CN108014426A - 用于中子捕获治疗的射束整形体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其中所述射束整形体包括中子产生装置、缓速体、扰动元和射束出口，所述中子产生装置用于产生中子，所述中子从中子产生装置到射束出口的方向形成中子射束，所述缓速体紧邻所述中子产生装置并且用于将所述中子射束中的快中子调整为超热中子，其中，在中子产生过程中和缓速体调整中子射束能谱的过程中产生伽马射线，所述扰动元位于缓速体和射束出口中间，用于通过中子射束并降低通过射束出口的中子射束中伽马射线的含量。本发明提供的技术方案在对中子射束品质无明显负面影响的前提下能够有效降低中子射束中伽马射线的含量。
Description
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 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。
在中子捕获治疗过程中，中子的产生以及射束整形体中中子能谱的改变往往会随之产生大量的伽马射线，伽马射线具有极强的穿透本领，人体受到伽马射线照射时，伽马射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。
现有技术中尚未发现有关于在不影响中子射束品质的前提下改变射束整形体以降低中子射束中伽马射线含量的记载。
发明内容
为了降低中子捕获治疗过程中中子射束里伽马射线的含量，本发明的一个方面提供了一种用于中子捕获治疗的射束整形体，所述射束整形体包括中子产生装置、缓速体、扰动元和射束出口，所述中子产生装置容纳在所述射束整形体内用于产生中子，所述中子从中子产生装置到射束出口的方向形成中子射束，所述中子射束限定射束轴线，所述缓速体紧邻所述中子产生装置并且用于将所述中子射束中的快中子调整为超热中子，其中，射束整形体调整中子射束能谱的过程中产生伽马射线，所述扰动元位于缓速体和射束出口之间，用于通过所述中子射束并降低通过射束出口的中子射束中伽马射线的含量。
其中，扰动元位于缓速体和射束出口之间用于通过中子射束并且在最低限度影响中子能量的前提下降低通过的中子射束中伽马射线的含量。本发明用中子射束中伽马射线占中子射束通量的比值来评价加入扰动元以及使用不同材质的扰动元对伽马射线的影响，本发明采用假体射束品质中的有效治疗深度、有效治疗剂量比和30RBE-Gy治疗时所在的深度来评价扰动元的加入以及使用不同材质的扰动元对中子射束的影响。
扰动元对伽马射线的吸收、反射等作用跟构成扰动元的材质也有关系。
优选的是，所述用于中子捕获治疗的射束整形体中，所述扰动元由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟、锑、镓、镧、碲、锡、硒、钇、铝、锶、钡、硅、锆、铷、钙、硫、铁、碳、铍、镁、磷、铬、锂、钠和镍单质中的一种、两种或多种混合的材料构成。
进一步优选的是，所述用于中子捕获治的射束整形体中，所述扰动元内部结构为致密结构或具有孔隙的结构。
其中具有孔隙的结构是相对于致密结构而言的，是指所述扰动元内部不是紧实致密的，而是构成扰动元的固体材质作为一个整体的同时内部具有多个孔隙的结构，如蜂窝状结构或内部镂空的结构，具有孔隙的结构的密度小于致密结构的密度。
更进一步地，所述用于中子捕获治疗的射束整形体中，所述扰动元为圆柱体，并且所述圆柱体的轴线与所述射束轴线重合或平行。所述圆柱体的尺寸优选为圆柱的底面半径为5～6cm，所述圆柱体的高为3～5cm。在一优选实施例中，将该尺寸和形状的扰动元置于高为80～100cm，底面半径为60～70cm圆柱体的射束整形体内，经与未加入该扰动元的射束整形体进行对比，显著地减少了伽马射线含量，当然本领域技术人员熟知的，将该扰动元置于其他形状或大小的射束整形体内，同样显著地减少了伽马射线含量，将于下文详述。
优选的是，所述用于中子捕获治疗的射束整形体中，所述缓速体和扰动元外部围绕反射体，所述反射体用于将偏离中子射束的中子反射回所述中子射束以提高中子射束强度，所述反射体由中子反射能力强的材料组成，优选铅或镍中的至少一种。伽马射线遇到物质后存在光电效应、康普顿效应和电子对效应从而产生一定程度的衰减，中子射束中的伽马射线遇到扰动元时扰动元分别通过光电效应吸收伽马射线、通过康普顿效应散射伽马射线或通过电子对效应将伽马射线转换为正负电子对而降低中子射束中伽马射线的含量，经扰动元散射的伽马射线遇到反射体后经过再次吸收或反射进一步衰减。
优选的是，所述用于中子捕获治疗的射束整形体中，当扰动元由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟或锑中任一单质构成，所述伽马射线占中子射束的比重至少降低30％。伽马射线占中子射束比重至少降低30％指的是中子射束中伽马射线占中子射束通量的比值降低至少30％，由此可见，上述单质作为扰动元时能够有效减少中子射束中伽马射线的含量。
