CN107412962B - 中子捕获治疗系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种中子捕获治疗系统，包括射束整形体，其包括射束入口、设于射束整形体内的中子产生部、邻接于中子产生部的缓速体、包围在缓速体外的反射体及射束出口，中子产生部与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，缓速体将自中子产生部产生的中子缓速，反射体将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，射束整形体包括至少一个能够向远离或者靠近中子产生部方向运动的活动件，所述活动件具有第一位置和第二位置，所述活动件在该第一位置和第二位置之间运动，当活动件位于第一位置时，中子产生部能够被更换；当活动件位于第二位置时，中子产生部不能够被更换。本申请中子产生部更换方便，结构简单，运用灵活。

Description

中子捕获治疗系统

技术领域

本发明涉及一种中子捕获治疗系统，尤其涉及一种能够更换中子产生部的中子捕获治疗系统。

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。

在加速器硼中子捕获治疗中，用于和质子束发生核反应而产生中子束的中子产生部需要经受加速质子的照射及放射化会产生一定程度的损坏，而中子产生部对产生的中子射束的品质有非常重要的影响，为了降低中子产生部对中子射束品质的影响，须定期更换中子产生部。

然而，现有技术中的加速器硼中子捕获治疗缓速体大多为圆柱体，中子产生部通常设置在一定深度的缓速体中，当中子产生部受到损坏需要更换时，必须采取较多个步骤将其拆卸下来，这就会导致中子产生部的更换工作不易进行。

因此，实有必要提供一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种中子捕获治疗系统，包括射束整形体，所述射束整形体包括射束入口、设于射束整形体内的中子产生部、邻接于中子产生部的缓速体、包围在中子产生部和缓速体外的反射体及射束出口，所述中子产生部与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述缓速体将自所述中子产生部产生的中子缓速，所述反射体将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述射束整形体包括至少一个能够向远离或者靠近中子产生部方向运动的活动件，所述活动件在第一位置和第二位置之间运动，当活动件位于第一位置时，中子产生部能够被更换；当活动件位于第二位置时，当活动件位于第二位置时，中子产生部不能够被更换。

进一步地，为了便于中子产生部的更换，作为一种优选地，所述活动件为部分反射体或者部分反射体与部分缓速体的组合。

进一步地，为了便于中子产生部的取出，所述活动件具有对称平面，所述活动件沿该对称平面对称，所述中子产生部具有轴线，所述活动件的对称平面经过所述中子产生部的轴线，所述反射体具有第一直线高度，所述活动件具有第二直线高度，所述中子产生部具有第三直线高度，所述第二直线高度小于或者等于第一直线高度而大于第三直线高度。

进一步地，当所述活动件的第二直线高度等于反射体的第一直线高度时，如果活动件和反射体之间的结合面是平面与平面之间的连接，在进行中子捕获治疗的过程中产生的辐射就会通过该结合面泄露，作为一种优选地，所述反射体具有第一连接部，所述第一连接部具有第一连接面和第一结合面，所述活动件具有第二连接部，所述第二连接部具有第二连接面和第二结合面，当活动件的第二直线高度小于反射体的第一直线高度而大于中子产生部的第三直线高度时，所述反射体的第一连接面与第一结合面重合，所述活动件的第二连接面与第二结合面重合，所述活动件的第二结合面与反射体的第一结合面连接且与所述加中子产生部轴线所在的任意一个平面重合。

进一步地，所述反射体具有第一连接部，所述第一连接部具有第一连接面和第一结合面，所述活动件具有第二连接部，所述第二连接部具有第二连接面和第二结合面，当所述活动件的第二直线高度等于反射体的第一直线高度时，所述第一连接面和第一结合面连接但位于不同平面，所述第二连接面与第二结合面连接但位于不同平面，所述第一连接面与第二连接面连接，第一结合面与第二结合面连接。

