CN215118339U - 一种用于bnct的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及BNCT技术领域，尤指一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器；所述的准直器结构主要包括两个构件，其中一个为固定构件，连接安装在束流整形装置的后端，另一个为可更换构件，与固定构件形成配合式的可拆卸安装；本发明准直器构型的目的是根据不同尺寸的肿瘤情况，采用可变式准直器构型以最大化治疗效果，该可变式构型可在不同尺寸肿瘤情况下保证中子通量均较大且尽量约束束流的横向扩散，使得治疗效果的最大化；本发明只需要对可更换构件进行非标设计和生产制造，就能与固定构件形成一个完整的准直器结构，可替换性强，降低生产成本和更换工艺，同时优化肿瘤治疗效果。

Description

一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器

技术领域

本发明涉及BNCT技术领域，尤指一种可以便捷实现变换孔径和锥角的用于BNCT的便于更换构型的准直器。

背景技术

硼中子俘获治疗(Boron-Neutron Capture Therapy(BNCT))技术，是将一种特制的含硼特殊化合物预先注射到肿瘤病人体内，这种化合物与癌细胞有很强的亲和力，进入人体后，迅速聚集于癌细胞内，而其他组织内分布很少；然后BNCT的超热中子射线照射病人肿瘤，与进入癌细胞里的硼发生很强的核反应。这种核反应会释放出很强的α射线，这种射线的射程很短，只有一个癌细胞的长度，能从内部破坏癌细胞，最大限度减小对周围正常细胞的影响，从而达到治疗癌症的效果。

硼中子俘获治疗中的中子产生及输运装置，主要是通过质子打靶产生高能中子，高能中子需经过慢化器慢化至超热能区，而在慢化器后端需连接准直器以对中子束流进行准直和限束。通常准直器的开口尺寸决定了中子束的束斑大小，其开口形状(锥角大小)决定了中子通量和束流在辐照人体中的横向扩散。根据基于生物模型的放射性剂量计算，针对不同的肿瘤情况，需采用不同开口大小及形状的准直器开孔以最大化其治疗效果。

目前硼中子俘获治疗束流整形装置中，其所采用的准直器构型主要分为两种，第一种为圆柱型结构中心开一圆台型孔，为固定构型，即针对任何病患均采用同一准直孔，本种准直孔构型难以与病患实际肿瘤情况相适应，若肿瘤尺寸大于开口尺寸则肿瘤杀灭效果变差，若肿瘤尺寸小于开口尺寸，则健康组织受到损伤，故准直孔开口尺寸不与肿瘤大小相适应则很难最大化治疗效果；第二种为在上述构型的后端再连接限束结构，若所需开口越小，则该限束结构的长度越长，故该构型虽能约束束斑大小，但是越小的开口尺寸，中子通量越小，而生物模型的计算表明过小的中子通量影响治疗效果，这种构型虽使开口尺寸与肿瘤大小相适应，但是其忽略了中子通量对治疗效果的制约关系，该构型在采用较小开口尺寸治疗较小肿瘤的同时降低了中子通量，使其最终治疗效果受到制约。

目前以上两种准直器，均缺乏对束流在人体中横向扩散的充分考虑，且忽略了中子通量对治疗效果的影响，针对不同的肿瘤进行治疗时，没有针对性或针对性不强，难以实现治疗效果的最大化。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种在BNCT束流整形装置中便于调整准直孔构型的准直器，以针对不同的肿瘤进行靶向治疗，尤指一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器。

本发明所采用的技术方案是：一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，所述的准直器主要包括两个构件，其中一个为固定构件，连接安装在束流整形装置的后端，另一个为可更换构件，与固定构件形成配合式的可拆卸安装；所述的固定构件整体呈圆柱体状，中部设计有带贯通孔的适配结构，所述的可更换构件整体外形能与固定构件中部的适配结构相适配组装连接，可更换构件中部开设有贯通的内端孔径大、外端孔径小的锥形孔，锥形孔可采用不同的开口尺寸及锥角大小；所述的固定构件适配结构的贯通孔的孔径和形状与可更换构件的外形和锥形孔孔径相适配，将可更换构件内嵌式安装在固定构件的适配结构内，使得可更换构件的安装轴端端面与固定构件的适配结构的上表面端面相贴紧，构成可拆卸的连接安装，使得装配后的准直器整体呈中心开口可变的圆柱体状。

