CN109925607B - 中子捕获治疗系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种中子捕获治疗系统，包括用于产生带电粒子束的加速器、与带电粒子束发生反应产生中子射束的中子产生部以及射束整形体，所述射束整形体包括收容部、缓速体、反射体、热中子吸收体、辐射屏蔽和射束出口，收容部设有连接于加速器的真空管，真空管将经加速器加速后的带电粒子传输至中子产生部以使中子产生部与带电粒子束产生中子，中子产生部在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，中子产生部能够与带电粒子束发生反应以产生中子，在第二位置，中子产生部自射束整形体脱落。即，拆卸具有中子产生部的部分真空管使中子产生部自射束整形体中脱落，减少工作人员与发生核反应后中子产生部间的直接接触，降低工作人员的辐射安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种放射性射线辐照系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统。
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。
在加速器中子捕获治疗系统中，通过加速器将带电粒子束加速，所述带电粒子束加速至足以克服射束整形体内的中子产生部原子核库伦斥力的能量，与所述中子产生部发生核反应以产生中子，因此在产生中子的过程中中子产生部会受到高功率的加速带电粒子束的照射，中子产生部的温度会大幅上升，从而影响中子产生部的使用寿命，因此为了对中子产生部的更换是很有必要的，而被高能量等级的加速带电粒子束照射的中子产生部势必会存有大量的辐射线，因此更换中子产生部时势必会存在辐射安全隐患。
发明内容
为了提供一种减少辐射安全隐患的中子捕获治疗系统，本申请的一个实施例提供一种中子捕获治疗系统，其包括用于产生带电粒子束的加速器、与带电粒子束发生反应产生中子射束的中子产生部以及射束整形体，射束整形体包括收容部、邻接于中子产生部的缓速体、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，收容部设有连接于加速器的真空管，中子产生部设于真空管的端部，真空管将经加速器加速后的带电粒子传输至中子产生部以使中子产生部与带电粒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，缓速体将自中子产生部产生的中子减速至超热中子能区，反射体将偏离的中子导回至缓速体以提高超热中子射束强度，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，中子产生部在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，中子产生部能够与带电粒子束发生反应以产生中子，在第二位置，中子产生部自射束整形体脱落。这样的设置，只需移动中子产生部使其与射束整形体脱落，便可轻松快速地实现换靶，在一些措施中，可以采用机械手或远程控制等手段，避免工作人员暴露在辐射线下。
作为一种优选地，真空管的长度能够沿中子射束照射方向变短以提供中子产生部沿中子射束的照射方向从收容部运动出的空间，在第二位置，中子产生部能够与真空管一同从收容部运动出而自射束整形体脱落。
进一步地，真空管至少包括连接于加速器的第一真空管部、收容于射束整形体收容部并容纳有中子产生部的第二真空管部以及连接第一真空管部和第二真空管部的第三真空管部，第三真空管部能够拆卸以提供中子产生部从收容部运动出的空间，在第二位置，中子产生部能够与第二真空管部一同从收容部运动出而自射束整形体脱落。
进一步地，为了便于中子产生部运动出收容部，真空管外周与收容部的内壁之间填充有填充物。
进一步地，填充物为能够吸收中子或反射中子的材料。
进一步地，中子捕获治疗系统还包括位于收容部内且对中子产生部进行冷却的冷却装置，填充物填充于真空管外周与收容部的内壁而包裹住冷却装置，在第二位置，冷却装置及填充物与中子产生部一同自收容部脱落。
作为一种优选地，冷却装置包括位于真空管的端部而与中子产生部平面接触的第一冷却部、位于第一冷却部两侧并分别与第一冷却部连通的第二冷却部和第三冷却部，第二冷却部和第三冷却部沿平行于中子射束轴线的方向延伸且分别位于真空管的上下两侧而与第一冷却部形成匚型结构。
作为提供中子产生部随真空管自收容部脱落的可动空间，作为一种优选地，中子捕获治疗系统还包括邻接于缓速体并包覆于收容部的外周的第一屏蔽部和第二屏蔽部，第二屏蔽部能够相对第一屏蔽部向远离真空管的方向运动，真空管至少包括收容于收容部中并容纳有中子产生部的第一真空管部以及连接第一真空管部和加速器的第二真空管部，第一真空管部能够自第二真空管部脱离，当第一真空管部自第二真空管部脱离且第二屏蔽部移动至第一真空管部能够自收容部脱落的位置时，中子产生部同第一真空管部一同自射束整形体脱落。即通过第二屏蔽部的运动提供真空管的运动空间，通过第一真空管部与第二真空管部的脱离，使中子产生部与真空管的第一真空管部一同自射束整形体脱落。