进一步地，所述中子捕获治疗系统还包括驱动组件，所述驱动组件包括承载活动件的门闸及允许门闸向远离或者靠近中子产生部方向运动的导轨，所述门闸沿导轨向远离或者靠近射束整形体的方向运动，当门闸向远离射束整形体方向运动时，所述活动件向远离中子产生部的方向运动；当门闸向靠近射束整形体的方向运动时，所述活动件向靠近中子产生部的方向运动。

进一步地，所述导轨设于射束整形体外，所述驱动组件还包括支撑架，所述支撑架的一端支撑门闸另一端在导轨中运动，所述门闸随着支撑架沿导轨运动而向远离或者靠近射束整形体的方向运动。

进一步地，所述中子捕获治疗系统还包括驱动组件，所述驱动组件包括门闸及支撑门闸并允许门闸转动的转动件，所述门闸支撑活动件，当门闸绕转动件向上转动时，所述活动件向靠近中子产生部的方向运动；当门闸绕转动件向下转动时，所述活动件向远离中子产生部的方向运动。

进一步地，所述用于中子捕获治疗系统还包括驱动组件，所述驱动组件包括第一连杆、第二连杆和连接第一、第二连杆的第三连杆，所述第一连杆固定在射束整形体外，所述第二连杆的一端固定于活动件另一端连接于第一连杆，所述第一连杆带动第三连杆运动，第三连杆带动第二连杆运动从而使得活动件向远离或者靠近中子产生部的方向运动。

进一步地，当所述活动件的第二直线高度小于所述反射体的第一直线高度而大于中子产生部的第三直线高度，所述反射体内设有导轨，所述活动件安装于射束整形体中并能够沿导轨从而向远离或者靠近中子产生部的方向运动。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过设置可以向远离或者靠近中子产生部方向运动的活动件，便于中子产生部的更换，结构简单，运用灵活。

附图说明

图1是本申请中子捕获治疗系统的示意图；

图2a本申请活动件位于第二位置的示意图；

图2b是本申请活动件位于第一位置的示意图；

图3a是本申请所述活动件第二结合面与反射体的第一结合面连接且与所述中子产生部的轴线所在平面重合的示意图；

图3b是本申请活动件沿对称平面A的剖视图；

图4a是反射体的第一连接面与第一结合面呈倾斜角设置的示意图；

图4b是活动件的凹槽面与反射体的突出面相互嵌合的示意图；

图5a是部分活动件嵌设在门闸中的示意图；

图5b是驱动组件具有支撑架的示意图；

图6是本申请实施例二的示意图；

图7是本申请实施例三的示意图；

图8是本申请实施例四的示意图。

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。本申请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、中子产生部与热移除系统以及射束整形体，其中加速带电粒子与金属中子产生部作用产生中子，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、金属中子产生部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中子产生部，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)两种中子产生部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。

理想的中子产生部应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区、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。在硼中子捕获治疗过程中，中子产生部由于受到加速质子的冲击、辐射，必然会受到损坏，而中子产生部对射束整形体产生的中子射束的品质有着很大的影响，所以定期或者根据中子产生部的受损情况对中子产生部进行更换就显得很有必要，下面介绍一种能够更换中子产生部的中子捕获治疗系统。

图1为本申请中子捕获治疗系统100的示意图。所述中子捕获治疗系统100包括射束整形体10和驱动组件20。

所述射束整形体10包括射束入口11、中子产生部12、邻接于中子产生部12的缓速体13、包围在中子产生部12和缓速体13外的反射体14及射束出口15。所述中子产生部12与自所述射束入口11入射的质子束发生核反应以产生中子，所述缓速体13对自所述中子产生部12产生的中子进行缓速，所述反射体14将偏离的中子导回至所述缓速体13以提高超热中子射束强度。