进一步地，所述用于中子捕获治疗的射束整形体中，当扰动元由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟、锑、镓、镧、碲、锡、硒、钇、铝、锶、钡、硅、锆、铷、钙、硫、铁、碳、铍、镁、磷、铬、锂、钠和镍单质中的一种、两种或多种混合的材料构成时，通过扰动元的中子射束的假体射束品质中，有效治疗深度≥10.69cm，有效治疗剂量比≥5.54,30RBE-Gy的治疗深度≥6.77cm。。
在中子捕获治疗过程中，中子射束品质对治疗效果起到至关重要的作用，本发明的另一方面是在对中子射束品质没有明显负面影响的前提下降低中子射束中伽马射线的含量，在有效治疗深度大于等于10cm，有效治疗剂量比大于等于5.5，30RBE-Gy可治疗深度大于等于6.5cm时，治疗效果良好，优选有效治疗深度≥10.69cm，有效治疗剂量比≥5.54,30RBE-Gy的治疗深度≥6.77cm。
本发明提到的扰动元的形状、结构、材料不限于上述优选的技术方案所限定的内容，一切置于射束整形体中的扰动元只要满足能降低中子射束中伽马射线的含量并且对中子射束品质没有明显负面影响都属于本发明的保护范围。
附图说明
图1是含有钻石型缓速体的射束整形体的示意图；
图2是射束整形体中具有孔隙结构的扰动元截面图；
图3是含有圆柱体缓速体的射束整形体的示意图。
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；无论是由核反应堆还是由加速器供应的中子，在中子产生过程中往往伴随着大量伽马射线。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。
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。
国际原子能机构(IAEA)针对临床硼中子捕获治疗用的中子源，给定了空气射束品质的建议，此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。其中对光子污染的建议为：光子污染Photon contamination<2x 10-13Gy-cm2/n
光子污染也叫做伽马射线污染，伽马射线属于强穿辐射，会非选择性地造成射束路径上所有组织的剂量沉积，因此降低伽马射线含量也是中子束设计的必要要求，伽马射线污染定义为单位超热中子通量伴随的伽马射线剂量，IAEA对伽马射线污染的建议为小于2x 10-13Gy-cm2/n。
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。
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。
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。如下两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(AD)：
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、有效治疗剂量比(AR)：
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，本发明实施例中利用如下的用于评估中子射束剂量表现优劣的参数：
1、30.0RBE-Gy可治疗深度≧7cm；
2、AD≧10cm；
3、AR≧5.5。
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。
下面结合附图说明对本发明的技术方案进一步说明，如图1所示用于中子捕获治疗的射束整形体100包括中子产生装置110，、缓速体120、扰动元130、射束出口140和反射体150，其中中子产生装置110分为核反应堆式中子产生装置和加速器式中子产生装置，虽然这两种中子产生装置产生中子的机制不同，但是在中子产生过程中均伴随着大量穿透力强的伽马射线，中子产生装置产生的中子汇聚成中子射束160，中子射束160的中心线限定为中子轴线X，由于从中子产生装置产生的中子射束160不仅包括治疗所需的超热中子，还包括快中子、热中子和伽马射线等会对患者造成伤害辐射线，需要通过缓速体120来对中子射束160进行过滤，缓速体120的作用是将中子射束160中的快中子缓速为超热中子；中子经缓速体120缓速的过程中会偏离中子射束160前进的方向而向四周扩散，反射体150用于将向四周扩散的中子反射回中子射束160以增加中子射束160的强度；反射体150主要由对中子反射能力强的物质(如铅或镍)构成；扰动元130位于缓速体120和射束出口140之间的位置，并且所述扰动元130的轴线和中子轴线X平行或重合，扰动元130是可以由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟、锑、镓、镧、碲、锡、硒、钇、铝、锶、钡、硅、锆、铷、钙、硫、铁、碳、铍、镁、磷、铬、锂、钠和镍单质中的一种、两种或多种混合的材料构成，扰动元130可以为小体积的长方体、正方体、球体、圆柱体或不规则形体以满足降低中子射束中伽马射线的含量并对中子射束品质无明显的负面影响，图1所示的射束整形体100中的扰动元130为圆柱体，圆柱体的附图说明仅用于说明本发明的技术方案，并不限定本发明要保护的技术方案。