[23][24]그 밖에도 다양한 두경부 [25][26][27]종양이 관찰되고 있습니다.

부작용

부작용의 위험이 없는 암 치료법은 없다.중성자 치료는 매우 강력한 핵 메스로 정교한 주의를 기울여 사용해야 한다.예를 들어, 그것이 성취할 수 있었던 가장 주목할 만한 치료법 중 일부는 두경부암이다.이 암들 중 많은 것들이 다른 치료법으로 효과적으로 치료될 수 없다.하지만, 뇌와 감각 뉴런과 같은 근처의 취약한 부분에 대한 중성자 손상은 돌이킬 수 없는 뇌 위축, 실명 등을 야기할 수 있다.이러한 부작용의 위험은 몇 가지 기술로 크게 완화될 수 있지만 완전히 제거할 수는 없습니다.게다가, 일부 환자들은 다른 환자들보다 그러한 부작용에 더 민감하며, 이것은 예측할 수 없다.환자는 궁극적으로 다른 방법으로는 치료할 수 [28]없는 암에 직면했을 때 지속 가능한 치료법의 장점이 이 치료법의 위험성보다 더 큰지 결정해야 한다.

고속 중성자 중심

세계의 몇몇 센터들은 암을 치료하기 위해 빠른 중성자를 사용해 왔다.자금과 지원이 부족하기 때문에 현재 미국에서 활동하고 있는 것은 3개뿐입니다.워싱턴 대학과 거센슨 방사선 종양학 센터는 고속 중성자 치료 빔을 운영하고 있으며, 둘 다 중성자 [29][30][31]빔을 형성하기 위한 MLC(다엽 콜리메이터)를 갖추고 있습니다.

워싱턴 대학교

방사선종양학과는[32] 50.5MeV 양성자를 베릴륨 표적으로 유도하여 고속 중성자를 생성하는 양성자 사이클로트론을 운영하고 있다.UW Cyclotron에는 갠트리에 장착된 전달 시스템과 MLC가 장착되어 있어 형상 필드를 생성합니다.UW 중성자 시스템을 임상 중성자 치료 시스템(CNTS)[33]이라고 한다.CNTS는 대부분의 중성자 치료 시스템의 전형이다.일반인에 대한 방사선 피폭을 줄이고 필요한 장비를 수용하기 위해 잘 차폐된 대형 건물이 필요하다.

워싱턴 대학교 CNTS
  • UW Cyclotron

    UW 사이클로트론

  • Multi-Leaf Collimator (MLC) used to shape the neutron beam

    중성자 빔을 형상화하는 데 사용되는 MLC(다엽 콜리메이터)

  • Schematic of a treatment field delivery. The patient couch has been rotated, along with the gantry so the neutron beam will enter obliquely, to give maximum sparing of normal tissue.

    치료 현장 전달의 개략도.환자 소파가 갠트리와 함께 회전하여 중성자 빔이 비스듬히 들어가 정상 조직이 최대한 절약되도록 했습니다.

  • Example of a treatment neutron field collimated using a neutron MLC

    중성자 MLC를 사용하여 시준된 처리 중성자장의 예

빔 라인은 사이클로트론에서 갠트리계로 양성자 빔을 반송한다.갠트리 시스템에는 양성자 빔을 베릴륨 타깃으로 편향하고 초점을 맞추기 위한 자석이 포함되어 있습니다.갠트리 시스템의 끝을 헤드라고 하며, MLC 및 기타 빔 성형 장치와 함께 선량을 측정하기 위한 선량측정 시스템이 포함되어 있습니다.빔 이송 및 갠트리의 장점은 사이클로트론이 정지 상태를 유지할 수 있고 방사선원이 환자 주위를 회전할 수 있다는 것입니다.환자가 위치한 치료 소파의 방향과 함께, 갠트리 위치의 변화는 방사선을 거의 모든 각도에서 향하게 하여 정상 조직을 절약하고 종양에 대한 방사선량을 최대화할 수 있습니다.

