TWI642410B - Beam shaping body for neutron capture therapy - Google Patents

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Abstract

提供一種用於中子捕獲系統的能夠改變中子射束照射範圍的射束整形體，包括射束入口、靶材、鄰接於所述靶材的緩速體、包圍在緩速體外的反射體、與緩速體鄰接的熱中子吸收體、設置在射束整形體內的輻射屏蔽體和射束出口，靶材與自射束入口入射的質子束發生核反應以產生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主軸，緩速體將自所述靶材產生的中子減速至超熱中子能區，反射體將偏離主軸的中子導回所述主軸以達到會聚超熱中子的效果，熱中子吸收體用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，輻射屏蔽體用於屏蔽滲漏的中子和光子以減少非照射區的正常組織劑量，射束整形體還包括能夠自射束整形體中裝拆以改變中子射束照射範圍的替換件。

Description

用於中子捕獲治療的射束整形體
本發明涉及一種射束整形體，尤其涉及一種用於中子捕獲治療的射束整形體。
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輻射抗性的惡性腫瘤(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(chemotherapy)中的標靶治療概念便被應用於放射線治療中；而針對高輻射抗性的腫瘤細胞，目前也積極發展具有高相對生物效應(relative biological effectiveness,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，藉由含硼藥物在腫瘤細胞的特異性積聚，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。
硼中子捕獲治療(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是 利用含硼(10B)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。參照圖1和10B(n,α)7Li中子捕獲核反應方程式，其分別示出了硼中子捕獲反應的示意圖和10B(n,α)7Li中子捕獲核反應方程式，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，當含硼藥物選擇性地聚集在腫瘤細胞中，搭配適當的中子射源，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。
因硼中子捕獲治療的成效取決於腫瘤細胞位置含硼藥物濃度和熱中子數量，故又被稱為二元放射線癌症治療(binary cancer therapy)；現有AB-BNCT設施所使用的射束整形體多採以多樣化不同孔徑的準直器調整中子射束的大小，然而，在未載入準直器的情況下，射束出口則由反射體及中子屏蔽所構成，所以單單倚賴準直器對射束出口的限縮，射束出口的可變範圍就受到了限制。例如，當未加準直器的射束整形體的射束出口半徑為7公分，而腫瘤區域較大時，會因射束照射範圍較小而無法完整地照射腫瘤患處；當未加準直器的射束整形體的射束出口半徑為10公分，而腫瘤區域較小時，即使加置準直器，準直器受限於其厚度，也會因為射束照射範圍太大，無法有效地限縮射束照射面積，導致周圍正常組織受到無謂的照射。
為了提供一種能夠改變中子射束照射範圍的射束整形體，本發明的一個方面提供一種用於中子捕獲治療的射束整形體，所述射束整形體包括射束入口、靶材、鄰接於所述靶材的緩速體、包圍在所述緩速體外的反射體、與所述緩速體鄰接的熱中子吸收體、設置在所述射束整形體內的輻射屏蔽體和射束出口，所述靶材與自所述射束入口入射的質子束發生核反應以產生中子，所述中子形成中子射束，所述中子射束限定一根主軸，所述緩速體將自所述靶材產生的中子減速至超熱中子能區，所述反射體將偏離所述主軸的中子導回所述主軸以會聚超熱中子，所述熱中子吸收體用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，所述輻射屏蔽體用於屏蔽滲漏的中子和光子以減少非照射區的正常組織劑量，所述射束整形體還包括安裝於所述射束整形體中並且能夠從所述射束整形體中拆卸以改變中子射束照射範圍的替換裝置，所述替換裝置形成所述射束出口。
