CN115120893A - 一种硼中子俘获治疗束流整形装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种硼中子俘获治疗束流整形装置，包括：粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部；所述粒子束通道部用于利用入射的质子束产生初始中子源；所述束流整形部用于对所述初始中子源进行整形以获得超热中子束流；所述束流引出部用于将所述中子束流引出以进行中子俘获治疗；所述活化抑制部包围粒子束通道部和束流整形部，用于吸收部分反射的中子；所述束流屏蔽部包围整个所述束流整形装置外周，用于减少中、光子射线对周围环境的影响。

Description

一种硼中子俘获治疗束流整形装置
技术领域
本申请涉及硼中子俘获治疗领域，尤其涉及一种硼中子俘获治疗束流整形装置。
背景技术
近年来，肿瘤已经成为人类生命安全的首要威胁。随着治疗癌症技术的快速发展，BNCT（Boron Neutron Capture Therapy，硼中子俘获治疗）已经在临床医学上得到了广泛的应用。
BCNT的基本原理是采用中子束照射注射硼携带剂的病人时，中子与10B发生(n,α)反应，产生射程仅为在5-8μm左右的7Li和4He粒子，该粒子射程为一个细胞直径的大小，可以破坏癌细胞DNA双螺旋键，进而杀死癌细胞，实现精准放射治疗的目的。7Li和4He具有重离子辐照的优点，可通过破坏细胞的DNA双螺旋键有效的杀死细胞。硼中子俘获治疗通过注入硼药和中子辐照技术的结合可实现二元靶向治疗，对脑胶质瘤、黑色素瘤和头颈部复发肿瘤等具有良好疗效。
硼中子俘获治疗所需的中子束可由反应堆或加速器打靶产生。加速器和反应堆产生的中子都无法直接用于治疗，需对其中子进行缓速、整形和引出，以满足治疗需求。其中加速器打靶产生的中子建造成本低、不涉及反应堆相关的核安全问题，更易于在人口密集区域建造。因此，BNCT采用加速器产生中子束流。
目前，硼中子俘获治疗束流整形装置中，布置在粒子束管道和反射体外侧的聚乙烯类屏蔽部，会引起中子慢化并将部分中子反射至粒子束管道和反射体处，这会增加粒子束管道和反射体的感生放射性，使得维修或更换靶的过程的辐射防护措施极为复杂、成本高、工作人员潜在辐射剂量较高，因而，硼中子俘获治疗束流整形装置的安全性和适用性有待进一步提高。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种硼中子俘获治疗束流整形装置，能够有效提高中子俘获治疗的安全性和适用性。
本申请公开了如下技术方案：
本申请提供一种硼中子俘获治疗束流整形装置，包括：
粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部；
所述粒子束通道部用于利用入射的质子束产生初始中子源，所述初始中子源包含不同能量的中子；
所述束流整形部用于对所述初始中子源进行整形以获得超热中子束流；
所述束流引出部用于将所述超热中子束流进行准直和引出以进行中子俘获治疗；
所述活化抑制部包围粒子束通道部和束流整形部，用于吸收由所述束流屏蔽部反射回的热中子；
所述束流屏蔽部，用于吸收或反射所述粒子束通道部、束流整形部和束流引出部泄露的中子和光子，以减少对周围环境的影响。
在一个可能的实现方式中，所述粒子束通道部包括：粒子束管道、靶材和靶冷却装置；
所述靶材使从所述粒子束管道入射的质子束轰击在所述靶材上发生核反应，产生不同能量的中子；
所述靶冷却装置与所述靶材连接，用于冷却所述靶材；
所述束流屏蔽部包括前向屏蔽部和侧向屏蔽部；
所述前向屏蔽部位于所述束流引出部的束流出口处，可用于吸收从所述束流出口侧向泄露的中子和光子；
所述侧向屏蔽部包围所述活化抑制部，用于吸收从所述束流整形部泄露出来的中子和光子；
所述前向屏蔽部包括固定前向屏蔽部和可拆卸前向屏蔽部，以便于更换不同规格的可拆卸前向屏蔽部获得不同直径的热中子束流照射束斑；