치료 중에는 환자만 치료실(금고라고 함)에 남아 있고 치료사는 비디오 카메라를 통해 환자를 보면서 치료를 원격으로 제어합니다.설정된 중성자 빔 형상의 각 전달을 처리장 또는 빔이라고 한다.치료제 전달은 방사선을 가능한 한 효과적으로 전달하도록 계획되며, 일반적으로 현미경 질환을 커버하기 위한 확장과 함께 총 목표물의 모양에 부합하는 필드를 생성한다.

웨인 주립 대학교 카르마노스 암 센터

디트로이트에 있는 카르마노스 암 센터/웨인 주립 대학(KCC/WSU)의 거센슨 방사선 종양학 센터의 중성자 치료 시설은 워싱턴 대학의 CNTS와 몇 가지 유사점을 가지고 있지만, 또한 많은 독특한 특징을 가지고 있다.이 유닛은 2011년에 해체되었습니다.

KCC/WSU Cyclotron의 MLC
  • Schematic of MLC

    MLC의 개요

  • Photo of the MLC

    MLC 사진

  • Schematic of the KCC/WSU gantry mounted superconducting cyclotron

    KCC/WSU 갠트리 탑재 초전도 사이클로트론 개략도

CNTS가 양성자를 가속하는 동안 KCC 시설은 48.5MeV 중수소를 베릴륨 표적에 가속시켜 중성자 빔을 생성한다.이 방법은 4 MV 광자 빔과 거의 유사한 깊이 선량 특성을 가진 중성자 빔을 생성한다.중수소는 GMSCC(gantry mounted superchonducting cyclotron)를 사용하여 가속되므로 빔 스티어링 자석이 추가로 필요하지 않으며 중성자원이 환자 소파 주위에서 360° 완전히 회전할 수 있습니다.

방통위 시설에는 CNTS를 제외한 미국 내 유일한 중성자 치료 센터인 MLC 빔 [34]성형 장치도 설치돼 있다.KCC 시설의 MLC에는 3-D 중성자 [35]치료보다 표적 종양 부위에 더 많은 방사선량을 제공할 수 있는 중성자 빔 치료의 최근 발전된 중성자 빔 치료인 강도 변조 중성자 방사선 치료(IMNRT)를 구현할 수 있는 치료 계획 소프트웨어가 추가되었다.

KCC/WSU는 전립선암 중성자 치료를 10년 동안 거의 1,000명의 환자를 치료하면서 전립선암에 대한 중성자 치료의 경험이 세계 어느 나라보다 많다.

페르미랍 / 노던일리노이 대학교

페르미랍 중성자 치료 센터는 [36]1976년에 처음으로 환자들을 치료했고, 그 이후로 3,000명 이상의 환자들을 치료했다.2004년, Northern Illinois University는 센터를 관리하기 시작했다.페르미랍의 선형 가속기에 의해 생성된 중성자는 미국에서 사용 가능한 가장 높은 에너지와 세계에서 가장 높은 에너지를 가지고 있다.

