TW201912199A

TW201912199A - 中子捕獲治療系統

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Publication number: TW201912199A
Application number: TW107127844A
Authority: TW
Inventors: 陳韋霖; 劉淵豪
Original assignee: 中國商南京中硼聯康醫療科技有限公司
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-04-01
Also published as: JP6956854B2; EP3643360B1; WO2019042137A1; EP3643360A1; EP3643360A4; RU2745133C1; US11198023B2; JP2020531126A; US20200147414A1; TWI687249B

Abstract

一種中子捕獲治療系統，包括射束整形體、設置於射束整形體內之真空管及至少一個冷卻裝置。射束整形體包括射束入口、容納真空管之容納腔、鄰接於容納腔端部之緩速體、包圍於緩速體外之反射體、設置於射束整形體內之輻射屏蔽和射束出口。真空管端部設有靶材，冷卻裝置用以對靶材進行冷卻，靶材與自射束入口入射之帶電粒子束發生核反應以產生中子。緩速體將自靶材產生之中子減速至超熱中子能區，反射體將偏離之中子導回至緩速體。射束整形體內還設有至少一個容納冷卻裝置之容納管道，冷卻裝置與容納管道之內壁之間填充有填充物。

Description

中子捕獲治療系統

本發明係關於一種輻射線照射系統；特別關於一種中子捕獲治療系統。

隨著原子科學之發展，例如鈷六十、直線加速器、電子射束等放射線治療已成為癌症治療之主要手段之一。然而傳統光子或電子治療受到放射線本身物理條件之限制，於殺死腫瘤細胞之同時，也會對射束途徑上大量之正常組織造成傷害；另由於腫瘤細胞對放射線敏感程度之不同，傳統放射治療對於較具抗輻射性之惡性腫瘤(如：多型性膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素細胞瘤(melanoma))之治療成效往往不佳。

為了減少腫瘤周邊正常組織之輻射傷害，化學治療(chemotherapy)中之標靶治療概念便被應用於放射線治療中；而針對高抗輻射性之腫瘤細胞，目前也積極發展具有高相對生物效應(relative biological effectiveness,RBE)之輻射源，如質子治療、重粒子治療、中子捕獲治療等。其中，中子捕獲治療便係結合前述兩種概念，如硼中子捕獲治療，藉由含硼藥物於腫瘤細胞之特異性集聚，配合精準之中子射束調控，提供比傳統放射線更好之癌症治療選擇。

於加速器中子捕獲治療系統中，藉加速器將帶電粒子束加速，前述帶電粒子束加速至足以克服射束整形體內之靶材原子核庫倫斥力之能量，與前述靶材發生核反應以產生中子，是以於產生中子之過程中靶材會受到高功率之加速帶電粒子束之照射，靶材之溫度會大幅上升，從而影響靶材之使用壽命。

一種帶冷卻裝置之中子捕獲治療系統，其一般包括用以輸入冷卻介質之管狀第二冷卻部、用以輸出冷卻介質之管狀第三冷卻部及連接於第二、第三冷卻部之間與靶材直接接觸用以冷卻靶材之第一冷卻部。於該結構中，管狀之第二、第三冷卻部暴露於空氣中，於靶材上產生之部分中子將從第二、第三冷卻部之周圍穿過空氣中散射到射束整形體外部，從而降低了有效中子之產率，且散射到射束整形體外部之中子將對中子捕獲治療系統內之器械產生影響並且有可能導致輻射洩露，降低中子捕獲治療系統之使用壽命並存於輻射安全隱患。

為了解決前述問題，本申請之一個實施例提供一種中子捕獲治療系統，其包括射束整形體、設置於射束整形體內之真空管及至少一個冷卻裝置，射束整形體包括射束入口、容納真空管之容納腔、鄰接於容納腔端部之緩速體、包圍於緩速體外之反射體、與緩速體鄰接之熱中子吸收體、設置於射束整形體內之輻射屏蔽和射束出口，真空管端部設有靶材，冷卻裝置用以對靶材進行冷卻，靶材與自射束入口入射之帶電粒子束發生核反應以產生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根中子射束軸，緩速體將自靶材產生之中子減速至超熱中子能區，反射體將偏離之中子導回至緩速體以提高超熱中子射束強度，熱中子吸收體用以吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，輻射屏蔽用以屏蔽滲漏之中子和光子以減少非照射區之正常組織劑量，射束整形體內還設有至少一個容納冷卻裝置之容納管道，冷卻裝置與容納管道之內壁之間填充有填充物。