所述可拆卸前向屏蔽部包括：第一中子屏蔽部、第一光子屏蔽部和中子反射部，所述中子反射部位于在所述可拆卸前向屏蔽部靠近束流引出部的一侧，呈带有空腔的圆台结构；所述第一中子屏蔽部包围所述中子反射部，所述第一光子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的一部分；
所述固定前向屏蔽部包括：第二中子屏蔽部、第二光子屏蔽部；所述第二中子屏蔽部沿径向分别与所述抑制活化部、侧向屏蔽部、束流整形部邻接；所述第二中子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的另一部分，所述第二光子屏蔽部包围所述第二中子屏蔽部，所述第二光子屏蔽部与所述第一光子屏蔽部邻接。
在一个可能的实现方式中，所述束流整形部包括：缓速体和反射体；
所述反射体包括含空腔的圆柱体结构，用于反射不同能量的中子，以防止中子泄露；
所述缓速体置于反射体空腔内部，与所述靶材和靶冷却装置相接，用于降低靶材产生的初始中子源内快中子的能量，以提高超热中子的成分占比。
在一个可能的实现方式中，所述束流引出部，包括：束流出口、引束空腔、热中子过滤部和光子过滤部；
所述热中子过滤部用于吸收从束流整形部的缓速体射出的热中子；
所述光子过滤部用于吸收从束流整形部的缓速体射出的光子。
在一个可能的实现方式中，所述单向热中子屏蔽层的材料包括镉、BC4、硼铝合金、硼锂合金中的至少一种。
在一个可能的实现方式中，所述靶材包括：保护层、中子产生靶和靶基体，所述保护层与所述粒子束管道连接，所述中子产生靶与保护层连接，所述靶基体与所述中子产生靶连接。
在一个可能的实现方式中，所述缓速体为两端直径短，中间直径长的轴向渐变结构。
在一个可能的实现方式中，所述缓速体包括：多柱体组合结构；所述多柱体组合结构，包括多个小圆柱体结构，以使不同直径的小圆柱体组合成两端为直径小且中间为直径大的仿锥体结构，或者一端直径大另一端直径小的仿圆台体结构；或者使多个直径相同的小圆柱体组合成与小圆柱体直径相同的大圆柱体。
在一个可能的实现方式中，所述缓速体的材料包括MgF2、CaF2、AlF3、Al2O3、Al、LiF、6LiF、6LiCO3、BF3、BC4、C2F4中的至少一种。
在一个可能的实现方式中，所述反射体材料包括：铝、氧化铝、低活化马氏体钢、奥氏体不锈钢、碳钢、铅中的至少一种。
在一个可能的实现方式中，所述粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部的轴线重合，以使得引出束流以轴线为中心呈对称分布射出。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的硼中子俘获治疗束流整形装置，包括：粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部；所述粒子束通道部用于利用入射的质子束产生初始中子源；所述束流整形部用于对所述初始中子源进行整形以获得超热中子束流；所述束流引出部用于将所述中子束流引出以进行中子俘获治疗；所述活化抑制部包围粒子束通道部和束流整形部，用于吸收部分反射的中子；所述束流屏蔽部包围整个所述束流整形装置外周，用于减少中子射线对周围环境的影响。该装置通过活化抑制部来单向屏蔽束流屏蔽部慢化反射回的热中子，避免反射进入反射体、粒子束管道的热中子引起材料的活化，能够有效提高中子俘获治疗的安全性和适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图；
图2为本申请实施例提供的另一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图；
图3为本申请实施例提供的又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图；
图4为本申请实施例提供的又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图；
图5为本申请实施例提供的又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图；