进一步地，为了进一步减少工作人员与中子产生部的接触，提高辐射安全，中子捕获治疗系统还包括位于真空管铅直下方的容置装置，中子产生部运动到收容部的外侧后落入容置装置，容置装置为屏蔽材料制成。
进一步地，容置装置包括底部以及连接于底部的四个侧部，底部及四个侧部连接形成具有开口的容置空间，容置装置还设有两个遮蔽于开口的转动部，转动部的一端连接于任一侧部，另一端能够相对于所连接的侧部向容置空间内转动，在自然状态下，两个转动部遮蔽于容置空间上方而形成容置装置的顶部；在外力作用下，转动部向容置空间转动而收容于容置空间；当外力消除时，转动部恢复至自然状态。
附图说明
图1是本申请中子捕获治疗系统的第一种实施方式的示意图，其中，中子产生部位于第一位置；
图2是图1中冷却装置沿垂直于中子射束照射方向的剖视图；
图3是图1中沿垂直于中子射束照射方向中子捕获治疗系统的局部剖视图；
图4是图1中的真空管的第三真空管部被拆卸的示意图；
图5是图4中的第三真空管部被拆卸后，第二真空管部及中子产生部移动出收容部的示意图，即中子产生部位于第二位置；
图6是本申请中子捕获治疗系统的第二种实施方式的示意图，其中，在第一真空管部和第二真空管部之间安装屏蔽装置；
图7是将图6中的第二真空管部及中子产生部移动至屏蔽装置中的示意图；
图8是将图6中的收容有第二真空管部及中子产生部的屏蔽装置拆卸下的示意图；
图9是图6中屏蔽装置的立体示意图；
图10是图9所示屏蔽装置另一种实施方式的示意图；
图11是图10所示屏蔽装置的立体示意图；
图12是本申请中子捕获治疗系统的第三种实施方式的示意图；
图13是图12中的第二屏蔽部相对于第一屏蔽部向远离中子产生部方向移动的示意图；
图14是图12中沿垂直于中子射束照射方向中子捕获治疗系统的局部剖视图；
图15是图13中沿垂直于中子射束照射方向中子捕获治疗系统的局部剖视图；
图16是图14所示第二屏蔽部移动后，第一真空管部和中子产生部移动出收容空间的示意图；
图17是图16中沿垂直于中子射束照射方向中子捕获治疗系统的局部剖视图；
图18是图15中容置装置在自然状态下的的示意图；
图19是图18中容置装置受到外力后的示意图。
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(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。本申请的实施例中采用锂金属制成的中子产生部。但是本领域技术人员熟知的，中子产生部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因金属中子产生部(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。本申请的实施例中采用7Li(p,n)7Be的核反应。由此可知，受到高能量等级的加速带电粒子束照射的中子产生部的温度必然会大幅上升，从而影响中子产生部的使用寿命。
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中子产生部的核反应，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，本申请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>1x109n/cm2s
快中子污染Fast neutron contamination<2x10-13Gy-cm2/n
光子污染Photon contamination<2x10-13Gy-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2x10-13Gy-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2x10-13Gy-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。
为了解决中子产生部的更换问题，同时，尽可能减少工作人员与辐射线的接触，本申请提供一种中子捕获治疗系统。
因为对换靶人员的主要辐射是来源于带电粒子束照射至中子产生部后发生核反应产生的辐射线，所以本申请旨在说明拆卸发生核反应后的中子产生部，而不去说明安装新的中子产生部。
如图1所示，中子捕获治疗系统100包括用于产生带电粒子束的加速器200、与带电粒子束P发生反应产生中子射束N的中子产生部10以及射束整形体20，射束整形体20包括收容部21、邻接于中子产生部的缓速体22、包围在缓速体22外的反射体23、与缓速体22邻接的热中子吸收体24、设置在射束整形体20内的辐射屏蔽25和射束出口26，收容部21收容有连接于加速器200的真空管30，中子产生部10设于真空管30的端部而邻接于缓速体22。真空管30将经加速器200加速后的带电粒子P传输至中子产生部10，加速器200将带电粒子P加速至足以克服靶材原子核力的能量，与中子产生部12发生7Li(p,n)7Be核反应以产生中子，中子形成中子射束N，中子射束N限定一根主轴I。缓速体22将自中子产生部10产生的中子减速至超热中子能区。反射体23将偏离的中子导回至缓速体22以提高超热中子射束强度。热中子吸收体24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25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。
结合图2，中子捕获治疗系统100还包括对中子产生部10进行冷却以提高中子产生部使用寿命的冷却装置40。
冷却装置40包括位于真空管30的端部而与中子产生部10平面接触的第一冷却部41、位于第一冷却部41两侧并分别与第一冷却部41连通的第二冷却部42和第三冷却部43。真空管30的外周与收容部21的内壁之间存在间隙，第二冷却部42和第三冷却部43在间隙内沿平行于中子射束轴线I的方向延伸且分别位于真空管30的上下两侧而与第一冷却部41形成匚型结构。为了使冷却装置40对真空管30端部的中子产生部10进行冷却的同时保证射束整形体20获得较好的中子射束品质，将部分真空管30嵌设于缓速体22中(未图示)。第二冷却部242向第一冷却部41输入冷却介质，第三冷却部43将第一冷却部41中的冷却介质输出。第一冷却部41位于中子产生部10和缓速体22之间，第一冷却部41的一侧与中子产生部10直接平面接触，另一侧与缓速体14接触。
第一冷却部41包括第一接触部411、第二接触部412及位于第一接触部411和第二接触部412之间的供冷却介质通过的冷却槽413。第一接触部411与中子产生部10直接接触，第二接触部412与缓速体22可以是直接接触也可以通过空气间接接触。冷却槽413具有与第二冷却部42连通的输入槽414及与第三冷却部43连通的输出槽415。第一接触部411由导热材料制成。第一接触部411由导热材料(如Cu、Fe、Al等导热性能好的材料)或既能导热又能抑制发泡的材料制成，第二接触部412由抑制发泡的材料制成，抑制发泡的材料或既能导热又能抑制发泡的材料由Fe、Ta或V的任一种制成。中子产生部10受到高能量等级的加速照射温度升高发热，第一接触部411将热量导出，并通过流通在冷却槽413中的冷却介质将热量带出，从而对中子产生部10进行冷却。在本实施方式中，冷却介质为水。
请参图1和图5，图1为中子产生部位于第一位置的示意图，图5为中子产生部位于第二位置时的示意图。中子产生部10在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，中子产生部10能够与带电粒子束发生反应以产生中子，在第二位置，中子产生部10自射束整形体20脱落。
结合图3，收容部21与真空管30外壁之间具有间隙，间隙内填充有填充物50。填充物50包覆于真空管30的外壁及冷却装置40。填充物50为铅合金或铝合金等能够吸收或反射中子的物质。本申请实施例中，铅合金中铅的含量大于等于85％，铝合金中铝的含量大于等于85％。填充物50一方面能够将反射或散射进入到间隙内的中子反射到缓速体22或反射体23内，从而增加超热中子的产率进而减少被照射体需要被照射的时间；另一方面还能避免中子渗漏到射束整形体20外部对中子捕获治疗系统的器械造成不良影响、提高辐射安全性。并且，当中子产生部10运动至收容部21的外侧时，冷却装置40及填充物50能够随中子产生部10一同运动出收容部21，从而自射束整形体20脱落。
作为第一种实施方式，请参图1、图4至图5，真空管30包括连接于加速器200的第一真空管部31、收容于收容部21的第二真空管部32以及连接第一真空管部31和第二真空管部32的第三真空管部33。第二真空管部32的一端邻接于缓速体22，另一端延伸出收容部21而与第三真空管部33连接，中子产生部10设于第二真空管部32的端部而邻接于缓速体22。第三真空管部33能够自第一真空管部31和第二真空管部32拆卸下以使真空管30的总体长度变短，从而提供中子产生部10沿中子射束N照射的相反方向从收容部21运动出的空间。当第三真空管部33自第一真空管部31和第二真空管部32之间拆卸后，第二真空管部32能够沿中子射束N照射的相反方向从收容部21运动出，从而自射束整形体20脱落。
该实施方式中，真空管30之所以能从射束整形体20中脱落是因为拆卸第二真空管部32后第一真空管部31有了沿中子射束N照射的相反方向运动出收容部21的空间，即通过改变真空管30的整体长度对中子产生部10留出让位空间。作为改变真空管总体长度的其他实施方式，也可以通过将真空管设置成可以沿中子射束照射方向收缩的方式(如将位于射束整形体外的部分真空管设置为可伸缩的波纹管，当波纹管压缩时，真空管的总体长度变短，中子产生部随真空管沿中子射束照射的相反方向移动出射束整形体)，此处就不再详细说明。