所述反射体14包括至少一个能够向远离或者靠近中子产生部12方向运动的活动件16。所述活动件16具有第一位置L1和第二位置L2(结合图2a和图2b)，所述活动件16在该第一位置L1和第二位置L2之间运动，当活动件16位于第一位置L1时，中子产生部12能够被更换；当活动件16位于第二位置L2时，中子产生部12不能够被更换。具体来说，当所述活动件16向远离中子产生部12的方向运动至第一位置L1时，中子产生部12从射束整形体10露出，取出中子产生部12并对中子产生部12进行更换；当更换好的中子产生部12安装于射束整形体10内以后，所述活动件16向靠近中子产生部12的方向运动到第二位置L2(活动件16包覆在中子产生部12的外周，中子产生部12不能够被更换)，在后续中子捕获治疗过程中该活动件16与反射体14共同导回偏离的中子。

所述活动件16可以是部分反射体或者部分反射体与部分缓速体的组合。活动件16为部分反射体的情况是指中子产生部12设置在缓速体13的前方被反射体14包覆住，缓速体13邻接在中子产生部12的后方，此时只要将部分反射体设置为可活动的结构(即活动件)，通过活动件的远离来更换中子产生部。活动件16为部分反射体和部分缓速体组合的情况是指，中子产生部12的一部分位于缓速体13的前方被反射体14包覆，一部分嵌设在缓速体13中被缓速体13包覆，此时为了能够更换中子产生部12，将包覆在中子产生部12外的部分反射体和部分缓速体设置为可活动的结构(即活动件)，从而实现中子产生部12的更换。

结合图3a和图3b，为了便于中子产生部12的更换，作为一种优选地，所述活动件16为对称件，该对称件具有对称平面A，活动件16沿该对称平面A对称，所述对称平面A经过所述中子产生部12的轴线I，所述反射体14具有第一直线高度H1，所述活动件16具有第二直线高度H2，所述中子产生部12具有第三直线高度H3，所述活动件16的第二直线高度H2小于或者等于反射体14的第一直线高度H1而大于所述中子产生部12的第三直线高度H3。

结合图4a和图4b，所述反射体14还具有第一连接部140，所述活动件16具有第二连接部160。所述第一连接部140具有第一连接面141和与第一连接面141连接的第一结合面142，所述第二连接部160具有第二连接面161和与第二连接面161连接的第二结合面162。

当所述活动件16的第二直线高度H2小于反射体14的第一直线高度H1而大于所述中子产生部12的第三直线高度H3时，所述反射体14的第一连接面141与第一结合面142重合，所述活动件16的第二连接面161与第二结合面162重合，所述活动件16的第二结合面162与反射体14的第一结合面142连接且与所述中子产生部12的轴线所在任意一个平面重合(如图3a)。此时所述活动件16即为反射体14的一个部分，在这种情况下，当所述活动件16向远离中子产生部12的方向运动至第一位置L1时，活动件16在所述反射体14上形成缺口，所述中子产生部12自该缺口露出，在该缺口处对中子产生部12进行更换；当所述活动件16向靠近中子产生部12的方向运动至第二位置L2时，所述活动件16包围在所述中子产生部12的外周，在后续中子捕获治疗过程中活动件16与反射体14共同导回偏离的中子。

当所述活动件16的第二直线高度H2等于反射体14的第一直线高度H1时，所述活动件16即为包围在中子产生部12外周的反射体14的一半。为了降低在后续中子捕获治疗过程中从活动件16与反射体14的连接处外泄的粒子或者辐射，作为一种优选地，所述反射体14的第一连接面141与第一结合面142位于不同平面，所述活动件16的第二连接面161与第二结合面162位于不同平面，所述第一连接面141与第二连接面161贴合，第一结合面142与第二结合面162贴合。第一连接部140与第二连接部160可具体如下设置(结合图4a)，第二连接面161与第二结合面162呈倾斜角设置，所述第一结合面142与第一连接面141呈倾斜角设置，前述两个倾斜角的和为180度。当活动件16包围在所述中子产生部12的外周时所述第二结合面162与第一结合面142贴合，第二连接面161与第一连接面141贴合。第一连接部140与第二连接部160也可如下设置(结合图4b)，所述第二结合面162为自第二连接面161凹设的凹槽面，所述第一结合面142为自第一连接面141突出的突出面，当活动件16包围在所述中子产生部12的外周时凹槽面和突出面相互嵌合。

