CN109045487A - 一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，包括：质子产生段，用于产生强流质子束；质子加速段，用于对质子束进行加速和输运；质子应用段，包括生产应用系统和中子俘获治疗系统，生产应用系统用于放射性核素生产和提取，中子俘获治疗系统用于人体肿瘤外照射；控制系统，分别与所述质子产生段、所述质子加速段和所述质子应用段电信号连接。本发明提供的中子俘获治疗系统结构紧凑、集成度高、体积小巧、安装方便以及节约成本，可以方便布建在现有的医院中，具有BNCT治疗功能与生产放射性同位素功能。

Description

一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统
技术领域
本发明属于医学技术领域，尤其涉及一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统。
背景技术
硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy，BNCT)是一种“药械联用”、安全性更好的生物靶向二元放射治疗模式，从原理上具有放疗、化疗、重离子治疗等手段的优点，最有希望实现人类根治肿瘤的美好愿望。BNCT治疗首先通过将具有亲肿瘤组织的无毒的携硼药物注入人体血液，待携硼(硼-10)药物富集在肿瘤组织后，采用超热中子多方向适形照射肿瘤部位，中子和癌细胞中的硼-10核素相遇并发生核反应，放出的阿尔法粒子和锂-7粒子对细胞具有很强的杀伤力，杀伤效果高于现有的X射线、伽马射线放疗和质子放疗，BNCT的副作用比较小，而且随着携硼药物亲肿瘤效果的进一步提高，BNCT对正常组织的损伤将进一步降低。BNCT的肿瘤适应症范围广泛，并且可以治疗质子、重离子治疗不了的扩散型恶性肿瘤或治疗后再次复发的肿瘤病例，比如在多形性胶质母细胞瘤(恶性脑癌)、复发性头颈癌、恶性黑色素皮肤癌、肝转移癌等，治疗效果明显好于现有的治疗技术。
BNCT治疗癌症过去主要使用裂变核反应堆提供热中子源，由于受制于核反应堆的数目少、改造难度大以及运行费用高等因素，因此实际用于肿瘤治疗的反应堆数目一直无法有突破性的提高，严重制约了BNCT在世界范围内发展与普及。反应堆中子源设施因为核安全等突出问题目前很难接受建在现有的医院中，不利于其推广及普及。
作为癌症以及其他疾患的重要筛查手段，核医学的体内诊断是将放射性核素及其标记物注射到人体内后，由于机体功能和代谢变化，因而可以通过放射核素及其标记物在体内分布和代谢来反映人体内的病理或生理变化。核医学科的正电子断层扫描仪(PET)、单光子断层扫描仪(SPECT)等设备在扫描前需要给受检者注射一定剂量的放射性核素，因此此类设备需配套放射性核素的制备、生产或采购过程。比如PET或PET-CT的拥有机构一般都需单独采购一套基于质子加速器的放射性核素生产系统，生产放射性核素氟-18、碳-11等，同时还要配备有关药物合成所需的设施和场所。引进PET的医院通常会建造一座独立的PET中心，用于容纳基于低能质子加速器的放射性同位素生产系统，从而极大增加了医院的设备投入成本，扩大了额外的用地需求，无法满足大多数医院的使用要求。
基于上述情况，我们有必要设计一种可以方便布建在现有的医院中、并且经济性优良的BNCT装备系统。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供了一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，本系统同时具备BNCT治疗功能与生产放射性同位素功能，且结构紧凑、集成度高、体积小巧、安装方便，可以方便布建在现有的医院中。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，包括：
质子产生段，用于产生强流质子束；
质子加速段，用于对质子束进行加速和输运，与所述质子产生段连接，
质子应用段，与所述质子加速段连接，包括生产应用系统和中子俘获治疗系统，所述生产应用系统用于放射性核素生产和提取，所述中子俘获治疗系统用于人体肿瘤外照射，所述生产应用系统及所述中子俘获治疗系统分别与所述质子加速段连接；
控制系统，分别与所述质子产生段、所述质子加速段和所述质子应用段电信号连接。
进一步的，所述质子加速段包括射频四极场直线加速器系统、漂移管直线加速器系统和射频功率源，所述射频四极场直线加速器系统与所述质子产生段连接，所述漂移管直线加速器系统与所述射频四极场直线加速器系统连接，所述射频四极场直线加速器系统及所述漂移管直线加速器系统又分别与所述射频功率源连接。
进一步的，所述射频四极场直线加速器系统，包括：低能传输段、RFQ加速器、中能传输段；所述低能传输段与所述质子产生段连接，所述RFQ加速器与所述低能传输段及所述射频功率源连接，所述中能传输段与所述RFQ加速器及所述漂移管直线加速器系统连接，所述低能传输段、所述RFQ加速器、所述中能传输段分别与所述控制系统电信号连接。
具体的，所述低能传输段，用于对质子束流进行调节；所述RFQ加速器，用于对质子束流进行加速；所述中能传输段，用于对质子束流进行调节，以使质子束流符合进一步加速的要求；所述射频功率源，用于为RFQ加速器提供射频功率；所述控制系统，用于对质子产生段、低能传输段、RFQ加速器、中能传输段进行控制。
进一步的，所述低能传输段，包括：第一螺线管透镜、第一导向磁铁、第二导向磁铁和第二螺线管透镜；所述第一螺线管透镜与所述质子产生段连接，所述第一导向磁铁与所述第一螺旋透镜连接，所述第二导向磁铁与所述第一导向磁铁连接，所述第二螺线管透镜与所述第二导向磁铁连接。
具体的，所述第一螺线管透镜，用于对质子进行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数；所述第一导向磁铁，用于对质子的束流进行X方向的调节；所述第二导向磁铁，用于对质子的束流进行Y方向的调节；所述第二螺线管透镜，用于对方向调节后的质子的束流进行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数。
进一步的，所述RFQ加速器为四翼型或四杆型，所述RFQ加速器内部设有RFQ冷却系统。
具体的，所述RFQ加速器，用于对质子的束流进行加速，将质子产生段输出的能量为keV量级的质子束加速至2.5-5MeV；所述RFQ冷却系统，用于对所述RFQ加速器进行温度调节。进一步的，所述中能传输段，包括：第三螺线管透镜、第三导向磁铁、第四导向磁铁和第四螺线管透镜；所述第三螺线管透镜与所述RFQ加速器连接，所述第三导向磁铁与所述第三螺旋透镜连接，所述第四导向磁铁与所述第三导向磁铁连接，所述第四螺线管透镜与所述第四导向磁铁连接。
具体的，所述第三螺线管透镜，用于对质子进行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数；所述第三导向磁铁，用于对质子的束流进行X方向的调节；所述第四导向磁铁，用于对质子的束流进行Y方向的调节；所述第四螺线管透镜，用于对方向调节后的质子的束流进行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数。
进一步的，所述漂移管直线加速器系统，包括：DTL加速器、高能传输段、束流切换系统；所述DTL加速器与所述射频四极场直线加速器系统及所述射频功率源连接，所述高能传输段与所述DTL加速器连接，所述束流切换系统与所述高能传输段连接，所述DTL加速器、所述高能传输段、所述束流切换系统分别与所述控制系统电信号连接。
具体的，所述束流切换系统，用于将质子束流导向生产应用系统和中子俘获治疗系统，在治疗时段，由束流切换系统将束流导向不同的中子俘获治疗系统，在束流空闲时段，由束流切换系统将束流导向生产应用系统；所述射频功率源，用于为所述DTL加速器提供射频功率；所述控制系统，用于对所述DTL加速器、所述高能传输段、所述束流切换系统进行控制。
进一步的，所述DTL加速器为支撑杆型加速腔，所述DTL加速器内部设有DTL冷却系统。
具体的，所述DTL加速器，用于对质子的束流进行进一步加速，将所述RFQ加速器输出的能量在2.5-5MeV之间的质子束加速到8-20MeV；所述DTL冷却系统，用于对所述DTL加速器进行温度调节。
进一步的，所述高能传输段包括：磁导向、三组合四极透镜、束诊腔和束流变压器；所述磁导向与所述DTL加速器连接，所述三组合四极透镜与所述磁导向连接，所述束诊腔与所述三组合四极透镜连接，所述束流变压器与所述束诊腔连接。进一步的，所述束诊腔内设有束流位置探测器和荧光靶束流剖面探测器。
具体的，所述磁导向，用于将质子的束流偏轴状态和倾角状态量导回到合轴零偏角状态；所述三组合四极透镜，用于对质子的束流进行聚焦，控制质子束流的横截面大小；所述束流变压器，用于记录和显示质子的束流强度；所述束流位置探测器，用于对质子的束流进行位置信息的监测；所述荧光靶束流剖面探测器，用于获取质子的束流剖面信息。
进一步的，所述射频功率源，包括：高频发射机、同轴馈管、功率耦合环和射频功率源冷却系统；所述同轴馈管与所述高频发射机连接，所述功率耦合环分别与所述同轴馈管、所述RFQ加速器和所述DTL加速器连接，所述射频功率源冷却系统设于所述射频功率源内部。
具体的，所述RFQ加速器和所述DTL加速器可以使用同一个射频功率源，也可以各自各使用一个射频功率源。
具体的，所述高频发射机，用于发射高频信号；所述同轴馈管，用于将高频信号的功率进行传递；所述功率耦合环，用于将同轴馈管上高频信号的功率耦合到RFQ加速器和DTL加速器中；所述射频功率源冷却系统，用于对射频功率源进行降温。
进一步的，所述高频发射机，包括：信号发生器，固态放大器、前级放大器和末级放大器；所述信号发生器与所述固态放大器的输入端连接；所述固态放大器的输出端与所述前级放大器的输入端连接；所述前级放大器的输出端与所述末级放大器的输入端连接；所述末级放大器的输出端与所述RFQ加速器和DTL加速器连接。
进一步的，所述质子应用段，包括生产应用系统和中子俘获治疗系统。
进一步的，所述生产应用系统，包括生产传输段、生产应用装置；所述生产传输段与所述漂移管直线加速器系统连接，所述生产应用装置与所述生产传输段连接，所述生产传输段及所述生产应用装置分别与所述控制系统电信号连接。
具体的，所述生产传输段与所述束流切换系统连接，用于传输质子束流，并对质子束流进行调节，以使质子束流符合生产应用的要求；所述生产应用装置用于放射性核素生产及提取；所述控制系统，用于对生产传输段、生产应用装置进行控制。
进一步的，所述生产应用装置包括：第一束流孔道、靶核、生产应用装置冷却系统、引出孔道和屏蔽体；所述屏蔽体包裹所述靶核，所述第一束流孔道设于所述屏蔽体的内部，所述第一束流孔道的入口设于所述屏蔽体的表面上，并通过管道与所述生产传输段连接，所述第一束流孔道的出口与所述靶核一端连接，所述引出孔道设于所述屏蔽体内部，所述生产应用装置冷却系统设于所述生产应用装置内部。
所述靶核，用于产生放射性同位素；所述屏蔽体，用于屏蔽靶核产生的放射性同位素；所述束流孔道用于将质子的束流引入到靶核；所述引出孔道，用于将靶核产生的放射性同位素进行引出；所述生产应用装置冷却系统，用于对生产应用装置进行降温。
进一步的，所述中子俘获治疗系统，包括治疗传输段、中子照射装置；所述治疗传输段与所述漂移管直线加速器系统连接，所述中子照射装置与所述治疗传输段连接，所述治疗传输段及所述中子照射装置分别与所述控制系统电信号连接。
具体的，所述治疗传输段与所述束流切换系统连接，用于传输质子束流，并对质子束流进行调节，以使质子束流符合打靶的要求；所述控制系统，用于对所述治疗传输段、所述中子照射装置进行控制。
进一步的，所述中子照射装置，包括第二束流孔道、扩束段、靶装置、中子束调节装置、准直器、辐射屏蔽体。
进一步的，所述靶装置，包括靶材、靶材承载体、冷却系统、靶再生系统；所述靶材的材料选自固体金属锂、液态金属锂、锂的化合物、金属铍中的任意一种或其组合；所述锂的化合物选自氢化锂、氘化锂、氟化锂中的任意一种或其组合；所述中子束调节装置，包括中子减速体、中子反射体、低能中子过滤体、伽马射线过滤体；所述准直器，包括固定准直体、可替换准直体。
更具体的，所述靶材，用于将质子束转换为中子束；所述靶材承载体，用于包覆所述靶材，并传导所述靶材核反应所产生的热量；所述冷却系统，用于将所述靶材承载体传导出的热量带走，对所述靶装置进行冷却；所述靶再生系统，用于更新所述靶材。
所述生产应用系统，在不进行BNCT治疗的束流空闲时段，利用束流切换系统将质子束流导向生产应用系统，开展短寿命放射性核素氟-18的生产，并进一步合成硼药BPA的示踪药物18F-BPA，该示踪药物广泛用于BNCT适应症的筛查、肿瘤硼药浓度与正常组织硼药浓度之比值(T/N)的测定以及BNCT治疗效果评估等领域。通过使用不同的靶核，生产应用系统可用于生产不同的放射性核素。
所述中子俘获治疗系统，用于治疗符合BNCT治疗筛查条件的肿瘤患者，一般为恶性脑癌患者、复发性脖颈癌患者、恶性黑色素癌患者。在利用中子照射装置进行肿瘤患者照射前，给患者输注一定量的掺硼药物，待掺硼药物在肿瘤组织的分布达到最佳时，将患者置于中子照射装置的准直器前对准肿瘤进行中子照射，当患者接受到的剂量达到设定的剂量时，结束照射。
进一步的，所述生产应用系统(310)的数量为至少一个，所述中子俘获治疗系统(320)的数量为至少二个。
所述生产应用系统的数量为一个到十个，也就是说所述生产应用系统的数量可以是一个或二个或三个或四个或五个或六个或七个或八个或九个或十个，以满足不同的核素生产的需要。
所述中子俘获治疗系统的数量为二个到二十个，也就是说所述生产应用系统的数量可以是一个或二个或三个或四个或五个或六个或七个或八个或九个或十个或十一个或十二个或十三个或十四个或十五个或十六个或十七个或十八个或十九个或二十个，以满足不同的照射治疗的需要。
进一步的，所述生产应用系统的数量为一个，所述中子俘获治疗系统的数量为二个。
进一步的，所述生产应用系统的数量为二个，所述中子俘获治疗系统的数量为二个。
进一步的，所述生产应用系统的数量为二个，所述中子俘获治疗系统的数量为四个。
进一步的，所述生产应用系统的数量为三个，所述中子俘获治疗系统的数量为四个。
进一步的，所述中子俘获治疗系统是可以旋转的，在治疗期间可以围绕患者旋转一定角度，其照射方向可以根据旋转角度调节，以提供不同的照射方向，和/或所述中子俘获治疗系统是固定设置的，其照射方向包括水平方向、斜45度方向和垂直方向中的至少一个方向或其组合。所述水平方向是指与水平面平行的方向，所述垂直方向是指与水平方向垂直的方向，所述斜45度方向是指以水平方向为基准，向垂直方向倾斜45度的方向。
通过在中子俘获治疗系统中同时设置中子俘获治疗系统和生产应用系统，可以提高质子产生段产生的质子束的利用率。因质子产生段需要通过直线加速器对质子能量进行加速以满足应用的要求，而直线加速器设备庞大，运行复杂，一般情况下，其启动运行到保持输出稳定粒子束流的时间也较长，一般情况下，在开启稳定工作后，无异常情况时均不关机，以保证粒子束流能稳定输出，如果只与中子俘获治疗系统连接，中子俘获治疗系统一般只在白天使用，会使质子束不能得到充分利用，造成资源的浪费。
通过设置两个以上的中子俘获治疗系统，在治疗时段，利用束流切换系统将束流导向准备就绪患者所分配的中子俘获治疗系统，该患者接受中子照射；其他患者与所分配的其他中子俘获治疗系统开展准备工作，准备就绪后进入排队状态。
通过设置不同照射方向的中子俘获治疗系统，可以照射治疗更多种类或更多部位的肿瘤，以拓宽中子俘获治疗系统的应用范围以及提高治疗效果。
为了更进一步提高质子直线加速器的利用率和使用寿命，提出了一套加速器系统配置一个生产应用系统和两个的中子俘获治疗系统，白天时，两个的中子俘获治疗系统可以交替治疗肿瘤患者，晚上空闲时，可以利用生产应用系统生产所需的放射性核素。
本发明的有益效果为：提供一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，实现了RFQ加速器、DTL加速器在硼中子俘获治疗肿瘤领域的应用，并且结构紧凑、集成度高、体积小巧、安装方便以及节约成本，可以方便布建在现有的医院中。除了可开展BNCT治疗功能外，还可以在空闲时段生产放射性同位素，满足肿瘤等疾患诊疗过程中核医学检测对放射性核素的需求，提高了加速器的利用率，进一步提高了基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统的经济性。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统的结构示意图；
图2是本发明提供的生产应用装置的结构图；
图3是本发明提供的中子照射装置的结构图；
图4是本发明提供的中子照射装置的剖面图；
图5是本发明提供的靶装置的剖面图。
图中：质子产生段100；质子加速段200，射频四极场直线加速器系统210，低能传输段211，RFQ加速器212，中能传输段213，漂移管直线加速器系统220，DTL加速器221，高能传输段222，束流切换系统223，射频功率源230；质子应用段300，生产应用系统310，生产传输段311，生产应用装置312，第一束流孔道3121，靶核3122，生产应用装置冷却系统3123，引出孔道3124，屏蔽体3125，中子俘获治疗系统320，治疗传输段321，中子照射装置322，第二束流孔道3221，扩束段3222，靶装置3223，靶材32231，靶材承载体32232，冷却系统32233，靶再生系统32234，中子束调节装置3224，中子减速体32241，中子反射体32242，低能中子过滤体32243，伽马射线过滤体32244，准直器3225、固定准直体32251，可替换准直体32252，辐射屏蔽体3226；控制系统400。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
一种基于强流质子直线加速器的中子俘获治疗系统，如图1所示，包括：质子产生段100、质子加速段200、质子应用段300和控制系统400；所述质子产生段100、所述质子加速段200、所述质子应用段300依次连接，所述控制系统400分别与所述质子产生段100、所述质子加速段200、所述质子应用段300电信号连接。
其中，所述质子产生段100，用于产生强流质子束。于本实施例中，所述质子产生段100可以采用电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonanc，ECR)质子产生段或者潘宁源，产生的离子优选为质子，在其他一些实施例中，所述离子还可以为其他的离子，离子出口能量为几十千电子伏，束流强度为数十-数百毫安量级。
所述质子加速段200，用于对质子束进行加速和输运。包括射频四极场直线加速器系统210、漂移管直线加速器系统220和射频功率源230，所述射频四极场直线加速器系统210与所述质子产生段100连接，用于对质子束进行加速和输运；所述漂移管直线加速器系统220与所述射频四极场直线加速器系统210连接，用于对质子束进行加速和输运；所述射频功率源230分别与所述射频四极场直线加速器系统210及所述漂移管直线加速器系统220连接，用于为加速器提供射频功率。
所述场射频四极场直线加速器系统210，包括低能传输段211、RFQ加速器212、中能传输段213；所述低能传输段211与所述质子产生段100连接，用于对质子束流进行调节；所述RFQ加速器212与所述低能传输段211及所述射频功率源230连接，用于对质子束流进行加速，并通过射频功率源230为所述RFQ加速器212提供射频功率；所述中能传输段213与所述RFQ加速器212及所述漂移管直线加速器系统220连接，用于对质子束流进行调节，以使质子束流符合进一步加速的要求；所述低能传输段211、所述RFQ加速器212、所述中能传输段213分别与所述控制系统400电信号连接，通过控制系统400对所述低能传输段211、所述RFQ加速器212、所述中能传输段213进行控制。
于本实施例中，所述RFQ加速器212为四翼型。四翼型RFQ加速器工作频率范围一般在200MHz-400MHz，因此更适合于加速较轻的粒子。质子打靶所需的能量不同，所述RFQ加速器212也是不同的，在本实施例中，所述RFQ加速器212对质子的束流加速后，使质子的能量达到2.5-5MeV。
所述漂移管直线加速器系统220，包括DTL加速器221、高能传输段222、束流切换系统223；所述DTL加速器221与所述场射频四极场直线加速器系统210及所述射频功率源230连接，用于对质子束流进行进一步加速，在本实施例中，所述DTL加速器221对质子的束流加速后，使质子的能量达到8-20MeV；所述高能传输段222与所述DTL加速器221连接，用于对加速后的质子束流品质的调节；所述束流切换系统223与所述高能传输段222连接，用于将质子束流导向质子应用段300；所述DTL加速器221、所述高能传输段222、所述束流切换系统223分别与所述控制系统400电信号连接，通过控制系统400对所述DTL加速器221、所述高能传输段222、所述束流切换系统223进行控制。
于本实施例中，所述DTL加速器221为支撑杆型加速腔，用于对质子的束流进行进一步加速，将RFQ输出的能量在2.5-5MeV之间的质子束加速到8-20MeV；所述DTL加速器内部设有DTL冷却系统，用于对DTL加速器进行降温。
所述质子应用段300，包括一个生产应用系统310和一个中子俘获治疗系统320；所述生产应用系统310及所述中子俘获治疗系统320分别与所述漂移管直线加速器系统220连接，所述生产应用系统310用于放射性核素生产及提取；所述中子俘获治疗系统320，用于人体肿瘤外照射。