進一步地，所述替換裝置包括第一替換件和第二替換件，所述第一替換件包括遠離所述靶材的具有第一直徑的第一端和靠近所述靶材的具有第二直徑的第二端，所述第二替換件包括遠離所述靶材的具有第三直徑的第三端和靠近所述靶材的具有第四直徑的第四端，所述第一替換件的第一端形成具有第一口徑的射束出口，所述第二替換件的第三端形成具有第二口徑的射束出口，所述第一口徑不等於第二口徑。
作為一種優選地，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述主體部的外表面與所述主軸平行，可以理解為所述主體部的輪廓為柱體狀。
作為一種優選地，所述第一替換件具有連接第一端和第二端 的主體部，所述主體部的外表面自第一端向第二端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀，可以理解為所述替換件的主體部為錐體狀，所述主體部的內表面自第二端向第一端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀。
作為其他實施例，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述主體部的外表面自第二端向第一端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀，所述主體部的內表面也自第二端向第一端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀。此實施例中，由於第二端的第二直徑大於第一端的第一直徑，導致一體成形的第一替換件無法直接安裝到射束整形體內。因此可以設置成多個沿圓周方向分割開的子替換件，通過逐個安裝子替換件從而形成完整的第一替換件。
進一步地，所述第一端設有貫穿至第二端的通孔，所述通孔在第一端上形成所述射束出口，所述中子射束自所述射束出口照射出。
進一步地，所述射束整形體具有內表面，所述輻射屏蔽體具有端部，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述第一替換件自所述端部安裝於所述射束整形體中，所述主體部的外表面與所述射束整形體的內表面接觸，所述第一端與所述端部齊平或沿遠離所述靶材的方向突出於所述端部。
進一步地，所述第一替換件沿質子束的入射方向設於緩速體的前側而與所述端部齊平或沿遠離所述靶材的方向突出於所述端部，所述第一替換件為部分反射體和/或部分輻射屏蔽體。
進一步地，所述緩速體包含兩個相互鄰接的錐體部，所述其中一個錐體部靠近射束入口，另一個錐體部靠近射束出口，所述第一替換 件鄰接於緩速體靠近所述射束出口的錐體部後側。
進一步地，所述反射由Pb或Ni中的任意一種或多種製成，所述輻射屏蔽體包括由Pb製成的光子屏蔽和由聚乙烯製成的中子屏蔽。
進一步地，所述射束整形體進一步用於加速器硼中子捕獲治療，加速器硼中子捕獲治療通過加速器將質子束加速，所述靶材由金屬製成，所述質子束加速至足以克服靶材原子核庫倫斥力的能量，與所述靶材發生核反應以產生中子。所述射束整形體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，超熱中子能區在0.5eV到40keV之間，熱中子能區小於0.5eV，快中子能區大於40keV。
本申請實施例中所述的“柱體狀”是指沿著圖示方向的一側到另一側其外輪廓的整體趨勢基本不變的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓柱體狀的對應的輪廓線，也可以是曲率較大的接近線段的圓弧，如曲率較大的球面體狀的對應的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓柱體狀或曲率較大的球面體狀的表面做了很多凸起和凹槽。
本申請實施例中所述的“錐體狀”是指沿著圖示方向的一側到另一側其外輪廓的整體趨勢逐漸變小的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓錐體狀的對應的輪廓線，也可以是圓弧，如球面體狀的對應的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓錐體狀或球面體狀的表面做了很多凸起和凹槽。
10‧‧‧射束整形體
101‧‧‧內表面
