TW202313143A - 中子捕獲治療系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種中子捕獲治療系統,包括帶電粒子束生成部、射束傳輸部和中子束生成部,所述中子束生成部包括靶材,所述靶材與所述帶電粒子束生成部產生的帶電粒子束作用產生中子束,所述中子捕獲治療系統還包括帶電粒子束生成室和靶材更換室,所述帶電粒子束生成室至少部分容納所述帶電粒子束生成部和所述射束傳輸部,所述靶材更換室用於安裝所述靶材並且使得所述射束傳輸部穿過所述靶材更換室,所述靶材更換室在射束傳輸路徑上形成於所述帶電粒子束生成部之後並且不同於所述帶電粒子束生成室。透過設置靶材更換室進行靶材的安裝,可以對靶材更換室內的環境進行設置,避免了安裝過程中靶材的氧化或氮化,操作簡單、成本較低。

Description

中子捕獲治療系統
本發明涉及放射線照射系統,尤其是一種中子捕獲治療系統。
隨著原子科學的發展,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的主要手段之一。然而傳統光子或電子治療受到放射線本身物理條件的限制,在殺死腫瘤細胞的同時,也會對射束途徑上大量的正常組織造成傷害;另外由於腫瘤細胞對放射線敏感程度的不同,傳統放射治療對於較具抗輻射性的惡性腫瘤(如:多行性膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素細胞瘤(melanoma))的治療成效往往不佳。
為了減少腫瘤周邊正常組織的輻射傷害,化學治療(chemoherapy)中的標靶治療概念便被應用於放射線治療中;而針對高抗輻射性的腫瘤細胞,目前也積極發展具有高相對生物效應(relaive biological effeciveness, RBE)的輻射源,如質子治療、重粒子治療、中子捕獲治療等。其中,中子捕獲治療便是結合上述兩種概念,如硼中子捕獲治療,借由含硼藥物在腫瘤細胞的特異性集聚,配合精準的中子射束調控,提供比傳統放射線更好的癌症治療選擇。
在加速器中子捕獲治療系統中,透過加速器將帶電粒子束加速,帶電粒子束加速至足以克服靶原子核庫倫斥力的能量,與靶發生核反應以產生中子,因此在產生中子的過程中,靶會受到高功率的加速帶電粒子束的照射,靶的溫度會大幅上升,從而影響靶的使用壽命。為了穩定地產生中子,需要將舊靶替換為新靶,而常作為靶作用層的Li在空氣中極易被氧化或氮化從而降低靶的功效,在作用層外面設置抗氧化層又會增加成本且消耗一部分帶電粒子束的能量,如何在不被氧化的條件下進行新靶的安裝就十分重要,通常使用手套箱在充滿惰性氣體的空間中進行Li操作,但對於靶的安裝來說操作困難、成本較高。
為了解決上述技術問題,本發明一方面提供了一種中子捕獲治療系統,包括帶電粒子束生成部、射束傳輸部和中子束生成部,所述帶電粒子束生成部用於產生帶電粒子束,所述射束傳輸部將所述帶電粒子束傳輸至所述中子束生成部,所述中子束生成部包括靶材,所述靶材與所述帶電粒子束作用產生中子束,所述中子捕獲治療系統還包括帶電粒子束生成室和靶材更換室,所述帶電粒子束生成室至少部分容納所述帶電粒子束生成部和所述射束傳輸部,所述靶材更換室用於安裝所述靶材並且使得所述射束傳輸部穿過所述靶材更換室,所述靶材更換室在射束傳輸路徑上形成於所述帶電粒子束生成部之後並且不同於所述帶電粒子束生成室。透過設置靶材更換室進行靶材的安裝,可以對靶材更換室內的環境進行設置,避免了安裝過程中靶材的氧化或氮化,操作簡單、成本較低。
作為一種優選地,所述靶材包括作用層,所述作用層與所述帶電粒子束作用產生所述中子束,所述作用層預先容納在所述靶材更換室內。
