新興放射治療的微劑量研究

我國即將邁入高游離密度粒子的放射治療時代。長庚醫院即將引進國內首部質子治療機，其他幾所醫院也正規劃引進質子治療或碳離子治療，而榮民總醫院也和國立清華大學合作申請硼中子捕獲治療(阿伐粒子與鋰離子)的臨床試驗，此外含鉑標靶藥物之光子活化治療(photon activation therapy)(產生鄂惹電子Auger electron)則是目前國際上積極研發的一項新技術。這些新興放射治療的優點之一，包括它們在人體細胞內生物靶區(細胞核或DNA)的游離密度較高，換言之在相同吸收劑量下，這些粒子造成DNA 雙股斷裂的機率比一般放射治療之光子、電子來得大，因此新興放射治療的處方劑量，是經過線性能量(linealenergy)加權後的生物劑量(單位是GyE)，而非單純的物理吸收劑量(單位是Gy)。由於相對生物效應(relative biological effective, RBE)值與細胞的微劑量(microdosimetry)及DNA 分子的奈米劑量(nanodosimetry)有關，因此研究新興放射治療的微奈劑量非常重要，具有臨床應用與學術價值。本計畫將針對質子、重離子、鄂惹電子等高游離密度的輻射粒子，研究質子治療、碳離子治療、光子活化治療等，產生之細胞微劑量與DNA 奈米劑量，以評估新興放射治療的生物劑量。本計畫之研究，將先以理論與實驗方法模擬及度量新興放射治療的射束粒子分布，其次評估這些射束在人體不同位置之腫瘤與正常細胞的吸收劑量依存線性能量分布函數D(y)，然後代入腫瘤與正常細胞的生物加權函數R(y)中，即可求得該位置的有效相對生物效應值，最後再計算處方劑量所需之生物劑量，以提供臨床放射治療計畫中使用。本計畫採用之研究方法，包括：(1)使用蒙地卡羅(Monte Carlo)遷移程式，模擬新興放射治療機的射束，求得假體與人體中不同位置的二次粒子能譜與吸收劑量，(2)建構蒙地卡羅微劑量程式，評估新興放射治療的細胞微劑量，(3)建構蒙地卡羅微劑量程式，評估新興放射治療的DNA 奈米劑量，(4)研製迷你組織等效比例計數器(tissue equivalent proportional counter,TEPC)，度量新興放射治療的微劑量參數D(y)，(5)研製絕緣膜上矽(silicon on insulator, SOI)半導體微劑量計，度量新興放射治療的微劑量參數D(y)，(6)研究不同種類細胞之生物加權函數與線性能量的關係R(y)，(7)研究高強度單能光子誘發含鉑標靶藥物產生光電效應後，在人體細胞內產生鄂惹電子的光子活化放射治療微奈劑量。計畫主持人實驗室近年來致力於微劑量與奈米劑量的研究，建立了多種理論計算與實驗度量的方法與技術，包括：模擬細胞S 值(cellular S-value)的蒙地卡羅程式、模擬DNA雙股斷裂的蒙地卡羅程式NMC、研製硼中子捕獲治療用的組織等效比例計數器等，研究成果均發表於SCI 國際學術期刊，並多次受邀至國際會議或國外機構發表專題演講。這些研究經驗與成果，將有助於本計畫新興放射治療的微奈劑量研究，而部分前已開發的程式與儀器設備，也可在經過修改後應用於本計畫之研究。本計畫將分三年執行，研究成果除可提供國內新興放射治療臨床所需的數據之外，還可提升我國新興放射治療之微奈劑量的研究水平，且為國家培育此一領域的碩博士級研究人才。

系統編號:PC9907-0700
原計畫編號:NSC99-2314-B182-041