與先前技術相比，本實施例記載之技術方案具有以下有益效果：於冷卻裝置與容納管道之內壁之間填充填充物，提高中子捕獲治療裝置之使用壽命、防止中子洩露和增強中子射束強度。

優選地，填充物為鋁合金或鉛合金，與冷卻裝置與容納管道之內壁之間未填充填充物之技術方案相比，其能夠有效提高超熱中子產率，降低快中子污染，縮短照射時間。

進一步地，容納管道位於前述容納腔之內壁之外。

優選地，冷卻裝置包括用以冷卻靶材之第一冷卻部、位於第一冷卻部兩側並分別與第一冷卻部連通之第二冷卻部和第三冷卻部；前述容納管道包括位於靶材與緩速體之間之第一容納管道及位於第一容納管道兩側並分別與第一容納管道連通之第二、第三容納管道，第一、第二、第三冷卻部分別容納於第一、第二、第三容納管道內，前述填充物填充於第二冷卻部與第二容納管道之內壁及第三冷卻部與第三容納管道之內壁之間。

進一步地，第二、第三冷卻部為管狀結構，前述第二、第三容納管道設置成沿平行於中子射束軸線方向延伸之橫截面為圓型之管道。

優選地，第一冷卻部位於真空管之端部而與前述靶材平面接觸，前述第二冷卻部和第三冷卻部沿平行於中子射束軸線之方向延伸且分別位於真空管之上下兩側而與第一冷卻部形成匚型結構；第二、第三容納管道沿平行於中子射束軸線之方向延伸且分別位於真空管之上下兩側而與前述第一容納管道形成匚型結構。

優選地，第一冷卻部位於真空管之端部而與前述靶材平面接觸，前述第二冷卻部和第三冷卻部與中子射束軸線之間之夾角大於0°小於等於180°；第二、第三容納管道中子射束軸線之間之夾角大於0°小於等於180°。

優選地，第二冷卻部向第一冷卻部輸入冷卻介質，前述第三冷卻部將第一冷卻部中之冷卻介質輸出。

進一步地，反射體於中子射束軸線之兩側均凸出緩速體，前述真空管包括被反射體包圍之延伸段及自延伸段延伸嵌入緩速體之嵌入段，前述靶材設於前述嵌入段之端部。

優選地，緩速體設置成包含至少一個錐狀體。

本申請實施例中前述之“錐體”或“錐狀體”係指沿著圖示方向之一側到另一側其外輪廓之整體趨勢逐漸變小之結構，外輪廓之其中一條輪廓線可以係線段，如圓錐狀體之對應之輪廓線，也可以係圓弧，如球面體之對應之輪廓線，外輪廓之整個表面可以係圓滑過渡的，也可以係非圓滑過渡的，如於圓錐狀體或球面體之表面做了很多凸起和凹槽。

1‧‧‧中子捕獲治療系統

10‧‧‧射束整形體

11‧‧‧射束入口

12‧‧‧容納腔

121‧‧‧反射體容納腔

122‧‧‧緩速體容納腔

13‧‧‧容納管道

131、131’、131”‧‧‧第一容納管道

132、132’、132”‧‧‧第二容納管道

1321‧‧‧第二反射體容納管道

1322‧‧‧第二緩速體容納管道

133、133’、133”‧‧‧第三容納管道

1331‧‧‧第三反射體容納管道

1332‧‧‧第三緩速體容納管道

14‧‧‧緩速體

141‧‧‧第一端部

142‧‧‧第二端部

143‧‧‧第三端部

146‧‧‧第一個錐狀體

148‧‧‧第二個錐狀體

15‧‧‧反射體

16‧‧‧熱中子吸收體

17‧‧‧輻射屏蔽

171‧‧‧光子屏蔽

172‧‧‧中子屏蔽

18‧‧‧射束出口

20、20’、20”‧‧‧冷卻裝置

21、21’、21”‧‧‧第一冷卻部

211‧‧‧第一接觸部

212‧‧‧第二接觸部

213‧‧‧冷卻槽

214‧‧‧輸入槽

215‧‧‧輸出槽

22、22’、22”‧‧‧第二冷卻部

221‧‧‧第一冷卻段

222‧‧‧第三冷卻段

23、23’、23”‧‧‧第三冷卻部

231‧‧‧第二冷卻段

232‧‧‧第四冷卻段

30、30’、30”‧‧‧真空管

31、31’、31”‧‧‧靶材

311‧‧‧鋰靶層

312‧‧‧抗氧化層

32‧‧‧延伸段

34‧‧‧嵌入段

40、40’、40”‧‧‧填充物

第1圖係本申請實施例一中之中子捕獲治療系統之示意圖，其中，冷卻裝置之第二冷卻部和第三冷卻部與中子射束軸線平行。

第2圖係本申請實施例一中之沿第1圖中垂直於中子射束軸線之中子捕獲治療系統之剖視圖。

第3圖係本申請實施例一中之中子捕獲治療系統之示意圖，其中，真空管和射束整形體之間之間隙未填充填充物。

第4圖係本申請實施例一中之中子捕獲治療系統之冷卻裝置之局部放大示意圖。

第5圖係本申請實施例二中之中子捕獲治療系統之示意圖，其中，冷卻裝置之第二冷卻部和第三冷卻部與中子射束軸線垂直。

第6圖係本申請實施例三中之中子捕獲治療系統之示意圖，其中，冷卻裝置之第二冷卻部和第三冷卻部與中子射束軸線之夾角大於90°。

第7圖係本申請實施例中之中子捕獲治療系統中之靶材結構示意圖。

中子捕獲治療作為一種有效之治療癌症之手段近年來之應用逐漸增加，其中以硼中子捕獲治療最為常見，供應硼中子捕獲治療之中子可以由核反應爐或加速器供應。本申請之實施例以加速器硼中子捕獲治療為例，加速器硼中子捕獲治療之基本組件通常包括用以對帶電粒子(如質子、氘核等)進行加速之加速器、中子產生部與熱移除系統以及射束整形體。其中加速帶電粒子與金屬中子產生部作用產生中子，依據所需之中子產率與能量、可提供之加速帶電粒子能量與流量大小、金屬中子產生部之物化性等特性來挑選合適之核反應。常被討論之核反應有⁷Li(p,n)⁷Be及⁹Be(p,n)⁹B，這兩種反應皆為吸熱反應，兩種核反應之能量閾值分別為1.881MeV和2.055MeV。由於硼中子捕獲治療之理想中子源為keV能量等級之超熱中子，理論上若使用能量僅稍高於閾值之質子轟擊金屬鋰中子產生部，可產生相對低能之中子，不須太多之緩速處理便可用以臨床，然而鋰金屬(Li)和鈹金屬(Be)兩種中子產生部與閾值能量之質子作用截面不高，為產生足夠大之中子通量，通常選用較高能量之質子來引發核反應。

理想之靶材應具備高中子產率、產生之中子能量分佈接近超熱中子能區(將於下文詳細描述)、無太多強穿輻射產生、安全便宜易於操作且耐高溫等特性，但實際上並無法找到符合所有要求之核反應。本申請之實施例中採用鋰金屬製成之靶材。惟本領域技術人員熟知的，靶材之材料也可以由其他除了前述談論到之金屬材料之外之金屬材料製成。

針對熱移除系統之要求則根據選擇之核反應而異，如⁷Li(p,n)⁷Be因金屬靶材(鋰金屬)之熔點及熱導係數差，對熱移除系統之要求便較⁹Be(p,n)⁹B高。本申請之實施例中採用⁷Li(p,n)⁷Be之核反應。由此可知，受到高能量等級之加速帶電粒子束照射之靶材之溫度必然會大幅上升，從而影響靶材之使用壽命。

無論硼中子捕獲治療之中子源來自核反應爐或加速器帶電粒子與靶材之核反應，產生皆為混合輻射場，即射束包含了低能至高能之中子、光子。對於深部腫瘤之硼中子捕獲治療，除了超熱中子外，其餘之輻射線含量越多，造成正常組織非選擇性劑量沉積之比例越大，是以該等會造成不必要劑量之輻射應儘量降低。除了空氣射束品質因素，為更瞭解中子於人體中造成之劑量分佈，本申請之實施例中使用人體頭部組織假體進行劑量計算，並以假體射束品質因素來作為中子射束之設計參考，將於下文詳細描述。

國際原子能機構(IAEA)針對臨床硼中子捕獲治療用之中子源，給定了五項空氣射束品質因素建議，此五項建議可用以比較不同中子源之優劣，並供以作為挑選中子產生途徑、設計射束整形體時之參考依據。這五項建議分別如下：

超熱中子射束通量Epithermal neutron flux>1 x 10⁹n/cm2s

快中子污染Fast neutron contamination<2 x 10^-13Gy-cm2/n

光子污染Photon contamination<2 x 10^-13Gy-cm2/n

熱中子與超熱中子通量比值thermal to epithermal neutron flux ratio<0.05

中子流量與通量比值epithermal neutron current twflux ratio>0.7

注：超熱中子能區在於0.5eV到40keV之間，熱中子能區小於0.5eV，快中子能區大於40keV。

1、超熱中子通量：

中子射束通量和腫瘤中含硼藥物濃度共同決定了臨床治療時間。若腫瘤含硼藥物濃度夠高，對於中子射束通量之要求便可降低；反之，若腫瘤中含硼藥物濃度低，則需高通量超熱中子來給予腫瘤足夠之劑量。IAEA對於超熱中子射束通量之要求為每秒每平方公分之超熱中子個數大於10⁹，此通量下之中子射束對於目前之含硼藥物而言可大致控制治療時間在於一小時內，短治療時間除了對病人定位和舒適度有優勢外，也可較有效利用含硼藥物在於腫瘤內有限之滯留時間。

2、快中子污染：

由於快中子會造成不必要之正常組織劑量，是以視之為污染，此劑量大小和中子能量呈正相關，是以在於中子射束設計上應儘量減少快中子之含量。快中子污染定義為單位超熱中子通量伴隨之快中子劑量，IAEA對快中子污染之建議為小於2 x 10^-13Gy-cm²/n。

3、光子污染(γ射線污染)：

γ射線屬於強穿輻射，會非選擇性地造成射束路徑上所有組織之劑量沉積，是以降低γ射線含量也係中子束設計之必要要求，γ射線污染定義為單位超熱中子通量伴隨之γ射線劑量，IAEA對γ射線污染之建議為小於2 x 10^-13Gy-cm²/n。

4、熱中子與超熱中子通量比值：

由於熱中子衰減速度快、穿透能力差，進入人體後大部分能量沉積於皮膚組織，除黑色素細胞瘤等表皮腫瘤需用熱中子作為硼中子捕獲治療之中子源外，針對腦瘤等深層腫瘤應降低熱中子含量。IAEA對熱中子與超熱中子通量比值建議為小於0.05。

5、中子流量與通量比值：

中子流量與通量比值代表了射束之方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性之中子束可減少因中子發散造成之周圍正常組織劑量，另也提高了可治療深度及擺位姿勢的彈性。IAEA對中子流量與通量比值建議為大於0.7。

為了使中子捕獲治療系統之射束整形體於解決靶材冷卻問題之同時，能夠獲得較好之中子射束品質，參照第1圖-第4圖，本申請實施例一提供一種中子捕獲治療系統1，中子捕獲治療系統1包括射束整形體10、設於射束整形體10內之冷卻裝置20及真空管30。

如第1圖和第2圖所示，射束整形體10包括射束入口11、用以容納真空管30之容納腔12、用以容納冷卻裝置20之容納管道13、鄰接於容納腔12端部之緩速體14、包圍緩速體14之反射體15、與緩速體14鄰接之熱中子吸收體16、設置於射束整形體10內之輻射屏蔽17和射束出口18。真空管30之端部設有靶材31，靶材31與自射束入口11入射並穿過真空管30之帶電粒子束發生核反應以產生中子，中子形成中子射束，中子射束自射束出口18射出並限定一根與真空管30之中心軸線基本重合之中子射束軸線X。緩速體14將自靶材31產生之中子減速至超熱中子能區，反射體15將偏離中子射束軸線X之中子導回至緩速體14以提高超熱中子射束強度。反射體15於中子射束軸線X之兩側均凸出緩速體14。熱中子吸收體16用以吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量。輻射屏蔽17用以屏蔽滲漏之中子和光子以減少非照射區之正常組織劑量。

加速器中子捕獲治療系統藉加速器將帶電粒子束加速，作為一種優選實施例，靶材31由鋰金屬製成，帶電粒子束加速至足以克服靶材原子核庫倫斥力之能量，與靶材31發生⁷Li(p,n)⁷Be核反應以產生中子，射束整形體10能將中子緩速至超熱中子能區，並降低熱中子及快中子含量。緩速體14由具有快中子作用截面大、超熱中子作用截面小之材料製成，反射體15由具有中子反射能力強之材料製成，熱中子吸收體16由與熱中子作用截面大之材料製成。作為一種優選實施例，緩速體14由D₂O、AlF₃、Fluental^TM、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中之至少一種製成，反射體15由Pb或Ni中之至少一種製成，熱中子吸收體16由⁶Li製成。

如第1圖所示，緩速體14設置成具有至少一個錐狀體之結構以便提高超熱中子通量。本實施例中，緩速體14由兩個錐狀體組成。緩速體14具有第一端部141、第二端部142和位於第一端部141和第二端部142之間之第三端部143。第一、第二、第三端部141、142、143之橫截面為圓型，且第一端部141與第二端部142之直徑小於第三端部143之直徑。第一端部141和第三端部143之間形成第一個錐狀體146，第三端部143和第二端部142之間形成第二個錐狀體148。本申請實施例中緩速體之“錐體”或“錐狀體”結構係指緩速體沿著中子射束軸線X之方向之一側到另一側，其外輪廓之整體趨勢逐漸變小之結構，外輪廓之其中一條輪廓線可以係線段，如圓錐狀體之對應之輪廓線，也可以係圓弧，如球面體之對應之輪廓線，外輪廓之整個表面可以係圓滑過渡的，也可以係非圓滑過渡的，如於圓錐狀體或球面體之表面做了很多凸起和凹槽。

輻射屏蔽17包括光子屏蔽171和中子屏蔽172，作為一種優選實施例，輻射屏蔽17包括由鉛(Pb)製成之光子屏蔽171和由聚乙烯(PE)製成之中子屏蔽172。

容納腔12係由反射體15及緩速體14之第一錐狀體146圍設而成之圓柱型腔。容納腔12包括由反射體15圍設而成之反射體容納腔121及自反射體容納腔121延伸由緩速體14圍設而成之緩速體容納腔122。

容納管道13包括沿中子射束軸線X方向延伸並位於容納腔12兩側且間隔180°設置之第二、第三容納管道132、133及設置於與中子射束軸線X垂直之平面內並位於靶材31與緩速體14之間之第一容納管道131。第二、第三容納管道132、133於中子射束軸線X之方向上延伸超過容納腔12且分別與第一容納管道131連通。也就是說，第一容納管道131位於容納腔12之端部且位於靶材31與緩速體14之間，第二容納管道132和第三容納管道133分別位於容納腔12之兩側而分別與第一容納管道131連通，從而使得整個容納管道30呈“匚”型結構設置。結合圖3所示，第二、第三容納管道132、133分別包括位於反射體容納腔121外側之第二、第三反射體容納管道1321、1331及分別自第二、第三反射體容納管道1321、1331延伸而位於緩速體容納腔122外側之第二、第三緩速體容納管道1322、1332。本實施方式中，第二、第三容納管道132、133沿中子射束軸線X方向延伸並平行於中子射束軸線X，即第二、第三容納管道132、133與中子射束軸線X之間之夾角為0°。

於本實施例中，第二、第三容納管道132、133與容納腔12連通，即容納於容納腔12內之真空管30之外表面部分暴露於第二、第三容納管道132、133內，於其他實施方式中，第二、第三容納管道132、133與容納腔12可以不連通，即第二、第三容納管道132、133與容納腔12之間被反射體15和緩速體14隔開。綜上，第二、第三容納管道132、133位於容納腔12之內壁之外。於本申請實施方式中，第二、第三容納管道132、133設置成沿真空管30之軸線方向延伸之圓弧型管道，於其他實施方式中，亦可用方型、三角型或其他多邊型之管道代替。於本申請實施方式中，第二、第三容納管道132、133為於容納腔12之圓周方向上間隔開相互獨立之兩個容納管道，於其他實施方式中，第二、第三容納管道132、133於容納腔12之圓周方向上連通，即由一個環繞容納腔12之容納管道代替。

真空管30包括被反射體15包圍之延伸段32及自延伸段32延伸嵌入緩速體14之嵌入段34，即延伸段32容納於反射體容納腔121內，嵌入段34容納於緩速體容納腔122內。靶材31設於真空管30之嵌入段34之端部。本實施方式中，真空管30部分嵌設於緩速體14中，為了使冷卻裝置20對嵌入段之真空管30中之靶材31進行冷卻之同時保證射束整形體10獲得較好之中子射束品質。

如第7圖所示，靶材31包括鋰靶層311和位於鋰靶層311一側用以防止鋰靶層311氧化之抗氧化層312。靶材31之抗氧化層312由Al或者不銹鋼製成。

如第4圖所示，冷卻裝置20包括沿豎直方向佈置並位於靶材31前方用以冷卻靶材31之第一冷卻部21、沿中子射束軸線X方向延伸而位於真空管30兩側並平行於中子射束軸線X之第二冷卻部22和第三冷卻部23，第一冷卻部21連接於第二、第三冷卻部22、23之間。第一冷卻部21被容納於沿垂直於中子射束軸線X方向佈置之第一容納管道131內，第二、第三冷卻部22、23分別被容納於沿中子射束軸線X之方向佈置之第二、第三容納管道132、133內。第二冷卻部22向第一冷卻部21輸入冷卻介質，第三冷卻部23將第一冷卻部21中之冷卻介質輸出。第一冷卻部21位於靶材31和緩速體14之間，第一冷卻部21之一側與靶材31直接接觸，另一側與緩速體14接觸。第二冷卻部22和第三冷卻部23分別包括位於反射體容納腔121外側之第一、第二冷卻段221、231及自第一、第二冷卻段221、231延伸並位於緩速體容納腔122外側之第三、第四冷卻段222、232。第三、第四冷卻段222、232分別與第一冷卻部21連通。也就是說，第一冷卻部21位於真空管30之嵌入段121之端部而位於靶材31一側並與靶材31直接接觸，第二冷卻部22和第三冷卻部23分別位於容納於容納腔12內之真空管30之上下兩側而分別與第一冷卻部21連通，從而使得整個冷卻裝置20呈“匚”型結構設置。本實施方式中，第一冷卻部21與靶材31平面接觸，第二冷卻部22和第三冷卻部23都係由銅製成之管狀結構，且第二冷卻部22和第三冷卻部23沿中子射束軸線X之方向延伸並平行於中子射束軸線X，即第二冷卻部22和第三冷卻部23與中子射束軸線X之間之夾角為0°。

第一冷卻部21包括第一接觸部211、第二接觸部212及位於第一接觸部211和第二接觸部212之間之供冷卻介質通過之冷卻槽213。第一接觸部211與靶材31直接接觸，第二接觸部212與緩速體14可以係直接接觸也可以通過空氣間接接觸。冷卻槽213具有與第二冷卻部22連通之輸入槽214及與第三冷卻部23連通之輸出槽215。第一接觸部211由導熱材料製成。輸入槽214之上邊沿位於第二冷卻部22之上邊沿之上方，輸出槽215之下邊沿位於第三冷卻部23之下邊沿之下方。藉此，冷卻裝置20能夠更加順暢地將冷卻水輸入冷卻槽213中並且較及時地對靶材31進行冷卻，而受熱後之冷卻水也能夠較為順暢之從冷卻槽213中輸出，同時，還能夠於一定程度上降低冷卻槽213中冷卻水之水壓。

第一接觸部211由導熱材料(如Cu、Fe、Al等導熱性能好之材料)或既能導熱又能抑制發泡之材料製成，第二接觸部212由抑制發泡之材料製成，抑制發泡之材料或既能導熱又能抑制發泡之材料由Fe、Ta或V之任一種製成。靶材31受到高能量等級之加速照射溫度升高發熱，第一接觸部211將熱量匯出，並藉流通於冷卻槽213中之冷卻介質將熱量帶出，從而對靶材31進行冷卻。於本實施方式中，冷卻介質為水。

於本實施例中，第二、第三容納管道132、133及第二、第三冷卻部22、23與中子射束軸線X之間之夾角為0°。於其他實施方式中，第二、第三容納管道132、133及第二、第三冷卻部22、23與中子射束軸線X之間之夾角還可以係其他大於0°小於等於180°之任意夾角，例如第6圖所示，第二、第三容納管道132’、133’及第二、第三冷卻部22’、23’與中子射束軸線X’之間之夾角為90°、例如第7圖所示，第二、第三容納管道132”、133”及第二、第三冷卻部22”、23”與中子射束軸線X”之間之夾角為135°。

如第5圖所示，其揭示本申請實施例二中之中子捕獲治療系統1’之示意圖，其中，冷卻裝置20’之第二冷卻部22’和第三冷卻部23’與中子射束軸線X’垂直，即冷卻裝置20’設置成“I”型結構對嵌入式之真空管30’中之靶材31’進行冷卻。“I”型冷卻裝置20’中之第一冷卻部21’第與匚型冷卻裝置20之第一冷卻部21設置相同，不同之處於於，“I”型冷卻裝置20’之第二冷卻部22’和第三冷卻部23’與第一冷卻部21’位於與中子射束軸線X’垂直之同一平面內，且第二冷卻部22’和第三冷卻部23分別沿與中子射束軸線X垂直之方向穿設出緩速體14’，即第二冷卻部22’和第三冷卻部23’與中子射束軸線X’之間之夾角為90°，使得整個冷卻裝置呈矩型設置，也就係前述前述“I”型結構。

繼續參照第5圖，相應的，容納管道30’亦設為“I”型結構，“I”型容納管道30’中之第一容納管道131’與匚型冷卻管道30之第一容納管道131設置相同，不同之處於於，“I”型容納管道30’之第二容納管道132’和第三容納管道133’與第一容納管道131’位於與中子射束軸線X’垂直之同一平面內，且第二容納管道132’和第三容納管道133’分別沿與中子射束軸線X’垂直之方向穿設出緩速體14’，即第二、第三容納管道132’、133’與中子射束軸線X’之間之夾角為90°，使得整個容納管道呈矩型設置，也就係前述前述“I”型結構。

如第6圖所示，其揭示本申請實施例三中之中子捕獲治療系統1”之示意圖，其中，冷卻裝置20”之第二冷卻部22”和第三冷卻部23”與中子射束軸線X”之夾角大於90°，冷卻裝置20”中之第一冷卻部21”與匚型冷卻裝置20之第一冷卻部21設置相同，不同之處於於，冷卻裝置20”之第二冷卻部22”和第三冷卻部23”與中子射束軸線X”之間之夾角為135°。容納管道30”之第一容納管道131’第與匚型容納管道30之第一容納管道131設置相同，不同之處於於，容納管道30”之第二容納管道132”和第三容納管道133”與中子射束軸線X’之間之夾角為135°。

參照第1圖、第3圖、第5圖及第6圖所示，第二、第三冷卻部22、23；22’、23’；22”、23”分別與第二、第三容納管道132、133；132’、133’；132”、133”之內壁之間存於間隙，該間隙內具有填充物40；40’；40”，填充物40；40’；40”為鉛合金或鋁合金等能夠吸收或反射中子之物質。填充物40；40’；40”能夠將反射或散射進入該間隙內之中子反射到緩速體14或反射體15內，從而增加超熱中子之產率進而減少被照射體需要被照射之時間。另一方面，避免中子滲漏到射束整形體10外部對中子捕獲治療系統之器械造成不良影響、提高輻射安全性。本申請實施例中，鉛合金中鉛之含量大於等於85%，鋁合金中鋁之含量大於等於85%。

為了比較填充物40分別為空氣或鉛合金或鋁合金時對超熱中子之產率、快中子污染量及照射時間產生之影響，列出表一至表三做詳細比較。

其中，表一示出了於不同容納腔之孔徑下，填充物分別為空氣、鋁合金、鉛合金時超熱中子之產率(n/cm² mA)：

表二示出了於不同容納腔之孔徑下，填充物分別為空氣、鋁合金、鉛合金時快中子污染量(Gy-cm²/n)：

表三示出了於不同容納腔之孔徑下，填充物分別為空氣、鋁合金、鉛合金時被照射體所需要之照射時間(分鐘)：

從表一至表三可以看出，於容納腔孔徑相同時，相較於填充空氣，填充鉛合金或鋁合金時，超熱中子之產率較高，而快中子污染量和所需要之照射時間較少。

本申請揭示之中子捕獲治療系統並不侷限於以上實施例前述之內容以及圖式所表示之結構。例如，緩速體可設置成圓柱體、冷卻裝置可設置成複數個，而容納管道對應地具有複數個等。於本申請之基礎上對其中構件之材料、型狀及位置所做之顯而易見地改變、替代或者修改，都於本申請要求保護之範圍之內。

Claims

一種中子捕獲治療系統，包括：射束整形體、設置於射束整形體內之真空管及至少一個冷卻裝置，該射束整形體包括射束入口、容納該真空管之容納腔、鄰接於該容納腔端部之緩速體、包圍於該緩速體外之反射體、設置於該射束整形體內之輻射屏蔽和射束出口，該真空管端部設有靶材，該冷卻裝置用以對靶材進行冷卻，該靶材與自該射束入口入射之帶電粒子束發生核反應以產生中子，該中子形成中子射束，該中子射束自射束出口射出並限定一根中子射束軸線，該緩速體將自該靶材產生之中子減速至超熱中子能區，該反射體將偏離之中子導回至該緩速體以提高超熱中子射束強度，該輻射屏蔽用以屏蔽滲漏之中子和光子以減少非照射區之正常組織劑量，該射束整形體內還設有至少一個容納該冷卻裝置之容納管道，該冷卻裝置與容納管道之內壁之間填充有填充物。
根據申請專利範圍第1項之中子捕獲治療系統，其中該填充物為鉛合金或鋁合金。
根據申請專利範圍第1項之中子捕獲治療系統，其中該容納管道位於該容納腔之內壁之外。
根據申請專利範圍第1項之中子捕獲治療系統，其中該冷卻裝置包括用以冷卻靶材之第一冷卻部、位於第一冷卻部兩側並分別與第一冷卻部連通之第二冷卻部和第三冷卻部；該容納管道包括位於靶材與緩速體之間之第一容納管道及位於第一容納管道兩側並分別與第一容納管道連通之第二、第三容納管道，第一、第二、第三冷卻部分別容納於第一、第二、第三容納管道內，該填充物填充於第二冷卻部與第二容納管道之內壁及第三冷卻部與第三容納管道之內壁之間。
根據申請專利範圍第4項之中子捕獲治療系統，其中該第二、第三冷卻部為管狀結構，該第二、第三容納管道設置成沿平行於中子射束軸線方向延伸之管道。
根據申請專利範圍第4項之中子捕獲治療系統，其中該第一冷卻部位於真空管之端部而與該靶材平面接觸，該第二冷卻部和第三冷卻部沿平行於中子射束軸線之方向延伸且分別位於真空管之上下兩側而與第一冷卻部形成匚型結構；第二、第三容納管道沿平行於中子射束軸線之方向延伸且分別位於真空管之上下兩側而與該第一容納管道形成匚型結構。
根據申請專利範圍第4項之中子捕獲治療系統，其中該第一冷卻部位於真空管之端部而與該靶材平面接觸，該第二冷卻部和第三冷卻部與中子射束軸線之間之夾角大於0°小於等於180°；第二、第三容納管道與中子射束軸線之間之夾角大於0°小於等於180°。
根據申請專利範圍第4項之中子捕獲治療系統，其中該第二冷卻部向第一冷卻部輸入冷卻介質，該第三冷卻部將第一冷卻部中之冷卻介質輸出。
根據申請專利範圍第1項之中子捕獲治療系統，其中該反射體於中子射束軸線之兩側均凸出緩速體，該真空管包括被反射體包圍之延伸段及自延伸段延伸嵌入緩速體之嵌入段，該靶材設於該嵌入段之端部。
根據申請專利範圍第1項之中子捕獲治療系統，其中該緩速體設置成包含至少一個錐狀體。