8年深耕3次迭代|中硼NeuMANTA新功能升级

8年深耕3次迭代|中硼NeuMANTA新功能升级

新闻动态 2022.03.232038

BNCT是当前全球竞相发展的尖端肿瘤治疗科技,也是一项覆盖多领域学科、交叉协同的复杂系统工程。一套能够稳定运行的BNCT治疗装置除了中子源之外还有众多子系统,只有将关键技术都掌握在自己手里,才能在这场科技博弈中立足,真正将技术照进现实,造福广大患者。

 

中硼医疗自成立之初,就坚定了走自主研发之路,深耕与拓新并行,从容精练内功。不仅完成了涵盖射束系统、射控安全系统、剂量监测系统、病患定位系统、辐射防护的BNCT治疗设备——NeuPex(中文名:极锋刀)自主研发,拥有全部核心专利;更是在长期由国外掌握主导权的治疗计划系统(Treatment Planning System TPS)方面,率先破局。

 

3月14-18日,在国际原子能机构(IAEA)召开的硼中子俘获疗法最佳实践技术(Technical Meeting on Best Practices in Boron Neutron Capture Therapy)会议上,中硼医疗继2020年IAEA-BNCT大会后,再一次向国际专家介绍最新版NeuMANTA功能与创新工作。历经8年核心技术攻关,3大版本迭代,基于多功能中子输运分析算法的BNCT专用治疗计划「蝠魟」NeuMANTATM系统在运算速度与用户体验上全新升级。

 

NeuMANTA系统治疗计划系统图像处理模块界面

提起TPS,很多人可能会感到陌生,但它在BNCT中扮演着不可或缺的重要角色。TPS是一套用以制定、计算与规划照射治疗方案的软件,是组成一套完整BNCT治疗装备不可或缺的重要子系统。TPS由一系列模块组成,主要包括:图像处理模块、模体构建模块、剂量计算引擎、剂量后处理与显示模块、报告产生模块。

 

与传统放疗相比,BNCT治疗计划系统最大的不同在于,BNCT的技术原理是通过硼元素与热中子/超热中子的俘获反应,释放出射程相当于细胞直径的7Li和α粒子,因此,治疗计划系统需要量化含硼药物在组织器官的累积,准确描述中子射源,除此还需要考量中子辐射与人体组织的组成元素作用反应以及中子辐射和含硼药物相对生物效应的影响。

 

并且,用于BNCT的TPS需要与患者定位摆位装置、中子束装置、照射控制系统等充分整合,才能够达到正确的剂量计算,顺利实施照射。BNCT对TPS的诸多高精细要求,导致TPS开发难度大,技术壁垒高,在过去很长一段时间内,被麻省理工学院、筑波大学等国外顶级大学和科研机构垄断,我国在该领域长期都处于空白状态。2017年,中硼医疗率先实现突破,于年初发布BNCT治疗计划系统:NeuboronPlan 1.0。NeuboronPlan 1.0是基于Matlab开发的BNCT治疗计划系统原型版本,系统功能相当完备,支持DICOM数据传输协议,自动调节影像对比度、亮度,拥有与CT影像分辨率1:1的高精度体素模型,以及自动噪声清除,影像裁剪多种医学影像处理算法,可以计算硼剂量,中子剂量,光子剂量等多种物理剂量成分,实现了生物等效剂量自动计算。

 

2019年,为进一步丰富NeuboronPlan功能,提升系统性能和计算速度,中硼医疗在1.0版本的基础上进行重构,采用面向对象的方法进行系统构架,以模块化的方式设计开发了全新 2.0 版本。NeuboronPlan 2.0拥有多语言操作界面,支持MCNP/PHITS等多种主流蒙卡引擎,可实现医学影像3D模型重构,射束方向自动调整,以及基于HU值的材料模型自动转换,支持多达96种材料模型,整体性能迈上一个新台阶。计算速度是衡量TPS性能的一项重要指标。长期以来,国际上的BNCT治疗计划系统采用的蒙特卡罗程序大多是通用程序,如MCNP,对于医学应用来说不是十分有效,在计算速度方面也不尽如人意。

 

针对这一技术难题,中硼医疗不断加大科研攻关力度,誓要啃下这块“硬骨头”。2021年,凝聚中硼医疗技术团队智慧与心血的BNCT专用蒙卡引擎COMPASS正式发布,成功突破技术瓶颈,引领全球创新发展。为了进一步贴近临床,便于临床医生操作使用,在融合BNCT专用蒙卡引擎COMPASS以及前两代系统的技术优势上,中硼医疗开发基于多功能中子输运分析算法的BNCT专用治疗计划NeuMANTATM,全面提升用户体验,覆盖BNCT治疗全流程,实现治疗计划自动生成,自动优化。

 

当前,美国、欧洲和日本等国都各自开发了自己的TPS,包括:SERA(已终止开发)、NCTPlan(已终止开发)、JCDS (已终止开发)、THORPlan、TsukubaPlan、NeuMANTA、NeuCure、RayStation(开发中)。与国际上的TPS相比,中硼医疗NeuMANTA系统支持多粒子输运计算,使用改进的体素模型建构方法提高精确性,具有良好的使用者界面与学习曲线。在剂量计算方面,NeuMANTA系统内置了中硼医疗自主研发的BNCT专用蒙特卡罗程序COMPASS。COMPASS通过对中子、光子的输运模拟,计算体素网格的剂量分布。其计算结果精度与通用型蒙特卡罗程序MCNP相当,且计算速度是MCNP的2-3倍。

 

现有BNCT治疗计划系统列表及关键参数

 

通过上述表格我们不难看出,中硼医疗自主开发的NeuMANTA系统具备显著优势和先进性,在BNCT领域具有引领和标杆意义。 近年来,在科技自立自强的时代号召下,中国企业屡屡完成突破,前有三一重工“三一红遍世界”,成为全球制造业的典范;后有迈瑞、联影等中国医械创新力量奋发图强,在GE、飞利浦、西门子的“GPS器械铁幕”上撕出一道口子。 如果说“从无到有的追赶”是老一辈念兹在兹的夙愿,在新的时代,“超越和引领”则成为国人笃定的追求和使命所在。 中硼医疗始终心系家国情怀和使命担当,正沿着中国制造崛起之路,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,一步一个脚印稳步向前迈进。 或许在不久的将来,人们感慨BNCT为肿瘤治疗带来技术革新的同时,也会看到一个医疗新星崛起在世界东方。