CN106798969A

CN106798969A - 用于中子捕获治疗的射束整形体

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Publication number: CN106798969A
Application number: CN201510836182.0A
Authority: CN
Inventors: 刘渊豪; 陈韦霖; 李珮仪
Original assignee: Neuboron Medtech Ltd
Current assignee: Neuboron Medtech Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: CN106798969B

Abstract

为了改善中子射源的通量与品质，本发明的一个方面提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其中，射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于靶材的缓速体、包围在缓速体外的反射体、与缓速体邻接的热中子吸收体、设置在射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，靶材与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，缓速体设置成包含至少一个锥体状的形状，所述缓速体具有主体部和包围在主体部外周的补充部，所述补充部的材料与主体部的材料不同，反射体将偏离主轴的中子导回主轴以提高超热中子射束强度，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

Description

用于中子捕获治疗的射束整形体

技术领域

本发明涉及一种射束整形体，尤其涉及一种用于中子捕获治疗的射束整形体。

背景技术

随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。

为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。

硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼(¹⁰B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获及核分裂反应产生⁴He和⁷Li两个重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获核反应方程式，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,LET)、短射程特征，α粒子的线性能量转移与射程分别为150keV/μm、8μm，而⁷Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。

因硼中子捕获治疗的成效取决于肿瘤细胞位置含硼药物浓度和热中子数量，故又被称为二元放射线癌症治疗(binary cancer therapy)；由此可知，除了含硼药物的开发，中子射源通量与品质的改善在硼中子捕获治疗的研究中占有重要角色。

发明内容

进一步地，所述主体部包括邻接于靶材的锥体部和邻接于锥体部的柱体部，所述补充部包覆于柱体部的外圆周表面并与锥体部连接从而与锥体部共同形成所述锥体状。

射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗。

加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，靶材由金属制成，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材发生核反应以产生中子。

射束整形体能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV，缓速体由具有快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，反射体由具有中子反射能力强的材料制成，热中子吸收体由与热中子作用截面大的材料制成。

作为一种优选地，缓速体由D₂O、AlF₃、Fluental^TM、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一种制成，反射体由Pb或Ni中的至少一种制成，热中子吸收体由⁶Li制成，热中子吸收体和射束出口之间设有空气通道,辐射屏蔽包括光子屏蔽和中子屏蔽。作为一种优选地，光子屏蔽由Pb制成，中子屏蔽由PE(聚乙烯)制成。

作为一种优选地，补充部由Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi中的任意一种制成。

作为一种优选地，缓速体设置成包含一个柱体状和与柱体状邻接的一个锥体状的形状或者设置成两个相反方向相互邻接的锥体状。

进一步地，所述主体部包括柱体部和位于柱体部两端并与柱体部两端连接的锥体部，所述补充部包覆于柱体部外周并与两个锥体部连接而使缓速体呈相反方向相互邻接的锥体状。

本发明实施例中所述的“柱体”或“柱体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势基本不变的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆柱体状的对应的轮廓线，也可以是曲率较大的接近线段的圆弧，如曲率较大的球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆柱体状或曲率较大的球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

本发明实施例中所述的“锥体”或“锥体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势逐渐变小的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆锥体状的对应的轮廓线，也可以是圆弧，如球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆锥体状或球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

附图说明

图1是硼中子捕获反应示意图。

图2是¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获核反应方程式。

图3是本发明第一实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，在缓速体和反射体之间设置有间隙通道。

图4是本发明第二实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成双锥体，且第一实施例中的间隙通道位置以缓速体材料填充。

图5是本发明第三实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成双锥体，且第一实施例中的间隙通道位置以反射体材料填充。

图6是中子能量与中子角度双微分的中子产率图。

图7是本发明第四实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成柱体。

图8是本发明第五实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成柱体+锥体。

图9是本发明第六实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中双锥体状包括不同材料的主体部和补充部。

图10是本发明第七实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体中设置为锥体+柱体，锥体由不同材料的主体部和补充部形成。

具体实施方式

中子捕获治疗作为一种有效的治疗癌症的手段近年来的应用逐渐增加，其中以硼中子捕获治疗最为常见，供应硼中子捕获治疗的中子可以由核反应堆或加速器供应。本发明的实施例以加速器硼中子捕获治疗为例，加速器硼中子捕获治疗的基本组件通常包括用于对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速的加速器、靶材与热移除系统和射束整形体，其中加速带电粒子与金属靶材作用产生中子，依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有⁷Li(p,n)⁷Be及⁹Be(p,n)⁹B，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881MeV和2.055MeV，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为keV能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不须太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。

