CN109925613A - 中子捕获治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本申请所述中子捕获治疗装置包括加速器及对中子射束进行整形的射束整形体，所述射束整形体包括射束入口、经带电粒子束照射后产生中子射束的中子产生部、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，中子产生部经带电粒子束照射后产生中子，所述缓速体将自中子产生部产生的中子减速至预设能谱，反射体将偏离的中子导回以提高预设能谱内中子强度，中子捕获治疗装置的准直器能够沿中子射束的照射方向伸长或者收缩。即通过伸缩式准直器，改变准直器相对于被照射体的相对位置及准直器的口径，以改变中子射束的照射范围，结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种放射性射线治疗装置，尤其涉及一种中子捕获治疗装置。
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。参照图1，其示出了硼中子捕获反应的示意图，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,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。
在加速器硼中子捕获治疗中，加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，所述质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与所述靶材发生核反应以产生中子，中子经缓速体缓速到预设能谱，经准直器照射至被照射体，可见准直器是与被照射体最直接、最接近的，因此准直器对中子射束的照射非常重要。
发明内容
为了根据具体照射需要改变准直器对中子射束的照射范围的限定以及改变准直器与被照射体的相对位置，本发明的一个方面提供一种中子捕获治疗装置，所述中子捕获治疗装置包括用于产生带电粒子束的加速器及对中子射束进行整形的射束整形体，所述射束整形体包括射束入口、经带电粒子束照射后产生中子射束的中子产生部、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，所述中子射束限定一根轴线，所述中子产生部经带电粒子束照射后产生中子，所述缓速体将自中子产生部产生的中子减速至预设能谱，所述反射体将偏离的中子导回以提高预设能谱内中子强度，所述中子捕获治疗装置还包括与射束出口连通的准直器，所述准直器能够沿中子射束的照射方向伸长或者收缩。
进一步地，所述准直器包括至少第一准直部和安装于第一准直部内壁的第二准直部，所述第二准直部能够沿中子射束照射方向移动以伸出第一准直部或收缩于第一准直部内。即，所述准直器通过第二准直部相对第一准直部的移动，以改变准直器相对于被照射体的相对位置。
进一步地，所述第二准直部能够自第一准直部拆卸以改变准直器对中子射束的照射范围。当第二准直部从第一准直部拆卸后，准直器对中子射束的限定范围由第二准直部的口径变成了第一准直部的口径，从而改变了中子射束的照射范围。
进一步地，为了有利于第一准直部和第二准直部之间的相对运动及限位，所述第一准直部的内壁设有径向凹槽和轴向凹槽，所述径向凹槽和轴向凹槽连通形成L形凹槽，所述第二准直部的外壁表面设有卡持部，所述L形凹槽与卡持部相互配合以允许第一准直部和第二准直部之间的相对运动。
进一步地，所述卡持部具有可动凸起，当所述第二准直部沿射束照射方向安装于所述第一准直部内时，所述卡持部被第一准直部的内壁压缩，可动凸起处于挤压状态；当卡持部凸伸至第一准直部的径向凹槽内并转动第二准直部使可动凸起运动至轴向凹槽内时，所述第二准直部能够随着可动凸起在轴向凹槽内移动。
进一步地，为了提高卡持部的使用寿命，便于卡持部从L形凹槽中退出以使第二准直部自第一准直部拆卸出，所述径向凹槽远离轴向凹槽的一端具有连接径向凹槽和第一准直部内壁的倾斜面，所述卡持部自径向凹槽的倾斜面运动至或运动出所述径向凹槽内。
进一步地，所述第一准直部和第二准直部之间设有锁扣机构，所述第一准直部和第二准直部之间的相对固定通过锁扣机构实现。
进一步地，所述锁扣机构设于第一准直部的外端面，所述锁扣机构包括卡止部，所述卡止部具有第一位置和第二位置，当卡止部位于第一位置时，所述第二准直部能够在第一准直部的内壁移动，当卡止部位于第二位置时，所述卡止部卡持于第二准直部外表面以对第二准直部进行卡止。
进一步地，所述卡止部还包括固定于第一准直部外端面的固定部，所述卡止部相对于固定部转动。
进一步地，所述射束整形体埋设于屏蔽墙，所述屏蔽墙对应射束出口设有安装孔，所述第一准直部安装于安装孔中，而与射束整形体分别位于屏蔽墙的两侧。
与现有技术相比，本申请中子捕获治疗装置通过采用伸缩式的准直器，改变准直器相对于被照射体的相对位置，同时还可以通过拆卸部分准直器改变准直器的口径，以改变中子射束的照射范围，结构简单，易于实现。
附图说明
图1是本申请硼中子捕获反应示意图；
图2是本申请中子捕获治疗装置的示意图；
图3是本申请所述第一准直部内壁的L形凹槽的示意图；
图4是本申请所述第二准直部外壁的卡持部的示意图；
图5是本申请所述锁扣机构位于第一位置时的示意图；
图6是本申请所述锁扣机构位于第二位置时的示意图。