所述的固定构件和可更换构件均采用掺杂有6Li的聚乙烯材质制造。

所述固定构件的适配结构整体呈凹形，可更换构件外形整体呈凸形，固定构件的凹形厚度与可更换构件配合安装的凸形厚度相适配，使得可更换构件可内嵌式安装在固定构件的适配结构内形成准直器，保证了准直器的准直孔的整体厚度维持不变。

所述的适配结构为贯通的阶梯沉孔状，可更换构件整体外形呈阶梯轴状，阶梯轴的安装轴端能与阶梯沉孔实现配合安装连接。

固定构件适配结构的阶梯沉孔的沉头孔径与可更换构件的阶梯轴安装轴端的轴径相适配，将可更换构件的安装轴端内嵌式安装在固定构件的沉孔的沉头处，使得可更换构件的安装轴端的端面与固定构件的沉孔的沉头端面相贴紧，构成可拆卸的连接，使得装配后的准直器整体呈中部有贯通孔的圆柱体状。

所述锥形孔外部靠近病人肿瘤端的开口形状和开口尺寸属于非标设计，按需设计与肿瘤大小相适应。

所述锥形孔开口尺寸及锥角的变化趋势为开口尺寸越大，锥角越小；具体数值根据生物及中子输运计算给出。

所述更换构件的锥形孔外部开口尺寸的变化范围为20-100mm。

当锥形孔外部开口尺寸为20mm时，对应的锥角约为50°，当外部开口尺寸为100mm时，对应锥角约为10°，故锥角的变化范围为10°到50°。

使用一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器的工作方法，所述的工作方法如下：

首先，根据不同肿瘤病患的肿瘤大小以及根据中子输运及生物模型的理论计算结果，得到准直器结构的构型，主要是得到可更换构件锥形孔的开口尺寸和开口锥角的最佳数值，然后进行非标制造；

然后，固定构件已安装在束流整形装置后端，然后将可更换构件与固定构件配合连接安装，形成一体式的准直器，中子束流在束流整形装置中经过慢化器慢化至超热能区，在束流整形装置后端连接安装准直器，对中子束流进行准直和限束，经过准直器结构射出的超热中子射线照射病人肿瘤，用于治疗患癌病人；当针对不同的肿瘤时，只需要重新制造相适宜可更换构件，与固定构件组装成一个开口尺寸及锥角大小可更换的准直器结构。

本发明的有益效果是：首先本发明准直孔构型设计的目的是根据不同的肿瘤情况，采用可变式准直孔构型以最大化治疗效果，该可变式构型可在不同肿瘤情况下保证中子通量均较大且尽量约束束流的横向扩散，使得治疗效果的最大化；另外本发明可视为一个便于生产制造的非标产品，通过将准直器分解成一个固定构件和一个可更换构件，只需要对可更换构件进行非标设计和生产制造，就能与固定构件形成一个完整的准直器，可替换性强，降低生产成本和更换工艺，同时优化治疗效果。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是本发明实施例一中的固定构件和可更换构件的组装示意图。

图3是本发明实施例一中的可更换构件的结构示意图。

图4是本发明中固定构件的结构示意图。

图5是本发明实施例二中的固定构件和可更换构件的组装示意图。

图6是本发明实施例二中的可更换构件的结构示意图。

附图标注说明：1-反射体，11-慢化器，2-准直器，21-固定构件，210-适配结构，22-可更换构件，220-锥形孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例，详细说明本发明的具体实施方式：

如图1-6所示，一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器2，所述的准直器2主要包括两个构件，其中一个为固定构件21，连接安装在束流整形装置的反射体1的后端，即慢化器11、热中子与伽马射线过滤器的后端，另一个为可更换构件22，与固定构件21形成配合式的可拆卸安装，固定构件21和可更换构件22均采用掺杂有6Li的聚乙烯材质制造；所述的固定构件21整体呈圆柱体状，中部设计有带贯通孔的适配结构210，所述的可更换构件22整体外形能与固定构件21中部的适配结构210相适配组装连接，可更换构件22中部开设有贯通的内端孔径大、外端孔径小的锥形孔220，锥形孔220可采用不同的开口尺寸及锥角大小；所述的固定构件21适配结构210的贯通孔的孔径和形状与可更换构件22的外形和锥形孔220孔径相适配，将可更换构件22内嵌式安装在固定构件21的适配结构210内，使得可更换构件22的安装轴端端面与固定构件21的适配结构210的上表面端面相贴紧，构成可拆卸的连接安装，使得装配后的准直器2整体呈中心开口可变的圆柱体状。

