基于胶束凝胶剂量计的硼中子俘获治疗质量保证中剂量组分甄别方法研究

为解决硼中子俘获治疗(BNCT)中复杂混合辐射场(中子/γ射线)的三维剂量分布测量难题，日本京都大学团队创新性地开发了含硼酸/尿素添加剂的亮晶紫(LCV)胶束凝胶剂量计。通过优化表面活性剂(CTAB替代Tx-100)和敏化剂(TCE)浓度，显著降低剂量率依赖性(＜5%)和自氧化显色效应，并提升对10 B(n,α)反应产物的高LET辐射响应。该研究在KUR-HWNIF设施验证了四种配方对硼/氮/氢/γ剂量组分的甄别能力，为BNCT精准三维剂量学提供新工具。

　　

在肿瘤放射治疗领域，硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)因其"生物靶向性"优势备受关注。该技术通过给患者注射含¹⁰
B的药物，利用¹⁰
B与热中子发生的(n,α)核反应产生高线性能量转移(Linear Energy Transfer, LET)的α粒子和⁷
Li粒子，可精准杀伤肿瘤细胞而保护正常组织。然而BNCT面临一个关键挑战：其辐射场包含硼剂量、氮剂量、氢剂量和γ剂量四种组分，且空间分布复杂，传统零维/一维剂量测量方法难以满足精准治疗需求。

现有质量保证(Quality Assurance, QA)主要依赖热释光剂量计(TLD)和电离室等点测量设备，无法获取三维剂量分布。虽然凝胶剂量计因其水等效性和三维成像能力被视为理想解决方案，但存在剂量率依赖性、自氧化显色、对高LET辐射响应不足等技术瓶颈。更棘手的是，不同剂量组分在凝胶中的响应特性差异尚未系统表征，这严重制约了BNCT治疗计划的验证精度。

针对这些难题，日本京都大学反应堆研究所的Narita Ryosuke团队在《Applied Radiation and Isotopes》发表创新研究。他们基于亮晶紫(Leucocrystal Violet, LCV)胶束凝胶剂量计平台，通过材料改性和辐射响应表征，建立了BNCT多组分剂量甄别方法。研究首先采用PHITS 3.20程序模拟不同配方凝胶的中子响应特性，筛选出轻水/重水基凝胶分别用于氢/γ剂量测量，含硼酸/尿素凝胶分别用于硼/氮剂量测量。实验验证阶段，团队在京都大学重水中子辐照设施(KUR-HWNIF)和⁶⁰
Co γ辐照装置开展系统研究，发现用十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium Bromide, CTAB)替代传统Triton X-100可显著抑制自氧化，调整CTAB与三氯乙酸(Trichloroacetic Acid, TCAA)浓度能将剂量率依赖性控制在5%以内。特别值得注意的是，添加2,2,2-三氯乙醇(Trichloroethanol, TCE)作为自由基引发剂，使凝胶对(n,α)反应产物的响应提升3倍以上。

关键技术方法包括：1) 基于PHITS程序的蒙特卡罗模拟优化凝胶配方；2) 在KUR-HWNIF开展热/超热中子辐照实验；3) 紫外-可见分光光度法测定显色响应；4) CTAB胶束体系构建与稳定性测试。研究样本为自主配制的四类凝胶：标准型(轻水基)、重水型(D₂
O替代H₂
O)、硼酸型(含50 mM ¹⁰
B)、尿素型(含2000 mM氮源)。

【Preparation of gel dosimeters】章节显示，蒙特卡罗模拟证实：含50 mM硼酸的凝胶对热中子灵敏度达标准凝胶的1700倍，2000 mM尿素凝胶则提高40倍。这种组分依赖性响应为剂量甄别奠定物理基础。

【Improvement of gel dosimeter composition】部分揭示关键发现：CTAB-TCAA-TCE三元体系将自氧化速率降低至0.003 Abs/h，且对0.1-5 Gy/min剂量率变化不敏感。重水基凝胶的γ灵敏度比轻水基低15%，而硼酸凝胶在热中子场中呈现特异性响应。

研究结论指出，这种多组分凝胶系统首次实现了BNCT辐射场的三维剂量解构。通过组分优化使硼剂量测量灵敏度达0.35 Abs/Gy，空间分辨率优于1 mm。该技术突破不仅解决了混合辐射场剂量学难题，其建立的CTAB-TCE稳定化策略更为其他类型凝胶剂量计开发提供普适性方案。正如通讯作者Sakurai Yoshinori强调的，这项工作将推动BNCT从"计算模拟主导"向"实验验证主导"的QA模式转变，为2020年日本纳入医保的BNCT治疗提供关键质控工具。未来通过集成光学CT读取技术，有望发展成临床常规QA设备。