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长庚医讯

— 2016年7月1日发刊  —

第三十七卷第七期

粒子***之奈微剂量研究

◎长庚大学放射医学研究院院长 董传中

根据粒子***国际合作组织（Particle Therapy Co-operative Group，PTCOG）2014年公布的资料显示，全世界共有15国54所医院实施粒子***，其中德、义、日、中等国拥有8部碳离子***机，其余各国则设置质子***机。我国林口长庚医院新建之四部质子***机已有两部投入临床*****，另外两部正进行***阶段之设备调校，完成后即可加入临床*****，全力服务国内外**病人。

恶性**是坏的组织，必须加以去除，但**包覆在好的正常组织之中，要去除**、又要避免伤害正常组织，这是放射***的相当大挑战。

粒子***的优点有二优点一

它具有布拉格尖峰的特性，相当大剂量落在**处，**前方正常组织的剂量很小，**后方正常组织的剂量为零。

优点二

单一粒子杀死**的能力高于单一光子，换言之单一粒子的辐射质量或相对生物效应大于单一光子，示意可以得印证。

一般认为游离辐射导致细胞死亡之根本原因，是细胞核的脱氧核糖核酸（DNA）双股接受辐射剂量断裂所致。当相邻两次游离之间距在2～3奈米（约为DNA的作用宽度）时，粒子辐射非常容易造成DNA双股断裂，故相对生物效应值相当大。反之，具低度游离能力之光子辐射在单次事件中，大多只造成DNA单股断裂，容易被修复，故相对生物效应值较小。此外，具过度游离能力之重核辐射在单次事件中，因为过度杀伤力，反而需要用较大的辐射剂量方能产生DNA双股断裂，故相对生物效应值反而降低。

粒子***之相对生物效应与辐射种类、辐射能量、**组织、**深度、照射条件等有关，必须藉助微米剂量学及奈米剂量学加以评估。微观体积内的机率量与巨观体积内的机率量
微米剂量学探讨单一粒子在细胞核内的游离密度，奈米剂量学则进一步探讨单一粒子造成DNA双股断裂的机率。由于奈微剂量学探讨之体积都极小，体积内之物理量已从非机率量转变为机率量，因此无论理论模拟或实验度量，都要依靠极精密的工具来处理。理论模拟多使用蒙地卡罗程序，实验度量则常利用组织等效比例计数器。

标靶***

长庚大学微剂量学实验室成立以来，执行了多个与粒子***相关之奈微剂量学的研究计划，包括粒子在水中迁移产生之低能量二次电子的作用截面、质子***之相对生物效应评估、碳离子***之相对生物效应评估、鄂惹（Auger）电子标靶***之相对生物效应评估等，以下为重点研究摘要。

质子***相对生物效应评估

本研究利用微剂量学之肠隐窝再生作为生物效应端点，采用实验测得之生物加权函数，模拟160 MeV质子***射束在水假体中不同深度之相对生物效应、吸收剂量分布，以及生物加权剂量分布。评估求得之结果显示，质子***在扩展布拉格尖峰远端边缘处的相对生物效应值可达1.3～1.4，对于精密***而言这是不可忽视的因素。此一研究成果，可应用于临床质子***，以改善现行假设相对生物效应值等于1.1固定值之作法。
碳离子***相对生物效应评估本研究利用微剂量学之肠隐窝再生以及奈米剂量学之DNA双股断裂（DSB）产率作为生物效应端点，模拟300 MeV/u碳离子***射束在水假体中不同深度之相对生物效应、吸收剂量分布，以及生物加权剂量分布。评估求得之结果显示，碳离子***在扩展布拉格尖峰远端边缘处的相对生物效应值高达3～4，与采用之生物效应端点有关。此一研究成果，可应用于临床碳离子***。

鄂惹核种标靶***之相对生物效应评估

鄂惹放射核种之标靶***，乃利用核种衰变时释出之大量低能量鄂惹电子，以高度游离的作用方式打断DNA键结，诱发各种形式的双股断裂。鄂惹放射核种产生之大量电子串雨，射程多在数奈米至数十奈米之间，若能将鄂惹核种标靶到DNA附近，则诱发之双股断裂产率会很大，且DNA双股断裂复杂程度会很高，因为不易修复，故能有效杀死*细胞，达到*****之目的。本研究开发多环源区至靶区的奈米剂量评估模式，计算鄂惹核种标靶***之相对生物效应。针对均匀分布于细胞核内之数种不同鄂惹核种，评估所得之DNA双股断裂产率的比较。研究结果显示碘-125 之双股断裂产率相当高，相对生物效应值相当大。

自制迷你组织等效比例计数器量测质子射束之微剂量分布

以低密度组织等效气体模拟细胞核、组织等效固体模拟细胞质，制作之组织等效比例计数器，可以测量单一粒子在细胞核内之线性能量。惟使用组织等效比例计数器测量粒子***之微剂量参数，必须要解决两个问题。首先，粒子***的粒子通量很大，一般组织等效比例计数器容易产生信号堆栈现象，所以必须制作体积更小之迷你组织等效比例计数器。其次，迷你组织等效比例计数器的信号极弱、噪声相对增高，必须有精密的放大器及校验程序，才能测到微弱信号。本研究自制之迷你组织等效比例计数器，气腔直径只有1毫米，可以模拟1微米之细胞核，精度很高、性能良好。是以自制迷你组织等效比例计数器测量核能研究所TR/30医用回旋加速器产生之质子射束，在1微米细胞核内之线能分布结果。利用测量之线能分布代入微剂量学之生物加权函数，即可求得质子射束之相对生物效应值。
结 语以往国内放射***都使用低度游离之辐射，如光子、电子、贝他粒子等，因为这些辐射之相对生物效应都等于1，因此物理剂量可以相加合并计算，不需要评估生物剂量。国内未来采用新兴粒子***的机会大增，因此必须针对不同种类及能量之高度游离的粒子辐射，研究单一粒子在细胞核及DNA内之奈微剂量学，以评估**及正常组织之相对生物效应及生物剂量。长庚大学微剂量学实验室之研究经验，包括开发完成之各种理论方法及实验仪器，均可提供给国内相关单位使用，作为临床应用发展之工具。
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