图6至图8为本申请中子捕获治疗系统的第二种实施方式的示意图，为了进一步的降低辐射线对工作人员的安全隐患，中子捕获治疗系统100还包括屏蔽装置60。
结合图9，屏蔽装置60包括底壁61、与底壁61相对设置的顶壁62以及连接底壁61、顶壁62的第一侧壁63、第二侧壁64、第三侧壁65以及第四侧壁66。第一侧壁63和第三侧壁65相对设置，第二侧壁64和第四侧壁66相对设置，底壁61、顶壁62以及四个侧壁连接形成屏蔽空间67。顶壁62能够绕第二侧壁64或者第四侧壁66向远离或靠近屏蔽空间67的方向转动，第一侧壁63和第三侧壁65分别能够绕底壁61向远离或靠近屏蔽空间67的方向转动。顶壁62、第一侧壁63以及第三侧壁65的转动通过安装在底壁61、第一侧壁63以及第三侧壁65上的转动件68实现。当顶壁62、第一侧壁63以及第三侧壁65绕转动件68向远离屏蔽空间67的方向转动时，屏蔽装置60呈U型结构，用于方便工作人员将第一真空管部31向射束整形体20外移动而使中子产生部10运动于屏蔽空间67内。
当然，作为上述屏蔽装置60的另一种实施方式(结合图10和11)，所示屏蔽装置60也可仅包括底壁61以及连接于底壁61且相对设置的两个侧壁(64、66)。底壁61和两个侧壁形成具有相对设置的第一开口631、第二开口651以及与底壁61相对设置的第三开口621，即底壁61和两个侧壁形成U型结构，U型结构具有屏蔽空间67。第一开口631邻接于第一真空管部31，第二开口651邻接于第二真空管部32，第三真空管部穿过第三开口，第三开口621用于工作人员将第二真空管部31移动至屏蔽空间67。本申请实施方式中，所述屏蔽装置60设于真空管30的外周，当需要更换中子产生部时，拆卸第三真空管部，工作人员移动第二真空管部32直至，中子产生部10、填充部50以及冷却装置40均随第二真空管部32一同运动并收容于屏蔽装置60的屏蔽空间67内，再将屏蔽装置60从第一真空管部31取下，然后分别转动顶壁62、第一侧壁63以及第三侧壁65，使顶壁62、第一侧壁63以及第三侧壁65分别遮覆于屏蔽空间67以对屏蔽空间67内的辐射线进行全面屏蔽。通过屏蔽装置60对发生核反应后的中子产生部10存留的辐射线进行遮挡，从而降低辐射线对工作人员的安全隐患。当然，在实际操作过程中，也可以当第三真空管部33拆卸后，在第一真空管部31和第二真空管部32之间设置屏蔽装置60。
屏蔽装置60的设置可以通过第一开口631和第一真空管部31的连接(抵接)，第二开口651和第二真空管部32(射束整形体20)的连接(抵接)来实现，也可以通过设置额外的结构将其支撑于真空管30外周来实现。
因为工作人员是站在射束整形体的侧面对中子产生部进行更换工作，因此在工作人员移动第二真空管部时，屏蔽部的底壁和侧壁均能够对中子产生部内存留的辐射线进行屏蔽，当中子产生部同第二真空管部共同移动于屏蔽空间内后，转动顶壁、第一侧壁和第三侧壁，使屏蔽空间被屏蔽材料全部包围，从而进一步降低工作人员的辐射安全隐患。当然，U型结构的屏蔽装置60也足够屏蔽有可能辐射工作人员的放射线，以降低工作人员的辐射安全隐患。
图12至17所示为本申请中子捕获治疗系统的第三种实施方式的示意图。中子捕获治疗系统100’还包括邻接于缓速体22的屏蔽部，屏蔽部包覆于收容部21的外周。屏蔽部包括第一屏蔽部71和第二屏蔽部72，第二屏蔽部72能够相对第一屏蔽部71向远离真空管30的方向运动而使中子产生部10从收容部2中落下。真空管30至少包括连接于加速器200的第一真空管部31’以及连接于第一真空管部31’并收容于收容部21中的第二真空管部32’。当第二真空管部32’自第一真空管部31’脱离后，且第二屏蔽部72向远离中子产生部10的方向移动至第二真空管部32’能够从收容部21中下落时，中子产生部10同第二真空管部32’共同运动出收容部21，而从射束整形体20中脱落。填充部、冷却装置也同中子产生部10一同从射束整形体20中脱落。
为了降低辐射线对工作人员的安全隐患，中子捕获治疗系统还可以包括如实施方式二中的屏蔽装置60，也可以包括位于真空管30下方的容置装置80，中子产生部10从收容部21中落入容置装置80，容置装置80为屏蔽材料制成。
结合图18至图19，容置装置80包括底部81、与底部81相对设置的顶部82以及连接于底部81和顶部82的四个侧部83，底部81、顶部82及四个侧部83连接形成具有容置空间84的容置装置80。容置装置80的顶部82还设有一个开口，开口遮蔽有两个相对设置的转动部85，每个转动部85的一端连接于顶部82，另一端能够相对于顶部向容置空间84内转动。在自然状态下，两个转动部85位于容置空间84上方而遮蔽于开口；在外力作用下，转动部85向容置空间84内转动而收容于容置空间84；当外力消除时，转动部85恢复至自然状态。转动部85的运动可以通过在顶部82设置轴件，使转动件85绕轴件(未图示)向容置空间84内运动或者遮覆于容置空间84上方的开口来实现，此处就不再具体说明。
当然，也可在第一实施方式和第二实施方式中设置第三实施方式中的容置装置，以进一步避免工作人员与辐射线直接接触的几率。
