CN217745385U - 中子捕获治疗系统 - Google Patents

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Abstract

一种中子捕获治疗系统包括产生带电粒子射束的加速器、传输带电粒子射束的传输装置、与带电粒子射束发生反应产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行能谱调节的射束整形体和引导装置，传输装置至少包括第一传输部和与第一传输部可拆卸地连接的第二传输部，第一传输部包括第一位置和第二位置，引导装置引导第一传输部和中子产生部从第一位置移动到第二位置，第一传输部位于第一位置时，设于第一传输部的中子产生部容纳于射束整形体中；第一传输部位于第二位置时，设于第一传输部的中子产生部与射束整形体分离。这样，保持了操作人员与中子产生部的安全距离，减少了操作人员与辐射线接触的时间，为回收中子产生部提供了一种安全可靠且稳定的方案。

Description

中子捕获治疗系统
技术领域
本实用新型涉及一种放射性射线辐照系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统。
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(chemoherapy)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(relaive biological effeciveness，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。
在加速器中子捕获治疗系统中，通过加速器将带电粒子射束加速，带电粒子射束加速至足以克服射束整形体内的中子产生部原子核库伦斥力的能量，与中子产生部发生核反应以产生中子，因此在产生中子的过程中，中子产生部会受到高功率的加速带电粒子射束的照射，中子产生部的温度会大幅上升，从而影响中子产生部的使用寿命。为了稳定地产生中子，需要将旧的中子产生部回收维护，替换为新的中子产生部，因此定期对中子产生部的更换是很有必要的。而被高能量等级的加速带电粒子射束照射的中子产生部势必会存有大量的辐射线，因此近距离更换中子产生部时，如果没有足够的防护或隔离措施，势必会存在辐射安全隐患。
实用新型内容
本实用新型一方面提供一种中子捕获治疗系统，包括用于产生带电粒子射束的加速器、用于传输带电粒子射束的传输装置、与带电粒子射束发生反应产生中子射束的放射性耗材中子产生部、对中子射束进行能谱调节的射束整形体和引导装置，传输装置至少包括第一传输部和第二传输部，其中，第一传输部与第二传输部可拆卸地连接，中子产生部设置于第一传输部的端部，并且，第一传输部包括第一位置和第二位置，引导装置能够引导第一传输部从第一位置移动到第二位置，其中，当第一传输部位于第一位置时，第一传输部端部的中子产生部容纳于射束整形体中，能够与带电粒子射束发生反应以产生中子；当第一传输部位于第二位置时，中子产生部与射束整形体相互分离，此时第一传输部及中子产生部处于可更换的状态。
当放射性耗材中子产生部位于射束整形体内时，射束整形体内的辐射屏蔽能够屏蔽从中子产生部泄露的辐射线以避免对操作人员辐射线照射；当中子产生部脱离射束整形体之后，中子产生部暴露在操作空间，可以通过缩短操作人员的工作时间和/或延长操作人员与中子产生部的工作距离，从而实现在中子产生部跟随第一传输部从第一位置运动到第二位置的过程中，尽可能避免中子产生部泄露的辐射照射到操作人员。根据本申请一方面提供的技术方案，引导装置能够快速、稳定、可靠地引导中子产生部从第一工作位置回收至第二位置的辐射屏蔽装置内，在更换中子产生部的操作过程中，操作人员具备与中子产生部保持足够的安全距离甚至完全隔离的工作条件，有效避免了过量的辐射伤害。
作为一种优选地，引导装置包括第一引导部和第二引导部，其中，第一引导部与第二引导部的引导方向不同。根据本申请的一个实施例，在操作室内可利用空间狭小和受限的情况下，引导装置的第一引导部引导传输装置的第一传输部先沿着传输装置布置的第一方向移动，而后进入到引导装置的第二引导部，避让了第一方向上可能存在的一些设施和障碍，这种布置有利于操作室的小型化、紧凑化，提高了空间的利用率，降低了占地面积和建筑施工成本。
作为一种优选地，在第一引导部所在的与地面平行的平面内，第二引导部的第一端和第二端的连线的投影与第一引导部形成第一角度；在第一引导部所在的垂直于地面的平面内，第二引导部的第一端和第二端的连线的投影与第一引导部形成第二角度。
作为一种优选地，第二引导部至少包括两段引导轨道，其中一段固定轨道可拆卸地连接至第一引导部，另一段活动轨道可转动地连接在所述固定轨道上。
作为一种优选地，所述活动轨道通过铰接结构连接在所述固定轨道上并具有两个位置，当活动轨道位于第一位置时，活动轨道与固定轨道一起保持正常引导状态；当活动轨道受力后，活动轨道位于第二位置时，活动轨道相对于固定轨道成一定角度活动，随后能后自动地回到第一位置。
作为一种优选地，所述引导装置的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca、Ti中的至少一种构成。
