CN207575566U - 一种中子俘获治疗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中子俘获治疗装置，解决了现有的中子俘获治疗装置或系统还不能达到调节超热中子的有效穿透深度的效果。本实用新型包括设置有中子通道的反射体，在中子通道内沿着中子移动方向顺次设置的加速器漂移管(2)、靶材(1)、慢化体(7)和超热中子出口通道(9)，其特征在于，所述反射体包括第一反射体(3)，和与第一反射体(3)分开后便于从慢化体(7)取出的第二反射体(5)。本实用新型具有调节超热中子的有效穿透深度，对不同深度的患癌部位进行有效治疗等优点。

Description

一种中子俘获治疗装置

技术领域

本实用新型属于癌症放射治疗领域，具体涉及一种中子俘获治疗装置。

背景技术

硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是通过静脉或其它给药方式，将含硼(¹⁰B)药物注入癌症病人体内，当含硼药物选择性地富集在癌细胞中时，用热中子或超热中子照射患癌部位，硼(¹⁰B)俘获热中子或超热中子，形成核分裂反应产生⁴He和⁷Li两个重荷电粒子，它们具有高传能线密度、短射程(约几μm，与细胞直径相近)的特征，能够有效的杀灭癌细胞，而不会对正常组织细胞造成太大的损伤。

目前，医院环境利用加速器中子源来实现BNCT已经日渐成为世界性的共识。有许多不同类型的加速器被考虑应用于BNCT，但这类加速器产生的高能中子束对人体正常组织有很大的损伤作用，不能直接照射人体，必须通过中子俘获治疗装置将快中子转化成对人体损伤较小的热中子或超热中子才能用于硼中子俘获治疗。

现有技术中一套完整的中子俘获治疗装置包括中子慢化体、中子反射体和中子吸收体等。热中子能区小于0.5eV，其穿透力较弱，主要用于人体较浅部位癌症；超热中子能区在0.5eV到40keV之间，其穿透力较强，则用于人体较深部位癌症，如脑胶质瘤、肝癌等的治疗；快中子能区大于40keV。

人体较深部位癌症，如肝癌，不同的个体，患癌部位也有所不同，因而需要不同的超热中子能量分布，才能达到最好的治疗效果。但是，现有的中子俘获治疗装置或系统还不能调节超热中子的能量分布，如：在专利号为201120051820.5，题为“基于D-T中子发射器的硼中子俘获治疗装置”的实用新型专利中，以及2011年，阿根廷D.M.Minsky在“AppliedRadiation and Isotopes”期刊第69卷，发表了题为“AB-BNCTbeamshapingassemblybasedon 7Li(p,n)7Be reactionoptimization”的文章中。由于现有技术中不能达到调节超热中子的有效穿透深度的效果，因而导致癌症的治疗效果不佳。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的中子俘获治疗装置或系统还不能达到调节超热中子的有效穿透深度的效果，因而，导致癌症的治疗效果不佳的问题，目的在于提供了一种中子俘获治疗装置，其能调节超热中子的有效穿透深度，对不同深度的患癌部位进行有效治疗。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种中子俘获治疗装置，包括设置有中子通道的反射体，在中子通道内沿着中子移动方向顺次设置的加速器漂移管、靶材、慢化体和超热中子出口通道，所述反射体包括第一反射体，和与第一反射体分开后便于慢化体取出的第二反射体。

现有的中子俘获治疗装置或系统均是由中子慢化体、中子反射体等结构构成，但现在技术中的中子俘获治疗装置或系统均只能发射出固定范围内的超热中子能量，因而，只能使超热中子的有效穿透深度固定在一定范围内，无法实现超热中子的有效穿透深度的调节。经过研究发现，在中子俘获治疗装置中采用不同的慢化体、反射体组合，可以得到不同的超热中子能量分布，其中，慢化体的改变起决定性作用。本实用新型中慢化体的材料可以是三氟化铝、石墨、重水、铍、二氟化镁、碳酸锂的任何一种或两种以上的搭配，不同的慢化体获得不同的超热中子能量范围，因而，通过本实用新型结构的优化，能有效实现慢化体的更换，进而得到不同的超热中子能量谱分布。

即，本实用新型可根据人体内癌症的深浅程度，更换不同材料的慢化体，在0.5eV到40keV能量范围内，产生不同的超热中子能量分布，得到不同的有效治疗深度，提高治疗效果，最大限度的减少人体正常组织和器官的损伤。

本实用新型中，靶材为铍靶或锂靶，当靶材为铍靶时，通过加速器的质子束能量超过2.3MeV，与所述铍靶产生核反应以产生能量小于600keV快中子，快中子产额大于5×10¹¹n/s。本实用新型也可采用锂靶，但要求加速器的质子束能量超过2.6MeV。

对于中子俘获治疗装置而言，如果中子泄漏，会一定程度减小到达超热中子出口通道的中子注量，降低治疗效果。但是如果要实现慢化体更换，必然会存在连接的缝隙，而采用现有直接对接的方式时，第一反射体和第二反射体之间形成的缝隙则会造成小部分中子泄漏。现有技术中并没有公开如何能保证第一反射体和第二反射体之间既能够实现分离的同时，也能够达到降低中子泄漏的方法，该问题是本行业中能够实现慢化体更换的技术难题之一。