下文详细介绍驱动组件20的结构，另，因为上文已经对活动件16的结构进行过详细介绍，下文就不再重复描述，在实际应用过程中，可以根据具体需求将上述活动件16的结构与下文所述的驱动组件20进行结合，且虽然下文实施例中均是以反射体具有两个活动件为例进行说明，但是如果在实际应用过程中设置一个活动件16就能够便于中子产生部12的更换，那么设置一个活动件即可。

图2a和图2b中所示也是本申请的实施例一，该实施例是以反射体14具有两个位于中子产生部12两侧且互相连接的活动件16(即第一活动件163和第二活动件164)为例进行介绍。所述驱动组件20包括设于射束整形体10外的导轨21和支撑活动件16的门闸22，所述门闸22在导轨21中运动以带动活动件16向远离或者靠近中子产生部12的方向运动。活动件16包括第一活动件163和第二活动件164，所述门闸22包括沿导轨21运动的第一门闸221和第二门闸222，所述第一门闸221支撑第一活动件163，所述第二门闸222支撑第二活动件164。所述第一门闸221和第二门闸222在导轨21中运动分别带动所述第一活动件163和第二活动件164向远离或者靠近中子产生部12的方向运动。当第一门闸221和第二门闸222分别向远离射束整形体10的方向运动到第一位置L1时，所述第一活动件163和第二活动件164也分别向远离中子产生部12的方向运动，此时中子产生部12从射束整形体10中露出，对中子产生部12进行更换；当第一门闸221和第二门闸222分别向靠近中子产生部12的方向运动到第二位置L2时，所述第一活动件163和第二活动件164也向靠近中子产生部12的方向运动直到第一活动件163和第二活动件164包覆在中子产生部12外周，在后续的中子捕获治疗过程中所述第一活动件163和第二活动件164用于导回偏离的中子。

为了便于结构设计，作为一种优选地，所述第一活动件163和第二活动件164的结构相同，所述第一门闸221和第二门闸222的结构相同，下文中为了便于介绍，均以统称活动件16和门闸22进行介绍。

所述门闸22的结构可以有很多种，本实施例中，所述活动件16的第二直线高度H2等于反射体14的第一直线高度H1时，门闸22包覆在活动件16的外周，可以理解为活动件16嵌合在门闸22中，所述门闸22在导轨21中的运动相当于门闸22的开合运动，所述活动件16随门闸22的开合远离或者靠近中子产生部12。作为一种优选地，所述门闸22由混凝土制成。当然，为了节省空间或者成本，也可以将活动件16的一半甚至更少的部分嵌设在门闸22内(结合图5a)，只要门闸22的设计能够支撑住所述活动件16，并能带动活动件16向远离或者靠近中子产生部12的方向运动即可。当活动件16的第二直线高度H2小于反射体14的第一直线高度时还可以在门闸22和导轨21之间设置支撑架23(结合图5b)。所述支撑架23的一端与门闸22固定，另一端在导轨21中向远离或者靠近射束整形体10的方向运动。所述活动件16随门闸22的运动沿导轨21向远离或者靠近中子产生部12的方向运动。也就是说，所述门闸22借助支撑架23在导轨21中的运动带动门闸22运动以避免需要将门闸22设置成足够大的尺寸使其直接在导轨21中运动，从而减小了门闸22的尺寸。

图6所示为本申请实施例二的示意图。所述驱动组件20包括转动件24(如轴件)和固持于转动件24上的门闸22’。所述转动件24位于射束整形体10的正下方并且该转动件24的轴线与所述中子产生部12的轴线平行。所述门闸22’绕转动件24上下转动，当所述门闸22’向下运动时，所述门闸22’带动活动件16向远离中子产生部12的方向运动，所述中子产生部12露出，更换中子产生部12；当门闸22’向上转动时，带动活动件16向靠近中子产生部12的方向转动，所述活动件16包围在中子产生部12外周，在后续中子捕获治疗过程中用于导回偏离的中子。