所述固定构件21的适配结构210整体呈凹形，可更换构件22外形整体呈凸形，固定构件21的凹形厚度与可更换构件22配合安装的凸形厚度相适配，使得可更换构件22可内嵌式安装在固定构件21的适配结构210内形成准直器2，保证了准直器2的准直孔的整体厚度维持不变。

本发明中的锥形孔220外部靠近病人肿瘤端的开口形状和开口尺寸属于非标设计，按需设计与肿瘤大小相适应，通过生物及中子输运计算得出，锥形孔220开口尺寸及锥角的变化趋势为开口尺寸越大，锥角越小，本发明中所述更换构件的锥形孔220外部开口尺寸的变化范围为20-100mm，当锥形孔220外部开口尺寸为20mm时，对应的锥角约为50°，当外部开口尺寸为100mm时，对应锥角约为10°，故锥角的变化范围为10°到50°。

实施例一：

如图1-4所示，本实施中，固定构件21的适配结构210为贯通的阶梯沉孔状，即呈凹形，可更换构件22整体外形呈阶梯轴状，即呈凸形，锥形孔220的开口直径为21mm，其中心的开口锥角为50°，阶梯轴的安装轴端能与阶梯沉孔实现配合安装连接。

一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，所述的准直器2主要包括两个构件，其中一个为固定构件21，连接安装在束流整形装置的反射体1的后端，另一个为可更换构件22，与固定构件21形成配合式的可拆卸安装，固定构件21和可更换构件22均采用掺杂有6Li的聚乙烯材质制造；所述的固定构件21整体呈圆柱体状，中部设计有带贯通孔的适配结构210，所述的可更换构件22整体外形能与固定构件21中部的适配结构210相适配组装连接，可更换构件22中部开设有贯通的内端孔径大、外端孔径小的锥形孔220，锥形孔220可采用不同的开口尺寸及锥角大小；所述的固定构件21适配结构210的贯通孔的孔径和形状与可更换构件22的外形和锥形孔220孔径相适配，将可更换构件22内嵌式安装在固定构件21的适配结构210内，使得可更换构件22的安装轴端端面与固定构件21的适配结构210的上表面端面相贴紧，构成可拆卸的连接安装，使得装配后的准直器2整体呈中心开口可变的圆柱体状。

本实施例中，固定构件21适配结构210的阶梯沉孔的沉头孔径与可更换构件22的阶梯轴安装轴端的轴径相适配，将可更换构件22的安装轴端内嵌式安装在固定构件21的沉孔的沉头处，使得可更换构件22的安装轴端的端面与固定构件21的沉孔的沉头端面相贴紧，构成可拆卸的连接，使得装配后的准直器2整体呈中部有贯通孔的圆柱体状。

本实施例中，用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器的工作方法，所述的工作方法如下：

首先，根据不同肿瘤病患的肿瘤大小以及根据中子输运及生物模型的理论计算结果，得到准直器结构的构型，主要是得到可更换构件22锥形孔220的开口尺寸和开口锥角的最佳数值，然后进行非标制造；

然后，现将固定构件21安装在束流整形装置的反射体1后端，然后将可更换构件22与固定构件21配合连接安装，形成一体式的准直器2，中子束流在束流整形装置的反射体1中经过慢化器11慢化至超热能区，在慢化器11后端连接安装准直器2，对中子束流进行准直和限束，经过准直器结构射出的超热中子射线照射病人肿瘤，用于治疗患癌病人；当针对不同的肿瘤时，只需要重新制造相适宜可更换构件22，与固定构件21组装成一个开口尺寸及锥角大小可更换的准直器2结构。

实施例二：

本实施中，固定构件21的适配结构210为贯通的阶梯沉孔状，即呈凹形，可更换构件22整体外形呈阶梯轴状，即呈凸形，锥形孔220的开口直径为100mm，其中心的开口锥角为10°，阶梯轴的安装轴端能与阶梯沉孔实现配合安装连接。如图1和图4-6所示，本实施例中，除了可更换构件22的锥形孔220尺寸和形状与实施例一不同，其他的构成和连接方式及工作原理完全相同，在此不再累赘。

