CN216456568U

CN216456568U - 用于中子俘获治疗的束线整形体

Info

Publication number: CN216456568U
Application number: CN202122328745.9U
Authority: CN
Inventors: 胡志良; 梁天骄; 傅世年; 陈俊阳; 童剑飞
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS; Spallation Neutron Source Science Center
Current assignee: Institute of High Energy Physics of CAS; Spallation Neutron Source Science Center
Priority date: 2021-09-26
Filing date: 2021-09-26
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2031-09-26

Abstract

本实用新型公开的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其包括质子束流孔道、靶体和慢化体，所述慢化体内设置有靶体，所述靶体设置在质子束流孔道的末端；还包括包围在慢化体和质子束流孔道外的反射体、与慢化体邻接的热中子吸收层、邻接于热中子吸收层的伽马屏蔽层、以及设置在所述的束线整形体内的准直体；本实用新型的慢化体，通过设计呈圆柱阶梯轴状的，这样的结构设计更易于加工、维护或更换，且组装与拆卸也方便，呈圆柱阶梯轴状的慢化体可有效避免直通束。

Description

用于中子俘获治疗的束线整形体

技术领域

本实用新型涉及BNCT硼中子俘获治疗的技术领域，尤其涉及一种用于深部肿瘤治疗的束形整形体。

背景技术

目前，光子或带电粒子治疗受限于射线性质，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射线途经区域的正常组织造成较大伤害，而且，对于多行性胶质母细胞瘤、黑色素细胞瘤等高抗辐射性肿瘤细胞，采用传统的放射治疗疗效往往不佳。兼具肿瘤周边正常组织的辐射伤害小，在靶标区域具备高相对生物学效应的中子俘获治疗借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准调控的中子束，提供比传统射线更好的癌症治疗选择。

硼中子俘获治疗(BoronNeutronCaptureTherapy,BNCT)利用硼(¹⁰B)的热中子俘获截面很大这一特性，载硼(10B)在肿瘤区域富集，热中子/超热中子穿过一定厚度的生物组织后，借由¹⁰B(n,α)⁷Li反应产生⁴He和⁷Li两个带电粒子，平均能量分别为0.84MeV和1.47MeV，具有高LET、短射程，其中α粒子的LET与射程为150keV/ μm、4～5μm，而⁷Li为175keV/μm、8～9μm，二者射程在细胞尺度范围，相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害限制在细胞层面。当载硼药物选择性聚集于肿瘤细胞，搭配适当的中子放射源，便可实现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。

硼中子俘获治疗的疗效取决于肿瘤细胞中硼(¹⁰B)浓度和到达该区域的热中子数量，因此，除了高性能含硼药物的开发，中子源束流品质的改善在硼中子俘获治疗中亦占据重要地位。

公开号为CN104548388B的中国发明申请公开了一种用于中子捕获治疗的射束整形体，提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其中，射束整形体包括射束入口、靶材、邻接与靶材的缓速体、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。靶材与自射束入口入射的质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，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，缓速体设置成包含至少一个锥体状的形状，反射体将偏离主轴的中子到会主轴以提高超热中子射束强度，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层组织造成过多剂量，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。该专利存在以下缺陷：

(1)、缓速体是一一体成型锥体状的慢化体，这种结构的慢化体不利于加工及制造，且慢化后中子通量无法满足治疗深部肿瘤的效果；

(2)、质子入射管道是中空圆柱状的，中空圆柱状的通道容易使得从该区域泄露的中子较多，利用率不高，且还会对加速器端造成危害。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种用于中子俘获治疗的束线整形体，旨在解决上述背景技术中提出的技术问题。

本实用新型提出的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其包括质子束流孔道、靶体和慢化体，所述慢化体内设置有靶体，所述靶体设置在质子束流孔道的末端；