페르미랍 센터는 2013년에 [40]해체되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Keyhandokht Shahri, Laleh Motavali, Hassem Hakimabad."암 치료에서의 중성자 응용" 그리스 핵의학 저널 14:2 (2011년 5월~8월)
  2. ^ 양봉이, 장원원, 리자제, 왕신엘, 천지청, 지웨이장.중성자 포획 치료를 위한 붕소 전달 가능성을 높이기 위한 18F-FBPA-Fr 초음파 유도 혈액-뇌 장벽 장애 후 약물동태학적 분석 및 흡수" 핵의학 저널 55:616–621(2014)
  3. ^ 존스 HE와 커닝햄 JR.방사선의 물리학.찰스 C 토마스 제3판 1978년
  4. ^ Goodsell DS.암 의학의 기초 분자적 관점: 이중 가닥 DNA가 종양학자를 부수다, 제10권, 제5호, 제361-362호, 2005년 5월
  5. ^ 쿠보타N, 스즈키M, 후루사와Y, 안도K, 코이케S, 카나이T, 야타가이F, 오무라M, 다쓰자키H, 마츠바라S 등인간 골육종 세포에서 변형된 탄소 이온과 빠른 중성자의 생물학적 영향 비교.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제33권, 제1호, 1995년 8월 30일, 135~141쪽
  6. ^ 독일 암 연구 센터
  7. ^ 피그놀 JP, 슬래버트 J, 빈스 P.고속 중성자 스펙트럼의 몬테 카를로 시뮬레이션: 효과 함수와 RBE와의 상관 관계를 가진 평균 선형 에너지 추정.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제49권, 제1호, 2001년 1월 1일, 251~260쪽
  8. ^ 테론 T, 슬래브버트 J, 세라핀 A 및 뵐 L.광자에 대한 고유 세포 방사선 감수성 평가와 높은 선형 에너지 전달 중성자 조사를 위한 세포 운동 매개변수의 장점.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제37권, 제2호, 1997년 1월 15일, 423~428쪽
  9. ^ 보펠 P, 해리슨 L.종양 저산소증:원인인자, 보상 메커니즘 및 세포반응 종양학자 2004;9 (공급 5): 4–9
  10. ^ 윔버시 A, 리처드 F, 브레토 N전 세계적으로 고속 중성자 치료의 개발.방사선 생물학적, 임상적, 기술적 측면.액타온콜. 1994;33(3):261-74.
  11. ^ Warenius HM, White R, Peacock JH, Hanson J, Richard A.브리튼, 머레이 D62.5MeV(p→Be) 고속 중성자와 4MeV 광자에 대한 인간 종양 세포의 상대적 민감도에 대한 저산소증의 영향.방사선 연구 154, 54–63 (2000)
  12. ^ Russell KJ, Caplan RJ, Laramore GE 등국소적으로 진행된 전립선암 치료에서 광자 대 고속 중성자 외부 빔 치료: 무작위 사전 시험 결과.국제방사선종양학·생물학·물리학 저널 28(1): 47-54, 1993.
  13. ^ Haraf DJ, Rubin SJ, Sweeney P, Kuchnir FT, Sutton HG, Chodak GW 및 Weichelbaum RR.국소적으로 진행된 전립선암의 광자 중성자 혼합 방사선 치료.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제33권, 제1호, 1995년 8월 30일, 3-14페이지
  14. ^ Forman J, Ben-Josef E, Bolton SE, Prokop S 및 Teky-Mensah S. 장기 제한 전립선암에서 순차 중성자-광자-중성자 조사에 대한 무작위 사전 시험.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제54권, 제2호, 부록 1, 2002년 10월 1일, 10-11페이지
  15. ^ 더글러스 JD, 코 WJ, 오스틴-시모어, M, 라라모어 GE빠른 중성자 방사선 치료를 통한 침샘 종양 치료.아치오톨린골 머리 목 수술 제129944~948 2003년 9월
  16. ^ Laramore GE, Krall JM, Griffin TW, Duncan W, Richter MP, 사로자 KR, Maor MH, Davis LW.절단 불가능한 침샘 종양에 대한 중성자 대 광자 조사: RTOG-MRC 무작위 임상 시험의 최종 보고서.국제 J 라디오 온콜 비올 물리 1993년 9월 30일;27일 (2):235-40.
  17. ^ 라라모어 GE.수술 불가능한 침샘 종양에 대한 빠른 중성자 방사선 치료: 이것이 선택한 치료인가?Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1987년 9월 13일 (9) : 1421-3.