作为一种优选地，所述第一引导部选用铝合金、镁铝合金、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或其组合。
作为一种优选地，所述第二引导部选用的材料可以与第一引导部相同，也可以选用与第一引导部不同的材料，如不锈钢、铁质材料。
作为一种优选地，所述第二引导部表面可以涂覆防辐射覆膜，或增设防辐射可移除的保护罩。
作为一种优选地，所述防辐射保护罩的形状表面与第二引导部的截面形状契合。
本实用新型第二方面提供一种中子捕获治疗系统，所述中子捕获治疗系统包括用于产生带电粒子射束的加速器、用于传输带电粒子射束的传输装置、与带电粒子射束发生反应产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行能谱调节的射束整形体和引导装置，所述传输装置至少包括第一传输部和第二传输部，其中，第一传输部与第二传输部可拆卸地连接，中子产生部设置于第一传输部，所述中子捕获治疗系统还包括一个可移动的辐射屏蔽装置，用于容纳由引导装置引导的第一传输部和中子产生部，辐射屏蔽装置将沿着引导装置移动的第一传输部和其端部的中子产生部一并回收。
作为一种优选地，所述引导装置包括第一引导部和第二引导部，其中，第一引导部与第二引导部的引导方向不同。
作为一种优选地，所述引导装置还包括第三引导部，其中第三引导部固定地容纳于所述可移动的辐射屏蔽装置中。
作为一种优选地，所述第二引导部与第三引导部可拆卸地连接，或者能够实现灵活地对准连接，方便将传输装置的第一传输部引导到辐射屏蔽装置内。
作为一种优选地，所述辐射屏蔽装置由辐射屏蔽材料制成，并且包括一可开合件，当可开合件打开时，所述辐射屏蔽装置形成一收容开口，传输装置的第一传输部从所述收容开口进入至所述辐射屏蔽装置内；当可开合件关闭时，所述辐射屏蔽装置形成密闭的屏蔽空间以防止中子产生部的辐射泄漏。
作为一种优选地，所述可移动的辐射屏蔽装置还包括缓冲装置，所述缓冲装置能够在第一传输部与缓冲装置接触之后产生弹性形变，产生弹性形变并在第一传输部的运动方向上施加相反的作用力，使其安全的地停在辐射屏蔽装置内，以避免所述第一传输部和/或所述辐射屏蔽装置的损坏。进一步地，中子捕获治疗系统包括定位系统，定位系统使得辐射屏蔽装置能够移动至预设的位置，与引导装置实现对接。定位系统可根据结构定位、三维算法定位等手段提前标记位置，使得辐射屏蔽装置能够移动至与引导装置对位的理想位置，使得第一传输部和其端部的中子产生部移动至引导装置末端后能够可靠地回收至辐射屏蔽装置。
作为一种优选地，所述可移动的辐射屏蔽装置还包括定位系统，所述定位系统使得辐射屏蔽装置能够移动至预设的位置，使第二引导部和第三引导部实现对接。
作为一种优选地，所述中子产生部沿着引导装置较第一传输部晚进入可移动辐射屏蔽装置的收容开口，待中子产生部完全进入可移动辐射屏蔽装置后，可开合件关闭。
作为一种优选地，所述可移动辐射屏蔽装置的可开合件关闭后，能够实现内部的抽真空环境或者填充惰性气体，同时实现与外界空气物理隔离。
作为一种优选地，所述中子捕获治疗系统还包括控制部，可通过有线或无线的连接，通过远程控制实现可移动辐射屏蔽装置的可开合件的打开和闭合。
本实用新型第三方面提供一种中子捕获治疗系统，，所述中子捕获治疗系统包括用于产生带电粒子射束的加速器、用于传输带电粒子射束的传输装置、与带电粒子射束发生反应产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行能谱调节的射束整形体和引导装置，所述传输装置至少包括第一传输部和第二传输部，其中，第一传输部与第二传输部可拆卸地连接，中子产生部设置于第一传输部，并且，所述第一传输部包括第一位置和第二位置，所述引导装置能够引导第一传输部从第一位置移动到第二位置，其中，当第一传输部位于第一位置时，中子产生部容纳于射束整形体中，能够与带电粒子射束发生反应以产生中子；当第一传输部位于第二位置时，中子产生部与射束整形体相互分离，所述中子捕获治疗系统还包括驱动装置，所述驱动装置提供动力使得第一传输部从射束整形体中分离，从第一位置移出并沿着引导装置移动。
作为一种优选地，所述中子捕获治疗系统还包括支撑装置，所述支撑装置将第一传输部沿着传输装置布置的方向稳定地支撑。
作为一种优选地，所述引导装置包括第一引导部和第二引导部，其中，第一引导部与第二引导部的引导方向不同。
作为一种优选地，所述驱动装置包括驱动架和动力结构，驱动架承载第一传输部和中子产生部，动力结构提供驱动力。
作为一种优选地，所述中子捕获治疗系统还包括控制部，可通过有线或无线的连接，通过远程控制实现驱动装置的动力结构，从而为第一传输部和中子产生部在第一位置和第二位置之间运动提供动力。
作为一种优选地，所述驱动装置的驱动架包括至少一组滚轮结构。
作为一种优选地，所述驱动装置的驱动架包括至少两组滚轮结构，且所述两组滚轮的滚动方向不同。
作为一种优选地，所述驱动架的两组滚轮的滚动平面不同，且滚动平面相互垂直。
作为一种优选地，所述驱动架的至少两组滚轮结构与引导装置的凹型和/或凸型滑轨形成组合实现传输运动，并且可以任选一组或两组滚轮匹配凹型和/或凸型滑轨的结构实现滚动传输。
进一步地，中子捕获治疗系统还包括用于冷却中子产生部的冷却装置，冷却装置包括冷却管路，当第一传输部位于第一位置时，冷却管路处于连通状态，冷却装置进行冷却作业；当第一传输部位于第二位置时，冷却管路处于断开状态，冷却装置无法进行正常作业，冷却装置与第一传输部一同被回收替换。