还包括包围在慢化体和质子束流孔道外的反射体、与慢化体邻接的热中子吸收层、邻接于热中子吸收层的伽马屏蔽层、以及设置在所述的束线整形体内的准直体。

在一种具体的实施方式中，所述的慢化体是圆柱阶梯轴状的，该阶梯轴段的数量是2～10段，所述的慢化体靠近靶体部分的阶梯轴端面外径最大，靠近热中子吸收层部分的阶梯轴端面外径最小。

在一种具体的实施方式中，所述外径最大的阶梯轴段包围在质子束流孔道的末端外；

所述靶体设置在外径最大的阶梯轴段内，并设置在质子束流孔道的末端。

在一种具体的实施方式中，所述的外径最小的阶梯轴段与反射体之间存在有间隙，所述间隙范围为1～20mm；

所述热中子吸收层与外径最小的阶梯轴段相邻接。

在一种具体的实施方式中，所述的热中子吸收层的外径大于慢化体的外径。

在一种具体的实施方式中，所述每块阶梯轴段的厚度范围为50～100mm。

在一种具体的实施方式中，所述相邻两块阶梯轴段之间的外径相差0～50mm。

在一种具体的实施方式中，所述的质子束流孔道是圆柱状的，所述质子束流孔道内设置有圆环状的阻挡块。

在一种具体的实施方式中，所述的质子束流孔道内的阻挡块距离靶体的范围为50～500mm。

在一种具体的实施方式中，所述慢化体阶梯轴段的数量是3～8段。

本实用新型提供的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，具有如下的有益效果：

1、本实用新型的慢化体，通过设计呈圆柱阶梯轴状的，这样的结构设计更易于加工、维护或更换，且组装与拆卸也方便，呈圆柱阶梯轴状的慢化体可有效避免直通束；

2、本实用新型的靶体通过设置在慢化体的内部，且靶体深入到慢化体中的深度不小于50mm，有利于反冲中子得到充分的慢化，也提升引出口的超热中子通量；

3、本实用新型中外径最小的慢化体阶梯轴段与反射体之间存在有间隙，这样能增加引出口的超热中子的泄露，提高超热中子通量；

4、本实用新型的质子束流孔道内通过设置有圆环状的阻挡块，既降低了反冲中子往加速器端的泄露，减少对加速器端的辐照剂量，又提升了引出口处的超热中子通量，也减小超热中子束流的损失。

附图说明

为了更好的理解本实用新型，将根据以下附图对本实用新型的实施例进行描述：

图1是实施例一的横截面结构示意图；

图2是实施例二的横截面结构示意图；

图3是实施例三的横截面结构示意图；

图4是实施例四的横截面结构示意图；

图5是实施例五的横截面结构示意图；

图6是变形例一的横截面结构示意图；

图7是变形例一(A)与实施例一(B)之间的引出口中子能谱关系图；

图8是实施例一(B)与实施例二(C)之间的引出口中子能谱关系图；

图9是实施例二(C)与实施例三(D)之间的引出口中子能谱关系图；

图10是实施例三(D)与实施例四(E)之间的引出口中子能谱关系图；

其中，图中各附图标记：

1-束线整形体、11-质子束流孔道、12-靶体、13-慢化体、131-前端体、132-中端体、133-后端体、14-反射体、15-热中子吸收层、16-辐射屏蔽层、17-准直体、 18-引出口、19-间隙、20-阻挡块。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

实施例一

现有用于慢化中子束流的一般都是一体成型呈锥体状的慢化体，这种结构的慢化体不利于加工及制造，且慢化后中子通量无法满足治疗深部肿瘤的效果。

如图1所示，本实用新型实施例包括质子束流孔道和靶体，以质子入射的方向为正方向，则质子束流孔道一端连接有加速器，另一端连接有靶体；以质子入射处为前端，则引出口为后端(即超热中子束流射出端)，由此可知，靶体是设置在质子束流孔道的末端。

该束线整形体还包括有慢化体、同时包围在慢化体及质子束流孔道外的反射体、与慢化体邻接的热中子吸收层、邻接于热中子吸收层的伽马屏蔽层、以及设置在束线整形体内的准直体；另外，靶体设置在慢化体内，即靶体被慢化体包裹其内；以及，热中子吸收层的外径大于慢化体的外径。

实施例二

如图2所示，本实施例在前述实施例一的基础上进行优化，具体地，本实施例中的慢化体是圆柱阶梯轴状的，该阶梯轴段的数量是2～10段，优选是3～8段，最好是5段。本领域技术人员也可以这样理解：以质子入射处为前端，慢化体可以依次包括一前端体、若干中端体及一后端体，该前端体、中端体和后端体组成圆柱阶梯轴状的慢化体，该中端体的阶梯轴段数量是0～8段，优选是0～6段，最好是3 段；并且以质子入射的方向为正方向，阶梯轴段按照外径不同呈逐渐减少分布(本领域技术人员容易理解的是：以质子入射的方向为正方向，前端体、中端体及后端体按照外径不同呈逐渐减少分布，且中端体的阶梯轴段按照外径不同呈逐渐减少分布)，此时，阶梯轴段靠近靶体部分的阶梯轴端面外径最大(本领域技术人员容易理解的是：该外径最大的阶梯轴段是前端体)，靠近热中子吸收层部分的阶梯轴端面外径最小(本领域技术人员容易理解的是：该外径最小的阶梯轴段是后端体)。除了以质子入射的方向为正方向，本领域技术人员也可以理解为：以阶梯轴靠近热中子吸收层部分的方向，阶梯轴段外径逐渐减少。每块阶梯轴段的厚度范围为50～100mm，优选50mm，相邻两块阶梯轴段之间的外径相差0～50mm，优选20mm，这样的慢化体结构更易于加工、维护或更换，且组装与拆卸也方便，呈圆柱阶梯轴状的慢化体可有效避免直通束，实现了在不提高质子打靶功率的前提下，能大大提高超热中子束流的通量，提升了束形整形体的经济性。

还需要说明的是，本实用新型实施例过程中的慢化体除了采用圆柱阶梯轴状的，也可以采用圆台阶梯轴状的，或者其它能形成阶梯轴状的结构。

同时，(外径最大的阶梯轴段)前端体包围在质子束流孔道的末端外，用于慢化反冲中子，提升引出口的超热中子通量，且靶体设置在前端体内(外径最大的阶梯轴段内)，并设置在质子束流孔道的末端，以及靶体深入到慢化体中的深度不小于 50mm，有利于反冲中子得到充分的慢化。

另外，热中子吸收层的外径是大于(外径最大的阶梯轴段)前端体的外径，用于吸收热中子，防止热中子的逃逸，避免治疗时与浅表层组织造成过多的剂量；而邻接于热中子吸收层的伽马屏蔽层，用于屏蔽泄露的中子和光子，以减少非照射区的正常组织剂量。

实施例三

如图3所示，本实施例在前述实施例二的基础上进一步的优化，具体地，本实施例的(外径最小的阶梯轴段)后端体与反射体之间存在有间隙，设计的间隙不能过大，过大的间隙会明显增大引出口的快中子成分，间隙不能过小，过小的间隙会使得引出口超热中子成分增加有限，所以，间隙范围为1～20mm，优选10mm，这样能增加引出口的超热中子的泄露，提高超热中子通量，并且(外径最小的阶梯轴段) 后端体与热中子吸收层相邻接，具有较好的经济性。

实施例四

如图4所示，本实施例在前述实施例三的基础上再进一步的优化，具体地，本实施例的质子束流孔道是呈中空圆柱状的，在质子束流孔道内设置有圆环状的阻挡块，且该阻挡块设置在距离靶体50～500mm的位置，本实施例优选阻挡块设置在距离靶体50mm的位置，这样的结构设计紧凑、灵巧，既降低了反冲中子往加速器端的泄露，减少对加速器端的辐照剂量，又提升了引出口处的超热中子通量，也减小超热中子束流的损失。

实施例五

如图5所示，本实施例与实施例四相比，不同的是，阻挡块设置在距离靶体500mm的位置，可同样实现降低质子打靶产生的反冲中子沿质子束流孔道的泄露，同时这部分中子经慢化后，也能提升引出口处的超热中子通量。