進一步地,所述作用層的材料為Li或其合金或其化合物,所述帶電粒子束為質子束,所述質子束與所述作用層發生 7Li(p,n) 7Be核反應產生所述中子束。
作為一種優選地,所述靶材更換室內的環境在大氣壓下的露點溫度為Td≤-30℃或在25℃下的相對濕度RH≤0.6%。
作為一種優選地,所述靶材包括冷卻通道,所述粒子束產生裝置還包括與所述冷卻通道連接的第一、第二冷卻管。
作為一種優選地,所述中子束生成部還包括射束整形體,所述射束整形體能夠調整所述帶電粒子束與靶材作用產生的中子束的射束品質,所述中子捕獲治療系統還包括照射室,被照射體在所述照射室中進行所述中子束照射的治療,所述射束整形體至少部分容納在所述照射室和所述帶電粒子束生成室的分隔壁內,所述靶材安裝在射束整形體內,所述靶材更換室設置在所述帶電粒子束生成室內。
進一步地,所述帶電粒子束生成室具有天花板和地板,所述靶材更換室為由所述分隔壁、所述天花板、所述地板和設置在所述天花板和所述地板之間的簾子包圍形成的半密封的除濕區域並在所述區域內設置除濕機;或者所述靶材更換室包括頂部,所述靶材更換室為由所述分隔壁、所述頂部、所述地板和設置在所述頂部和所述地板之間的簾子包圍形成的半密封的除濕區域並在所述區域內設置除濕機。 簾子成本較低、安裝方便,方便進出,設置除濕機後也能夠達到乾燥環境的要求。
更進一步地,所述簾子為多片式並依次無間隔地排布;所述簾子採用被中子照射後的產物不具有放射性或被中子照射後的產物放射性活度低或被中子照射後產生的放射性同位素半衰期短的材料;所述除濕機外殼採用中子屏蔽材料或在所述除濕機外部設置輻射屏蔽。
作為一種優選地,所述射束傳輸部包括長度可調節的傳輸管,所述靶材設置在所述傳輸管的端部,所述傳輸管設置有所述靶材的一端設置在所述靶材更換室內。
進一步地,所述射束傳輸部包括第一、第二、第三傳輸管,所述第二傳輸管分別與所述第一、第三傳輸管可拆卸連接,所述靶材設置在所述第一傳輸管的端部,所述第一傳輸管和至少部分所述第二傳輸管設置在所述靶材更換室內,所述第二或第三傳輸管穿過所述靶材更換室。
更進一步地,所述第三傳輸管上設置束流調整裝置;所述第一傳輸管上設置檢測裝置。
本發明第二方面提供了一種用於粒子束產生裝置的靶材的安裝方法,所述靶材包括用於產生粒子束的作用層,所述粒子束產生裝置包括傳輸管,所述靶材安裝在所述傳輸管的端部,所述安裝方法包括:將所述作用層預先容納在靶材更換室內;在所述靶材更換室內將所述靶材安裝在所述傳輸管的端部;在所述靶材更換室內將所述靶材安裝到所述粒子束產生裝置。透過設置靶材更換室進行靶材的安裝,可以對靶材更換室內的環境進行設置,避免了安裝過程中靶材的氧化或氮化,操作簡單、成本較低。
作為一種優選地,所述傳輸管包括第一傳輸管和第二傳輸管,所述靶材安裝在所述第一傳輸管的端部,所述第二傳輸管的長度可調節,在所述靶材更換室內透過將所述第一傳輸管與所述第二傳輸管連接並調節所述第二傳輸管的長度,使得所述靶材安裝到所述粒子束產生裝置。
作為一種優選地,所述粒子束產生裝置還包括射束整形體,所述靶材設置在所述射束整形體內,所述靶材包括冷卻通道,所述粒子束產生裝置還包括與所述冷卻通道連接的第一、第二冷卻管,所述安裝方法還包括:在所述靶材更換室內將所述第一、第二冷卻管與所述靶材的冷卻通道連接;在所述靶材更換室內將所述傳輸管安裝有所述靶材的端部伸入所述射束整形體;將所述第一、第二冷卻管連接到外部冷卻源。
作為一種優選地,所述靶材更換室內的環境在大氣壓下的露點溫度為Td≤-30℃或在25℃下的相對濕度RH≤0.6%。
本發明所述的中子捕獲治療系統及用於粒子束產生裝置的靶材的安裝方法,透過設置靶材更換室進行靶材的安裝,避免了靶材的氧化,操作簡單、成本較低。
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明,以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