中子射束160穿过扰动元130，其中的伽马射线被扰动元130吸收、反射或散射从而降低了中子射束160中伽马射线的含量，另外被扰动元130反射或散射后的伽马射线偏离中子射束照射到反射体150上，所述伽马射线在反射体150的作用下发生康普顿效应、光电效应或电子对效应以进一步衰减，伽马射线被过滤后中子射束160从射束出口140离开射束整形体100。
图3所示为含有圆柱体形状的缓速体的射束整形体的示意图，和图1所示的含有钻石型缓速体的射束整形体在用于中子捕获治疗过程中的原理相同，射束整形体200包括中子产生装置210、缓速体220、扰动元230、射束出口240和反射体250，中子射束的中心线限定为中子轴线Y，其中缓速体220为圆柱体，图3所示为圆柱体的缓速体的截面示意图。
伽马射线的衰减不仅和扰动元的材质有关，更与扰动元的结构、形状有关，扰动元根据结构不同分为致密结构的扰动元和具有孔隙结构的扰动元，一般情况下，致密结构的扰动元对伽马射线的屏蔽效果优于有孔隙结构的扰动元，图2所示为圆柱形扰动元130的横截面示意图，构成扰动元130的材料131作为一个完整的整体的同时内部具有多个孔隙132，具有孔隙结构的扰动元虽然在屏蔽伽马射线方面效果不如致密结构的扰动元，但是其所需的材料相对较少，从经济意义上讲，在对中子射束中伽马射线的衰减没有太高要求时，这种具有孔隙结构的扰动元能够满足即降低了中子射束中伽马射线的含量又对中子射束的品质没有明显负面影响的要求。
下面通过实施例来说明本发明技术方案的有益效果：
<实施例1>
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)对本实施例中的伽马射线的衰减和中子射束品质进行计算，其中，本实施例中射束整形体内的扰动元为图1和图2所示的具有孔隙结构的圆柱体并且射束整形体中的缓速体由85％的氟化镁和15％的氟化锂构成，所述缓速体如图1所示为钻石形状，所述钻石状的缓速体由第一锥体部和第二锥体部构成，第一锥体部邻接于第二锥体部，并且两个锥体的外轮廓如图1所示向相反方向倾斜；其中圆柱体的扰动元高度为10cm，底面圆的半径为5cm，扰动元位于所述缓速体和射束出口之间的位置，扰动元在上述条件下对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果如表1所示。
表1，底面半径为5cm，高为10cm的圆柱体扰动元对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果
本实施例的对比例中不设置扰动元，对比例的其余参数与上述实施例中射束整形体的参数相同，对比例的中子射束中伽马射线的含量为8.78*10-14Gy*cm2/n，有效治疗深度为10.74cm，有效治疗计量比为5.61,30RBE-Gy所在深度为7.27cm。通过对比发现，本实施例中分别用33种单质构成的扰动元对射束整形体的中子射束品质无明显的负面影响，其有效治疗深度(AD)的值均为10.74±0.12，有效治疗剂量比(AR)的值为5.6±0.09,30RBE-Gy的治疗深度为7.3±0.13，并且中子射束中伽马射线的含量均有不同程度的降低。
<实施例2>
本实施例中扰动元为紧实结构的圆柱体，其中圆柱体底面半径为6cm，圆柱体的高为3cm，其余条件均与实施例1中的条件相同，用MCNP软件计算铅、铋、镍、铝和碳几种物质分别作为扰动元时扰动元对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽作用，结果如表2所示：
表2，底面半径为6cm，高为3cm的紧实结构的圆柱体扰动元对以氟化镁和氟化锂为缓速体的中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果
不同材质用做扰动元以屏蔽伽马射线的原理相同，因此本实施例仅随机选取铅、铋、镍、铝和碳分别作为扰动元以说明射束整形体中添加扰动元的技术效果，构成扰动元的材质不限于这几种物质。本实施例中的对比例和实施例1中的对比例相同，均不设置扰动元，其余参数和实施例的参数相同。对比例的中子射束中伽马射线的含量为8.78*10-14Gy*cm2/n，有效治疗深度为10.74cm，有效治疗计量比为5.61,30RBE-Gy所在深度为7.27cm，通过对比可以看出实心的扰动元也能起到在对中子射束品质有所改善的前提下对伽马射线有较好的屏蔽效果。