图6为本申请实施例提供的应用硼中子俘获治疗束流整形装置的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一个应用硼中子俘获治疗束流整形装置的示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
正如前文所述，在硼中子俘获治疗技术中，最初的中子束可由反应堆或加速器打靶产生。其中利用加速器打靶产生中子的方式，具有无需关注反应堆相关的核安全问题，更易于在人口密集区域建造等优势。加速器产生的中子无法直接用于后续治疗，需对其进行缓速、整形和引出，以达到治疗需求。
硼中子俘获治疗通过注入硼药和中子辐照技术的结合可实现二元靶向治疗,对脑胶质瘤、黑色素瘤和头颈部复发肿瘤等具有良好疗效。为保证治疗效果，需将中子进行缓速、过滤、整形与引出，以获得满足治疗需求的中子束。面向技术应用需解决如下多方面的工程问题：
1.在靶更换阶段，需将束流整形器分解后提出并更换靶，常用的以聚乙烯为基体的侧向屏蔽部会使得中子快速慢化为热中子，反射进入反射体、粒子束管道的热中子会引起材料的活化，这使得维修更换过程面临着高感生放射性的不良影响。
2.常用缓速体材料均为粉末，需通过热压烧结、等离子体烧结和热等静压等技术处理为致密且孔隙均匀的靶材，受加工工艺所限，单次制作的靶材尺寸与靶材厚度均有一定限制要求，且整体整形的靶材很难直接切割为圆台与纺锥形等特殊形状。
3.用于治疗的超热中子束流照射需根据病患肿瘤特性进行调节以满足治疗需求。
金属靶材需要具有中子产生率高，超热中子所占份额大，耐高温能力强，强穿辐射产生少，安全性和经济性好等特点。无论采用核反应堆或加速器带电粒子轰击靶材作为初始源，产生的初级中子均需要通过整形慢化与引出，形成满足治疗要求的束流。国际原子能机构建议用于硼中子俘获治疗的超热中子束需达到如下技术指标：
（1）超热中子注量率φepi≥1×109n/cm2•s；
（2）快中子成分＜2×10-13Gy•cm2；
（3）光子成分＜2×10-13Gy•cm2；
（4）热中子份额≤0.05；
（5）中子单向性满足中子流与中子注量的比值 ≥0.70；
（6）出口束流照射野直径在12cm-20 cm范围内可调。
有鉴于此，本申请实施例提供一种硼中子俘获治疗束流整形装置，包括：粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部；活化抑制部为单向热中子屏蔽层，包围所述粒子束通道部和束流整形部，用于吸收由所述束流屏蔽部慢化反射回的热中子。该装置能够有效提高中子俘获治疗的安全性和适用性。
为了便于理解，下面对本申请实施例提供的硼中子俘获治疗束流整形装置的结构进行介绍。
实施例一：
参见图1，图1为本申请实施例提供一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图。如图1所示，包括粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部。
粒子束通道部用于利用入射的质子束产生初始中子源；
束流整形部用于利用所述初始中子源获得超热中子束；
束流引出部用于对所述超热中子束进行准直和引出以进行中子俘获治疗；
活化抑制部为单向热中子屏蔽层，包围所述粒子束通道部和束流整形部，用于吸收由所述束流屏蔽部慢化反射回的热中子；束流屏蔽部，用于吸收或反射所述粒子束通道部、束流整形部和束流引出部泄露的中子和光子，以减少对周围环境的影响，即可以减小对治疗室环境及设备的影响。
本申请实施例中，整形装置在治疗过程中正常使用时，束流屏蔽部用于吸收或反射所述粒子束通道部、束流整形部和束流引出部泄露的中子和光子，而在靶更换阶段，需将束流整形装置分解后提出靶，并更换靶，在此过程中，束流屏蔽部会使得部分中子快速慢化为热中子，慢化产生的热中子被反射进入反射体、粒子束管道会引起材料的活化，本申请的活化抑制部为单向热中子屏蔽层，其起屏蔽作用的一侧朝向束流屏蔽部，吸收由束流屏蔽部反射的热中子，有效抑制反射体、粒子束管道材料的活化。
