CN107240430B - 用于射束整形体的屏蔽装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于射束整形体的屏蔽装置，所述屏蔽装置包括屏蔽体，密闭空间，该密闭空间包围射束整形体中能产生的有害物质的构件，以防止所述有害物质逸出该密闭空间；所述屏蔽装置还包括负压装置和有害物质收集装置以进一步抑制有害物质逸出；为了防止屏蔽装置对射束整形体中超热中子射束的影响，屏蔽体的厚度采用5mm以下的铅单质或铋单质。本发明提供的技术方案的有益效果是在最小限度地影响超热中子射束的情况下有效抑制射束整形体内的有害物质逸出。
Description
技术领域
本发明提供了一种屏蔽装置，尤其是一种用于射束整形体的屏蔽装置。
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，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear EnergyTransfer,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。
为了获得适当的中子射源，通常需要通过射束整形体对中子射源进行通量和能谱的调整，那么构成硼中子捕获治疗系统的射束整形体中的各个构件分别由不同的材质组成，其中有些材质在射束整形体工作状态下会发生物理或化学反应从而产生有害的物质，这些有害物质透过射束整形体扩散至周围环境中不仅污染环境，更对处于该环境中的生物造成伤害。
发明内容
本发明通过提供一种用于射束整形体的屏蔽装置解决了射束整形体内的有害物质扩散至射束整形体外部的问题，有效的避免了有害物质对环境和生物体造成伤害。
为实现上述目的，本发明提供一种用于射束整形体的屏蔽装置，所述射束整形体用于将从中子产生装置中产生的中子能谱调整到预设能谱，所述射束整形体内产生有害物质，所述屏蔽装置包括屏蔽体和至少一部分由所述屏蔽体构成的密闭空间，其中，所述密闭空间用于容纳有害物质并防止所述有害物质扩散出所述密闭空间。
中子产生装置是可以产生具有不同能量的中子的装置，根据中子产生的原理可以分为加速器式中子产生装置和反应堆式中子产生装置。由中子产生装置产生的中子能量各异，这些中子根据其能量的大小可以分为热中子、超热中子和快中子，其中热中子的能量小于0.5eV，快中子的能量大于10keV，超热中子为能量介于热中子和快中子之间的中子。在用中子射束进行治疗时主要选择热中子，由于中子射束到达病灶的过程中能量会被其他物质降低，因此需要射束整形体将能量各异的中子调整为超热中子并形成中子射束，一般情况下，预设能谱为超热中子所在的能谱(0.5eV～10keV)。
由于构成射束整形体中各个构件分别由不同材质组成，所述射束整形体内部的物质之间可能会发生化学反应或物理变化产生有害物质，或者所述射束整形体内部的物质于中子产生装置产生的中子作用产生有害物质，为了避免有害物质逸出，本发明采用至少一部分由屏蔽体构成的密闭空间包围所述射束整形体中能产生有害物质的部分，作为优选地，射束整形体内会产生有害物质的构件都应该在所述密闭空间内，所述密闭空间内除了有全部可以产生有害物质的构件，还可以有射束整形体的其他不产生有害物质的构件，屏蔽装置的密闭空间将能产生有害物质的部分完全包围以阻止有害物质逸出所述屏蔽装置，其中，所述有害物质无法透过构成密闭空间的壁，从而实现防止有害物质扩散出去对外部环境污染或对生物造成伤害。
所述密闭空间至少一部分由所述屏蔽体构成是指密闭空间可以完全由一个具有内部空间并且形状为壳体的屏蔽体构成，也可以是由屏蔽体和射束整形体内的反射体共同围成的密闭空间。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述射束整形体进一步包括缓速体、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和射束出口，所述缓速体将自所述中子产生装置产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体将偏离的中子导回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。
进一步地，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述热中子吸收体或缓速体包括含有6Li元素的物质。