如圖1,本實施例中的中子捕獲治療系統優選為硼中子捕獲治療系統100,硼中子捕獲治療系統100是利用硼中子捕獲療法進行癌症治療的裝置。硼中子捕獲療法透過對注射有硼(B-10)的被照射體200照射中子束N來進行癌症治療,被照射體200服用或注射含硼(B-10)藥物後,含硼藥物選擇性地聚集在腫瘤細胞M中,然後利用含硼(B-10)藥物對熱中子具有高捕獲截面的特性,借由 10B(n,α) 7Li 中子捕獲及核分裂反應產生 4He 和 7Li 兩個重荷電粒子。兩荷電粒子的平均能量約為2.33MeV,具有高線性轉移(Linear Energy Transfer, LET)、短射程特徵,α短粒子的線性能量轉移與射程分別為150keV/μm、8μm,而 7Li 重荷粒子則為175keV/μm、5μm,兩粒子的總射程約相當於一個細胞大小,因此對於生物體造成的輻射傷害能局限在細胞層級,便能在不對正常組織造成太大傷害的前提下,達到局部殺死腫瘤細胞的目的。
硼中子捕獲治療系統100包括中子束產生裝置10和治療台20,中子束產生裝置10包括帶電粒子束生成部11、射束傳輸部12和中子束生成部13。帶電粒子束生成部11產生如質子束的帶電粒子束P;射束傳輸部12,將帶電粒子束P傳輸至中子束生成部13;中子束生成部13產生治療用中子束N並照射向治療台20上的被照射體200。
帶電粒子束生成部11可以包括離子源111和加速器112,離子源111用於產生帶電粒子,如H -、質子、氘核等;加速器112對離子源111產生的帶電粒子加速以獲得所需能量的帶電粒子束P,如質子束。
中子束生成部13可以包括靶材T、射束整形體131、準直器132,加速器112產生的帶電粒子束P經射束傳輸部12照射到靶材T並與靶材T作用產生中子,產生的中子依次透過射束整形體131和準直器132形成治療用中子束N並照射向治療台20上的被照射體200。靶材T優選為金屬靶材。依據所需的中子產率與能量、可提供的加速帶電粒子能量與電流大小、金屬靶材的物化性等特性來挑選合適的核反應,常被討論的核反應有 7Li(p,n) 7Be及 9Be(p,n) 9B,這兩種反應皆為吸熱反應。兩種核反應的能量閥值分別為1.881MeV和2.055MeV,由於硼中子捕獲治療的理想中子源為keV能量等級的超熱中子,理論上若使用能量僅稍高於閥值的質子轟擊金屬鋰靶材,可產生相對低能的中子,不需太多的緩速處理便可用於臨床,然而鋰金屬(Li)和鈹金屬(Be)兩種靶材與閥值能量的質子作用截面不高,為產生足夠大的中子通量,通常選用較高能量的質子來引發核反應。理想的靶材應具備高中子產率、產生的中子能量分佈接近超熱中子能區(將在下文詳細描述)、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的核反應。本領域技術人員熟知的,靶材T也可以由Li、Be之外的金屬材料製成,例如由Ta或W及其合金、化合物等形成。加速器10可以是直線加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器。
射束整形體131能夠調整帶電粒子束P與靶材T作用產生的中子束N的射束品質,準直器132用以彙聚中子束N,使中子束N在進行治療的過程中具有較高的靶向性。