粒子束通道部包括粒子束管道111、靶材112和靶冷却装置113。粒子束通道部是粒子束运行的通道，经过加速的带电粒子通过粒子束管道111，轰击靶材112发生核反应产生初始中子源，靶冷却装置113对靶材112进行冷却，带走热量并降低靶材的温度。
在一个示例中，靶材112为金属靶材。金属靶材112包括但不限于锂金属靶材或铍金属靶材。
靶材材料，具备高中子产生率，产生中子能量较多地集中在超热中子能区，安全性高且操作性强等特点。
在一个示例中，靶材112包括保护层、中子产生靶和靶基体。保护层与粒子束管道111连接，中子产生靶与保护层连接，靶基体与所述中子产生靶连接。保护层材料可以为金属钛或金属铍，用于防止锂蒸汽和溅射锂离子进入粒子束管道111。中子产生靶采用为天然金属锂靶或高富集度Li-7（锂）金属靶，高富集度Li-7金属靶是指其丰度大于92.41%，可在较低能量质子作用下产生高产额、能谱适中的中子源。靶基体材料为金属钛、金属钽或金属铜，易与所述保护层与所述靶基体连接，保持密封性并防止起泡。
在一个示例中，靶冷却装置113为内部设有沟槽的铜基体。内部沟槽为水冷却剂的流动通道，通过流动换热降低固体靶的温度。靶冷却装置113与靶基体连接。
质子束从所述粒子束管道111入口射入后，轰击在所述靶材112上发生核反应产生不同能量的中子，其中热中子的能量小于0.5eV，超热中子能量在0.5 eV到40 keV之间，快中子的能量大于40 keV。对于硼中子俘获治疗来说，超热中子是有效的治疗射束，同时，在核反应过程中也可能会产生γ射线和部分有害化学物质。
束流整形部包括缓速体121和反射体122。所述束流整形部对靶材112产生的初始中子源进行整形，以获得满足IAEA指标且可用于中子俘获治疗的超热中子束。
缓速体121与靶材112和靶冷却装置113相接，用于降低金属靶材112产生的初始中子源的中子能量，显著提高超热中子所占的份额。
缓速体121的材料应具有较大的快中子散射截面和较小的超热中子散射截面。
在一些实施例中，缓速体121的材料包括MgF2、CaF2、AlF3、Al2O3、Al、LiF、 6LiF、6LiCO3、BF3、BC4、C2F4中的至少一种。
在一个示例中，上述缓速体121的材料粉末或粉末压坯通过热压烧结、等离子体烧结和热等静压等技术处理为缓速体块。缓速体可以制作成相同或不同半径的圆柱型，不同半径的缓速体可按照设计需求组成圆柱形、圆台结构或仿锥结构。
从靶材112产生的不同能量中子在缓速体121的作用下进行减速与过滤，经过缓速体的大部分中子将处于超热中子能区，即缓速体121的主要作用是将高能的中子束降为用于有效治疗的超热中子束。
反射体122，包围在缓速体121和部分粒子束管道111的外周，用于对初始中子源的射束方向进行控制，使入射到束流引出部的中子数目显著增加。
在一个示例中，反射体122可以为含空腔的圆柱体结构，该空腔内部布置有缓速体121，部分粒子束管道111、全部靶冷却装置113、靶材112。反射体122材料具有较强的中子反射能力。
在一些实施例中，反射体122材料包括：铝、氧化铝、低活化马氏体钢、奥氏体不锈钢、碳钢、铅中的至少一种。
活化抑制部130为单向热中子屏蔽层，所述活化抑制部130将粒子束管道111和反射体122包围，用于吸收由所述束流屏蔽部慢化反射回的热中子（能量小于0.5eV），可以大规模减小热中子对粒子束管道和反射体的活化，提高相关部件的可维护性，活化抑制部对于超热中子和快中子的吸收效果较小，使反射的超热中子和快中子可返回反射体122，缓速体121和束流引出部，不影响最终引出中子束流内超热中子的强度。在一个示例中，活化抑制部130材料包括镉、BC4、硼铝合金、硼锂合金中的至少一种。
本领域技术人员可以理解的是，活化抑制部130还可以选择满足单向热中子屏蔽作用的其他材料。
在一个示例中，活化抑制部130可以为0.5mm-1mm厚度的箔片。
在一些实施例中，束流引出部包括：束流出口151、引束空腔152，热中子过滤部153和光子过滤部154。束流出口151与引束空腔152连接，为无填充的圆台结构。热中子过滤体和光子过滤体可设置在所述缓速体121和所述束流出口151之间的某一位置。