所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述有害物质为氚气，其中射束整形体中氚气的来源为所述射束整形体内的6Li与所述中子产生装置产生的中子反应所得的产物。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述密闭空间包围射束整形体内部所有含6Li元素的物质。
随着中子捕获治疗技术的进步，射束整形体中构件的材质不断的优化以实现更好的功能，6Li元素不仅具有吸收热中子的能力，也具有使快中子缓速为超热中子的功能，因此可以作为缓速体用于射束整形体中，而6Li元素用于射束整形体中最常见的则是作为热中子吸收体用于吸收热中子，6Li元素和中子反应会产生氚气，这种气体被人吸入后会严重危害人的健康，因此所述密闭空间要包围含有6Li元素的热中子吸收体或缓速体。该密闭空间里的有害物质无法逸出屏蔽装置。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述屏蔽装置包括负压装置和有害物质收集装置，其中，所述负压装置和所述屏蔽体连接，用以使所述密闭空间保持负压状态；所述有害物质收集装置和所述负压装置连接，用于收集或处理所述密闭空间的有害气体。
负压装置用于使密闭空间维持负压的状态，进一步避免了密闭空间内的有害物质逸出，负压装置和有害物质收集装置连接，所述有害物质收集装置用于收集和/或处理从密闭空间排出的有害物质。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述屏蔽体的材料为单质铅或单质铋。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述屏蔽体的厚度小于或等于5mm。
屏蔽装置的密闭空间包围了能够产生有害物质的射束整形体的构件，由于中子产生装置产生的中子需经射束整形体调整为可以直接用于治疗的中子射束，而屏蔽体位于射束整形体中或者包围整个射束整形体，因此构成屏蔽体的材质会在一定程度上降低中子射束的能量，为了降低屏蔽体对中子射束能量的影响，构成屏蔽体的材质选择对超热中子捕获截面小的材质，通过对比分析，铅单质和铋单质对超热中子的截面较小，适合用来做屏蔽体。另外，控制屏蔽体的厚度也可以在一定程度上降低屏蔽体对超热中子射束的影响。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述屏蔽体至少一部分容纳在所述射束整形体内。所述屏蔽体也可以全部内嵌于射束整形体内并包围能够产生有害物质的构件。
优选的是，所述用于射束整形体的屏蔽装置中，所述屏蔽体至少包围一部分所述射束整形体。所述屏蔽体位于射束整形体外部，可以完全包围所述射束整形体，并构成一个密闭空间以防止有害物质逸出；或者所述屏蔽体至少包围射束整形体中的射束出口，以阻止有害物质通过该射束出口逸出。
本发明提供的用于射束整形体的屏蔽装置可以有效的防止射束整形体内的有害物质对环境和生物体造成伤害。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的用于射束整形体的屏蔽装置的示意图，其中，屏蔽体包围热中子吸收体的屏蔽装置。
图2为本发明第二实施例中的用于射束整形体的屏蔽装置的示意图，其中，屏蔽体包围整个射束整形体的屏蔽装置。
图3为本发明第三实施例中的用于射束整形体的屏蔽装置的示意图，其中，密闭空间由屏蔽体和反射体构成的屏蔽装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述，应当理解，下文中的描述仅为说明性的，而非限制性的。
为了解决射束整形体内的有害物质逸出射束整形体从而导致环境污染或者对人身造成伤害，本发明提供了一种用于射束整形体的屏蔽装置，所述屏蔽装置包括屏蔽体、密闭空间、负压装置和有害物质收集装置，其中密闭空间为至少由屏蔽体构成的，一种情况为密闭空间全部由屏蔽体构成(如实施例1和实施例2所示)，所述屏蔽体为一个具有内部空间的壳体，其内部空间为所述的密闭空间；另一种情况如实施例3所示为屏蔽体和所述射束整形体内的反射体构成密闭空间。
构成所述密闭空间的壁可以仅包围射束整形体内能够产生有害物质的构件，也可以包围产生有害物质的构件以及不产生有害物质的构件，其内部的有害物质无法逸出该屏蔽装置。下面通过实施例具体说明。
在本发明提供的实施例中，有害物质为氚气，氚气的来源为中子产生装置产生的中子和射束整形体中的6Li元素反应而来，反应式为：6Li+n→α粒子+T。