11‧‧‧射束入口
12‧‧‧靶材
13‧‧‧緩速體
131、132‧‧‧錐體部
14‧‧‧反射體
15‧‧‧熱中子吸收體
16‧‧‧輻射屏蔽體
161‧‧‧光子屏蔽體
162‧‧‧中子屏蔽體
163‧‧‧端部
17‧‧‧射束出口
18‧‧‧間隙通道
20‧‧‧替換裝置
21、21’‧‧‧第一替換件
22、22’‧‧‧第二替換件
23、28’‧‧‧第一端
24、29’‧‧‧第二端
25‧‧‧主體部
26‧‧‧外表面
27‧‧‧通孔
28‧‧‧第三端
29‧‧‧第四端
30‧‧‧通孔
X‧‧‧主軸
D1、D2、D3、D4、D1’、D2’、D3’、D4’‧‧‧直徑
d1、d1’‧‧‧第一口徑
d2、d2’‧‧‧第二口徑
第1圖係本申請硼中子捕獲反應示意圖； 第2圖係本申請未安裝替換裝置的射束整形體的平面示意圖；第3圖係本申請安裝了第一替換件的射束整形體的平面剖視圖；第4圖係本申請第一替換件即將安裝於射束整形體，並且第二替換件未安裝於射束整形體中的示意圖；第5a圖係第4圖所示第一替換件另一種實施例的示意圖；第5b圖係第4圖所示第二替換件另一種實施例的示意圖，其中，第二替換件的口徑小於射束出口的口徑，並且替換件的主體部為錐體部。
中子捕獲治療作為一種有效的治療癌症的手段近年來的應用逐漸增加，其中以硼中子捕獲治療最為常見，供應硼中子捕獲治療的中子可以由核反應器或加速器供應。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的基本組件通常包括加速帶電粒子(如質子、氘核等)的加速器、靶材與熱移除系統以及射束整形體，其中加速帶電粒子與金屬靶材作用產生中子，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。兩種核反應的能量閾值分別為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閾值的質子轟擊金屬鋰靶材，可產生相對低能的中子，不須太多的緩速處 理便可直接用於臨床，然而鋰金屬(Li)和鈹金屬(Be)兩種靶材與閾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，本申請的實施例中採用鋰金屬製成的靶材。然而誠如本領域技術人員所熟知，靶材的材料也可以由其他除了上述談論到的金屬材料之外的金屬材料製成。
針對熱移除系統的要求則根據選擇的核反應而異，如7Li(p,n)7Be因金屬靶材(鋰金屬)的熔點及熱導係數差，對熱移除系統的要求便較9Be(p,n)9B高。本申請的實施例中採用7Li(p,n)7Be的核反應。由此可知，受到高能量等級的加速質子束照射的靶材溫度必然會大幅上升，從而影響靶材的使用壽命。
無論硼中子捕獲治療的中子源來自核反應爐或加速器帶電粒子與靶材的核反應，產生的皆為混合輻射場，即射束包含了低能至高能的中子、光子；對於深部腫瘤的硼中子捕獲治療，除了超熱中子外，其餘的輻射線含量越多，造成正常組織非選擇性劑量沉積的比例越大，因此這些會造成不必要劑量的輻射應儘量降低。除了空氣射束品質因素，為更瞭解中子在人體中造成的劑量分佈，本申請的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的設計參考，將在下文詳細描述。
國際原子能總署(IAEA)針對臨床硼中子捕獲治療用的中 子源，給定了五項空氣射束品質因素之建議值，該五項參數可用於比較不同中子源的優劣，並供以作為挑選中子產生途徑、設計射束整形體時的參考依據。該五項參數分別如下：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
超熱中子流量與通量比值Epithermal neutron current to flux ratio>0.7
註：超熱中子能區在0.5eV到40keV之間，熱中子能區小於0.5eV，快中子能區大於40keV。
1、超熱中子射束通量：
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，對於中子射束通量的要求便可降低；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的劑量。IAEA對於超熱中子射束通量的要求為每秒每平方公分的超熱中子個數大於109，此通量下的中子射束對於目前的含硼藥物而言可大致控制治療時間在一小時內，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腫瘤內有限的滯留時間。