变形例一

如图6所示，本变形例与实施例一相比，不同的是：本变形例的靶体并不是设置在慢化体内，而是靶体设置在慢化体的前表面，并设置在质子束流孔道的末端。

对比例一

通过实验对比，得出变形例一与实施例一的引出口中子注量率(n/cm²/p)的对比数据表如下：

如图7所示的变形例一(A)与实施例一(B)之间的引出口中子能谱关系图，由此可知，实施例一中通过慢化体材料包裹靶体，可见变形例一与实施例一的总中子注量率是相当的，但实施例一的超热中子注量率更高，且超热中子占比提高明显。

对比例二

通过实验对比，得出实施例一与实施例二的引出口中子注量率(n/cm²/p)的对比数据表如下：

如图8所示的实施例一(B)与实施例二(C)之间的引出口中子能谱关系图，由此可知，当实施例二中通过慢化体采用圆柱阶梯轴状时，实施例一与实施例二的总中子注量率是相当的，但实施例二的超热中子注量率更高，且超热中子占比提高也明显。

对比例三

通过实验对比，得出实施例二与实施例三的引出口中子注量率(n/cm²/p)的对比数据表如下：

如图9所示的实施例二(C)与实施例三(D)之间的引出口中子能谱关系图，由此可知，当实施例三中通过在(外径最小的阶梯轴段)后端体与反射体之间设计有间隙时，实施例三的总中子注量率更高，且超热中子注量率也提高了。

对比例四

通过实验对比，得出实施例三、实施例四与实施例五的引出口中子注量率 (n/cm²/p)的对比数据表如下：

如图10所示的实施例三(D)与实施例四(E)之间的引出口中子能谱关系图，由此可知，实施例四和实施例五分别采用了阻挡块，尽管阻挡块设置的位置不同，但相比实施例三，实施例四与实施例五的引出口处总中子注量率都明显提高，且超热中子注量率和超热中子占比均提高明显，同时，质子束流孔道中泄露反冲中子显著降低。

另外，在本实用新型所有实施例、变形例以及对比例的过程中需要说明的是：本实用新型所提及的快中子是高于10keV的，本实用新型所提及的超热中子是位于0.5eV至10keV之间的，本实用新型所提及的热中子是低于0.5eV的。

上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的束线整形体包括质子束流孔道、靶体和慢化体，所述慢化体内设置有靶体，所述靶体设置在质子束流孔道的末端；

所述的束线整形体还包括包围在慢化体和质子束流孔道外的反射体、与慢化体邻接的热中子吸收层、邻接于热中子吸收层的伽马屏蔽层、以及设置在所述的束线整形体内的准直体。

2.根据权利要求1所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的慢化体是圆柱阶梯轴状的，该阶梯轴段的数量是2～10段，所述的慢化体靠近靶体部分的阶梯轴端面外径最大，靠近热中子吸收层部分的阶梯轴端面外径最小。

3.根据权利要求2所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述外径最大的阶梯轴段包围在质子束流孔道的末端外；

4.根据权利要求2所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的外径最小的阶梯轴段与反射体之间存在有间隙，所述间隙范围为1～20mm；

所述热中子吸收层与外径最小的阶梯轴段相邻接。

5.根据权利要求1所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的热中子吸收层的外径大于慢化体的外径。

6.根据权利要求2所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述每块阶梯轴段的厚度范围为50～100mm。

7.根据权利要求2所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述相邻两块阶梯轴段之间的外径相差0～50mm。

8.根据权利要求1所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的质子束流孔道是圆柱状的，所述质子束流孔道内设置有圆环状的阻挡块。

9.根据权利要求8所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述的质子束流孔道内的阻挡块距离靶体的范围为50～500mm。

10.根据权利要求2所述的一种用于中子俘获治疗的束线整形体，其特征在于：所述慢化体阶梯轴段的数量是3～8段。