基于PVA-GTA-I放射变色凝胶剂量计的硼中子俘获治疗三维剂量分布评估初探

【编辑推荐】为解决硼中子俘获治疗(BNCT)中三维剂量分布评估难题，研究人员开发了含10B/6Li增敏剂的PVA-GTA-I凝胶剂量计，通过核反应堆中子辐照实验证实其可检测热中子俘获反应剂量，伪一维深度剂量分布与模拟结果吻合，为未来光学CT三维测量奠定基础。

　　

在癌症治疗领域，硼中子俘获治疗(BNCT)因其"细胞级精准杀伤"特性备受关注。这种疗法利用¹⁰B与热核子发生核反应产生高线性能量转移(LET)的α粒子和⁷Li，能在肿瘤细胞内实现能量局域化沉积。然而，中子束与生物组织中多种核素（如¹⁴N、¹H）的复杂相互作用，使得剂量评估成为临床应用的重大挑战。传统点探测器无法满足三维剂量分布测量需求，而现有凝胶剂量计又存在辐射灵敏度低、稳定性差等缺陷。

针对这一技术瓶颈，日本近畿大学原子能研究所的研究团队在《Applied Radiation and Isotopes》发表创新性研究。他们开发的新型PVA-GTA-I（聚乙烯醇-戊二醛-碘化物）放射变色凝胶剂量计，通过碘化物与PVA的显色反应实现剂量可视化，并创新性地引入¹⁰B和⁶Li作为中子增敏剂。研究采用核反应堆中子辐照系统，结合分光光度法测量486nm处吸光度变化，构建伪一维深度剂量分布模型，并与蒙特卡罗模拟结果进行比对验证。

【关键技术方法】
研究主要采用：1）多组分凝胶制备技术（含KI、KNO₃、果糖等）；2）研究用核反应堆中子辐照系统；3）紫外-可见分光光度法检测486nm特征吸收峰；4）深度剂量分布模拟算法。实验使用近畿大学教育反应堆(UTR-KINDAI)作为中子源。

【研究结果】

凝胶制备
通过优化PVA（88%皂化度）与GTA交联体系，添加GDL调控pH值，制备出具有光学透明性的凝胶基质。含¹⁰B（100ppm）和⁶Li（16ppm）的配方显示出最佳中子敏感性。

X射线辐照
6MV X射线辐照实验证实，剂量在0-10Gy范围内，486nm吸光度与剂量呈线性相关（R²>0.98），验证了基础剂量响应特性。不含增敏剂的凝胶仅显示本底辐射响应。

中子辐照响应
含¹⁰B凝胶在中子辐照后吸光度增幅达300%，显著高于对照组。深度剂量分布曲线显示：1）表面区域由¹H(n,γ)²H反应主导；2）5-15mm深度出现¹⁰B(n,α)⁷Li反应峰；3）⁶Li组在2mm处产生特征剂量峰，与模拟结果空间偏差<±3%。

【结论与意义】
该研究首次证实PVA-GTA-I凝胶剂量计可同时检测BNCT中¹⁰B和⁶Li的俘获反应剂量，其三维剂量保持特性（72小时稳定性RSD<5%）优于传统Fricke凝胶。通过建立"多核素响应矩阵"，未来可望实现：1）临床BNCT治疗计划验证；2）混合辐射场剂量组分分离；3）新型增敏剂开发评估。研究为发展基于光学CT的三维剂量成像系统提供了关键材料基础，推动BNCT治疗精准化进程。