理想的靶材应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、无太多强穿辐射产生、安全便宜易于操作且耐高温等特性，但实际上并无法找到符合所有要求的核反应，本发明的实施例中采用锂金属制成的靶材。但是本领域技术人员熟知的，靶材的材料也可以由其他除了上述谈论到的金属材料之外的金属材料制成。

针对热移除系统的要求则根据选择的核反应而异，如⁷Li(p,n)⁷Be因金属靶材(锂金属)的熔点及热导系数差，对热移除系统的要求便较⁹Be(p,n)⁹B高。本发明的实施例中采用⁷Li(p,n)⁷Be的核反应。

无论硼中子捕获治疗的中子源来自核反应堆或加速器带电粒子与靶材的核反应，产生的皆为混合辐射场，即射束包含了低能至高能的中子、光子；对于深部肿瘤的硼中子捕获治疗，除了超热中子外，其余的辐射线含量越多，造成正常组织非选择性剂量沉积的比例越大，因此这些会造成不必要剂量的辐射应尽量降低。除了空气射束品质因素，为更了解中子在人体中造成的剂量分布，本发明的实施例中使用人体头部组织假体进行剂量计算，并以假体射束品质因素来作为中子射束的设计参考，将在下文详细描述。

国际原子能机构(IAEA)针对临床硼中子捕获治疗用的中子源，给定了五项空气射束品质因素建议，此五项建议可用于比较不同中子源的优劣，并供以作为挑选中子产生途径、设计射束整形体时的参考依据。这五项建议分别如下：

超热中子射束通量Epithermal neutron flux>1x 10⁹n/cm²s

快中子污染Fast neutron contamination<2x 10^-13Gy-cm²/n

光子污染Photon contamination<2x 10^-13Gy-cm²/n

热中子与超热中子通量比值thermal to epithermal neutron flux ratio<0.05

中子电流与通量比值epithermal neutron current to flux ratio>0.7

注：超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV。

1、超热中子射束通量：

中子射束通量和肿瘤中含硼药物浓度共同决定了临床治疗时间。若肿瘤含硼药物浓度够高，对于中子射束通量的要求便可降低；反之，若肿瘤中含硼药物浓度低，则需高通量超热中子来给予肿瘤足够的剂量。IAEA对于超热中子射束通量的要求为每秒每平方厘米的超热中子个数大于10⁹，此通量下的中子射束对于目前的含硼药物而言可大致控制治疗时间在一小时内，短治疗时间除了对病人定位和舒适度有优势外，也可较有效利用含硼药物在肿瘤内有限的滞留时间。

2、快中子污染：

由于快中子会造成不必要的正常组织剂量，因此视之为污染，此剂量大小和中子能量呈正相关，因此在中子射束设计上应尽量减少快中子的含量。快中子污染定义为单位超热中子通量伴随的快中子剂量，IAEA对快中子污染的建议为小于2x 10^-13Gy-cm²/n。

3、光子污染(γ射线污染)：

γ射线属于强穿辐射，会非选择性地造成射束路径上所有组织的剂量沉积，因此降低γ射线含量也是中子束设计的必要要求，γ射线污染定义为单位超热中子通量伴随的γ射线剂量，IAEA对γ射线污染的建议为小于2x 10^-13Gy-cm²/n。

4、热中子与超热中子通量比值：

由于热中子衰减速度快、穿透能力差，进入人体后大部分能量沉积在皮肤组织，除黑色素细胞瘤等表皮肿瘤需用热中子作为硼中子捕获治疗的中子源外，针对脑瘤等深层肿瘤应降低热中子含量。IAEA对热中子与超热中子通量比值建议为小于0.05。

5、中子电流与通量比值：

中子电流与通量比值代表了射束的方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性的中子束可减少因中子发散造成的周围正常组织剂量，另外也提高了可治疗深度及摆位姿势弹性。IAEA对中子电流与通量比值建议为大于0.7。

利用假体得到组织内的剂量分布，根据正常组织及肿瘤的剂量-深度曲线，推得假体射束品质因素。如下三个参数可用于进行不同中子射束治疗效益的比较。

1、有效治疗深度：

肿瘤剂量等于正常组织最大剂量的深度，在此深度之后的位置，肿瘤细胞得到的剂量小于正常组织最大剂量，即失去了硼中子捕获的优势。此参数代表中子射束的穿透能力，有效治疗深度越大表示可治疗的肿瘤深度越深，单位为cm。