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、靶材与热移除系统以及射束整形体，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、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。
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因金属靶材(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。
另外，在中子捕获治疗装置实际治疗过程中，不同患者的肿瘤大小和肿瘤位置也会不同，并且对中子射束的照射范围要求也不一样，而中子射束照射范围的限定与准直器有直接的关系，因此不同情况的肿瘤需要采用不同口径的准直器。同样，准直器与肿瘤直接的相对位置也需要根据具体情况来进行调整，以利于中子捕获治疗装置对肿瘤的照射；因此有必要对中子捕获治疗装置中的准直器进行改进。
如图2所示，本申请提供一种中子捕获治疗装置100，所述中子捕获治疗装置100包括用于产生带电粒子束P的加速器200、经带电粒子束P照射后产生中子射束N的中子产生部10、对中子射束进行整形的射束整形体20以及准直器30，产生的中子射束限定一根轴线I。射速整形体20包括射束入口21、邻接于中子产生部10的缓速体22、包围在缓速体22外的反射体23和射束出口24。中子捕获治疗装置100通过加速器200将带电粒子束P加速，加速后的带电粒子束P与中子产生部10发生7Li(p,n)7Be核反应以产生中子射束N(参照图1)，产生的中子射束N经过缓速体22减速至预设能谱，反射体23将偏离的中子导回中子射束N限定的轴线I上，以提高预设能谱内的中子强度后再从射束出口24射出，所述准直器30对中子射束N的照射范围进行限定。
所述准直器30能够沿中子射束N的照射方向伸长或者收缩，以改变准直器30相对于被照射体的相对位置。所述准直器30包括至少第一准直部31和第二准直部32，所述准直器30至少包括第一准直部31和安装于第一准直部31内壁的第二准直部32，所述第二准直部32能够沿中子射束N照射方向移动以伸出第一准直部31或收缩于第一准直部31内。
作为一种优选地实施方式，为了有利于第一准直部31和第二准直部32之间的相对运动及限位，所述第一准直部31的内壁设有径向凹槽311和轴向凹槽312，所述径向凹槽31和轴向凹槽312连通形成L形凹槽，请参图3。结合图4，所述第二准直部32的外壁表面设有卡持部321，所述L形凹槽与卡持部321相互配合以允许第一准直部31和第二准直部32之间的相对运动。作为一种具体实施方式，将所述卡持部321设置为一种可动凸起，当所述第二准直部32沿轴向安装于所述第一准直部31内时，所述卡持部321被第一准直部31的内壁压缩，此时，所述可动凸起322处于挤压状态；当卡持部321沿第一准直部31的内壁凸伸至第一准直部31的径向凹槽311内后，所述可动凸起322处于自然状态，此时转动第二准直部32使可动凸起322凸伸于轴向凹槽312内时，所述第二准直部32能够随着可动凸起323在轴向凹槽312内移动。所述径向凹槽311为第一准直部31内壁沿准直器开孔的圆周方向开设的凹槽，轴向凹槽312为第一准直部31内壁沿中子射束N照射方向开设的凹槽，所述径向凹槽311与轴向凹槽312垂直并连通形成L型凹槽。
所述第二准直部32能够从第一准直部31拆除，在第二准直部32从第一准直部31拆除时，需要将第二准直部32的卡持部321从L形凹槽中退出，为了便于卡持部321的退出，作为一种优选地，在径向凹槽311远离轴向凹槽312的一端设置与第一准直部31内壁连接的倾斜面313。当被第一准直部31内壁挤压的可动凸起322运动至倾斜面313时，所述可动凸起322逐渐复原成自然状态，相对于直接从被内壁挤压的状态直接凸伸至径向凹槽311内复原成自然状态而已，倾斜面313的设置更有利于卡持部321的使用寿命。并且，当需要将所述第二准直部32从第一准直部31拆除时，第二准直部32的卡持部321沿中子射束N照射方向运动至轴向凹槽312内，再转动第二准直部32使可动凸起322经倾斜面313运动出径向凹槽311，最后使第二准直部32自第一准直部31拆卸下，可见可动凸起322的设置还便于第二准直部32的拆卸。
为了对第一准直部31和第二准直部32之间的相对位置进行固定，在所述第一准直部31和第二准直部32之间设有锁扣机构33(结合图2)。通过锁扣机构33的锁紧对第一准直部31和第二准直部32的相对位置进行固定，并通过锁扣机构33的松开使第二准直部32沿中子射束N的照射方向相对第一准直部31伸长或收缩或者将第二准直部32从第一准直部31内拆除。
作为一种具体实施方式，所述锁扣机构33设置在第一准直部31的外端面，所述锁扣机构33包括固定于第一准直部31外端面的固定部331以及连接于固定部331并能够绕所述固定部331转动的卡止部332。所述卡止部332具有第一位置(如图5)和第二位置(如图6所示，图2中所示卡止部332的位置即为第二位置)，当卡止部331位于第一位置时，所述锁扣机构33处于释放状态，所述第二准直部32能够沿中子射束N的照射方向伸长或收缩；当卡止部332位于第二位置时，所述锁扣机构33处于锁紧状态，所述卡止部332卡持于第二准直部32的外表面以对第二准直部32和第一准直部31的相对位置进行固定。所述卡止部332的转动可以通过在固定部331与卡持部332之间设置弹性件(如刚性弹簧)实现。另外，本实施方式中的锁定机构为旋转式卡止机构，在实际操作过程中，也可在第一准直部外端面设置能够沿径向移动以对第一准直部和第二准直部之间的相对位置进行固定的结构，此处就不再详细说明。