作为一种优选地，中子捕获治疗系统还包括检测装置，检测装置包括检测线路，当第一传输部位于第一位置时，检测装置处于连通状态以便进行检测作业；当第一传输部位于第二位置时，检测线路处于断开状态而无法进行正常作业，检测装置同冷却装置、中子产生部及第一传输部一同被回收替换。这里所说的“检测装置”可以是带电粒子传感器，也可以是真空压力传感器和/或中子检测器等适于安装在第一传输部处的装置。
本申请实施例中缩短了操作人员在更换放射性耗材的过程中暴露在强辐射物体环境中的时间，为操作人员与中子产生部提供了相对安全的操作距离，使得在更换放射性耗材的操作过程中，操作人员能够具备与放射性耗材保持足够的安全距离甚至完全隔离的工作条件，从而减少了操作人员与辐射线的接触，减少辐射安全隐患。同时，本申请实施例中的属于放射性射线辐照系统的中子捕获治疗系统结构紧凑、安装便捷，在操作空间受限的情况下，高效利用实际空间和场地，降低了占地面积和建筑施工成本，为中子产生部提供了一种可靠、稳定且安全的回收方案。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施例的中子捕获治疗系统的平面示意图。
图2是根据本申请的一个实施例的中子捕获治疗系统的立体示意图，示出了处于第一位置的传输装置第一传输部及处于闭合状态的辐射屏蔽装置。
图3是根据本申请的一个实施例的中子捕获治疗系统的立体示意图，示出了处于第二位置的传输装置第一传输部及处于打开状态的辐射屏蔽装置。
图4是根据图1实施例的中子捕获治疗系统的引导装置的俯视示意图。
图5是根据本申请另一个实施例的中子捕获治疗系统的平面示意图。
图6是根据图5的另一个实施例的中子捕获治疗系统引导装置的立体示意图。
图7示出了传输装置第一传输部的平面示意图。
图8是根据本申请一个实施例的中子捕获治疗系统的驱动装置的驱动架滚轮组的截面示意图。
图9a和9b是根据本申请一个实施例的中子捕获治疗系统的引导装置的防辐射保护罩的使用示意图及横截面示意图。
图10是根据本申请的一个实施例的中子捕获治疗系统的立体示意图，示出了屏蔽设施处于关闭状态时，回收第一传输部及中子产生部的示意图。
图11a至11e是根据本申请一个实施例的中子捕获治疗系统的辐射屏蔽装置的辅助门及其开合状态的示意图。
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、放射性耗材中子产生部与热移除系统以及射束整形体。其中加速带电粒子与金属中子产生部作用产生中子，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、金属中子产生部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，两种核反应的能量阈值分别为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阈值的质子轰击金属锂中子产生部，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)两种中子产生部与阈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。
理想的放射性耗材中子产生部应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、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中子产生部。但是本领域技术人员熟知的，中子产生部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因金属中子产生部(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。由此可知，受到高能量等级的加速带电粒子射束照射的中子产生部的温度必然会大幅上升，从而影响中子产生部的使用寿命。
因此属于放射性射线辐照系统的中子捕获治疗系统必然存在更换放射性耗材中子产生部的问题。为了解决该问题，同时，尽可能减少操作人员与辐射线的接触，本申请的实施例提供一种中子捕获治疗系统，稳定可靠地回收中子产生部，沿着传输装置方向及中子产生部垂直方向的操作空间受限，有效地利用空间，避免了传输装置方向同一水平高度的操作空间的干涉与障碍，减少了对于传输装置中质子的加速装置，缩小了操作空间的格局，整体降低了占地面积和建造成本。
为了解决上述放射性耗材中子产生部的更换问题，同时，尽可能减少操作人员与辐射线的接触，本申请的实施例提供一种中子捕获治疗系统。
因为对操作人员的主要辐射是来源于带电粒子射束照射至放射性耗材中子产生部后发生核反应产生的辐射线，所以本申请的实施例旨在说明拆卸发生核反应后、已到使用寿命需进行回收的中子产生部，而不涉及安装新的中子产生部。另外，本申请实施例中提及的如上、下、水平和垂直等方位用词，为了方便描述，按照图示的方向用以描述构件之间的位置关系，并非用于限定其实质的绝对方向。
以下，参照附图对中子捕获治疗系统的优选实施方式进行说明。