<实施例1>
如图1所示，射束整形体10内的热中子吸收体11含有6Li，6Li与中子产生装置20产生的中子反应生成氚气，屏蔽装置30的屏蔽体31完全包围热中子吸收体11以避免热中子吸收体11产生的氚气逸出所述屏蔽装置30，所述屏蔽体31可以紧贴热中子吸收体11，也可以与热中子吸收体11之间形成一个空间32，所述屏蔽装置30的负压装置33使密闭空间32内维持负压状态，以进一步防止该密闭空间32内的氚气逸出，与负压装置33连接的有害物质收集装置34用于收集或处理密闭空间内的氚气。所述屏蔽装置30相对于其内部的热中子吸收体11为完全密封的，因此可以有效的抑制氚气扩散至空气中。
<实施例2>
如图2所示，所述射束整形体10中的缓速体12和热中子吸收体11均用含有6Li元素的材料组成，中子产生装置20产生的中子和6Li元素反应生成氚气，为了避免具有放射性的氚气逸出，本实施例中采用将屏蔽装置30的屏蔽体31包围整个射束整形体10，所述屏蔽体31可以紧贴射束整形体10，也可以与射束整形体10形成一个空间32，和屏蔽体31连接的负压装置33用以使所述屏蔽体31内的密闭空间32维持负压状态，以防止氚气逸出；和负压装置33连接的有害物质收集装置34用以收集或处理密闭空间内的氚气。缓速体12产生的氚气可以通过射束整形体10内材料之间的空隙进入屏蔽装置30内，从而抑制了放射性气体氚气扩散至空气中污染环境或对人身健康造成损害。
<实施例3>
如图3所示，所述射束整形体10的反射体13和所述屏蔽体31构成密闭空间32，用含有6Li元素的材料构成的缓速体12位于该密闭空间32中，由缓速体12产生的有害物质只能存在于密闭空间32中而无法逸出所述密闭空间32。
本发明揭示的用于射束整形体的屏蔽装置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 (7)
1.一种用于射束整形体的屏蔽装置，所述射束整形体用于将从中子产生装置中产生的中子能谱调整到预设能谱，所述射束整形体内产生有害物质，其特征在于，所述屏蔽装置包括屏蔽体和至少一部分由所述屏蔽体构成的密闭空间，所述屏蔽体至少一部分容纳在所述射束整形体内，或所述屏蔽体至少包围一部分所述射束整形体，其中，所述密闭空间用于容纳有害物质并防止所述有害物质扩散出所述密闭空间，所述屏蔽装置包括负压装置和有害物质收集装置，其中，所述负压装置和所述屏蔽体连接，用以使所述密闭空间保持负压状态；所述有害物质收集装置和所述负压装置连接，用于收集和/或处理所述密闭空间的有害物质。
2.如权利要求1所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述射束整形体进一步包括缓速体、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和射束出口，所述缓速体将自所述中子产生装置产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体将偏离的中子导回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。
3.如权利要求2所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述热中子吸收体或缓速体包括含有6Li元素的物质。
4.如权利要求3所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述有害物质为氚气，其中射束整形体中氚气的来源为所述射束整形体内的6Li与所述中子产生装置产生的中子反应所得的产物。
5.如权利要求4所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述密闭空间包围射束整形体内部所有含6Li元素的物质。
6.如权利要求1～5任一项权利要求所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽体的材料为单质铅或单质铋。
7.如权利要求1～5任一项权利要求所述的用于射束整形体的屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽体的厚度小于或等于5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |