CN220821118U - 一种慢化体及束流整形装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种慢化体及束流整形装置，该慢化体包括：若干基底芯体，以及轴向抵持于所述基底芯体的若干调整芯体；所述基底芯体与所述调整芯体的总厚度为21‑33cm或者22‑33cm，以将高能中子束流慢化为较低能量的中子束能量范围。通过本申请，实现了将高能中子束流慢化到较低能量的中子束能量范围，以得到较低能量的中子束，以对浅表肿瘤进行有效治疗。
Description
技术领域
本实用新型涉及硼中子俘获治疗技术领域，尤其涉及一种慢化体及束流整形装置。
背景技术
硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)的原理是利用发生在肿瘤细胞内的核反应摧毁肿瘤细胞，首先将一种含10B的化合物引入患者体内，由于这种化合物与肿瘤细胞有很强的亲和力，进入体内后，迅速聚集于肿瘤细胞内，而在其它正常组织中分布很少，然后再用中子束照射肿瘤部位，使中子与肿瘤细胞内聚集的10B发生核反应，10B俘获中子后生成一个不稳定的复合核11B，11B再自发分裂成一个动能为1.78MeV的α粒子和一个动能为1.01MeV的7Li反冲原子核(反应截面为6.3％)；或者一个动能为1.47MeV的α粒子和一个动能为0.84MeV的7Li反冲原子核并且发射一个能量为0.48MeV的光子(反应截面为93.7％)，11B通过以下两种反应道自发分裂出α粒子和7Li反冲原子核，其反应式如下：
10B+nth→11B→7Li(1.01MeV)+4He(1.78MeV)6.3％
10B+nth→11B→7Li(0.84MeV)+4He(1.47MeV)+γ(0.48MeV)93.7％
该过程反应产物α粒子及7Li反冲原子核具有高线性能量转换(Linear energytransfer，LET)和低氧增强比的特性，可以高选择、高强度杀伤肿瘤细胞，同时最大限度地减少对周围正常组织的损伤。
实际上，通过加速器中子源或反应堆中子源产生得到的中子并不能直接用于治疗病人，尤其是基于加速器中子源的硼中子俘获治疗(accelerator-based neutron sourceboron neutron capture therapy,AB-BNCT)，一般采用质子与锂或与铍产生的中子的反应。出射中子能量较高，容易直接穿透人体，无法达到预计的治疗效果。因此再经过中子源靶得到中子束后，中子束需要经过束流整形装置(Beam shaping assembly,BSA)来进行慢化、准直至符合治疗标准，才能够对病人进行照射。
现有的束流整形系统当前的设计标准主要参考国际原子能机构2001年发行的IAEA-TECDOC-1223文件和2023年发布的《Advances in Boron Neutron CaptureTherapy》,两份文件都建议使用0.5keV至10keV能区的中子作为超热中子。但有一些学者认为略高于10keV的中子也可以用于深部肿瘤的治疗。
公开号为CN115120893A的中国实用新型专利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；所述束流整形部用于对靶材产生的初始中子源进行整形，以得到满足IAEA指标且可用于中子俘获治疗的超热中子束。
然而，上述现有技术中束流整形部所包含的缓速体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，难以对初始中子源进行整形以得到低能量的中子束的技术缺陷，从而不能针对浅表肿瘤进行治疗。
因此，解决如何得到低能量的中子束的束流整形装置这一技术问题具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种慢化体及束流整形装置，用于解决现有技术中的束流整形装置所存在的诸多缺陷，尤其是为了实现将高能中子束流慢化到较低能量的中子束能量范围，以得到较低能量的中子束，以对浅表肿瘤进行有效治疗。
为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种慢化体，包括：若干基底芯体，以及轴向抵持于所述基底芯体的若干调整芯体；
所述基底芯体与所述调整芯体的总厚度为21-33cm或者22-33cm，以将高能中子束流慢化为较低能量的中子束能量范围。
根据本实用新型，在一些方案中，所述慢化体由总数量为2个或者3个的所述基底芯体与所述调整芯体构成。
根据本实用新型，在一些方案中，所述慢化体由一个所述基底芯体与一个所述调整芯体构成；
所述基底芯体的厚度为20-27cm，所述调整芯体的厚度为1-6cm。
根据本实用新型，在一些方案中，所述慢化体由一个所述基底芯体与两个所述调整芯体构成；
所述基底芯体的厚度为20-27cm，两个所述调整芯体的总厚度为2-6cm，单个所述调整芯体的最小厚度为1cm。
根据本实用新型，在一些方案中，所述慢化体由两个所述基底芯体与一个所述调整芯体构成；
所述调整芯体的厚度为1-6cm；
两个所述基底芯体的总厚度为21-27cm，其中至少存在一个厚度为20cm的所述基底芯体，另外一个所述基底芯体的厚度为1-7cm。
根据本实用新型，在一些方案中，所述基底芯体材料为氟化镁，所述调整芯体材料为聚乙烯或氟化镁或者聚乙烯和氟化镁的组合。
第二方面，本实用新型提供了一种束流整形装置，包括：具有容置腔的反射体，轴向部分贯穿所述反射体的质子束通道，所述质子束通道内设有靶材，以及内设于所述容置腔的如上述任一项发明创造所揭示的慢化体。
根据本实用新型，在一些方案中，所述慢化体位于所述质子束通道延伸入所述反射体的一端，所述基底芯体与所述调整芯体沿所述质子束通道延伸方向依次配置于所述容置腔内。
根据本实用新型，在一些方案中，所述反射体远离所述质子束通道一端轴向内嵌准直器。
根据本实用新型，在一些方案中，所述准直器被构造出沿轴向逐渐缩小的锥形孔；
所述锥形孔靠近所述慢化体的一端所形成的扩张部内径尺寸为28-38cm，所述锥形孔反向于所述扩张部的一端所形成的开口部内径尺寸为10-24cm，所述锥形孔的轴向长度为10或14cm。
根据本实用新型，在一些方案中，所述准直器被构造出沿轴向贯通的圆柱形通孔；
所述通孔内径尺寸为10-24cm，所述通孔的轴向长度为10或14cm。
根据本实用新型，在一些方案中，所述束流整形装置还包括：形成于所述慢化体与所述准直器之间的过滤单元，形成于所述质子束通道内配置所述靶材的伸缩管，周向围设于所述靶材以对所述靶材进行冷却降温的冷却单元，以及驱动所述伸缩管沿轴向伸缩以带动所述靶材贴合所述慢化体的驱动单元。
根据本实用新型，在一些方案中，所述过滤单元被配置为γ射线过滤体。
根据本实用新型的慢化体及束流整形装置具有如下有益的技术效果：通过带电粒子直线加速器(未示出)产生的强流带电粒子束流穿过质子束通道轰击靶材消耗成为高能中子束流，再通过慢化体与高能中子束流发生相互作用，从而使高能中子束流损失部分能量，将其慢化到较低能量的中子束能量范围，以得到较低能量的中子束，从而能够实现对浅表肿瘤进行有效治疗。
附图说明
图1为本申请提供的束流整形装置的结构图，其中慢化体由一个基底芯体和两个调整芯体构成；
图2为本申请提供的束流整形装置的结构图，其中慢化体由基底芯体与两个调整芯体构成，并且容置腔内填充有若干备用芯体；
图3为图1或图2中使用总厚度为24cm的慢化体的出射中子束能谱；
图4为图3出射的中子束在软组织体模中的剂量率分布图，其中Tumor为肿瘤组织，Nomal为正常组织。
具体实施方式
为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”、“远”、“近”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。本公开中的附图并不是严格按实际比例绘制，各个结构的具体地尺寸和数量可根据实际需要进行确定。本公开中所描述的附图仅是结构示意图。
请参图1至图4所提供的本实用新型一种慢化体及束流整形装置的一种具体实施方式。
在现有的直线加速器驱动的硼中子俘获治疗系统中，中子照射方法是通过直线加速器将带电粒子束加速，带电粒子束加速至足以克服靶材料原子核库伦斥力的能量，轰击靶材，通过发生核反应以产生高能中子束流，高能中子束流通过特定束流整形装置后整形慢化到超热中子能量范围并获取超热中子束，最终中子束流通过准直器进行集中汇流，照射到人体靶区。本实施所提供的束流整形装置相对于现有技术而言能够针对不同肿瘤病例提供精准地中子治疗。
如图1与图2所示，该慢化体1包括：若干基底芯体11，以及轴向(图1中轴线W所示方向)抵持于基底芯体11的若干调整芯体12；基底芯体11与调整芯体12的总厚度为21-33cm或者22-33cm，以将高能中子束流慢化为较低能量的中子束能量范围。通过采用由若干基底芯体11与若干调整芯体12所构成的如图1所示的慢化体1，该慢化体1能够将高能中子束流慢化到较低能量的中子束能量范围，以得到较低能量的中子束，从而实现对浅表肿瘤进行有效治疗。
如图3所示，曲线1“24MF”含义为：慢化体1由一个或两个或三个总厚度为24cm的基底芯体11构成；曲线2“4PE+20MF”含义为：慢化体1由沿质子发射方向依次配置于容置腔21内的调整芯体12与基底芯体11，一个厚度为20cm的基底芯体11与一个或两个总厚度为4cm的调整芯体12构成；曲线3“20MF+4PE”含义为：慢化体1由沿质子发射方向(图1中箭头W1所示方向)依次配置于容置腔21内的基底芯体11与调整芯体12，一个厚度为20cm的基底芯体11与一个或两个总厚度为4cm的调整芯体12构成；结合这3种曲线及图3所示，在同等厚度(即，24cm)时，使用调整芯体12代替部分厚度的基底芯体11能够显著降低高能中子成分，并且沿质子发射方向依次配置于容置腔21内的基底芯体11与调整芯体12，降低高能中子成分的效果更佳。因此，通过设置慢化体1由若干基底芯体11与若干调整芯体12构成，能够提高该慢化体1降低高能中子成分的效果。
优选地，慢化体由总数量为2个或者3个的基底芯体11与调整芯体12构成。
当需要得到较低能量的中子束时，慢化体1可组成的实施例如下：慢化体1可由一个基底芯体11与一个调整芯体12构成，且基底芯体11的厚度为20-27cm，调整芯体12的厚度为1-6cm；或者，慢化体1由一个基底芯体11与两个调整芯体12构成，且基底芯体11的厚度为20-27cm，两个调整芯体12的总厚度为2-6cm，单个调整芯体12的最小厚度为1cm；或者，慢化体1由两个基底芯体11与一个调整芯体12构成，且调整芯体12的厚度为1-6cm，两个基底芯体11的总厚度为21-27cm，其中一个基底芯体11的厚度为20cm，另外一个基底芯体11的厚度为1-7cm。
需要说明的是，基底芯体11的材料可以为氟化镁、氟化铝、氟化钙以及铝等中的一种或多种混合组成，基底芯体11的材料优选为氟化镁(MgF2)；调整芯体12材料为可以氟化镁、聚乙烯、聚四氟乙烯、氧化铍、重水以及水等中的一种或多种混合组成，调整芯体12材料优选为聚乙烯(PE)。
基于前述实施例所揭示的一种慢化体1的技术方案，本实施方式还揭示了一种束流整形装置100。
如图1至图4所示，该束流整形装置100包括：具有容置腔21的反射体2，轴向(图1中轴线W所示方向)部分贯穿反射体2的质子束通道3，质子束通道3内设有靶材4，以及内设于容置腔21的如上述实施例所揭示的慢化体1。通过带电粒子直线加速器(未示出)产生的强流带电粒子束流沿图1中剪头W1所示方向穿过质子束通道3轰击靶材4消耗成为高能中子束流，再通过慢化体1与高能中子束流发生相互作用，从而使高能中子束流损失部分能量，将其慢化到较低能量的中子束能量范围，以得到较低能量的中子束，从而实现对浅表肿瘤进行有效治疗。
当强流带电粒子束流穿过质子束通道3轰击靶材4形成高能中子束流后，高能中子束流首先入射到材料为氟化镁的基底芯体11，通过氟化镁能够将高能中子束慢化到10keV能量左右，从而使穿过基底芯体11的中子能量处于10keV左右的高能中子或者低于10keV的中能中子，从而减少高于10keV的高能中子入射到调整芯体12，之后处于10keV左右或者低于10keV的中子入射到调整芯体12，通过材料为聚乙烯的调整芯体12能够将10keV左右或者低于10keV的中子迅速慢化，并慢化到较低能量的中子束能量范围，以将准直器5射出的是较低能量的中子束，从而能够实现对浅表肿瘤进行有效治疗。
需要说明的是，靶材4的材料可以为锂靶或铍靶等，通过常用强流粒子束流轰击锂靶或铍靶来产生高能中子束流。反射体2的材料优选为铅(Pb)。另外，带电粒子直线加速器(未示出)也可以为静电直线加速器、回旋直线加速器、同步直线加速器、回旋+同步直线加速器、直线加速器、激光驱动直线加速器等。
在本实施方式中，优选地，慢化体1位于质子束通道3延伸入反射体2的一端，基底芯体11与调整芯体12沿质子束通道3延伸方向依次配置于容置腔21内。
如图1至图4所示，反射体2远离质子束通道3一端轴向内嵌准直器5。通过准直器5能够准直并用于出射中子束，以提高中子通量。
在本实施方式中，优选地，准直器5被构造出沿轴向逐渐缩小的锥形孔51；锥形孔51靠近慢化体1的一端所形成的扩张部511内径尺寸为28-38cm，锥形孔51反向于扩张部511的一端所形成的开口部512内径尺寸为10-24cm，锥形孔51的轴向长度为10或14cm。优选地，准直器5的材料由聚乙烯与氟化锂混合组成，以对中子实现慢化及吸收。扩张部511与开口部512的内径尺寸可根据具体肿瘤情况设置，针对不同肿瘤患者，采用不同扩张部511与开口部512的内径尺寸。开口部512的内径尺寸越小，扩张部511的内径尺寸越大，则能够增强中子通量；开口部512的内径尺寸越大，扩张部511的内径尺寸越小，则能够减少中子泄露，防止损伤正常组织。
例如，在一些实施例中，准直器5被构造出沿轴向贯通的圆柱形通孔(未示出)；通孔内径尺寸为10-24cm，通孔的轴向长度为10或14cm。通孔的内径尺寸可根据具体肿瘤情况设置，针对不同肿瘤患者，采用不同内径尺寸。
如图1至图4所示，束流整形装置100还包括：形成于慢化体1与准直器5之间的过滤单元6，形成于质子束通道3内配置靶材4的伸缩管7，周向围设于靶材4以对靶材4进行冷却降温的冷却单元(未示出)，以及驱动伸缩管7沿轴向伸缩以带动靶材4贴合慢化体1的驱动单元(未示出)。形成于基底芯体11与容置腔21之间的若干备用芯体22。优选地，备用芯体22的材料为铅(Pb)。
在上述得到较低能量的中子束，慢化体1由若干基底芯体11与若干调整芯体12构成，当若干基底芯体11与若干调整芯体12的总厚度小于容置腔21的轴向长度时，可通过将若干备用芯体22填充至基底芯体11与靶材4之间，使基底芯体11与调整芯体12轴向抵持。并且备用芯体22被构造出供质子束通道3贯通的衔接孔(未示出)，以供质子束通道3轴向延伸入该衔接孔内，便于驱动单元驱动伸缩管7沿轴向伸缩以带动靶材4贴合慢化体1。
进一步地，如图1与图2所示，过滤单元6形成于慢化体1与准直器5之间，过滤单元6被配置为热中子过滤体61和/或γ射线过滤体62。过滤单元6优选为γ射线过滤体62。热中子过滤体61的材料优选为氟化锂(LiF)，γ射线过滤体62的材料优选为铅(Pb)。
如图4所示，其中Tumor为肿瘤组织，Nomal为正常组织，以正常组织耐受12.5Gy等效光子剂量，肿瘤致死剂量30Gy为准。曲线1“Tumor＿22MF,0.3LIF,0.3Pb”含义为：慢化体1由两个总厚度为22cm的基底芯体11构成，且过滤单元6被配置为如图1中所示的一个厚度为0.3cm的热中子过滤体61与一个厚度为0.3cm的γ射线过滤体62；曲线2“Tumor＿22MF,0.6Pb”含义为：慢化体1由两个总厚度为22cm的基底芯体11构成，且过滤单元6被配置为如图2中所示的一个或两个组成的总厚度为0.6cm的γ射线过滤体62；当以两个总厚度为22cm的基底芯体11构成慢化体1，移除热中子过滤体61并被替换为与其相同厚度的γ射线过滤体62时，即，曲线1变化到曲线2时，曲线1剂量率曲线峰值从2.20cm的深度变化到1.95cm，且峰值增加了6％，因此，通过上述两种变化均有利于对浅层肿瘤的治疗。
进一步地，如图4所示，曲线3“Tumor＿20MF,2PE,0.6Pb”含义为：慢化体1由两个总厚度为20cm的基底芯体11与一个或两个总厚度为2cm的调整芯体12构成，且过滤单元6被配置为两个组成或一个总厚度为0.6cm的γ射线过滤体62，剂量率曲线峰值为0.85cm的深度；曲线4“Tumor＿20MF,4PE,0.6Pb”含义为：慢化体1由两个总厚度为20cm的基底芯体11与一个或两个总厚度为4cm的调整芯体12构成，且过滤单元6被配置为两个组成或一个总厚度为0.6cm的γ射线过滤体62，剂量率曲线峰值为0.35cm的深度；曲线5“Tumor＿20MF,6PE,0.6Pb”含义为：慢化体1由两个总厚度为20cm的基底芯体11与一个或两个总厚度为6cm的调整芯体12构成，且过滤单元6被配置为两个组成或一个总厚度为0.6cm的γ射线过滤体62，剂量率曲线峰值为0.25cm的深度；通过这5种曲线表明调整芯体12的厚度在6cm及以内时，均可以在正常组织可承受的剂量(，即12.5Gy)范围内完成肿瘤治疗。由此可知，基底芯体11与调整芯体12的组合可以调节剂量率曲线峰值所在深度。
并且，在本实施方式中，经研发人员实验证明基底芯体11与调整芯体12的总厚度为21-33cm或者22-33cm，慢化体1由总数量为2个或者3个的基底芯体11与调整芯体12构成，其中至少存在一个厚度优选为20cm的基底芯体11，以及一个厚度为1-6cm的调整芯体12，以此能够达到最佳效果。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种慢化体，其特征在于，包括：
若干基底芯体，以及轴向抵持于所述基底芯体的若干调整芯体；
所述基底芯体与所述调整芯体的总厚度为21-33cm，以将高能中子束流慢化为较低能量的中子束能量范围；