图7为本申请实施三的示意图。本实施例中所述驱动组件20包括固定在射束整形体10外的第一连杆25、连接于活动件16的第二连杆26以及连接第一连杆25和第二连杆26的第三连杆27，所述第三连杆27运动带动第二连杆26运动，所述活动件16随第二连杆26的运动向远离或者靠近中子产生部12的方向运动。

图8为本申请实施例四的示意图。当活动件16的第二直线高度H2小于所述反射体14的第一直线高度H1时(尤其当活动件16的第二直线高度H2大于中子产生部12的第三直线高度H3时)，可以在反射体14内设置导轨28，并在活动件16的外壁面设置手柄165，通过推拉手柄165带动活动件16沿导轨28向远离或者靠近中子产生部12的方向运动。当然，也可以将上述实施例一至实施例三中的驱动组件运用于本实施例中以替代手柄，此处就不详细介绍。

本申请揭示的中子捕获治疗系统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。在本申请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，都在本申请要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种中子捕获治疗系统，包括射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、设于射束整形体内的中子产生部、邻接于中子产生部的缓速体、包围在中子产生部和缓速体外的反射体及射束出口，所述中子产生部与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述缓速体将自所述中子产生部产生的中子缓速，所述反射体将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述射束整形体包括至少一个能够向远离或者靠近中子产生部方向运动的活动件，所述活动件具有第一位置和第二位置，所述活动件在该第一位置和第二位置之间运动，当活动件位于第一位置时，中子产生部能够被更换；当活动件位于第二位置时，中子产生部不能够被更换，所述中子捕获治疗系统还包括驱动组件，所述驱动组件包括承载活动件的门闸及允许门闸向远离或者靠近中子产生部方向运动的导轨，所述门闸沿导轨向远离或者靠近射束整形体的方向运动，当门闸向远离射束整形体方向运动时，所述活动件向远离中子产生部的方向运动；当门闸向靠近射束整形体的方向运动时，所述活动件向靠近中子产生部的方向运动，所述导轨设于射束整形体外，所述驱动组件还包括支撑架，所述支撑架的一端支撑门闸另一端在导轨中运动，所述门闸随着支撑架沿导轨运动而向远离或者靠近射束整形体的方向运动。

2.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述活动件为部分反射体或者部分反射体与部分缓速体的组合。

3.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述活动件具有对称平面，所述活动件沿该对称平面对称，所述中子产生部具有轴线，所述活动件的对称平面经过所述中子产生部的轴线，所述反射体具有垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第一直线高度，所述活动件具有垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第二直线高度，所述中子产生部具有垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第三直线高度，所述第二直线高度小于或者等于第一直线高度而大于第三直线高度。

4.根据权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述反射体具有第一连接部，所述第一连接部具有第一连接面和第一结合面，所述活动件具有第二连接部，所述第二连接部具有第二连接面和第二结合面，所述中子产生部具有轴线，当活动件垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第二直线高度小于反射体垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第一直线高度而大于中子产生部垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第三直线高度时，所述反射体的第一连接面与第一结合面重合，所述活动件的第二连接面与第二结合面重合，所述活动件的第二结合面与反射体的第一结合面连接且与所述中子产生部轴线所在的任意一个平面重合。

5.根据权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述反射体具有第一连接部，所述第一连接部具有第一连接面和第一结合面，所述活动件具有第二连接部，所述第二连接部具有第二连接面和第二结合面，所述中子产生部具有轴线，当所述活动件垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第二直线高度等于反射体垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第一直线高度时，所述第一连接面和第一结合面连接但位于不同平面，所述第二连接面与第二结合面连接但位于不同平面，所述第一连接面与第二连接面连接，第一结合面与第二结合面连接。

6.根据权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子产生部具有轴线，当所述活动件垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第二直线高度小于所述反射体垂直于轴线方向以及活动件运动方向的第一直线高度而大于中子产生部的第三直线高度，所述反射体内设有导轨，所述活动件安装于射束整形体中并能够沿导轨向远离或者靠近中子产生部的方向运动。