2、快中子污染：
由於快中子會造成不必要的正常組織劑量，因此視之為污染，此劑量大小和中子能量呈正相關，因此在中子射束設計上應儘量減少快中子的含量。快中子污染定義為單位超熱中子通量伴隨的快中子劑量， IAEA對快中子污染的建議為小於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的劑量沉積，因此降低γ射線含量也是中子束設計的必要要求，γ射線污染定義為單位超熱中子通量伴隨的γ射線劑量，IAEA對γ射線污染的建議為小於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在皮膚組織，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的中子源外，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、超熱中子流量與通量比值：
超熱中子流量與通量比值代表了超熱中子射束的方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性的中子束可減少因中子發散造成的周圍正常組織劑量，另外也提高了可治療深度及擺位姿勢彈性。IAEA對中子流量與通量比值建議為大於0.7。
利用假體得到組織內的劑量分佈，根據正常組織及腫瘤的劑量-深度曲線，推得假體射束品質因素。如下三個參數可用於進行不同中子射束治療效益的比較。
1、有效治療深度：
腫瘤劑量等於正常組織最大劑量的深度，在此深度之後的位置，腫瘤細胞得到的劑量小於正常組織最大劑量，即失去了硼中子捕獲的 優勢。此參數代表中子射束的穿透能力，有效治療深度越大表示可治療的腫瘤深度越深，單位為cm。
2、有效治療深度劑量率：
即有效治療深度的腫瘤劑量率，亦等於正常組織的最大劑量率。因正常組織接收總劑量為影響可給予腫瘤總劑量大小的因素，因此參數影響治療時間的長短，有效治療深度劑量率越大表示給予腫瘤一定劑量所需的照射時間越短，單位為cGy/mA-min。
3、有效治療劑量比：
從大腦表面到有效治療深度，腫瘤和正常組織接收的平均劑量比值，稱之為有效治療劑量比；平均劑量的計算，可由劑量-深度曲線積分得到。有效治療劑量比值越大，代表該中子射束的治療效益越好。
為了使射束整形體在設計上有比較依據，除了五項IAEA建議的空氣中射束品質因素和上述的三個參數，本申請實施例中也利用如下的用於評估中子射束劑量表現優劣的參數：
1、照射時間0min(加速器使用的質子電流為10mA)
2、30.0RBE-Gy可治療深度cm
3、腫瘤最大劑量0.0RBE-Gy
4、正常腦組織最大劑量2.5RBE-Gy
5、皮膚最大劑量1.0RBE-Gy
註：RBE(Relative Biological Effectiveness)為相對生物效應，由於光子、中子會造成的生物效應不同，所以如上的劑量項均分別乘上不同組織的相對生物效應以求得等效劑量。
在實際的中子捕獲治療過程中，中子射束的照射範圍也是應該加以考慮的重要因素。本申請的實施例是針對用於中子捕獲治療的射束整形體提出的改進，作為一種優選地，是針對用於加速器硼中子捕獲治療的射束整形體的改進。
如圖2所示，本申請用於中子捕獲治療的射束整形體10，包括射束入口11、靶材12、鄰接於靶材12的緩速體13、包圍在緩速體13外的反射體14、與緩速體13鄰接的熱中子吸收體15、設置在射束整形體10內的輻射屏蔽體16和射束出口17，靶材12與自射束入口11入射的質子束發生核反應以產生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主軸X，緩速體13將自靶材12產生的中子減速至超熱中子能區，反射體14將偏離主軸X的中子導回主軸X以會聚超熱中子，緩速體13和反射體14之間設置間隙通道18以提高超熱中子通量，熱中子吸收體15用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，輻射屏蔽體16用於屏蔽滲漏的中子和光子以減少非照射區的正常組織劑量。
在硼中子捕獲治療過程中，為了達到較好的治療效果，同時減少對健康組織造成的損害，有必要針對不同大小的腫瘤提供不同的中子射束照射範圍，因此需要提供一種能夠調整中子射束照射範圍的射束整形體10。本申請中，通過設置替換裝置20來實現對中子射束照射範圍的調整。所述射束整形體10還包括替換裝置20，所述替換裝置20包括尺寸不同的第一替換件21和第二替換件22。所述第一替換件21和第二替換件22分別能夠安裝於所述射束整形體10中，並且能夠從射束整形體10中拆除以相互更換。