在一个示例中，束流出口151的直径在12cm-20cm范围内可调。
热中子过滤部153用于吸收从缓速体121射出的热中子，降低束流出口151处的热中子所占份额，降低治疗室正常组织所受的有害剂量。
在一个示例中，热中子过滤部153材料可以为含6Li的材料，例如，含6LiCO3或6LiF的聚乙烯等。结构为圆型箔片，其半径比束流出口151最小半径要至少大1cm。
光子过滤部154用于吸收从缓速体121射出的光子，降低所述束流出口151处的光子射线，降低治疗室正常组织所受的有害剂量。
在一个示例中，光子过滤部154材料可以为铅或铋材料，圆柱形结构，半径与热中子过滤部153相同。
热中子过滤部153和光子过滤部154为邻接设置，也可以不邻接设置。
在一个示例中，束流引出部为一体化结构，可根据束流需求取出进行更换，以引出不同半径的束流。
在一些实施例中，束流屏蔽部，包括侧向屏蔽部141和前向屏蔽部；束流屏蔽部包围在整个所述束流整形装置外周，可以减少残余射线对周围环境的有害影响。
侧向屏蔽部141包围在所述活化抑制部130的外周。可吸收从反射体122泄露出来的中子以及光子，降低对周围环境的射线污染，确保治疗室和非治疗区域的辐射安全。
在一些实施例中，侧向屏蔽部包括侧向中子屏蔽体、侧向光子屏蔽体（图中未示出），侧向光子屏蔽体包围侧向中子屏蔽体。
在一个示例中，侧向中子屏蔽体的中子屏蔽体材料可以为含硼聚乙烯。
前向屏蔽部设置在束流引出部的周围，可用于吸收从引束空腔152侧向泄露的中子和光子。
在一个示例中，前向屏蔽部包括前向中子屏蔽体143和前向光子屏蔽体144，可以有效降低在治疗时正常组织所受到的剂量。
在一个示例中，前向中子屏蔽体143位于所述束流引出部周围，且为带有空腔的圆柱体结构，其外径与侧向屏蔽部外径相同。
在一个示例中，前向中子屏蔽体143可以选择含6LiCO3或含硼聚乙烯，且其外径与侧向屏蔽部141外径相同。
在一个示例中，前向光子屏蔽体144可以为环形圆柱体结构，且其外径与侧向屏蔽部141外径相同，厚度可以为1cm-2cm，材料可以为铅或铋。
本申请实例中，粒子束管道、靶材、靶冷却装置、反射体、缓速体、引束空腔、束流引出部处于同一轴线上，以保证引出束流以轴线为中心呈对称分布射出。
本申请实施例提供的束流整形装置，粒子束管道和反射体周围包裹由镉材料组成的活化抑制部，该材料可以有效吸收由所述束流屏蔽部慢化反射回的热中子（能量小于0.5eV），大规模减小热中子对粒子束管道和反射体的活化，并降低维修更换时的辐射防护要求。同时，活化抑制部对于超热中子和快中子的吸收效果较小，使得该类中子可反射回缓速体和束流引出部，不影响最终引出中子束流中超热中子的强度。
实施例二：
参见图2，图2为本申请实施例提供另一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图。如图2所示，靶材可以为旋转靶金属靶材114，旋转靶的金属外壳115位于所属旋转靶金属靶材114的周围，旋转靶的金属外壳115材料可选为不锈钢。为了降低束流整形装置的感生放射性，所述活化抑制部130将粒子束管道111、反射体122以及旋转靶的金属外壳115包围，降低了束流整形装置中相关部件的感生放射性，提高了束流整形装置的可维护性。
实施例三：
参见图3，图3为本申请实施例提供又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图。如图3所示，所述缓速体121包括：多柱体组合结构；所述多柱体组合结构，包括多个小圆柱体结构，以使不同直径的小圆柱体组合成两端直径小且中间直径大的仿锥体结构，或者一端直径大另一端直径小的仿圆台体结构；或者使多个直径相同的小圆柱体组合成与小圆柱体直径相同的大圆柱体。
缓速体121是分段柱体结构，可由多个直径相同的小圆柱体缓速体材料邻接拼接而成大圆柱体，还可由多个不同直径的小圆柱体缓速体材料邻接拼接而成仿圆台体或仿锥体，降低仿圆台体、仿锥体等特殊形状缓速体在制作或切割时的工艺难度，同时保证特殊形状缓速体对中子缓速的高效性，提高了高效缓速体的工程可行性。反射体122可为圆柱腔体或分段圆柱腔体，分段圆柱腔体可以包括半径不同、高度不同的圆柱腔。