图1、图2是根据本申请的一个实施例的中子捕获治疗系统的平面示意图和立体示意图，如图1和图2所示，中子捕获治疗系统100包括传输装置10、含有放射性耗材的中子产生部20、射束整形体30、引导装置40、辐射屏蔽装置50及支撑装置60。其中，中子捕获治疗系统100至少包括第一空间R1和第二空间R2，第一空间R1包括用于产生带电粒子射束P的加速器200、用于传输带电粒子射束P的传输装置10的一部分、用于支撑传输装置的支撑设备及检测设备等。带电粒子射束P的传输方向与传输装置10的布置方向一致，传输装置10贯通第一空间R1和第二空间R2，第二空间R2是整个系统的核心反应空间，相对辐射量较大，第二空间R2通过屏蔽设施300与第一空间R1物理地隔断，因此第一空间R1辐射量相对在比较安全可控的范围内。屏蔽设施300至少包括一扇屏蔽门301和/或302，屏蔽设施300还至少包括一个开口303，用于屏蔽设施300在关闭状态下让传输装置10贯穿通过。当在所示的实施例中，传输装置10内部为真空状态，并且至少包括第一传输部11和第二传输部12，第一传输部11及第二传输部12可拆卸地连接。第一传输部与第二传输部形状优选为中空管状，它们的截面形状包括但不限于圆形、椭圆形、菱形、方形、不规则形等形状，屏蔽设施300的至少一个开口形状可以与穿过开口处的传输部等的形状契合，包括但不限于圆形、椭圆形、菱形、方形、不规则形等形状。在更换放射性耗材、拆分传输装置的过程中，传输装置的第一传输部、第二传输部优选可保持真空状态。第二空间R2包括传输装置10的第一传输部11、设于传输装置10的一端端部并与带电粒子射束P发生反应产生中子射束N的中子产生部20、对中子射束N进行能谱调节的射束整形体30。传输装置10将经加速器200加速后的带电粒子P从第一空间R1传输至第二空间R2的中子产生部20，加速器200将带电粒子P加速至足以克服靶材原子核力的能量，与中子产生部20发生7Li(p,n)7Be核反应以产生中子，中子形成中子射束N从射束出口射出。射束整形体30通常体积较大，不适宜移动，以嵌入的形式固定设置在墙体内部，包括缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽等(附图中均未示出)，缓速体选用主料通常为氟化铝以及任选的氟化锂、铝、氟化铅、氧化铝、氟化钙或氟化镁中的一种或多种混合材料，其中有些材料脆性较大，因此对加、安装工艺要求较高的材料，其将自中子产生部20产生的中子减速至超热中子能区，偏离的中子被反射体导回至缓速体以提高超热中子射束强度，热中子吸收体将热中子吸收，以避免治疗时因剂量过多对浅层正常组织造成不必要的伤害；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。中子捕获治疗系统100进一步包括第三空间R3作为照射室，符合条件的中子射束可从射束出口射出，进入到照射室以供使用。
图2示出了第一空间R1与第二空间R2之间的屏蔽设施300打开的状态，当屏蔽门301和/或屏蔽门302打开时，此时第一空间R1与第二空间R2联通。结合图1，中子捕获治疗系统100包括支撑装置60和/或61，用于沿着传输装置布置的方向稳定地支撑传输装置10。支撑装置60设置于第一传输部11的下部，第一传输部11设有中子产生部10的一端收容于射束整形体30中，第一传输部11位于第一位置L1。在替代的实施例中，支撑装置60还可以设置在第一传输部11的上方和侧方等不同方位以进行支撑。
参照图1和图2，引导装置40设置在支撑装置60和第一传输部11之间(参照图4)，中子捕获治疗系统100还包括驱动装置70(参照图7)，引导装置40可包括第一轨道(第一引导部)41和第二轨道(第二引导部)42。第一轨道41基本上沿着传输装置布置的第一方向延伸，第一方向与带电粒子射束P的运动方向基本上相反或相同，第二轨道42的第一端通过连接部43与第一轨道41连接，第二端沿第二方向延伸，第二方向与第一方向不同，也就是说，引导装置40具有至少两个引导方向，第二轨道42与第一轨道41的引导方向不同，这种设置有利于应用在紧凑型的建筑内。结合图4，一实施例中，在第一轨道所在的与地面平行的平面内，第二轨道42的第一端和第二端的连线的投影与第一轨道41形成第一角度，如10°到150°，优选地是30°到90°；在第一轨道所在的垂直于地面的平面，第二轨道42的第一端和第二端的连线的投影与第一轨道41形成第二角度。第二轨道42的延伸方向可以避让第二传输部12和/或第三传输部13的支撑装置61或射束分流装置等其他结构；在第一空间R1沿着传输装置10布置的水平方向及垂直于地面的垂直方向的操作空间受限的情况下，高效利用了有限的可操作空间。在替代的实施例中，第二轨道42也可位于第一轨道41所在的垂直于地面的平面内。第一轨道41与第二轨道42通过连接部43可拆卸地连接，也可以是与第一轨道41或第二轨道42一体成型的结构。当它们之间是可拆卸地连接结构时，连接部43可以为连杆、锁扣、凹凸扣等结构，能够稳固地卡接第一轨道41和第二轨道42，实现第一传输部11顺畅地从第一轨道41滑动到第二轨道42。第一轨道41的延伸长度限定了一定的安全距离，使操作人员保持在该安全距离以外实现拆分和调试等作业。