  18. ^ Prot FJ, Micke O, Pötter R, Haverkamp U, Schüler P 및 Willich N. 2137 침샘의 아데노이드 낭포성 암의 빠른 중성자 치료 결과.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제39권, 제2호, 부록 1, 1997, 309쪽
  19. ^ 사로자 KR, 만셀 J, 헨드릭슨 FR 등:페르미랍에서 중성자로 처리된 악성 침샘 종양에 대한 최신 정보입니다.Int J Radiat Oncol Biol Phys 13 (9) : 1319 ~ 25, 1987.
  20. ^ Buchholz TA, Laramore GE, Griffin BR 등:고도 침샘 악성 종양 관리에서 빠른 중성자 방사선 치료의 역할.게자리 69 (11): 2779 ~88, 1992.
  21. ^ Krüll A, Schwarz R, Enghart R 등:유럽에서는 악성 침샘 종양에 대한 중성자 치료를 한다.황소암 방사기 83 (공급장치): 125-9s, 1996
  22. ^ NCI 침샘 암 페이지도 참조하십시오.
  23. ^ 아데노이드 낭종 중성자 방사선 치료법 2006년 9월 25일 웨이백 머신에 보관
  24. ^ Douglas JG, Laramore GE, Austin-Seymour M, Ko WJ, Lindsley KL, Cho P, Griffin TW.경미한 침샘의 아데노이드 낭포암에 대한 중성자 방사선 치료.국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제36권, 제1호, 1996년 8월 1일, 87~93쪽
  25. ^ 맥두걸 RH, 오르 JA, 커 GR 및 던컨 W. 머리와 목의 편평상피세포암에 대한 고속 중성자 처리: 에든버러 무작위 시험 최종 보고서.BMJ. 1990년 12월 1일; 301(6763) : 1241~1242.
  26. ^ 아스가랄리 S, 에링턴 RD, 존스 AS두경부 악성 종양에 대한 빠른 중성자 치료 후 재발 치료.Clin Otolaryngol Allied Sci. 1996년 6월 21일(3):274-7.
  27. ^ K.J. 스텔저, K.L. 린즐리, P.S. 조, G.E. 라라모어, T.W. 그리핀고속 중성자 방사선 치료:워싱턴 대학의 경험과 붕소 중성자 포획에 따른 부수적 부스트의 잠재적 사용.방사선방호 선량측정 70:471–475(1997)
  28. ^ 중성자 치료의 전설: 경고 이야기 – Medical Physics Web
  29. ^ 브라흐메 A, 엔마 J, 린드백 S, 몬텔리우스 A, 우튼 P.연속 가변 다엽 콜리메이터를 사용한 베릴륨의 50MeV 양성자의 중성자 빔 특성.Radiother Oncol. 1983년 8월 1일: 65~76일.
  30. ^ 팔 JB일반 및 강도 변조 고속 중성자 치료를 위한 소형 다엽 콜리메이터 2004년 4월 의학 물리학 제3권, 제4호, 페이지 951
  31. ^ Farr JB, Maughan RL, Yudlev M, Blosser E, Brandon J, 등각 및 강도 변조 고속 중성자 치료를 위한 Horste T 콤팩트 다엽 콜리메이터:전기 기계 설계 및 검증 의학 물리학 – 2006년 9월 – 제33권, 제9호, 페이지 3313–3320
  32. ^ 워싱턴 대학교(UW) 방사선 종양학과
  33. ^ 2011년 7월 20일 웨이백 머신에 보관된 임상 중성자 치료 시스템(CNTS)
  34. ^ Farr, J. B., R. L. Maughan 등(2007)."고속 중성자 다엽 시준기의 방사선학적 검증"Med Phys 34(9) : 3475 ~3484.
  35. ^ Santam, L., T. He 등(2007)."전립선암 치료를 위한 강도 변조 중성자 방사선 치료"Int J Radiat Oncol Biol Phys 68(5): 1546–1556.
  36. ^ 코헨 L과 레녹스 A.중서부 페르미랍 중성자 치료 연구소입니다국제방사선종양학저널, 생물학, 물리학, 제34권, 제1호, 1996년 1월 1일, 269쪽
  37. ^ 특이하고 입증된 암 치료제인 중성자 치료법의 부활
  38. ^ "About Us". NIU Institute for Neutron Therapy. Archived from the original on December 20, 2008. Retrieved April 24, 2010.
  39. ^ "Neutrons Against Cancer" (PDF). NIU Institute for Neutron Therapy. Archived from the original (PDF) on November 4, 2009. Retrieved April 24, 2010.
  40. ^ [https://www-bd.fnal.gov/ntf/ 중성자 치료]

외부 링크