<实施例3>
本实施例中缓速体的材质为氟化铝，缓速体的形状同实施例1均为钻石型，扰动元为具有孔隙的结构的圆柱体，其中所述圆柱体的尺寸为底面半径为6cm，高位3cm，扰动元位于所述缓速体和射束出口之间的位置。在上述条件下用MCNP软件计算铅、铋、铝和碳几种物质分别作为扰动元时扰动元对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽作用，结果如表3所示：
表3，底面半径为6cm，高为3cm的具有孔隙结构的圆柱体扰动元对以氟化铝为缓速体的中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果
不同材质用做扰动元以屏蔽伽马射线的原理相同，因此本实施例仅随机选取铅、铋、铝和碳分别作为扰动元以说明射束整形体中添加扰动元的技术效果，构成扰动元的材质不限于这几种物质。本实施例中对比例和实施例3的实验条件相比区别仅为对比例没有设置扰动元，其余条件均和实施例3的中的射束整形体相同，对比例的中子射束中伽马射线的含量为11.9*10-14Gy*cm2/n，有效治疗深度为10.81cm，有效治疗计量比为5.54,30RBE-Gy所在深度为6.98cm，通过表3可以得知不同材质的缓速体对中子射束品质是有影响的，本实施例中30RBE-Gy所在深度相比于实施例1和实施例2均有所下降，这种治疗深度的降低是由缓速体的材质不同造成的，通过实施例3和实施例3的对比例相比可以发现：在相同材质的缓速体条件下，扰动元的存在对中子射束品质均有改善的效果，并且扰动元能有效的屏蔽中子射束中的伽马射线。
<实施例4>
本实施例中选用Fluental作为缓速体的材料(Fluental为专利US5703918B提到的缓速体材料)，其余参数和实施例3中的参数相同，用MCNP软件计算铅、铋、铝和碳几种物质分别作为扰动元时扰动元对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽作用，结果如表4所示：
表4，底面半径为6cm，高为3cm的具有孔隙结构的圆柱体扰动元对以Fluental为缓速体的中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果
不同材质用做扰动元以屏蔽伽马射线的原理相同，因此本实施例仅随机选取铅、铋、铝和碳分别作为扰动元以说明射束整形体中添加扰动元的技术效果，构成扰动元的材质不限于这几种物质。以本实施例中的射束整形体不设置扰动元为对比例，对比例的中子射束中，伽马射线的含量为9.25*10-14，有效治疗深度为10.86cm，有效治疗计量比为5.47,30RBE-Gy所在深度为6.67cm。本实施例中中子射束品质和实施例1～实施例3相比，其30RBE-Gy所在深度均有不同程度的降低，这是由于使用不同材质的缓速体造成的，但通过实施例4和对比例的比较可以得出：本实施例中扰动元的存在均明显的降低了中子射束中伽马射线的含量，并且中子射束品质相比于对比例的中子射束品质30RBE-Gy所在深度均有所增加。
<实施例5>
本实施例选用85％的氟化镁和15％的氟化锂作为缓速体材料，其中缓速体的形状为圆柱体，图3所示为本实施例中BSA的截面图，扰动元为有孔隙的圆柱体并且扰动元位于缓速体和射束出口之间，其中圆柱体的扰动元高度为10cm，底面圆的半径为5cm。扰动元在上述条件下对中子射束品质的影响以及对伽马射线的屏蔽效果如表5所示：
表5，扰动元在射束整形体中对圆柱体的缓速体产生的中子射束的影响以及对伽马射线的屏蔽效果
不同材质用做扰动元以屏蔽伽马射线的原理相同，因此本实施例仅随机选取铼、铅、铋、铝和碳分别作为扰动元以说明射束整形体中添加扰动元的技术效果，构成扰动元的材质不限于这几种物质。以本实施例中的射束整形体不设置扰动元为对比例，对比例的中子射束中，伽马射线的含量为6.47*10-14，有效治疗深度为12.82cm，有效治疗计量比为5.58,30RBE-Gy所在深度为8.76cm，通过实施例5和相应对比例比较可以看出：射束整形体中分别用不同材质构成的扰动元中，扰动元所在的射束整形体的射束出口处的中子射束品质均有不同程度的改善，如有效治疗深度和30RBE-Gy所在深度和对比例相比均有不同程度的增加，这对治疗效果均是有利的影响，并且所述中子射束中伽马射线的含量和对比例相比均有不同程度的降低，由于本实施例中采用的缓速体为圆柱体，因此进一步说明无论射束整形体内缓速体是什么形状，扰动元的存在都能够有效的在对中子射束品质没有明显负面影响的前提下降低中子射束中伽马射线的含量。