中子捕获治疗系统通过加速器对带电粒子束P加速，作为一种优选实施例，中子产生部10由锂金属制成，带电粒子束加速至足以克服中子产生部原子核库伦斥力的能量，与中子产生部10发生7Li(p,n)7Be核反应以产生中子，射束整形体20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。如图3所示，中子产生部10包括锂靶层101和位于锂靶层10一侧用于防止锂靶层101氧化的抗氧化层102。中子产生部10的抗氧化层102由Al或者不锈钢制成。
缓速体22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23由具有中子反射能力强的材料制成，热中子吸收体24由与热中子作用截面大的材料制成。作为一种优选实施例，缓速体22由D2O、AlF3、FluentalTM、CaF2、Li2CO3、MgF2和Al2O3中的至少一种制成，反射体23由Pb或Ni中的至少一种制成，热中子吸收体24由6Li制成。
辐射屏蔽25包括光子屏蔽251和中子屏蔽252，作为一种优选地，辐射屏蔽25包括由铅(Pb)制成的光子屏蔽251和由聚乙烯(PE)制成的中子屏蔽252。
为了便于对本申请进行阐述，本申请中相同的标号表示相同的元件。
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。例如，缓速体可设置成圆柱体、冷却装置可设置成若干个，而容纳管道对应地具有若干个等。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 (10)
1.一种中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统包括用于产生带电粒子束的加速器、与带电粒子束发生反应产生中子射束的中子产生部以及射束整形体，所述射束整形体包括收容部、邻接于所述中子产生部的缓速体、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，所述收容部设有连接于加速器的真空管，所述中子产生部设于所述真空管的端部，所述真空管将经加速器加速后的带电粒子传输至所述中子产生部以使中子产生部与带电粒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中子产生部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至所述缓速体以提高超热中子射束强度，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，所述中子产生部在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，所述中子产生部能够与带电粒子束发生反应以产生中子，所述真空管至少包括连接于加速器的第一真空管部、收容于射束整形体收容部并容纳有中子产生部的第二真空管部以及连接第一真空管部和第二真空管部的第三真空管部，在第二位置，所述中子产生部能够与第二真空管部一同从收容部运动出而自射束整形体脱落，所述中子捕获治疗系统还包括屏蔽装置，所述屏蔽装置呈U型，所述屏蔽装置包括底壁以及连接于所述底壁且相对设置的两个侧壁，所述底壁和两个所述侧壁形成具有相对设置的第一开口、第二开口以及与所述底壁相对设置的第三开口，所述底壁和两个所述侧壁形呈U型结构，所述U型结构形成屏蔽空间，所述第一开口邻接于所述第一真空管部，所述第二开口邻接于所述第二真空管部，所述第三真空管部穿过所述第三开口，所述中子产生部与所述第二真空管部自所述射束整形体脱落后容置于所述屏蔽空间。
2.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述真空管的长度能够沿中子射束照射方向变短以提供中子产生部沿中子射束的照射方向从收容部运动出的空间。
3.根据权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述第三真空管部能够拆卸以提供中子产生部从收容部运动出的空间。
4.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述真空管外周与收容部的内壁之间填充有填充物。
5.根据权利要求4所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述填充物为能够吸收中子或反射中子的材料。
6.根据权利要求4所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统还包括位于收容部内且对中子产生部进行冷却的冷却装置，所述填充物填充于所述真空管外周与收容部的内壁而包裹住所述冷却装置，在第二位置，所述冷却装置及填充物与中子产生部一同自收容部脱落。