本发明是基于现有生物模型理论结果对现有BNCT的束流整形装置1中的准直器2的构型，即准直孔的孔径和形状的优化改进，发明中的准直器2通过将准直器2分解成两个构件，一个是固定构件21一个是可更换构件22，两者之间采用可拆卸式连接安装成一个整体准直器2，实现了准直孔孔径和形状的可变或可更换的结构，且保证了准直器2整体厚度维持不变，准直器2整体形状为中心开口的圆柱形，生产制造的材料为掺杂6Li的聚乙烯，该材料可实现对中子的慢化及吸收；本发明中的可更换构件22，可根据具体肿瘤情况进行设计制造，根据中子输运计生物模型的理论结果，可更换构件22应使外开口尺寸与肿瘤大小相适应的同时，应充分考虑束流横向扩散与中子通量两者的制约关系；若准直孔开口尺寸较小，锥角应较大以增强中子通量，在开口尺寸较大的情况下，锥角应较小以避免中子泄露损伤健康组织，这样的设计才能最大化治疗效果。故可变构件的可变性体现在两方面，一是正对肿瘤患者方向的外开口尺寸可变；二是开口形状可变，即锥角可变，根据不同肿瘤病患，采用不同的开口尺寸及锥角大小。

本发明依据不同的肿瘤大小并根据治疗计划的计算，可设计并采用不同的可更换构件22，其中一种可更换构件22安装在固定构件21上构成整个准直器2以最终用于治疗患癌病人；更具体的是本发明准直孔构型设计的目的是根据不同的肿瘤情况，采用可变式准直孔构型以最大化治疗效果，该可变式构型可在不同肿瘤情况下保证中子通量均较大且尽量约束束流的横向扩散，使得治疗效果的最大化；另外本发明可视为一个便于生产制造的非标产品，通过将准直器2分解成一个固定构件21和一个可更换构件22，只需要对可更换构件22进行非标设计和生产制造，就能与固定构件21形成一个完整的准直器2，可替换性强，降低生产成本和更换工艺，同时也优化了肿瘤治疗效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述的准直器主要包括两个构件，其中一个为固定构件，连接安装在束流整形装置的后端，另一个为可更换构件，与固定构件形成配合式的可拆卸安装；所述的固定构件整体呈圆柱体状，中部设计有带贯通孔的适配结构，所述的可更换构件整体外形能与固定构件中部的适配结构相适配组装连接，可更换构件中部开设有贯通的内端孔径大、外端孔径小的锥形孔，锥形孔采用不同的开口尺寸及锥角大小。

2.根据权利要求1所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述的固定构件适配结构的贯通孔的孔径和形状与可更换构件的外形和孔径相适配，将可更换构件内嵌式安装在固定构件的适配结构内，使得可更换构件的安装轴端端面与固定构件的适配结构的上表面端面相贴紧，构成可拆卸的连接安装，使得装配后的准直器整体呈中心开口形状和尺寸可变的圆柱体状。

3.根据权利要求1所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述固定构件的适配结构整体呈凹形，可更换构件外形整体呈凸形。

4.根据权利要求3所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述固定构件的凹形厚度和形状与可更换构件配合安装的凸形厚度和形状相适配，使得可更换构件可内嵌式安装在固定构件的适配结构内形成准直器，保证了准直器的准直孔的整体厚度维持不变。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述的适配结构为贯通的阶梯沉孔状，可更换构件整体外形呈阶梯轴状，阶梯轴的安装轴端能与阶梯沉孔实现配合安装连接；适配结构的阶梯沉孔的沉头孔径与可更换构件的阶梯轴安装轴端的轴径相适配。

6.根据权利要求1所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述锥形孔外端靠近病人肿瘤的开口形状和开口尺寸属于非标设计，按需设计与肿瘤大小相适应；所述锥形孔开口尺寸及锥角的变化趋势为开口尺寸越大，锥角越小。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于BNCT的便于更换中子引出孔道形状和尺寸的准直器，其特征在于：所述更换构件的锥形孔外端开口尺寸的变化范围为20-100mm；当锥形孔外部开口尺寸为20mm时，对应的锥角约为50°,当外部开口尺寸为100mm时,对应锥角约为10°,锥角的变化范围为10°到50°。

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