2、有效治疗深度剂量率：

即有效治疗深度的肿瘤剂量率，亦等于正常组织的最大剂量率。因正常组织接收总剂量为影响可给予肿瘤总剂量大小的因素，因此参数影响治疗时间的长短，有效治疗深度剂量率越大表示给予肿瘤一定剂量所需的照射时间越短，单位为cGy/mA-min。

3、有效治疗剂量比：

从大脑表面到有效治疗深度，肿瘤和正常组织接收的平均剂量比值，称之为有效治疗剂量比；平均剂量的计算，可由剂量-深度曲线积分得到。有效治疗剂量比值越大，代表该中子射束的治疗效益越好。

为了使射束整形体在设计上有比较依据，除了五项IAEA建议的空气中射束品质因素和上述的三个参数，本发明实施例中也利用如下的用于评估中子射束剂量表现优劣的参数：

1、照射时间≤30min(加速器使用的质子电流为10mA)

2、30.0RBE-Gy可治疗深度≥7cm

3、肿瘤最大剂量≥60.0RBE-Gy

4、正常脑组织最大剂量≤12.5RBE-Gy

5、皮肤最大剂量≤11.0RBE-Gy

注：RBE(Relative Biological Effectiveness)为相对生物效应，由于光子、中子会造成的生物效应不同，所以如上的剂量项均分别乘上不同组织的相对生物效应以求得等效剂量。

为了改善中子射源的通量与品质，本发明的实施例是针对用于中子捕获治疗的射束整形体提出的改进，作为一种优选地，是针对用于加速器硼中子捕获治疗的射束整形体的改进。如图3所示，本发明第一实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体10，其包括射束入口11、靶材12、邻接于靶材12的缓速体13、包围在缓速体13外的反射体14、与缓速体13邻接的热中子吸收体15、设置在射束整形体10内的辐射屏蔽16和射束出口17，靶材12与自射束入口11入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X，缓速体13将自靶材12产生的中子减速至超热中子能区，反射体14将偏离主轴X的中子导回主轴X以提高超热中子射束强度，缓速体13和反射体14之间设置间隙通道18以提高超热中子通量，热中子吸收体15用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽16用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，作为一种优选实施例，靶材12由锂金属制成，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材12发生⁷Li(p,n)⁷Be核反应以产生中子。射束整形体10能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，缓速体13由具有快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，作为一种优选实施例，缓速体13由D₂O、AlF₃、Fluental^TM、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一种制成。反射体14由具有中子反射能力强的材料制成，作为一种优选实施例，反射体14由Pb或Ni中的至少一种制成。热中子吸收体15由与热中子作用截面大的材料制成，作为一种优选实施例，热中子吸收体15由⁶Li制成，热中子吸收体15和射束出口17之间设有空气通道19。辐射屏蔽16包括光子屏蔽161和中子屏蔽162，作为一种优选实施例，辐射屏蔽16包括由铅(Pb)制成的光子屏蔽161和由聚乙烯(PE)制成的中子屏蔽162。

其中，缓速体13设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，如图3所示的方向，缓速体13的左侧为向着左侧逐渐变小的锥体状，缓速体13的右侧为向着右侧逐渐变小的锥体状，两者相互邻接。作为一种优选地，缓速体13的左侧设置为向着左侧逐渐变小的锥体状，而右侧也可以设置成其他形体状与该锥体状相互邻接，如柱体状等。反射体14紧密的包围在缓速体13周围，在缓速体13和反射体14之间设置有间隙通道18，所谓的间隙通道18指的是未用实体材料覆盖的空的容易让中子束通过的区域，如该间隙通道18可以设置为空气通道或者真空通道。紧邻缓速体13设置的热中子吸收体15由很薄的一层⁶Li材质制成，辐射屏蔽16中的由Pb制成的光子屏蔽161可以与反射体14设置为一体，也可以设置成分体，而辐射屏蔽16中由PE制成的中子屏蔽162可以设置在邻近射束出口17的位置。在热中子吸收体15和射束出口17之间设置有空气通道19，于此区域可持续将偏离主轴X的中子导回主轴X以提高超热中子射束强度。假体B设置在距离射束出口17约1cm处。本领域技术人员熟知的，光子屏蔽161可以由其他材料制成，只要起到屏蔽光子的作用就行，中子屏蔽162也可以由其他材料制成，也可以设置在其它地方，只要能够满足屏蔽渗漏中子的条件就行。