第二轨道42至少部分地位于第一空间R1，优选地，第二轨道42还可至少包括两段轨道421和422，其中轨道421一端通过连接部43固定连接至第一轨道41上，轨道422优选为通过铰接结构45铰接至轨道421另一端，并且具有两个位置，第一位置是与固定轨道421保持正常引导状态的位置，第二位置是在传输过程中受力后能够相对于第一位置形成一个角度的缓冲位置，随后轨道422能够自动地旋转回复至第一位置，该灵活的轨道段有利于提高传输装置整体的柔韧性和灵活性，在实现传输作业时，保护整个系统及设备不受刚性损坏，且有利于后续的对准作业。第二轨道42向下延伸的一端下方朝向一个辐射屏蔽装置50，第二轨道42可以与辐射屏蔽装置不连接，也可以至少部分地保持连接，优选地，第二轨道42的活动轨道422可旋转地与辐射屏蔽装置对准。由于中子在射束整形体30中产生，在周边的材料被活化最严重，引导装置部分设置在相对辐射量较大核心反应空间R2，因此引导装置的材料选择也应当较为慎重，为了避免严重活化造成过快的损耗，通常选取与中子作用截面小或被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短(小于1年)的元素构成，例如，引导装置受辐射较大部分的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca、Ti中的至少一种构成。本实施例中，引导材料若选取铝合金，铝被中子活化后半衰期较短，只有2.2分钟；而传统的钢材料中富含的铁、钴、镍等元素被中子活化后半衰期较长，如钴60的半衰期为5.27年；采用铝合金在有限的时间内因中子活化衍生的放射性大幅地降低，除了合理地抑制二次辐射造成的剂量，更有利于未来的设备拆除。引导装置的材料可以进一步为铝镁合金，也可以为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或其组合。辐射屏蔽装置50包括可开合屏蔽板51、由可开合屏蔽板51打开形成的收容开口52、移动件53及其内部的缓冲装置54。辐射屏蔽装置50采用辐射屏蔽材料制成，包括但不限于由铅(Pb)制成的辐射屏蔽等。辐射屏蔽装置50底部具有轮式移动件53，顶部盖有一块屏蔽材料制成的可开合屏蔽板51作为可开合件。可开合屏蔽板的开合包括但不限于旋转、滑动等打开的方式。当进行中子产生部的更换作业时，操作人员控制辐射屏蔽装置50从外部空间移动进入第一空间R1，定位至预设的位置，与第二轨道42的下端对接。在本实施例中，地面还预设有定位件55，可对辐射屏蔽装置50进行止挡定位。在替代的实施例中，移动件可以是预先铺设的轨道或小车等，定位件可以是一个或多个标记、止挡块或凹陷结构等；驱动装置可以是间隔一定距离控制的钩、绳或气缸、直线电机、链式传动结构等方式，同时也可以通过有线信号或无线信号控制；辐射屏蔽装置50包括但不限于立方体、球体等形式。
图3的实施例示出了对端部带有中子产生部20的第一传输部11进行更换作业的状态，屏蔽设施300打开，屏蔽门301和/或屏蔽门302打开，此时第一空间R1与第二空间R2联通。操作人员手动或自动地打开辐射屏蔽装置50的可开合屏蔽板51，检查第一轨道41、第二轨道42及辐射屏蔽装置50的连接及位置情况，进行更换作业。结合图1，传输装置10还包括第三传输部13，第一传输部11与第二传输部12被拆分，第二传输部12与第三传输部13被拆分，通过移出第二传输部12改变了传输装置10的整体长度，这样就为端部带有中子产生部20的第一传输部11沿着轨道移出留出了让位空间。在拆分过程中，第三传输部优选也可以保持真空状态。在替代的实施例中，第二传输部12可以与第三传输部13一端固定连接，第二传输部12则设计成波纹管或伸缩管之类的结构(未图示)，来留出更换的操作空间。来自驱动装置70(参照图7)的动力将端部带有中子产生部20的第一传输部11与射束整形体30分离，第一传输部11在第一轨道41上沿着传输装置10布置的第一方向通过屏蔽门301和屏蔽门302打开形成的开口，从而移动到第二轨道42上，在重力或轨道动力的作用下，继续沿着第二轨道42的方向移动，第一传输部11进入可开合屏蔽板51打开形成的收容开口52，此时第一传输部11位于第二位置L2。辐射屏蔽装置50的内部包括至少一个缓冲装置54，能够对下滑的第一传输部11及中子产生部20起到缓冲作用，第一传输部11在到辐射屏蔽装置50的腔体内与缓冲装置54接触之后，缓冲装置产生弹性形变，使得第一传输部11和中子产生部20静止容纳于辐射屏蔽装置50内，避免了第一传输部及中子产生部与辐射屏蔽装置因急速碰撞而发生损坏。在替代的实施例中，当中子捕获治疗系统100的第二轨道42长度较短时，还可以包括第三轨道44，第三轨道44的一端与第二轨道42同样可通过连接部43连接，另一端安装在辐射屏蔽装置50内侧，在更优选的方案中，第二轨道42铰接有灵活转动的轨道422结构，该结构有利于与辐射屏蔽装置50的内部的第三轨道44联动对准，而不需与连接部43刚性连接，从而节省了安装步骤。第三轨道44底部旁设置有一个缓冲气缸54，能够在第一传输部11和中子产生部20的运动方向上产生形变而施加相反的作用力，起到止挡和保护第一传输部11和辐射屏蔽装置50的作用，在缓冲气缸54的作用下，第一传输部11和中子产生部20安全地停在辐射屏蔽装置50内。在替代的实施例中，缓冲装置还可以是弹簧等不同的机械缓冲结构，也可以是橡胶垫、气囊等弹性材料。值得注意的是，第一传输部11和中子产生部20优先进入辐射屏蔽装置50的一段是与含有放射性耗材的中子产生部20相反的一侧，即最终完成回收作业时，含有放射性耗材的中子产生部20是更靠近辐射屏蔽装置50的收容开口52，停留在缓冲装置的远端。