7.根据权利要求6所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述冷却装置包括位于真空管的端部而与所述中子产生部平面接触的第一冷却部、位于第一冷却部两侧并分别与第一冷却部连通的第二冷却部和第三冷却部，所述第二冷却部和第三冷却部沿平行于中子射束轴线的方向延伸且分别位于真空管的上下两侧而与第一冷却部形成匚型结构。
8.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统还包括邻接于所述缓速体并包覆于所述收容部的外周的第一屏蔽部和第二屏蔽部，所述第二屏蔽部能够相对第一屏蔽部向远离真空管的方向运动，所述第二真空管部能够自第一真空管部脱离，当第二真空管部自第一真空管部脱离且第二屏蔽部移动至第二真空管部能够自收容部脱落的位置时，所述中子产生部同第二真空管部一同自射束整形体脱落。
9.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统还包括位于所述真空管铅直下方的容置装置，所述中子产生部运动到收容部的外侧后落入所述容置装置，所述容置装置为屏蔽材料制成。
10.根据权利要求9所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述容置装置包括底部以及连接于底部的四个侧部，所述底部及四个侧部连接形成具有开口的容置空间，所述容置装置还设有两个遮蔽于所述开口的转动部，所述转动部的一端连接于任一侧部，另一端能够相对于所连接的侧部向容置空间内转动，在自然状态下，所述两个转动部遮蔽于所述容置空间上方而形成容置装置的顶部；在外力作用下，所述转动部向容置空间转动而收容于容置空间；当外力消除时，所述转动部恢复至自然状态。
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN217724360U (zh) * | 2021-03-31 | 2022-11-04 | 中硼(厦门)医疗器械有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
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| CN116092719B (zh) * | 2023-04-11 | 2023-06-23 | 四川瑶天纳米科技有限责任公司 | 一种超热中子产生系统及操作方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3715597A (en) * | 1969-09-26 | 1973-02-06 | Licentia Gmbh | Rotatable neutron therapy irradiating apparatus |
| JP2001337200A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Hitachi Ltd | 中性子発生装置 |
| JP2008268127A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 固体ターゲット回収装置 |
| CN101521981A (zh) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | 住友重机械工业株式会社 | 靶回收装置 |
| WO2012029492A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子線照射システム |
| JP2013019692A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 中性子線照射装置及び中性子線照射装置のメンテナンス方法 |
| JP2013062193A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 中性子線照射装置 |
| JP2014236913A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法システム |
| JP2015145882A (ja) * | 2015-04-28 | 2015-08-13 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法用中性子線照射装置 |
| JP2017042311A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法システム及び中性子捕捉療法システムの制御方法 |
| CN106474633A (zh) * | 2015-11-12 | 2017-03-08 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