为了比较设置有间隙通道的射束整形体与未设置间隙通道的射束整形体的差异，如图4和图5所示，其分别示出了将间隙通道采用缓速体填充的第二实施例和将间隙通道采用反射体填充的第三实施例。首先参照图4，该射束整形体20包括射束入口21、靶材22、邻接于靶材22的缓速体23、包围在缓速体23外的反射体24、与缓速体23邻接的热中子吸收体25、设置在射束整形体20内的辐射屏蔽26和射束出口27，靶材22与自射束入口21入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X1，缓速体23将自靶材22产生的中子减速至超热中子能区，反射体24将偏离主轴X1的中子导回主轴X1以提高超热中子射束强度，缓速体23设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，缓速体23的左侧为向着左侧逐渐变小的锥体状，缓速体23的右侧为向着右侧逐渐变小的锥体状，两者相互邻接，热中子吸收体25用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽26用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

作为一种优选地，第二实施例中的靶材22、缓速体23、反射体24、热中子吸收体25和辐射屏蔽26可以与第一实施例中的相同，而其中的辐射屏蔽26包括由铅(Pb)制成的光子屏蔽261和由聚乙烯(PE)制成的中子屏蔽262，该中子屏蔽262可以设置在射束出口27处。在热中子吸收体25和射束出口27之间设置有空气通道28。假体B1设置在距离射束出口27约1cm处。

请参照图5，该射束整形体30包括射束入口31、靶材32、邻接于靶材32的缓速体33、包围在缓速体33外的反射体34、与缓速体33邻接的热中子吸收体35、设置在射束整形体30内的辐射屏蔽36和射束出口37，靶材32与自射束入口31入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X2，缓速体33将自靶材32产生的中子减速至超热中子能区，反射体34将偏离主轴X2的中子导回主轴X2以提高超热中子射束强度，缓速体33设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，缓速体33的左侧为向着左侧逐渐变小的锥体状，缓速体33的右侧为向着右侧逐渐变小的锥体状，两者相互邻接，热中子吸收体35用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽36用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

作为一种优选地，第三实施例中的靶材32、缓速体33、反射体34、热中子吸收体35和辐射屏蔽36可以与第一实施例中的相同，而其中的辐射屏蔽36包括由铅(Pb)制成的光子屏蔽361和由聚乙烯(PE)制成的中子屏蔽362，该中子屏蔽362可以设置在射束出口37处。在热中子吸收体35和射束出口37之间设置有空气通道38。假体B2设置在距离射束出口37约1cm处。

下面采用MCNP软件(是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LosAlamos NationalLaboratory)开发的基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、带电粒子或者耦合中子/光子/带电粒子输运问题的通用软件包)对这三种实施例的模拟计算：

其中，如下表一示出了空气中射束品质因素在这三种实施例中的表现(表格中各名词的单位同上所述，在此不再赘述，下同)：

表一：空气中射束品质因素

其中，如下表二示出了剂量表现在这三种实施例中的表现：

表二：剂量表现

剂量表现	缓速体填充间隙通道	反射体填充间隙通道	间隙通道
				有效治疗深度	10.9	10.9	11.0
有效治疗深度剂量率	4.47	4.60	4.78
				有效治疗剂量比	5.66	5.69	5.68

其中，如下表三示出了评估中子射束剂量表现优劣的参数在这三种实施例中的模拟数值：

表三：评估中子射束剂量表现优劣的参数

注：从上述的三个表中可以得知：在缓速体和反射体之间设置有间隙通道的射束整形体，其中子射束的治疗效益最好。

由于自锂靶材产生的中子具有前向平均能量较高的特性，如图6所示，中子散射角度在0°-30°之间的平均中子能量约为478keV，而中子散射角度在30°-180°之间的平均中子能量约只有290keV，若能借由改变射束整形体的几何形状，使前向中子与缓速体产生较多的碰撞，而侧向中子经较少碰撞便可到达射束出口，则理论上应可达到中子缓速最佳化，有效率的提高超热中子通量。下面从射束整形体的几何形状着手，来评价不同射束整形体的几何形状对于超热中子通量的影响。