加速器硼中子捕獲治療通過加速器將質子束加速，作為一種優選實施例，靶材12由鋰金屬製成，質子束加速至足以克服靶材原子核庫倫斥力的能量，與靶材12發生7Li(p,n)7Be核反應以產生中子(結合圖1及上述10B(n,α)7Li中子捕獲核反應方程式所示)。所示射束整形體10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13由具有快中子作用截面大、超熱中子作用截面小的材料製成，作為一種優選實施例，緩速體13由D2O、AlF3、FluentalTM、CaF2、Li2CO3、MgF2和Al2O3中的任意一種或多種製成。反射體14由具有中子反射能力強的材料製成，作為一種優選實施例，反射體14由Pb或Ni中的任意一種或多種製成。熱中子吸收體15由與熱中子作用截面大的材料製成，作為一種優選實施例，熱中子吸收體15由6Li製成，熱中子吸收體15和射束出口17之間設有空氣通道19，空氣通道19的設置可持續將偏離主軸X的中子導回主軸X以達到會聚超熱中子的效果。輻射屏蔽體16包括光子屏蔽體161和中子屏蔽體162，作為一種優選實施例，輻射屏蔽體16包括由鉛(Pb)製成的光子屏蔽體161和由聚乙烯(PE)製成的中子屏蔽體162。
所述緩速體13設置成兩個相反方向相互鄰接的錐體部，如圖2所示的方向，緩速體13的左側為向著左側逐漸變小的錐體部131，緩速體13 的右側為向著右側逐漸變小的錐體部132，兩者相互鄰接，所述緩速體13左側的錐體部131為靠近射束入口11的錐體部，所述緩速體13右側的錐體部132為射束出口17的錐體部。反射體14緊密的包圍在緩速體13周圍，在緩速體13和反射體14之間設置有間隙通道18，所謂的間隙通道18指的是未用實體材料覆蓋的空的容易讓中子束通過的區域，如該間隙通道18可以設置為空氣通道或者真空通道。緊鄰緩速體13設置的熱中子吸收體15由很薄的一層6Li材質製成，輻射屏蔽體16中的由Pb製成的光子屏蔽體161可以與反射體14設置為一體，也可以設置成分體，而輻射屏蔽體16中由PE製成的中子屏蔽體162可以設置在鄰近射束出口17的位置。本領域技術人員熟知的，光子屏蔽體161可以由其他材料製成，只要起到屏蔽光子的作用就行，中子屏蔽體162也可以由其他材料製成，只要能夠滿足屏蔽滲漏中子的條件就行。
結合圖3和圖4，輻射屏蔽體16具有位於所述射束整形體10最外側而最接近被照射體的端部163，所述射束整形體10具有內表面101，所述第一替換件21自輻射屏蔽體16的端部163向前安裝於所述射束整形體10中而位於緩速體13靠近輻射屏蔽體16的端部163的錐體部132的後側(即，所述第一替換件21沿質子束的入射方向設於緩速體13的前側)，所述第一替換件21的外表面26與所述射束整形體10的內表面101接觸。為了便於將第一替換件21安裝於射束整形體10中，並且能夠將第一替換件21從所述射束整形體10中拆卸以與第二替換件22進行更換，對第一替換件21的結構進行如下設計。
所述第一替換件21具有第一端23、第二端24以及連接第一端23和第二端24的主體部25，所述第一替換件21的內表面211自第二端24向第一端23傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀。所述第一端23遠離所述靶材12並且 與所述輻射屏蔽體16的端部163齊平或沿遠離所述靶材12的方向突出於所述端部163。所述第二端24靠近靶材12，所述第一端23的直徑D1不小於第二端24的直徑D2。作為一種優選地，所述主體部25的外表面26與所述中子射束限定的主軸X平行，即，所述主體部25外表面26的輪廓為柱體狀。所述第一端23向前設有貫穿至第二端24的通孔27，所述通孔27在第一端23上形成具有第一口徑d1的射束出口。作為另一種實施方式，所述主體部25’的外表面還可以設置成自第一端23’向第二端24’傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀，結合圖5a，第一端23’的直徑D1’大於第二端24’的直徑D2’，所述第一替換件21’的第一端23’形成具有第一口徑d1’的射束出口。