本申请实施例提供的束流整形装置，组成缓速体的粉末材料可通过热压烧结、热等静压和等离子体烧结等技术加工成不同半径的圆柱型材料，不同半径的圆柱型缓速体材料可组合成接近于圆柱体、圆台体或仿锥体的结构，可避免圆台体、仿锥体等特殊形状缓速体在制作或切割时的工艺困难，同时保证特殊形状缓速体对中子缓速的高效性。
实施例四：
参见图4，图4为本申请实施例提供又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图。如图4所示，前向屏蔽部是由固定前向屏蔽部和可拆卸前向屏蔽部组成，可拆卸前向屏蔽部和束流引出部构成一个可更换模块，通过装载直径不同的束流出口的可更换模块，可满足不同超热束流束斑大小的治疗需求。
在一个示例中，可拆卸前向屏蔽部制作成凸出的圆台结构。
可拆卸前向屏蔽部包括：第一中子屏蔽体155和第一光子屏蔽体156。所述第一光子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的一部分。
固定前向屏蔽部包括，第二中子屏蔽体145和第二光子屏蔽体146。所述第二中子屏蔽部沿径向分别与所述抑制活化部、侧向屏蔽部、束流整形部邻接；所述第二中子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的另一部分，所述第二光子屏蔽部包围所述第二中子屏蔽部，所述第二光子屏蔽部与所述第一光子屏蔽部邻接。
本申请实施例提供的束流整形装置的束流引出部和可拆卸前向屏蔽构成一个可更换模块，装载直径不同的束流出口的可更换模块，可满足不同超热束流束斑大小的治疗需求。
实施例五：
参见图5，图5为本申请实施例提供又一种硼中子俘获治疗束流整形装置的结构图。如图5所示，可拆卸前向屏蔽部，包括：第一中子屏蔽体155，第一光子屏蔽体156以及中子反射体157。所述的中子反射体157布置在所述的可拆卸前向屏蔽部的内侧（靠近引束空腔152的一侧），且与引束空腔152紧密相连，呈带有空腔的圆台结构，第一中子屏蔽部包围中子反射部，中子反射部可以有效增加束流出口151引出的超热中子束的强度。
本申请实施例的硼中子俘获治疗的束流整形装置，可根据治疗需求灵活调整出口尺寸和患者体位。
在本申请实施例中，可拆卸前向屏蔽部制作成凸出的圆台结构，在治疗头部肿瘤时，根据治疗位置，调整治疗床水平旋转角度，确保治疗中子束流与患者头部肿瘤位置呈现最佳的照射角度，进而提升治疗的适应性和有效性，图6和图7为本申请实施例提供的应用硼中子俘获治疗束流整形装置的示意图，图6为硼中子俘获治疗束流整形装置与患者平行摆位的示意图，图7为硼中子俘获治疗束流整形装置与患者垂直摆位的示意图，图6和图7中虚线框内表示束流引出部和可拆卸前向屏蔽部构成的可更换模块。
需要注意，本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本申请中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要说明的是，尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本申请的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种硼中子俘获治疗束流整形装置，其特征在于，包括：
粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部；
所述粒子束通道部用于利用入射的质子束产生初始中子源；
所述束流整形部用于利用所述初始中子源获得超热中子束；
所述束流引出部用于对所述超热中子束进行准直和引出以进行中子俘获治疗；
所述活化抑制部为单向热中子屏蔽层，包围所述粒子束通道部和束流整形部，用于吸收由所述束流屏蔽部慢化反射回的热中子；