所述生产应用系统310，用于放射性核素生产及提取。包括生产传输段311、生产应用装置312，所述生产传输段311与所述漂移管直线加速器系统220连接，用于对质子束流进行调节，以使质子束流符合生产应用的要求；所述生产应用装置312与生产传输段311连接，用于放射性核素的生产及提取；所述生产传输段311及所述生产应用装置312分别与所述控制系统400电信号连接，通过控制系统400对所述生产传输段311、所述生产应用装置312进行控制。
所述中子俘获治疗系统320，用于人体肿瘤外照射。包括治疗传输段321、中子照射装置322。所述治疗传输段321与所述漂移管直线加速器系统220连接，用于对质子束流进行调节，以使质子束流符合打靶的要求；所述中子照射装置322与所述治疗传输段连接，用于肿瘤患者的中子俘获治疗；所述治疗传输段321及所述中子照射装置322分别与所述控制系统400电信号连接，通过控制系统400对治疗传输段321、中子照射装置322进行控制。
实施例二
是在实施例一基础上的进一步改进，与实施例一的不同在于，于本实施例中，所述质子应用段300，包括一个生产应用系统310和两个中子俘获治疗系统320，所述两个中子俘获治疗系统320分别为第一中子俘获治疗系统和第二中子俘获治疗系统。
具体的，在进行BNCT治疗时，在第一中子俘获治疗系统中分配有第一患者，待准备就绪后，利用束流切换系统223将束流导向第一中子俘获治疗系统，第一患者接受中子照射；在第一中子俘获治疗系统治疗时，可将第二患者分配至第二中子俘获治疗系统，并进行准备工作，待第一中子俘获治疗系统照射治疗完成，第二中子俘获治疗系统准备就绪后，利用束流切换系统223将束流导向第二中子俘获治疗系统，第二患者接受中子照射；在第二中子俘获治疗系统治疗时，可将第三患者分配至第一中子俘获治疗系统，并进行准备工作，以此交替治疗，有效提高中子俘获治疗系统治疗效率。
具体的，每个中子俘获治疗系统320的治疗传输段321和中子照射装置322的空间布局会有所不同，以实现不同方向的照射治疗，本实施例中，第一中子俘获治疗系统的照射方向为沿水平方向，第二中子俘获治疗系统的照射方向为沿斜45度方向。
实施例三
本实施例与实施例一的不同在于，于本实施例中，所述质子应用段300，包括一个生产应用系统310和两个中子俘获治疗系统320，所述两个中子俘获治疗系统320分别为第一中子俘获治疗系统和第二中子俘获治疗系统。第一中子俘获治疗系统的照射方向为沿垂直方向，第二中子俘获治疗系统可以在治疗期间围绕患者旋转一定角度，其照射方向可以根据旋转角度进行调节。
实施例四
本实施例与实施例一的不同在于，于本实施例中，所述质子应用段300，包括一个生产应用系统310和两个中子俘获治疗系统320，所述两个中子俘获治疗系统320分别为第一中子俘获治疗系统和第二中子俘获治疗系统。第一中子俘获治疗系统为沿垂直方向，第二中子俘获治疗系统为沿斜45度方向。
实施例五
本实施例是在实施例一或实施例二基础上的进一步改进，与实施例一或实施例二的不同在于，如图2所示，于本实施例中，所述生产应用装置312包括：第一束流孔道3121、靶核3122、生产应用装置冷却系统3123、引出孔道3124、屏蔽体3125；所述屏蔽体3125包裹所述靶核3122，用于屏蔽靶核产生的放射性同位素；所述第一束流孔道3121设于屏蔽体3125的内部，所述第一束流孔道3125的入口设于屏蔽体3125的表面上，所述第一束流孔道3125的入口通过管道与高能传输段222连接；所述第一束流孔道3125的出口与靶核3122一端连接，所述引出孔道3124设于屏蔽体3125内部，用于将靶核3122产生的放射性同位素进行引出；所述生产应用装置冷却系统3123设于生产应用装置内部，用于对生产应用装置312进行降温。
如图3所示，于本实施例中，所述中子照射装置322，包括第二束流孔道3221、扩束段3222、靶装置3223、中子束调节装置3224、准直器3225、辐射屏蔽体3226。
如图5所示，于本实施例中，所述靶装置3223，包括靶材32231、靶材承载体32232、冷却系统32233、靶再生系统32234。所述靶材32231的材料选自固体金属锂、液态金属锂、锂的化合物、金属铍中中的任意一种或其组合，用于将质子束转换为中子束；所述靶材承载体32232，用于紧密包覆靶材，并传导靶材核反应所产生热量；所述冷却系统32233，用于将靶材承载体传导出的热量带走，对靶装置进行冷却；所述靶再生系统32234，用于更新靶材。
如图4所示，于本实施例中，所述中子束调节装置3224，包括中子减速体32241、中子反射体32242、低能中子过滤体32243、伽马射线过滤体32244。