这种回收方向的设计着重考虑了提高该含有放射性耗材的中子产生部20的循环利用率，由于位于射束整形体30中的中子产生部20是较为活跃的锂金属(Li)和/或铍金属(Be)制成，本身镀膜的厚度仅有100微米左右，受到撞击以后比较容易受到破坏，因此，中子产生部20最后进入收容开口并停留在缓冲装置的远端的回收方向相对其他回收方向更安全，且不容易损坏中子产生部，大大提高了含有放射性耗材的中子产生部的重复利用率，也避免了受到碰撞后不必要的辐射泄漏；同时，中子产生部20的方向不需要切换，无需繁琐复杂的方向切换结构等，更加节省空间，也避免了切换结构的故障等造成辐射泄漏。辐射屏蔽装置50内部还可实现抽真空环境或者填充惰性气体，实现与外界空气物理隔离的功能，以此提高运输和保存第一传输部11和中子产生部20等或者其他易于高反应的元素的安全性和可靠性。
图5和6示出了本申请另一个实施例的引导装置40＇，该引导装置40＇包括第一轨道41＇和第二轨道42＇，第一轨道41＇基本上沿着传输装置布置的第一方向上延伸，第二轨道42＇一端通过连接部43＇与第一轨道41＇连接，第二轨道42＇限定了向上延伸的第二方向。第一空间R1顶部包括一个可操作的移动机械结构53＇，其支撑辐射屏蔽装置50＇通过三维计算或人工调整实现空间定位，移动至预设的三维定位标记处，与第二轨道42＇连接，辐射屏蔽装置50＇底部具有可开合屏蔽板51＇，可开合屏蔽板51＇可操作地打开形成收容开口52＇，辐射屏蔽装置50＇内侧具有第三轨道44＇，其通过连接部43＇与第二轨道42＇的另一端可操作地对位连接。驱动装置70(参照图7)通过轨道传输动力，将第一传输部11和中子产生部20从第一位置L1移出，沿着第一轨道41＇经由第二轨道42＇，传输至辐射屏蔽装置50内的第三轨道44＇并限位固定，到达第二位置(未示出)。第二轨道42＇与第三轨道44＇处的连接部43＇可操作地脱开，可开合屏蔽板51＇可操作地关闭完成第一传输部11和中子产生部20的回收作业。在替代的实施例中，移动机械结构53＇也可位于第一空间R1的侧壁等不同位置，并且第二轨道可以根据实际情况，在不同于第一轨道的延伸方向(即传输装置布置方向)的任意其他方向布置。
图7示出了传输装置10第一传输部11的示意图，中子捕获治疗系统100除了包括驱动结构70，还包括用于冷却中子产生部20的冷却装置80和检测装置90。驱动结构70具有动力，进一步包括承载第一传输部11和中子产生部20的驱动架72及动力结构71，动力结构71包括但不限于电子或气动连杆、机器人及其结构、机械臂等，结合图1和图2，本申请旨在当中子产生部20与射束整形体30分离后，第二空间R2环境辐照剂量较高的情形下，操作人员离开辐射暴露空间R2的无人操作的情形，故相关动力结构的驱动是操作人员在无辐射的安全区域R通过操作总控面板400实现的远程操作。操作人员在无辐射的安全区域R通过操作总控面板400实现的远程操作，驱动装置70的动力结构71驱动承载第一传输部11和中子产生部20驱动架72运动，使驱动架72带动第一传输部11和中子产生部20与射束整形体30进行分离并沿着引导装置运动；当第一传输部11和中子产生部20运动至辐射屏蔽装置50时通过总控面板400驱动缓冲装置54的气动杠杆，实现安全回收，再通过操作总控面板400，实现辐射屏蔽装置50的可开合屏蔽板51关闭，从而完成回收作业。参照图3，在替代的实施例中，屏蔽设施300及屏蔽设施上的辅助门也可通过总控面板400实现远程的有线或者无线操控。冷却装置80包括位于传输装置10的端部而与中子产生部20平面接触的管路、沿传输装置布置方向上下布置的两条冷却管路，其中上下布置的两条冷却管路可部分地设置于缓速体中，冷却管路成匚型结构，与外部冷却系统联通，中子产生部20受到高能量等级的加速照射温度升高发热，通过冷却介质流经冷却管路对中子产生部20进行高效冷却。在所示的实施例中，检测装置90可以是一种温度传感器，包括沿传输装置10布置的、与控制端连接的检测线路，用于检测冷却装置的实时温度。在替代的实施例中，检测装置还可以是带电粒子传感器，用于检测第一传输部11与中子产生部20发生反应前的带电粒子射束情况；还可以是真空压力传感器，用于检测第一传输部11的真空度情况；还可以是中子检测器，用于检测发生核反应后产生的中子的情况。检测装置90包括但不限于电子传感器、接近传感器、电容传感器、换能器或其他形式的传感器。当第一传输部11位于第一位置L1时，冷却管路外部冷却系统的管路联通，处于可实现冷却的状态；检测线路与控制端的线路处于连通状态，可实现实时监控与数据的传输与反馈。当第一传输部11位于第二位置L2时，冷却管路外部冷却系统冷却管路断开，检测线路与控制端的连接线断开。冷却装置及部分断开的管路、检测装置部分断开的线路均设置与第一传输部，一起与第一传输部11运动到第二位置被回收替换。