所述束流屏蔽部，用于吸收或反射所述粒子束通道部、束流整形部和束流引出部泄露的中子和光子，以减少对周围环境的影响。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粒子束通道部包括：粒子束管道、靶材和靶冷却装置；
所述粒子束管道入射的质子束轰击在所述靶材上发生核反应，进而产生不同能量的中子；
所述靶冷却装置与所述靶材连接，用于冷却所述靶材；
所述束流屏蔽部包括前向屏蔽部和侧向屏蔽部；
所述前向屏蔽部位于所述束流引出部的束流出口处，可用于吸收从所述束流出口侧向泄露的中子和光子；
所述侧向屏蔽部包围所述活化抑制部，用于吸收从所述束流整形部泄露出来的中子和光子；
所述前向屏蔽部包括固定前向屏蔽部和可拆卸前向屏蔽部，以便于更换不同规格的可拆卸前向屏蔽部获得不同直径的热中子束流照射束斑；
所述可拆卸前向屏蔽部包括：第一中子屏蔽部、第一光子屏蔽部和中子反射部，所述中子反射部位于所述可拆卸前向屏蔽部靠近束流引出部的一侧，呈带有空腔的圆台结构；所述第一中子屏蔽部包围所述中子反射部，所述第一光子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的一部分；
所述固定前向屏蔽部包括：第二中子屏蔽部、第二光子屏蔽部；所述第二中子屏蔽部沿径向分别与所述抑制活化部、侧向屏蔽部、束流整形部邻接；所述第二中子屏蔽部包围所述第一中子屏蔽部的另一部分，所述第二光子屏蔽部包围所述第二中子屏蔽部，所述第二光子屏蔽部与所述第一光子屏蔽部邻接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述束流整形部包括：缓速体、反射体；
所述反射体包括含空腔的圆柱体结构，用于反射不同能量的中子，以防止中子泄露；
所述缓速体置于反射体空腔内部，与所述靶材和靶冷却装置相接，用于降低靶材产生的初始中子源内快中子的能量，以提高超热中子的成分占比。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述束流引出部，包括：束流出口、引束空腔、热中子过滤部和光子过滤部；
所述热中子过滤部用于吸收从束流整形部的缓速体射出的热中子；
所述光子过滤部用于吸收从束流整形部的缓速体射出的光子。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述单向热中子屏蔽层的材料包括镉、BC4、硼铝合金、硼锂合金中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述靶材包括：保护层、中子产生靶和靶基体，所述保护层与所述粒子束管道连接，所述中子产生靶与保护层连接，所述靶基体与所述中子产生靶连接。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述缓速体的材料包括MgF2、CaF2、AlF3、Al2O3、Al、LiF、 6LiF、6LiCO3、BF3、BC4、C2F4中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述反射体材料包括：铝、氧化铝、低活化马氏体钢、奥氏体不锈钢、碳钢、铅中的至少一种。
9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述缓速体为两端直径短，中间直径长的轴向渐变结构。
10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述缓速体包括：多柱体组合结构；所述多柱体组合结构，包括多个小圆柱体结构，以使不同直径的小圆柱体组合成两端为直径小且中间为直径大的仿锥体结构，或者一端直径大另一端直径小的仿圆台体结构；或者使多个直径相同的小圆柱体组合成与小圆柱体直径相同的大圆柱体。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述粒子束通道部、束流整形部、活化抑制部、束流屏蔽部和束流引出部的轴线重合，以使得引出束流以轴线为中心呈对称分布射出。
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