所述准直器3225，包括固定准直体32251、可替换准直体32252。
实施例六
本实施例是在实施例一基础上的进一步改进，与实施例一不同在于，于本实施例中，所述低能传输段211，包括：第一螺线管透镜、第一导向磁铁、第二导向磁铁和第二螺线管透镜；所述第一螺线管透镜与所述质子产生段100连接，用于对质子进行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数；所述第一导向磁铁与所述第一螺旋透镜连接，用于对质子的束流进行X方向的调节；所述第二导向磁铁与所述第一导向磁铁连接，用于对质子的束流进行Y方向的调节；所述第二螺线管透镜与所述第二导向磁铁连接，用于对方向调节后的质子的束流就行聚焦，以调节质子的束流的椭圆参数。
所述中能传输段213，包括：磁导向、三组合四极透镜、束诊腔和束流变压器；所述磁导向与所述RFQ加速器212连接，用于将质子的束流偏轴状态和倾角状态量导回到合轴零偏角状态；所述三组合四极透镜与所述磁导向连接，用于对质子的束流进行聚焦，控制质子束流的横截面大小；所述束诊腔与所述三组合四极透镜连接，所述束诊腔内设有束流位置探测器和荧光靶束流剖面探测器，所述束流位置探测器，用于对质子的束流进行位置信息的监测；所述荧光靶束流剖面探测器，用于获取质子的束流剖面信息；所述束流变压器与所述束诊腔连接，用于记录和显示质子的束流强度。
所述高能传输段222，包括：磁导向、三组合四极透镜、束诊腔和束流变压器；所述磁导向与所述DTL加速器221连接，用于将质子的束流偏轴状态和倾角状态量导回到合轴零偏角状态；所述三组合四极透镜与所述磁导向连接，用于对质子的束流进行聚焦，控制质子束流的横截面大小；所述束诊腔与所述三组合四极透镜连接，所述束诊腔内设有束流位置探测器和荧光靶束流剖面探测器，所述束流位置探测器，用于对质子的束流进行位置信息的监测，所述荧光靶束流剖面探测器，用于获取质子的束流剖面信息；所述束流变压器与所述束诊腔连接，用于记录和显示质子的束流强度。
所述射频功率源230，包括：高频发射机、同轴馈管、功率耦合环和射频功率源冷却系统；所述高频发射机，用于发射高频信号；所述同轴馈管与所述高频发射机连接，用于将高频信号的功率进行传递；所述功率耦合环分别与所述同轴馈管、所述RFQ加速器212和所述DTL加速器221连接，用于将同轴馈管上高频信号的功率耦合到所述RFQ加速器212中；所述射频功率源冷却系统设于所述射频功率源内部，用于对所述射频功率源进行降温。
所述RFQ加速器212和所述DTL加速器221可以使用同一个所述射频功率源230，也可以各自各使用一个所述射频功率源230。
所述高频发射机包括：信号发生器，固态放大器、前级放大器和末级放大器；所述信号发生器与所述固态放大器输入端连接；所述固态放大器输出端与所述前级放大器的输入端连接；所述前级放大器的输出端与所述末级放大器的输入端连接；所述末级放大器的输出端与所述RFQ加速器212连接。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (10)

1.一种基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，包括：
质子产生段(100)，用于产生强流质子束；
质子加速段(200)，用于对质子束进行加速和输运，与所述质子产生段(100)连接；
质子应用段(300)，包括生产应用系统(310)和中子俘获治疗系统(320)，所述生产应用系统(310)用于放射性核素生产和提取，所述中子俘获治疗系统(320)用于人体肿瘤外照射，所述生产应用系统(310)及所述中子俘获治疗系统(320)分别与所述质子加速段(200)连接；
控制系统(400)，分别与所述质子产生段(100)、所述质子加速段(200)和所述质子应用段(300)电信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述质子加速段(200)包括射频四极场直线加速器系统(210)、漂移管直线加速器系统(220)和射频功率源(230)，所述射频四极场直线加速器系统(210)与所述质子产生段(100)连接，所述漂移管直线加速器系统(220)与所述射频四极场直线加速器系统(210)连接，所述射频四极场直线加速器系统(210)及所述漂移管直线加速器系统(220)分别与所述射频功率源(230)连接。