本实用新型的发明人经过研究后发现，当优化第一反射体与第二反射体闭合后的连接处形成的分界面的结构，即将分界面的截面呈阶梯形结构时，即可极其显著的降低中子的泄漏，能够有效使中子的泄漏达到中子俘获治疗装置的标准。即，本实用新型中两个反射体的分界面的截面优选设置成折叠式，体现为剖面图是三横三竖的折线，通过该结构的设置，能极大地减少中子泄漏，效果显著。

优选地，所述慢化体上邻近靶材的一端设置第一反射体，该慢化体上邻近超热中子出口通道的一端设置第二反射体；且所述慢化体可拆卸连接在第二反射体上，且慢化体随着第二反射体的移动靠近或远离第一反射体。

进一步，所述第二反射体上设置有使第二反射体靠近或远离第一反射体的移动装置；该移动装置包括滑轮组，和设置在滑轮组上的移动平台；所述第二反射体固定在移动平台上。

更进一步，所述靶材安装在加速器漂移管的端部，所述加速器漂移管、靶材、慢化体和超热中子出口通道均位于同一中心轴线上。

本实用新型中，质子束与靶材发生核反应以产生快中子，中子束限定在中子通道的主轴X的范围内，慢化体将产生的快中子慢化至超热中子，反射体主要用于对中子进行反射，将偏离主轴X的中子导回主轴X以提高超热中子的注量率，铅反射体也对γ光子进行屏蔽；铅反射体设置在慢化体的外围，分成固定和移动两部分，左侧反射体固定，右侧反射体可移动，设置在移动平台上方，中子俘获治疗装置工作时，左、右侧的反射体紧密结合，形成一个整体，需要更换慢化体时，可以通过移动平台和滑轮组将右侧的反射体沿主轴X方向移动，移动到足以取出慢化体的距离，右侧的反射体移动时，也带动慢化体一起移动，移动到相应位置时，可以更换不同材料的慢化体。

为了达到最佳的慢化效果，所述慢化体上邻近靶材的一端设置有凹槽，该加速器漂移管穿过第一反射体后伸入到该凹槽内，且靶材固定在位于凹槽内的加速器漂移管一端的端部。

为了提高超热中子的注量率，所述超热中子出口通道沿着中子移动方向呈直径逐渐减小的漏斗形状。超热中子出口通道中是空气，此通道可持续将偏离主轴的中子导回主轴X以提高超热中子束的强度。

为了屏蔽中子以减少正常组织剂量，所述超热中子出口通道的出口位置处的反射体上设置有屏蔽层。

为了避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述慢化体和超热中子出口通道之间的慢化体上设置有热中子吸收层，有效用于吸收热中子。

本实用新型的治疗装置不仅用于加速器硼中子俘获治疗癌症，也用于加速器钆中子俘获治疗癌症，本实用新型不仅用于超热中子俘获治疗人体深度部位的癌症，也适合用于热中子治疗人体浅表部位的癌症，应用范围更加广泛。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型采用可更换慢化体技术，可以产生多种能量的超热中子分布，以适应人体不同深度的癌症俘获治疗，以提高治疗效果，最大程度的降低中子辐射对人体正常组织的损伤；

2、本实用新型通过第一反射体和第二反射体之间连接处结构的优化，减少连接处形成的缝隙造成的小部分中子泄漏，效果更加显著。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-靶材，2-加速器漂移管，3-第一反射体，4-分界面，5-第二反射体，6-屏蔽层，7-慢化体，8-人体模型，9-超热中子出口通道，10-热中子吸收层，11-移动平台，12-滑轮组。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

一种中子俘获治疗装置，包括设置有中子通道的反射体，在中子通道内沿着中子移动方向顺次设置的加速器漂移管2、靶材1、慢化体7和超热中子出口通道9。

本实用新型中的反射体包括第一反射体3，和与第一反射体3分开后便于慢化体7取出的第二反射体5。即，该反射体可以是左右拆分的结构，也可以是上下拆分的结构，本实施例中优选为左右拆分的结构，具体设置如下：

在慢化体7上邻近靶材1的一端设置第一反射体3，在慢化体7上邻近超热中子出口通道9的一端设置第二反射体5。该第二反射体5上设置有使第二反射体5靠近或远离第一反射体3的移动装置；所述慢化体7可拆卸连接在第二反射体5上，且慢化体7随着第二反射体5的移动靠近或远离第一反射体3，如图1所示。

本实施例还给出了一种能够实现第二反射体5移动的移动装置，该移动装置包括滑轮组12，和设置在滑轮组12上的移动平台11；所述第二反射体5固定在移动平台11上，如图1所示。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中优化了中子通道内加速器漂移管2、靶材1、慢化体7和超热中子出口通道9的位置关系，具体设置如下：