所述慢化体由总数量为2个或者3个的所述基底芯体与所述调整芯体构成。
2.根据权利要求1所述的慢化体，其特征在于，所述基底芯体与所述调整芯体的总厚度为22-33cm。
3.根据权利要求1所述的慢化体，其特征在于，所述慢化体由一个所述基底芯体与一个所述调整芯体构成；
所述基底芯体的厚度为20-27cm，所述调整芯体的厚度为1-6cm。
4.根据权利要求2所述的慢化体，其特征在于，所述慢化体由一个所述基底芯体与两个所述调整芯体构成；
所述基底芯体的厚度为20-27cm，两个所述调整芯体的总厚度为2-6cm，单个所述调整芯体的最小厚度为1cm。
5.根据权利要求2所述的慢化体，其特征在于，所述慢化体由两个所述基底芯体与一个所述调整芯体构成；
所述调整芯体的厚度为1-6cm；
两个所述基底芯体的总厚度为21-27cm，其中至少存在一个厚度为20cm的所述基底芯体，另外一个所述基底芯体的厚度为1-7cm。
6.一种束流整形装置，其特征在于，包括：具有容置腔的反射体，轴向部分贯穿所述反射体的质子束通道，以及内设于所述容置腔的如权利要求1至5中任一项所述的慢化体，所述质子束通道内设有靶材。
7.根据权利要求6所述的束流整形装置，其特征在于，所述慢化体位于所述质子束通道延伸入所述反射体的一端，所述基底芯体与所述调整芯体沿所述质子束通道延伸方向依次配置于所述容置腔内。
8.根据权利要求6所述的束流整形装置，其特征在于，所述反射体远离所述质子束通道一端轴向内嵌准直器。
9.根据权利要求8所述的束流整形装置，其特征在于，所述准直器被构造出沿轴向逐渐缩小的锥形孔；
所述锥形孔靠近所述慢化体的一端所形成的扩张部内径尺寸为28-38cm，所述锥形孔反向于所述扩张部的一端所形成的开口部内径尺寸为10-24cm，所述锥形孔的轴向长度为10或14cm。
10.根据权利要求8所述的束流整形装置，其特征在于，所述准直器被构造出沿轴向贯通的圆柱形通孔；
所述通孔内径尺寸为10-24cm，所述通孔的轴向长度为10或14cm。
11.根据权利要求8所述的束流整形装置，其特征在于，所述束流整形装置还包括：形成于所述慢化体与所述准直器之间的过滤单元，形成于所述质子束通道内配置所述靶材的伸缩管，周向围设于所述靶材以对所述靶材进行冷却降温的冷却单元，以及驱动所述伸缩管沿轴向伸缩以带动所述靶材贴合所述慢化体的驱动单元。
12.根据权利要求11所述的束流整形装置，其特征在于，所述过滤单元被配置为γ射线过滤体。
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|---|---|---|---|
| CN202321720440.5U CN220821118U (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种慢化体及束流整形装置 |
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| CN202321720440.5U CN220821118U (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种慢化体及束流整形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220821118U true CN220821118U (zh) | 2024-04-19 |
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ID=90675948
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321720440.5U Active CN220821118U (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种慢化体及束流整形装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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2023
- 2023-07-03 CN CN202321720440.5U patent/CN220821118U/zh active Active
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