射束整形體131進一步包括反射體1311、緩速體1312、熱中子吸收體1313、輻射屏蔽體1314和射束出口1315,帶電粒子束P與靶材T作用生成的中子由於能譜很廣,除了超熱中子滿足治療需要以外,需要盡可能的減少其他種類的中子及光子含量以避免對操作人員或被照射體造成傷害,因此從靶材T出來的中子需要經過緩速體1312將其中的快中子能量(>40keV)調整到超熱中子能區(0.5eV-40keV)並盡可能減少熱中子(<0.5eV),緩速體312由與快中子作用截面大、超熱中子作用截面小的材料製成,本實施例中,緩速體1312由D 2O、AlF 3、Fluental、CaF 2、Li 2CO 3、MgF 2和Al 2O 3中的至少一種製成;反射體1311包圍緩速體1312,並將穿過緩速體1312向四周擴散的中子反射回中子射束N以提高中子的利用率,由具有中子反射能力強的材料製成,本實施例中,反射體1311由Pb或Ni中的至少一種製成;緩速體1312後部有一個熱中子吸收體1313,由與熱中子作用截面大的材料製成,本實施例中,熱中子吸收體1313由Li-6製成,熱中子吸收體1313用於吸收穿過緩速體1312的熱中子以減少中子束N中熱中子的含量,避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量,可以理解,熱中子吸收體也可以是和緩速體一體的,緩速體的材料中含有Li-6;輻射屏蔽體1314用於屏蔽從射束出口1315以外部分滲漏的中子和光子,輻射屏蔽體1314的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一種,本實施例中,輻射屏蔽體1314的材料包括光子屏蔽材料鉛(Pb)和中子屏蔽材料聚乙烯(PE)。可以理解,射束整形體131還可以有其他的構造,只要能夠獲得治療所需超熱中子束即可。準直器132設置在射束出口1315後部,從準直器132出來的超熱中子束向被照射體200照射,經淺層正常組織後被緩速為熱中子到達腫瘤細胞M,可以理解,準直器132也可以取消或由其他結構代替,中子束從射束出口1315出來直接向被照射體200照射。本實施例中,被照射體200和射束出口1315之間還設置了輻射屏蔽裝置30,屏蔽從射束出口1315出來的射束對被照射體正常組織的輻射,可以理解,也可以不設置輻射屏蔽裝置30。靶材T設置在射束傳輸部12和射束整形體131之間,射束傳輸部12具有對帶電粒子束P進行加速或傳輸的傳輸管C,本實施例中,傳輸管C沿帶電粒子束P方向伸入射束整形體131,並依次穿過反射體1311和緩速體1312,靶材T設置在緩速體1312內並位於傳輸管C的端部,以得到較好的中子射束品質。可以理解,靶材可以有其他的設置。
硼中子捕獲治療系統100整體容納在混凝土構造的建築物中,具體來說,硼中子捕獲治療系統100還包括照射室101和帶電粒子束生成室102,治療台20上的被照射體200在照射室101中進行中子束N照射的治療,帶電粒子束生成室102至少部分容納帶電粒子束生成部11和射束傳輸部12,射束整形體20至少部分容納在照射室101和帶電粒子束生成室102的分隔壁103內。
下面結合圖2對靶材T的結構做詳細的說明。
靶材T包括作用層1301、抗發泡層1302和散熱層1303。作用層1301與帶電粒子束P作用產生中子束,在產生中子的過程中靶材會受到非常高能量等級的加速帶電粒子束P的照射,從而引起靶材起泡和溫度上升,造成靶材使用壽命降低。抗發泡層1302沿帶電粒子束P入射方向位於作用層1301的後面並能夠快速擴散由入射帶電粒子束P在靶材T中產生的氫,減弱氫的集中度或將氫釋放到外部,有效抑制入射帶電粒子束P引起的起泡,從而避免或減少靶材T由起泡引起的變形,延長靶材壽命;抗發泡層1302抑制發泡的材料製成,如在200℃下的氫擴散係數不小於10E-6cm 2/s的材料,一實施例中,抗發泡層1302的材料包括Nb、Ta、Pd、V及其合金、化合物中的至少一種。散熱層1303沿帶電粒子束P入射方向位於抗發泡層1303的後面並將沉積在靶材中的熱量傳遞出來透過冷卻介質排出,降低靶材的溫度,防止靶材由溫度過高引起的變形,延長靶材壽命;散熱層1303由導熱材料製成,一實施例中,散熱層1303的材料包括Cu、Fe、Al及其合金、化合物中的至少一種。可以理解,抗發泡層1302還可以採用既能導熱又能抑制發泡的材料,此時,抗發泡層1302和散熱層1303可以是一體的;也可以設置導熱層將沉積在作用層1301的熱量直接快速傳導到散熱層1303。散熱層1303可以有多種構造,如圓形、矩形或其他形狀的平板狀,散熱層1303上形成供冷卻介質流通的冷卻通道CP,散熱層1303還具有冷卻進口IN(圖未示)和冷卻出口OUT(圖未示),冷卻通道CP連通冷卻進口IN和冷卻出口OUT,冷卻介質從冷卻進口IN進入,透過冷卻通道CP,然後從冷卻出口OUT出來。靶材T受到高能量等級的加速質子束照射溫度升高發熱,散熱層將熱量導出,並透過流通在冷卻通道內的冷卻介質將熱量帶出,從而對靶材T進行冷卻。
本實施例中,傳輸管C與反射體1311和緩速體1312之間設置第一、第二冷卻管D1、D2,第一、第二冷卻管D1、D2的一端分別與靶材T的冷卻進口IN和冷卻出口OUT連接,另一端連接到外部冷卻源。冷卻介質可以為去離子水,具備極低的電導率,防止在高電壓環境下產生漏電流及對中子束的生成產生干擾,可以理解,第一、第二冷卻管還可以以其他方式設置在射束整形體內,當靶材置於射束整形體之外時,還可以取消。靶材T還可以包括用於支撐或安裝靶材的支撐部(圖未示),支撐部還可以用於安裝第一、第二冷卻管D1、D2的至少一部分,冷卻進口IN和冷卻出口OUT也可以設置在支撐部上,支撐部可以由鋁合金材料製成,Al被中子活化後的放射性產物半衰期較短,降低二次輻射。
儘管透過上述設置儘量延長靶材T的使用壽命,靶材T的壽命仍然是有限的,需要定期或損耗後更換,將發生核反應後、已到使用壽命需進行回收的靶材拆卸並安裝新的靶材,本申請的實施例旨在說明新靶材的安裝,對舊的靶材的拆卸回收不做詳細描述。本實施例中,作用層12的材料為Li或其合金或其化合物,由於Li金屬的化學特性非常活潑,在空氣中容易被氧化或氮化,可以設置靶材更換室40進行新的靶材T的安裝,靶材更換室40內的環境可以設置為乾燥環境,Li在一定的乾燥環境中不會被氧化、氮化或氧化、氮化速度非常慢,一實施例中,乾燥環境在大氣壓下的露點溫度為Td≤-30℃或在25℃下的相對濕度RH≤0.6%。
一實施例中,靶材更換室40用於安裝靶材T並且使得射束傳輸部12穿過靶材更換室40,靶材更換室40在射束傳輸路徑上形成於帶電粒子束生成部11之後並且不同於帶電粒子束生成室102。結合圖3,靶材更換室40設置在帶電粒子束生成室102內,與帶電粒子束生成室102共用分隔壁103,帶電粒子束生成室102還具有天花板1021、地板1022,本實施例中,靶材更換室40為半密封的除濕區域,此處,半密封的除濕區域即指形成的空間不完全密閉,但除濕設備開啟後相應的空間內能夠形成達到使用要求的環境。靶材更換室40由分隔壁103、天花板1021、地板1022和設置在天花板1021和地板1022之間的簾子41包圍形成並在該區域內設置除濕機42,簾子41固定在天花板1021上並向下延伸到地板1022,簾子41在平行於地面方向的橫截面可以為[型、C型等,簾子41可以為多片式並依次無間隔地排布,簾子41成本較低、安裝方便,方便進出,設置除濕機42後也能夠達到乾燥環境的要求。可以理解,簾子41的材料為PVC的,被中子照射後的產物不具有放射性或放射性活度極低,降低產生的二次輻射,可以理解,也可以採用其他被中子照射後的產物不具有放射性或被中子照射後的產物放射性活度低或被中子照射後產生的放射性同位素半衰期短的材料;除濕機42外殼可以採用中子屏蔽材料或在除濕機外部設置輻射屏蔽,避免中子捕獲治療過程中產生的中子對除濕42機造成輻射損壞。可以理解,靶材更換室40也可以僅由天花板1021、地板1022、設置在天花板1021和地板1022之間的簾子41包圍形成,此時簾子41在平行於地面方向的橫截面為封閉的環;還可以由天花板1021、地板1022、設置在天花板1021和地板1022之間的簾子41、及與分隔壁103相鄰的壁W包圍形成,此時簾子41在平行於地面方向的橫截面可以為一字型或L型。如圖4,靶材更換室40還可以具有頂部43及支撐頂部43的支撐部(圖未示),支撐部將頂部43支撐在天花板1021或地板1022或帶電粒子束生成室102的壁部,簾子41固定在頂部43外緣並向下延伸到地板1022,頂部43、地板1022與簾子41包圍形成或頂部43、地板1022與簾子41、分隔壁103共同包圍形成靶材更換室40,此時,靶材更換室40還可以是可移動的,僅在安裝新靶時移動到所需位置。靶材更換室40還可以為配備了乾燥設備、淨化設備、氣體循環系統等的乾燥房,可以設置在帶電粒子束生成室102內,或者將帶電粒子束生成室102設置成乾燥房。
傳輸管C可以為長度可調節的,為靶材T的更換提供空間,傳輸管C為內部真空狀態的中空管狀,射束傳輸部12可以包括第一、第二、第三傳輸管121、122、123,第二傳輸管122分別與第一、第三傳輸管121、123可拆卸連接。靶材T設置在第一傳輸管121的端部,能夠與第一傳輸管121一同拆卸下來,由於發生核反應後的靶材T上有大量的輻射線殘留,需儘量避免人員接觸,如透過控制機構在第一傳輸管121斷開後控制其自動移出進入回收裝置(未示出),在拆分過程中,第一、第二、第三傳輸管121、122、123可保持真空狀態。在安裝狀態,第一、第二傳輸管121、122和部分第三傳輸管123設置在靶材更換室40內,第三傳輸管123穿過靶材更換室40,如將簾子41上設置與第三傳輸管123相應的孔洞;可以理解,也可以是第一傳輸管121和部分第二傳輸管122設置在靶材更換室40內,第二傳輸管122穿過靶材更換室40,第三傳輸管123設置在靶材更換室40外。透過將第二傳輸管122分別與第一、第三傳輸管121、123拆分並移出,改變了傳輸管C的整體長度,這樣就為端部帶有靶材T的第一傳輸管121移出射束整形體131留出了讓位空間。可以理解,還可以透過其他的設置實現傳輸管C長度可調節,如採用伸縮管。第三傳輸管123上還可以設置束流調整裝置,避免設置在第一或第二傳輸管上,使得更換靶材T時影響束流或損壞。
使用後的靶材T回收後在靶材更換室40內進行新的靶材的安裝,如圖5,靶材T的安裝步驟如下:
S10:將作用層1301預先容納在靶材更換室40內,如安裝前,將密封的設置有作用層1301的靶材T從存儲室(圖未示)取出放置到靶材更換室40內,並在靶材更換室40內開封;
S20:在靶材更換室40內將靶材T安裝在傳輸管C的端部,如透過支撐部安裝到第一傳輸管121的端部;
S30:在靶材更換室40內將靶材T安裝到位,如將第一傳輸管121與傳輸管C的其餘部分連接並調節傳輸管C的其餘部分的長度,本實施例中,將拆卸下來的第二傳輸管122連接到第一、第三傳輸管121、123之間。
本實施例中,靶材T伸入射束整形體131內,且傳輸管C與射束整形體131之間設置第一、第二冷卻管D1、D2與靶材T的散熱層1303的冷卻通道CP連接,S20和S30之間還包括步驟:
S40:在靶材更換室40將第一、第二冷卻管D1、D2與靶材T的冷卻通道CP連接;
S50:在靶材更換室40將傳輸管C連接有靶材T的端部伸入射束整形體131;
S60:將第一、第二冷卻管D1、D2連接到外部冷卻源;
可以理解,S60也可以在S30之後或S40之後,S60可以在靶材更換室40內操作也可以在靶材更換室40外操作,第一、第二冷卻管D1、D2可以是固定在第一傳輸管121上;第一傳輸管121和靶材T也可以是一體封裝的,提高換靶效率,將靶材T和第一傳輸管121的整體預先容納在靶材更換室40內,在靶材更換室40內將其開封並連接第一、第二冷卻管D1、D2;第一、第二冷卻管D1、D2也可以至少部分和第一傳輸管121是一體封裝的,第一傳輸管121上還可以設置檢測裝置,如靶材溫度檢測、中子或γ輻射線檢測等。
可以理解,本發明還可以應用於靶材作用層為其他易氧化、氮化材料的中子束產生裝置或其他粒子束產生裝置,還可以應用於其他醫療和非醫療領域。
儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述,以便於本技術領域的技術人員理解本發明,但應該清楚,本發明不限於具體實施方式的範圍,對本技術領域的普通技術人員來講,只要各種變化在所附的申請專利範圍限定和確定的本發明的精神和範圍內,這些變化是顯而易見的,都在本發明要求保護的範圍之內。
100:硼中子捕獲治療系統 101:照射室 102:帶電粒子束生成室 1021:天花板 1022:地板 103:分隔壁 10:中子束產生裝置 11:帶電粒子束生成部 111:離子源 112:加速器 12:射束傳輸部 121、122、123:第一、第二、第三傳輸管 13:中子束生成部 T:靶材 1301:作用層 1302:抗發泡層 1303:散熱層 131:射束整形體 1311:反射體 1312:緩速體 1313:熱中子吸收體 1314:輻射屏蔽體 1315:射束出口 132:準直器 20:治療台 200:被照射體 30:輻射屏蔽裝置 40:靶材更換室 41:簾子 42:除濕機 43:頂部 P:帶電粒子束 C:傳輸管 CP:冷卻通道 D1、D2:第一、第二冷卻管 W:壁 M:腫瘤細胞 N:中子束 S10~S60:步驟
圖1為本發明實施例的中子捕獲治療系統的結構示意圖; 圖2為本發明實施例中的靶材結構示意圖; 圖3為圖1中的帶電粒子束生成室及靶材更換室在另一方向的示意圖; 圖4為本發明另一實施例的帶電粒子束生成室及靶材更換室的示意圖; 圖5為本發明實施例中的靶材安裝方法的流程圖。
100:硼中子捕獲治療系統
101:照射室
102:帶電粒子束生成室
1021:天花板
1022:地板
103:分隔壁
10:中子束產生裝置
11:帶電粒子束生成部
111:離子源
112:加速器
12:射束傳輸部
13:中子束生成部
131:射束整形體
1311:反射體
1312:緩速體
1313:熱中子吸收體
1314:輻射屏蔽體
1315:射束出口
132:準直器
20:治療台
200:被照射體
30:輻射屏蔽裝置
40:靶材更換室
41:簾子
P:帶電粒子束
C:傳輸管
D1、D2:第一、第二冷卻管
W:壁
M:腫瘤細胞
N:中子束

Claims (15)

  1. 一種中子捕獲治療系統,包括帶電粒子束生成部、射束傳輸部和中子束生成部,所述帶電粒子束生成部用於產生帶電粒子束,所述射束傳輸部將所述帶電粒子束傳輸至所述中子束生成部,所述中子束生成部包括靶材,所述靶材與所述帶電粒子束作用產生中子束,其中,所述中子捕獲治療系統還包括帶電粒子束生成室和靶材更換室,所述帶電粒子束生成室至少部分容納所述帶電粒子束生成部和所述射束傳輸部,所述靶材更換室用於安裝所述靶材並且使得所述射束傳輸部穿過所述靶材更換室,所述靶材更換室在射束傳輸路徑上形成於所述帶電粒子束生成部之後並且不同於所述帶電粒子束生成室。
  2. 如請求項1所述的中子捕獲治療系統,其中,所述靶材包括作用層,所述作用層與所述帶電粒子束作用產生所述中子束,所述作用層預先容納在所述靶材更換室內。
  3. 如請求項2所述的中子捕獲治療系統,其中,所述作用層的材料為Li或其合金或其化合物,所述帶電粒子束為質子束,所述質子束與所述作用層發生 7Li(p,n) 7Be核反應產生所述中子束。