本实施例中该加速器漂移管2是一个圆柱体形状，所述靶材1选择为铍靶，该铍靶设置在加速器漂移管的端部，质子束轰击铍靶，其反应式为：⁹Be(p,n)⁹B，产生最大能量为574keV、最小能量为193keV的快中子，其中子产额为5.85×10¹¹n/s。当靶材1选择为锂靶时，反应式为：⁷Li(p,n)⁷Be。

铍靶的右侧设置了一个慢化体7，所述慢化体7上邻近靶材1的一端设置有凹槽，该加速器漂移管2穿过第一反射体3后伸入到该凹槽内，所述靶材1固定在位于凹槽内的加速器漂移管2一端的端部。

慢化体7把快中子慢化到超热中子能区，反射体采用铅反射体，第一反射体3和第二反射体5设置在慢化体7的外围，主要用于对中子进行反射，将偏离中子通道的主轴X的中子导回主轴X位置处，进而提高超热中子的注量率。第一反射体3和第二反射体5也可对γ光子进行屏蔽。第一反射体3和第二反射体5以分界线4分成两部分，左侧第一反射体3固定，右侧的第二反射体5可以通过移动装置沿主轴X方向移动，第二反射体5移动时，也带动慢化体7一起移动，移动到慢化体7可以方便取出的位置处，进行不同材料的慢化体7的更换。

本实施例中，所述加速器漂移管2、靶材1、第一反射体3、第二反射体5慢化体7和超热中子出口通道9均位于同一中心轴线上。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中优化了分界面4的结构，进而有效减小第一反射体3和第二反射体5之间间隙导致的中子泄漏，具体设置为：

分界面4的截面呈阶梯形结构，即体现在剖面图上是三横三竖的折线，如图1所示。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：本实施例中优化了超热中子出口通道9的结构，即，该超热中子出口通道9呈漏斗形状，沿着中子移动方向直径逐渐减小，如图1所示，通道中是空气，此超热中子出口通道9可持续将偏离主轴X的超热中子导回主轴X以提高超热中子束的强度。

实施例5

本实施例与实施例4的区别在于：本实施例中还增加了屏蔽层6和热中子吸收层10，如图1所示，具体设置如下：

所述超热中子出口通道9的出口位置处的反射体上设置有屏蔽层6，即在第二反射体5邻近人体模型8的侧面上设置屏蔽层6，该屏蔽层6优选为聚乙烯屏蔽层，进而达到屏蔽快中子的作用，避免快中子对人体造成伤害。人体模型8离超热中子出口通道9的边缘距离为10mm-15mm。

同时，在慢化体7和超热中子出口通道9之间的慢化体7上设置有热中子吸收层10，通过该热中子吸收层10能有效对热中子进行吸收，减少辐射到人体皮肤表面的热中子剂量，提高治疗安全性。该热中子吸收层10为镉或镁。

通过本实用新型结构的优化设置，超热中子的注量率大于1×10⁹n/cm²s；快中子污染<2×10^-13Gy-cm²/n；γ光子污染<2×10^-13Gy-cm²/n。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中子俘获治疗装置，包括设置有中子通道的反射体，在中子通道内沿着中子移动方向顺次设置的加速器漂移管(2)、靶材(1)、慢化体(7)和超热中子出口通道(9)，其特征在于，所述反射体包括第一反射体(3)，和与第一反射体(3)分开后便于慢化体(7)取出的第二反射体(5)。

2.根据权利要求1所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述第一反射体(3)与第二反射体(5)闭合后的连接处形成分界面(4)，所述分界面(4)的截面呈阶梯形结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述慢化体(7)上邻近靶材(1)的一端设置第一反射体(3)，该慢化体(7)上邻近超热中子出口通道(9)的一端设置第二反射体(5)；所述慢化体(7)可拆卸连接在第二反射体(5)上，且慢化体(7)随着第二反射体(5)的移动靠近或远离第一反射体(3)。

4.根据权利要求3所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述第二反射体(5)上设置有使第二反射体(5)靠近或远离第一反射体(3)的移动装置，所述移动装置包括滑轮组(12)，和设置在滑轮组(12)上的移动平台(11)；所述第二反射体(5)固定在移动平台(11)上。

5.根据权利要求3所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述靶材(1)安装在加速器漂移管(2)的端部，所述加速器漂移管(2)、靶材(1)、第一反射体(3)、第二反射体(5)、慢化体(7)和超热中子出口通道(9)均位于同一中心轴线上。

6.根据权利要求5所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述慢化体(7)上邻近靶材(1)的一端设置有凹槽，该加速器漂移管(2)穿过第一反射体(3)后伸入到该凹槽内，且靶材(1)固定在位于凹槽内的加速器漂移管(2)一端的端部。

7.根据权利要求1所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述超热中子出口通道(9)沿着中子移动方向呈直径逐渐减小的漏斗形状。

8.根据权利要求1所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述超热中子出口通道(9)的出口位置处的反射体上设置有屏蔽层(6)。

9.根据权利要求1所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述慢化体(7)和超热中子出口通道(9)之间的慢化体(7)上设置有热中子吸收层(10)。

10.根据权利要求1所述的一种中子俘获治疗装置，其特征在于，所述靶材(1)为铍靶或锂靶。