图8示出了驱动结构70的驱动架72至少包括一组滚轮，在优选的实施例中，其至少包括两组滚轮73、74。结合图1、图4、图6和图8，引导装置40还包括轨道基座46及多段轨道，优选地，第一轨道、第二轨道41、42铺设在轨道基座46上。其中驱动架72上的两组滚轮73和74滚动平面不同，优选地，它们的滚动方向也不同，需要说明的是，单独一组中的滚轮滚动方向均保持一致。滚轮组73与基座以上的轨道段是滚轮与凸型轨道的组合，滚轮组74与轨道基座46是滚轮与凹型轨道的组合，二者不同的组合模式，在不同平面上滚动，且滚动方向相互垂直，在两个维度上能够可靠地保证整个引导作业的高度稳定性，对后续切换轨道时，轨道的匹配性和适应性，甚至任选一组或两组滚轮的灵活性也作出了很大的贡献。在优选的实施例中，第二轨道42可灵活转动的轨道422结构段仅设置有轨道基座46，因此在切换至轨道422段时，仅有滚轮组74与轨道422段的凹型轨道基座46的引导配合，滚轮组73与轨道422段凸型轨道的引导配合松脱，以进入已经对准好的辐射屏蔽装置50的内部的第三轨道44，第三轨道44与轨道422段的凹型轨道基座46联动对准。考虑到第一传输部11和中子产生部20重量较大，且若采用本实施例中的滚轮配合凹或凸型轨道的方式进行引导传输，除了要考虑不容易被中子活化、半衰期短的金属以外，还需要综合考虑引导装置的承载能力和耐磨损能力，因此单一选择铝合金或者铝镁合金的材料可能无法承受第一传输部11和中子产生部20的大重量和滚轮对引导轨道的磨损。因此，引导装置进一步考虑选择刚性较大的耐磨材料，在其表面包覆防中子活化的且能够耐受滚轮磨损的覆膜，以降低其被活化的概率，同时延长轨道的使用寿命。通过对引导轨道的多段进行截面应力分析可知，弯曲段的轨道截面承受的载荷和变形远大于直线段的轨道，其中第一轨道41和第二轨道42的部分是直线段轨道，第二轨道42其余部分由于引导方向的改变需要形成弯曲段，因此此段对材料刚性、耐磨性要求较高。根据上述研究和分析，在替代的实施例中，考虑位于核心反应空间R2靠近射束整形体30的直线引导部分选用铝合金、镁铝合金和/或其表面包覆耐磨涂层的材料，弯曲引导部分则考虑选择不锈钢等刚性较大的材料，考虑表面包覆防中子活化的且能够耐受滚轮磨损的覆膜，或者参照图9a和9b，用防辐射材料如含硼PE和/或含硼树脂等中子或光子的屏蔽材料制作一个形状契合引导结构的防辐射保护罩47，在放射性辐照系统运转过程中，保持该防辐射保护罩47始终覆盖在引导装置易活化材料的表面，当更换放射性耗材时，此时放射性辐照系统停止运转，则可取下防辐射保护罩47，正常使用引导轨道。在引导装置的轨道上根据需求分段地选用多种不同材料，能够大大地延长引导装置使用寿命，提高其使用的可靠性。
图10是更换中子产生部的另一种实施例的示意图，该实施例示出了第一空间R1与第二空间R2之间的屏蔽设施300处于关闭的状态，当屏蔽门301和/或屏蔽门302关闭时，第一空间R1与第二空间R2被物理地隔断，引导装置40从第一空间R1通过屏蔽设施的开口303穿入第二空间R2。优选地，在此状态下，操作人员位于第一空间R1，能够在更少辐射的条件下安全地操作以回收第一传输部及中子产生部。如图3实施例中的相同步骤，操作人员做好更换作业的准备工作，拆卸完成第二传输部12，检查完成第一轨道41、第二轨道42及辐射屏蔽装置50的连接及位置情况。在本实施例中，优选地，操作人员将手或借助其他物体仅穿过开口303将第一传输部11上的冷却装置80和检测装置90(参照图7)对应的管线拆除切断，优选地，第一传输部11上还可能有其他气动装置(未图示)的管线，同样一并被拆除切断后，将带有中子产生部的第一传输部11运动至接近屏蔽设施300的开口303处的第三位置(未图示)，并且保持设有中子产生部的一端始终位于第二空间R2中。来自驱动装置70(参照图7)的动力或来自操作人员的拉拽力等作为第一动力施加到第一传输部11，带有中子产生部的第一传输部11因而产生了行程较小的第一次运动，与射束整形体30分离脱开，此时由于中子产生部的暴露，导致第二空间R2的辐射值远高于第一空间R1的辐射值，需要注意的是，若采用人工方式分离中子产生部，操作人员应当适当防护并迅速撤离至安全区域R。来自驱动装置70(参照图7)的动力或来自操作人员的拉拽力作为第二动力再次进行施力，第一传输部11在第二动力的作用下，在第一轨道41上沿着传输装置10布置的第一方向进行行程相对较大的第二次运动，毫无障碍地完全通过保持关闭状态屏蔽设施300上的开口303，从而移动到位于第一空间R1的第二轨道42上，在重力或轨道动力的作用下，继续沿着第二轨道42的方向移动至第二位置L2。屏蔽设施300的开口303形状可为圆形、方形甚至不规则形等，优选为适配带有中子产生部的第一传输部11及引导装置截面的形状，能够保证带有中子产生部的第一传输部11在被断开水电气相关辅助管线后，能够顺利地通过屏蔽设施303并继续运动至回收位置，同时又最大程度地减少了辐射的泄漏。屏蔽设施300的开口303还可设置有用辐射屏蔽材料制成的遮蔽盖板(未图示)，正常工作时，该遮蔽盖板未对开口303进行遮蔽；用上述步骤更换中子产生部时，操作人员在拆解断开辅助管线，移出带有中子产生部的第一传输部11后，则通过可移动遮蔽盖板对开口303进行最大限度的遮蔽，以更进一步降低第二空间R2的辐射泄漏至第一空间R1。