3.根据权利要求2所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述射频四极场直线加速器系统(210)，包括：低能传输段(211)、RFQ加速器(212)、中能传输段(213)；所述低能传输段(211)与所述质子产生段(100)连接，所述RFQ加速器(212)与所述低能传输段(211)及所述射频功率源(230)连接，所述中能传输段(213)与所述RFQ加速器(212)及所述漂移管直线加速器系统(220)连接，所述低能传输段(211)、所述RFQ加速器(212)、所述中能传输段(213)分别与所述控制系统(400)电信号连接。
4.根据权利要求3所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述低能传输段(211)，包括：第一螺线管透镜、第一导向磁铁、第二导向磁铁和第二螺线管透镜；所述第一螺线管透镜与所述质子产生段(100)连接，所述第一导向磁铁与所述第一螺旋透镜连接，所述第二导向磁铁与所述第一导向磁铁连接，所述第二螺线管透镜与所述第二导向磁铁连接。
5.根据权利要求2所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述漂移管直线加速器系统(220)，包括：DTL加速器(221)、高能传输段(222)、束流切换系统(223)；所述DTL加速器(221)与所述射频四极场直线加速器系统(210)及所述射频功率源(230)连接，所述高能传输段(222)与所述DTL加速器(221)连接，所述束流切换系统(223)与所述高能传输段(222)连接，所述DTL加速器(221)、所述高能传输段(222)、所述束流切换系统(223)分别与所述控制系统(400)连接。
6.根据权利要求2所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述射频功率源(230)，包括：高频发射机、同轴馈管、功率耦合环和射频功率源冷却系统；所述同轴馈管与所述高频发射机连接，所述功率耦合环分别与所述同轴馈管、所述RFQ加速器(212)和所述DTL加速器(221)连接，所述射频功率源冷却系统设于所述射频功率源(230)内部。
7.根据权利要求1所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述生产应用系统(310)的数量为至少一个，所述中子俘获治疗系统(320)的数量为至少二个。
8.根据权利要求1所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述生产应用系统(310)，包括生产传输段(311)、生产应用装置(312)；所述生产传输段(311)与所述漂移管直线加速器系统(220)连接，所述生产应用装置(312)与所述生产传输段(311)连接，所述生产传输段(311)及所述生产应用装置(312)分别与所述控制系统(400)电信号连接。
9.根据权利要求8所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述生产应用装置(312)包括：第一束流孔道(3121)、靶核(3122)、生产应用装置冷却系统(3123)、引出孔道(3124)和屏蔽体(3125)；所述屏蔽体(3125)包裹所述靶核(3122)，所述第一束流孔道(3121)设于所述屏蔽体(3125)的内部，所述第一束流孔道(3121)的入口设于所述屏蔽体(3125)的表面上，所述第一束流孔道(3121)的入口与所述生产传输段(311)连接；所述第一束流孔道(3121)的出口与所述靶核一端连接，所述引出孔道(3124)设于所述屏蔽体(3125)内部，所述生产应用装置冷却系统(3123)设于所述生产应用装置(312)内部。
10.根据权利要求1所述的基于质子直线加速器的中子俘获治疗系统，其特征在于，所述中子俘获治疗系统(320)，包括治疗传输段(321)、中子照射装置(322)；所述治疗传输段(321)与所述漂移管直线加速器系统(220)连接，所述中子照射装置(322)与所述治疗传输段(321)连接，所述治疗传输段(321)及所述中子照射装置(322)分别与所述控制系统(400)电信号连接。
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