  4. 如請求項1所述的中子捕獲治療系統,其中,所述靶材更換室內的環境在大氣壓下的露點溫度為Td≤-30℃或在25℃下的相對濕度RH≤0.6%。
  5. 如請求項1所述的中子捕獲治療系統,其中,所述靶材包括冷卻通道,所述中子捕獲治療系統還包括與所述冷卻通道連接的第一、第二冷卻管。
  6. 如請求項1所述的中子捕獲治療系統,其中,所述中子束生成部還包括射束整形體,所述射束整形體能夠調整所述帶電粒子束與靶材作用產生的中子束的射束品質,所述中子捕獲治療系統還包括照射室,被照射體在所述照射室中進行所述中子束照射的治療,所述射束整形體至少部分容納在所述照射室和所述帶電粒子束生成室的分隔壁內,所述靶材安裝在射束整形體內,所述靶材更換室設置在所述帶電粒子束生成室內。
  7. 如請求項6所述的中子捕獲治療系統,其中,所述帶電粒子束生成室具有天花板和地板,所述靶材更換室為由所述分隔壁、所述天花板、所述地板和設置在所述天花板和所述地板之間的簾子包圍形成的半密封的除濕區域並在所述區域內設置除濕機;或者所述靶材更換室包括頂部,所述靶材更換室為由所述分隔壁、所述頂部、所述地板和設置在所述頂部和所述地板之間的簾子包圍形成的半密封的除濕區域並在所述區域內設置除濕機。
  8. 如請求項7所述的中子捕獲治療系統,其中,所述簾子為多片式並依次無間隔地排布;所述簾子採用被中子照射後的產物不具有放射性或被中子照射後的產物放射性活度低或被中子照射後產生的放射性同位素半衰期短的材料;所述除濕機外殼採用中子屏蔽材料或在所述除濕機外部設置輻射屏蔽。
  9. 如請求項1所述的中子捕獲治療系統,其中,所述射束傳輸部包括長度可調節的傳輸管,所述靶材設置在所述傳輸管的端部,所述傳輸管設置有所述靶材的一端設置在所述靶材更換室內。
  10. 如請求項9所述的中子捕獲治療系統,其中,所述射束傳輸部包括第一、第二、第三傳輸管,所述第二傳輸管分別與所述第一、第三傳輸管可拆卸連接,所述靶材設置在所述第一傳輸管的端部,所述第一傳輸管和至少部分所述第二傳輸管設置在所述靶材更換室內,所述第二或第三傳輸管穿過所述靶材更換室。
  11. 如請求項10所述的中子捕獲治療系統,其中,所述第三傳輸管上設置束流調整裝置,所述第一傳輸管上設置檢測裝置。
  12. 一種用於粒子束產生裝置的靶材的安裝方法,所述靶材包括用於產生粒子束的作用層,所述粒子束產生裝置包括傳輸管,所述靶材安裝在所述傳輸管的端部,其中,所述安裝方法包括: 將所述作用層預先容納在靶材更換室內; 在所述靶材更換室內將所述靶材安裝在所述傳輸管的端部; 在所述靶材更換室內將所述靶材安裝到所述粒子束產生裝置。
  13. 如請求項12所述的安裝方法,其中,所述傳輸管包括第一傳輸管和第二傳輸管,所述靶材安裝在所述第一傳輸管的端部,所述第二傳輸管的長度可調節,在所述靶材更換室內透過將所述第一傳輸管與所述第二傳輸管連接並調節所述第二傳輸管的長度,使得所述靶材安裝到所述粒子束產生裝置。
  14. 如請求項12所述的安裝方法,其中,所述粒子束產生裝置還包括射束整形體,所述靶材設置在所述射束整形體內,所述靶材包括冷卻通道,所述粒子束產生裝置還包括與所述冷卻通道連接的第一、第二冷卻管,所述安裝方法還包括: 在所述靶材更換室內將所述第一、第二冷卻管與所述靶材的冷卻通道連接; 在所述靶材更換室內將所述傳輸管安裝有所述靶材的端部伸入所述射束整形體; 將所述第一、第二冷卻管連接到外部冷卻源。
  15. 如請求項12所述的安裝方法,其中,所述靶材更換室內的環境在大氣壓下的露點溫度為Td≤-30℃或在25℃下的相對濕度RH≤0.6%。
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