参照图11a至11e，第一空间R1与第二空间R2之间的屏蔽设施300处于关闭的状态，当屏蔽门301和/或屏蔽门302关闭时，第一空间R1与第二空间R2被物理地隔断，引导装置40从第一空间R1通过屏蔽设施的开口303穿入第二空间R2。结合图10，优选地，在屏蔽设施300的开口303处，设置有辅助门304，类似上述的可移动遮蔽盖板，辅助门304包括固定件305和活动件306，活动件306分为左右两扇，分别位于固定在屏蔽门301和302上的固定件305上，活动件306合并时中间具有至少一个开口303＇。本实施例中，辅助门304的至少一个开口303＇的形状通常与设置在该开口303＇处的第一传输部11、引导装置40及配套的管线路结构、真空阀等的形状契合，以在屏蔽设施300及辅助门304关闭进行中子束的照射治疗时，降低从开口303＇处的辐射泄漏，形状包括但不限于椭圆形、菱形、方形、甚至不规则形等形状(图11a至11e)。在进行第一传输部及中子产生部的回收作业时，可以仅将辅助门304打开，屏蔽设施300保持关闭，换上新的第一传输部及中子产生部后，再将辅助门304关上；或者，在进行第一传输部及中子产生部的回收作业时，将屏蔽设施300打开，换上新的第一传输部及中子产生部后，再将屏蔽设施300及辅助门304关上。所述辅助门304采用屏蔽性能较好的材料制成，其活动件306能够在保持屏蔽门301和302关闭的情况下，沿着固定件305预设的路径打开或者闭合，这种灵活小型、形状契合的辅助门的设计，有利于在进行中子束的照射治疗时，进一步地降低辐射量；同时，当第一传输部或者引导装置出现形状或者结构上的调整时，仅需调整或定制辅助门，而不用耗费人力物力改造笨重且大型的屏蔽门，同时也节约了移动大型屏蔽门的能源。
本申请揭示的中子捕获治疗系统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，例如，图5和图6的实施例均适用于屏蔽设施在打开或关闭状态下更换中子产生部的操作步骤；将传输装置可拆卸地连接的结构也可以是通过快夹结构固定，也可以是通过螺栓和螺母固定的结构，部分传输装置设置为可伸缩的波纹管、折叠管及伸缩管等。此外，驱动第一传输部从射束整形体内脱离和运动、控制辐射屏蔽装置移动到预定位置、可开合屏蔽件的开合、轨道对接和分离的方式并不限于手动或重力引起的运动，也可以是操作人员远、近程操作及自动控制。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系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统包括用于产生带电粒子射束的加速器、用于传输带电粒子射束的传输装置、与带电粒子射束发生反应产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行能谱调节的射束整形体和引导装置，所述传输装置至少包括第一传输部和第二传输部，其中，第一传输部与第二传输部可拆卸地连接，中子产生部设置于第一传输部，所述中子捕获治疗系统还包括一个可移动的辐射屏蔽装置，用于容纳由引导装置引导的第一传输部和中子产生部。
2.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述引导装置包括第一引导部和第二引导部，其中，第一引导部与第二引导部的引导方向不同。
3.如权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述引导装置还包括第三引导部，其中第三引导部固定地容纳于所述可移动的辐射屏蔽装置中。
4.如权利要求3所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述第二引导部与第三引导部可拆卸地连接，或者能够实现灵活地对准连接。
5.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述辐射屏蔽装置由辐射屏蔽材料制成，并且包括一可开合件，当可开合件打开时，所述辐射屏蔽装置形成一收容开口，传输装置的第一传输部从所述收容开口进入至所述辐射屏蔽装置内；当可开合件关闭时，所述辐射屏蔽装置形成密闭的屏蔽空间以防止中子产生部的辐射泄漏。
6.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述可移动的辐射屏蔽装置还包括缓冲装置，所述缓冲装置能够在第一传输部与缓冲装置接触之后产生弹性形变以避免所述第一传输部和/或所述辐射屏蔽装置的损坏。
7.如权利要求4所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述可移动的辐射屏蔽装置还包括定位系统，所述定位系统使得辐射屏蔽装置能够移动至预设的位置，使第二引导部和第三引导部实现对接。
8.如权利要求5所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子产生部沿着引导装置较第一传输部晚进入可移动辐射屏蔽装置的收容开口，待中子产生部完全进入可移动辐射屏蔽装置后，可开合件关闭。
9.如权利要求8所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述可移动辐射屏蔽装置的可开合件关闭后，能够实现内部的抽真空环境或者填充惰性气体，同时实现与外界空气物理隔离。
10.如权利要求5所述的中子捕获治疗系统，其特征在于：所述中子捕获治疗系统还包括控制部，可通过有线或无线的连接，通过远程控制实现可移动辐射屏蔽装置的可开合件的打开和闭合。
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