如图7所示，其示出了第四实施例中的射束整形体的几何形状，该射束整形体40包括射束入口41、靶材42、邻接于靶材42的缓速体43、包围在缓速体43外的反射体44、与缓速体43邻接的热中子吸收体45、设置在射束整形体40内的辐射屏蔽46和射束出口47，靶材42与自射束入口41入射的质子束发生核反应以产生中子，缓速体43将自靶材42产生的中子减速至超热中子能区，反射体44将偏离的中子导回以提高超热中子射束强度，缓速体43设置成柱体状，优选地，设置成圆柱体状，热中子吸收体45用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽46用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，在热中子吸收体45和射束出口47之间设置有空气通道48。

如图8所示，其示出了第五实施例中的射束整形体的几何形状，该射束整形体50包括射束入口51、靶材52、邻接于靶材52的缓速体53、包围在缓速体53外的反射体54、与缓速体53邻接的热中子吸收体55、设置在射束整形体50内的辐射屏蔽56和射束出口57，靶材52与自射束入口51入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X3，缓速体53将自靶材52产生的中子减速至超热中子能区，反射体54将偏离主轴X3的中子导回主轴X3以提高超热中子射束强度，缓速体53设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，缓速体53的左侧为柱体状，缓速体53的右侧为向着右侧逐渐变小的锥体状，两者相互邻接，热中子吸收体25用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽26用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

作为一种优选地，第五实施例中的靶材52、缓速体53、反射体54、热中子吸收体55和辐射屏蔽56可以与第一实施例中的相同，而其中的辐射屏蔽56包括由铅(Pb)制成的光子屏蔽561和由聚乙烯(PE)制成的中子屏蔽562，该中子屏蔽562可以设置在射束出口57处。在热中子吸收体55和射束出口57之间设置有空气通道58。假体B3设置在距离射束出口57约1cm处。

下面采用MCNP软件对第二实施例中双锥体的缓速体、第四实施例中的柱体的缓速体及第五实施例中的柱体+锥体的模拟计算：

其中，如下表四示出了空气中射束品质因素在这三种实施例中的表现：

表四：空气中射束品质因素

其中，如下表五示出了剂量表现在这三种实施例中的表现：

表五：剂量表现

剂量表现	柱体	柱体+锥体	双锥体
				有效治疗深度	11.8	10.9	10.9
有效治疗深度剂量率	2.95	4.28	4.47
				有效治疗剂量比	5.52	5.66	5.66

其中，如下表六示出了评估中子射束剂量表现优劣的参数在这三种实施例中的模拟数值：

表六：评估中子射束剂量表现优劣的参数

参数	柱体	柱体+锥体	双锥体
				照射时间(10mA)	40.7	26.1	25.3
30.0RBE-Gy可治疗深度	8.4	7.6	7.7
				肿瘤最大剂量	70.9	67.4	68.5
正常脑组织最大剂量	12.0	11.2	11.3
				皮肤最大剂量	11.0	11.0	11.0

注：从上述的三个表中可以得知：将缓速体设置成至少一个锥体状，其中子射束的治疗效益较好。

图9所示为本发明第六实施例，射束整形体60包括射束入口61、靶材62、邻接于靶材62的缓速体63、包围在缓速体63外的反射体64、与缓速体63邻接的热中子吸收体65、设置在射束整形体60内的辐射屏蔽66和射束出口67，靶材62与自射束入口61入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X6，缓速体63将自靶材62产生的中子减速至超热中子能区，反射体64将偏离主轴X6的中子导回主轴X6以提高超热中子射束强度，缓速体63和反射体64之间设置有间隙通道68，热中子吸收体65和射束出口67之间设有空气通道69。该实施例是对第三实施例的改进，具体改进点在于，将缓速体63设置为呈相反方向相互邻接的锥体状，该缓速体63具有主体部631和包围在主体部632外周的补充部632。主体部631包括柱体部634和位于柱体部633两端并且与柱体部633相邻接的两个锥体部634，补充部632包覆于柱体部633的外周并与两个锥体部634连接而使缓速体63形成相反方向相互邻接的锥体状。