另外，当第二准直部32从第一准直部31拆卸后，所述准直器30的口径发生改变，即在使用中子捕获治疗装置时，可以根据被照射体的具体情况(比如肿瘤的大小)决定是否有必要拆除第二准直部32(第二准直部32的口径小于肿瘤大小时，拆除第二准直部；第二准直部的口径大于肿瘤大小时还可以考虑设置能够收缩在第二准直部内壁并相对第二准直部运动的第三准直部)，以此来改变准直器30对中子射束N的照射范围的限定；当只需改变准直器相对于被照射体的相对位置而无需对准直器的照射范围进行改变时，可以直接使第二准直部32收缩于第一准直部31的内壁，而不需对其进行拆除。
所述射束整形体20埋设于屏蔽墙W，所述屏蔽墙W对应射束出口24设有安装孔40，所述第一准直部31安装于安装孔40中，而使准直器30与射束整形体10分别位于屏蔽墙W的两侧。
可见，虽然本实施方式中采用了两节式的准直器，即第一准直部和第二准直部，通过使第二准直部收容于第一准直部内部，并相对第一准直部运动来改变准直器相对于被照射体的相对位置，同时，通过将第二准直部自第一准直部拆除来改变准直器对中子射束照射范围的限定。但是在实际照射过程中，可以根据具体需求采用多节准直器以使准直器与被照射体之间的相对位置具有更大范围，同时也提供更多口径的准直器。
本申请中子捕获治疗装置通过采用伸缩式的准直器，改变准直器相对于被照射体的相对位置，同时还可以通过拆卸部分准直器改变准直器的口径，以改变中子射束的照射范围，结构简单，易于实现。
本申请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装置，其特征在于：所述中子捕获治疗装置包括用于产生带电粒子束的加速器及对中子射束进行整形的射束整形体，所述射束整形体包括射束入口、经带电粒子束照射后产生中子射束的中子产生部、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，所述中子射束限定一根轴线，所述中子产生部经带电粒子束照射后产生中子，所述缓速体将自中子产生部产生的中子减速至预设能谱，所述反射体将偏离的中子导回以提高预设能谱内中子强度，所述中子捕获治疗装置还包括与射束出口连通的准直器，所述准直器能够沿中子射束的照射方向伸长或者缩短。
2.根据权利要求1所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述准直器包括至少第一准直部和安装于第一准直部内壁的第二准直部，所述第二准直部能够沿中子射束照射方向移动以伸出第一准直部或收缩于第一准直部内。
3.根据权利要求2所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述第二准直部能够自第一准直部拆卸以改变准直器对中子射束的照射范围的限定。
4.根据权利要求2所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述第一准直部的内壁设有径向凹槽和轴向凹槽，所述径向凹槽和轴向凹槽连通形成L形凹槽，所述第二准直部的外壁表面设有卡持部，所述L形凹槽与卡持部相互配合以允许第一准直部和第二准直部之间的相对运动。
5.根据权利要求4所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述卡持部具有可动凸起，当所述第二准直部沿射束照射方向安装于所述第一准直部内时，所述卡持部被第一准直部的内壁压缩，可动凸起处于挤压状态；当卡持部凸伸至第一准直部的径向凹槽内并转动第二准直部使可动凸起运动至轴向凹槽内时，所述第二准直部能够随着可动凸起在轴向凹槽内移动。
6.根据权利要求4所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述径向凹槽远离轴向凹槽的一端具有连接径向凹槽和第一准直部内壁的倾斜面，所述卡持部自径向凹槽的倾斜面运动至或运动出所述径向凹槽内。
7.根据权利要求3所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述第一准直部和第二准直部之间设有锁扣机构，所述第一准直部和第二准直部之间的相对固定通过锁扣机构实现。
8.根据权利要求7所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述锁扣机构设于第一准直部的外端面，所述锁扣机构包括卡止部，所述卡止部具有第一位置和第二位置，当卡止部位于第一位置时，所述第二准直部能够在第一准直部的内壁移动而伸长或收缩，当卡止部位于第二位置时，所述卡止部卡持于第二准直部外表面以对第一准直部和第二准直部的位置进行固定。
9.根据权利要求8所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述卡止部还包括固定于第一准直部外端面的固定部，所述卡止部相对于固定部转动。
10.根据权利要求2所述的中子捕获治疗装置，其特征在于：所述射束整形体埋设于屏蔽墙，所述屏蔽墙对应射束出口设有安装孔，所述第一准直部安装于安装孔中，而使准直器与射束整形体分别位于屏蔽墙的两侧。
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