通过实施例1和实施例2可以发现，扰动元内部结构无论是有孔隙状的还是紧实的结构，其对中子射束中的伽马射线均有屏蔽作用；通过实施例1、实施例3和实施例4比较可以发现，在其余参数均相同的条件下，不同材料的缓速体对中子射束品质有影响，但是在相同材料的缓速体条件下，扰动元的存在均可以明显降低中子射束中伽马射线的含量，由此进一步说明扰动元对中子射束品质的改善效果。
以上实施例1到实施例5中的射束整形体均为圆柱体，作为射束整形体的圆柱体的高为80～100cm，所述圆柱体的底面半径为60～70cm。由实施例1到实施例5可以得出，扰动元能够在对中子射束品质没有明显负面作用的前提下降低中子射束中伽马射线的含量的性质基本不受扰动元以外其他因素的影响，本发明提供的技术方案中无论扰动元相对于射束整形体是多大的尺寸，扰动元的存在均能够降低中子射束中伽马射线的含量，但是需要注意的是，在同样的射束整形体中，扰动元的尺寸越大，扰动元对中子射束品质的影响也相应增大；而扰动元尺寸越小，虽然对中子射束品质影响变小，但是其对中子射束中伽马射线的衰减程度也相应减小。
扰动元对中子射束中伽马射线的屏蔽作用主要是通过构成扰动元的材质对伽马射线的吸收或反射作用，中子射束中的伽马射线只要通过扰动元均会有一定程度的衰减，扰动元是否能降低中子射束中伽马射线的含量不决定于扰动元的形状、大小以及扰动元在射束整形体中的位置。
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 (10)
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中子产生装置、缓速体、扰动元和射束出口，所述中子产生装置容纳在所述射束整形体内用于产生中子，所述中子从中子产生装置到射束出口的方向形成中子射束，所述中子射束限定射束轴线，所述缓速体紧邻所述中子产生装置并且用于将所述中子射束中的快中子调整为超热中子，其中，射束整形体调整中子射束能谱的过程中产生伽马射线，所述扰动元位于缓速体和射束出口之间，用于通过所述中子射束并降低通过射束出口的中子射束中伽马射线的含量。
2.如权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述扰动元由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟、锑、镓、镧、碲、锡、硒、钇、铝、锶、钡、硅、锆、铷、钙、硫、铁、碳、铍、镁、磷、铬、锂、钠和镍单质中的一种、两种或多种混合的材料构成。
3.如权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述扰动元内部结构为致密结构或具有孔隙的结构。
4.如权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述缓速体和扰动元外部围绕反射体，所述反射体用于将偏离中子射束的的中子反射回所述中子射束以提高中子射束强度，所述反射体由中子反射能力强的材料组成。
5.如权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述扰动元为圆柱体，并且所述圆柱体的轴线与所述射束轴线重合或平行。
6.如权利要求5所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述圆柱体的底面半径为5～6cm，所述圆柱体的高为3～5cm。
7.如权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，所述含有伽马射线的中子射束通过扰动元时，扰动元分别通过光电效应吸收伽马射线、通过康普顿效应散射伽马射线或通过电子对效应将伽马射线转换为正负电子对而降低中子射束中伽马射线的含量，经扰动元散射的伽马射线遇到反射体后经过再次吸收或反射进一步衰减。
8.如权利要求2所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，当扰动元由铼、铪、镥、铅、铈、锌、铋、铽、铟或锑中任一单质构成，所述伽马射线占中子射束的比重至少降低30％。
9.如权利要求2所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，通过扰动元的中子射束的假体射束品质中，有效治疗深度≥10.69cm，有效治疗剂量比≥5.54,30RBE-Gy的治疗深度≥6.77cm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于，快中子能区大于40keV，超热中子能区在0.5eV到40keV。
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