| CN106955427A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 用于中子捕获治疗的射束整形体 |
| CN206535011U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-10-03 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
| JP2017176357A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法施設 |
| CN208372315U (zh) * | 2017-12-15 | 2019-01-15 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
-
2017
- 2017-12-15 CN CN201711348389.9A patent/CN109925607B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3715597A (en) * | 1969-09-26 | 1973-02-06 | Licentia Gmbh | Rotatable neutron therapy irradiating apparatus |
| JP2001337200A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Hitachi Ltd | 中性子発生装置 |
| JP2008268127A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 固体ターゲット回収装置 |
| CN101521981A (zh) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | 住友重机械工业株式会社 | 靶回收装置 |
| WO2012029492A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子線照射システム |
| JP2013019692A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 中性子線照射装置及び中性子線照射装置のメンテナンス方法 |
| JP2013062193A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 中性子線照射装置 |
| JP2014236913A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法システム |
| JP2015145882A (ja) * | 2015-04-28 | 2015-08-13 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法用中性子線照射装置 |
| JP2017042311A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法システム及び中性子捕捉療法システムの制御方法 |
| CN106474633A (zh) * | 2015-11-12 | 2017-03-08 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
| CN106955427A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 用于中子捕获治疗的射束整形体 |
| JP2017176357A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | 中性子捕捉療法施設 |
| CN206535011U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-10-03 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
| CN208372315U (zh) * | 2017-12-15 | 2019-01-15 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | 中子捕获治疗系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| D-T快中子治疗准直屏蔽体设计及中子特性模拟;张宇;罗鹏;姚泽恩;杨巧云;刘洋;;核技术(08);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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