图10为本发明第七种实施例，射束整形体70包括射束入口71、靶材72、邻接于靶材72的缓速体73、包围在缓速体73外的反射体74、与缓速体73邻接的热中子吸收体75、设置在射束整形体70内的辐射屏蔽76和射束出口77，靶材72与自射束入口71入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴X7，缓速体73将自靶材72产生的中子减速至超热中子能区，反射体74将偏离主轴X7的中子导回主轴X7以提高超热中子射束强度，热中子吸收体75和射束出口77之间设有空气通道78。该实施例与第六实施例的相同之处在于缓速体73的左侧都是由锥体部734和柱体部733形成的主体部731与补充部732共同形成锥体状的结构，不同之处在于，第六实施例中缓速体63的右侧是与左侧的锥体状反向邻接的锥体状，而第七实施例中，缓速体73的右侧为邻接于左侧锥体状的柱体状。也就是说第七实施例中是将缓速体73设置为一个锥体状和一个柱体状邻接的结构。

在第六实施例和第七实施例中，所述缓速体63(73)的主体部631(731)由D₂O、AlF₃、Fluental^TM、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一种制成，补充部632(732)由Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi中的任意一种制成，且补充部632(732)使用的材料与主体部631(731)使用的材料不同。

下面采用MCNP软件对第六实施例和第七实施例中主体部采用MgF₂材料，补充部分别采用Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi制成的模拟计算(并且以补充部采用与主体部相同材料的MgF₂作为对比)：

其中，如下表七示出了评估中子射束剂量表现优劣的参数在这两种实施例中的模拟数值：

表七：评估中子射束剂量表现优劣的参数

由表七可知，相对于主体部和补充部都采用MgF₂材料的情况而言，使用MgF₂材料制成主体部，分别使用Zn和Ti制成补充部时，中子射束剂量的可治疗深度能够得到改善；使用MgF₂材料制成主体部，分别使用La、Pb、Zr和Bi制成补充部时，中子射束剂量的照射时间能够得到改善；而使用MgF₂材料制成主体部，使用Mg或者Al制成补充部时，中子射束剂量的照射时间和可治疗深度上均能够得到明显的改善。因此，作为一种优选地，缓速体的主体部631(731)使用MgF₂材料制成，补充部632(732)使用Mg或者Al制成。

且，采用表七中Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi的材料较易取得，采用这些材料制成补充部可以很大程度上降低缓速体的制造成本。

本发明实施例中所述的“柱体”、“柱体部”或“柱体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势基本不变的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆柱体状的对应的轮廓线，也可以是曲率较大的接近线段的圆弧，如曲率较大的球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆柱体状或曲率较大的球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

本发明实施例中所述的“锥体”、“锥体部”或“锥体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势逐渐变小的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆锥体状的对应的轮廓线，也可以是圆弧，如球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆锥体状或球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

本发明揭示的用于中子捕获治疗的射束整形体并不局限于以上实施例所述的内容以及附图所表示的结构。在本发明的基础上对其中构件的材料、形状及位置所做的显而易见地改变、替代或者修改，都在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于所述靶材的缓速体、包围在所述缓速体外的反射体、与所述缓速体邻接的热中子吸收体、设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，所述靶材与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述中子形成中子射束，所述中子射束限定一根主轴，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述缓速体设置成包含至少一个锥体状的形状，所述缓速体具有主体部和包围在主体部外周的补充部，所述补充部的材料与主体部的材料不同，所述反射体将偏离所述主轴的中子导回所述主轴以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

2.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述主体部包括邻接于靶材的锥体部和邻接于锥体部的柱体部，所述补充部包覆于柱体部的外圆周表面并与锥体部连接从而与锥体部共同形成所述锥体状。

3.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗。

4.根据权利要求3所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，所述靶材由金属制成，所述质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与所述靶材发生核反应以产生中子。

5.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV，所述缓速体由具有快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，所述反射体由具有中子反射能力强的材料制成，所述热中子吸收体由与热中子作用截面大的材料制成。

6.根据权利要求4所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体由D₂O、AlF₃、Fluental^TM、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一种制成,所述反射体由Pb或Ni中的至少一种制成，所述热中子吸收体由⁶Li制成，所述热中子吸收体和所述射束出口之间设有空气通道，所述辐射屏蔽包括光子屏蔽和中子屏蔽。

7.根据权利要求4所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述补充部由Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi中的任意一种制成。

8.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体设置成包含一个锥体状和与所述锥体状邻接的一个柱体状的形状。

9.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体设置成两个相反方向相互邻接的锥体状。

10.根据权利要求9所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述主体部包括柱体部和位于柱体部两端并与柱体部两端连接的锥体部，所述补充部包覆于柱体部外周并与两个锥体部连接而使缓速体呈相反方向相互邻接的锥体状。