第二替換件22具有第三端28和第四端29，所述第三端28的直徑D3不小於第四端29的直徑D4。所述第三端28向前設有貫穿至第四端29的通孔30，所述通孔30在第三端28上形成具有第二口徑d2的所述射束出口。為了保證第二替換件22與第一替換件21的互換性，同時達到調整中子射束照射範圍的效果，作為一種優選地，對第二替換件22的結構參照第一替換件21的結構設計，而使得第一口徑d1和第二口徑d2的尺寸不一致。圖5b所示為第二替換件22’的外表面設置成自第一端28’向第二端29’傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀，第三端28’的直徑D3’大於第二端29’的直徑D4’，所述第二替換件22’的第三端28’形成具有第二口徑d2’的射束出口。
舉例說明，假設射束整形體10中安裝的是第一替換件21，第一替換件21的通孔27在第一端23上形成的第一口徑d1較小，而在實際照射過程中，中子射束需要照射的範圍較大時，將第一替換件21從射束整形體10中拆除，安裝在第三端23上形成的第二口徑d2較大的第二替換件22，同樣 的，當安裝的第一替換件21的通孔27在第一端23上形成的第一口徑d1較大，而在實際照射過程中，中子射束需要照射的範圍較小時，將第一替換件21從射束整形體10中拆除，安裝在第三端23上形成的第二口徑d2較小的第二替換件22，第一替換件和第二替換件的結構和尺寸還可以有很多種，根據中子射束需要照射範圍的具體需求選擇射束出口口徑合適的第一替換件或者第二替換件。
所述替換裝置20能夠將偏離主軸X的中子導回主軸X以達到會聚超熱中子的效果，同時，也能夠屏蔽滲漏的中子或/和光子。作為一種優選地實施方式，本申請中，所述替換裝置20為所述反射體14以及輻射屏蔽體16的一部分，可以理解為，所述替換裝置20是由部分反射體14和部分輻射屏蔽體16製造成的整體式結構，將替換裝置20中的第一替換件21安裝於射束整形體10中來對中子射束進行會聚，並且根據實際需求將第一替換件21從所述射束整形體10中拆卸以更換成射束出口口徑合適的第二替換件22以對中子射束的照射範圍進行調整。當然，所述替換裝置20也不局限是部分反射體14和/或部分輻射屏蔽體16，還可以包括部分緩速體13和/或熱中子吸收體15以及部分反射體14和/或部分輻射屏蔽體16，甚至可以包括部分準直器(未圖示)，當所述第一替換件的第一端沿遠離所述靶材12的方向突出於所述端部163時，所述第一替換件21即包括部分準直器，只要替換裝置20的設置，能夠對射束出口的口徑進行調整以改變中子射束的照射範圍，從而達到不同程度上會聚熱中子的效果即可。
本申請中，所述替換裝置20可以只包括一個替換件，如圖4中未安裝第一替換件時，也能形成一種大口徑的射束出口，安裝上第一替 換件之後，則形成一種相對較小口徑的射束出口；所述替換裝置20也可以包括第一替換件21和第二替換件22或者更多個替換件，從而實現不同大小口徑的射束出口。
本申請實施例中所述的“柱體狀”是指沿著圖示方向的一側到另一側其外輪廓的整體趨勢基本不變的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓柱體狀的對應的輪廓線，也可以是曲率較大的接近線段的圓弧，如曲率較大的球面體狀的對應的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓柱體狀或曲率較大的球面體狀的表面做了很多凸起和凹槽。
本申請實施例中所述的“錐體狀”是指沿著圖示方向的一側到另一側其外輪廓的整體趨勢逐漸變小的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓錐體狀的對應的輪廓線，也可以是圓弧，如球面體狀的對應的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓錐體狀或球面體狀的表面做了很多凸起和凹槽。
本申請揭示的用於中子捕獲治療的射束整形體並不局限於以上實施例所述的內容以及附圖所表示的結構。在本申請的基礎上對其中構件的材料、形狀及位置所做的顯而易見地改變、替代或者修改，都在本申請要求保護的範圍之內。

Claims (10)

  1. 一種用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述射束整形體包括，射束入口；射束出口；靶材；緩速體，鄰接於所述靶材；反射體，包圍在所述緩速體外；熱中子吸收體，鄰接所述緩速體；輻射屏蔽體，設置在所述射束整形體內；所述靶材與自所述射束入口入射的質子束發生核反應以產生中子，所述中子形成中子射束，所述中子射束限定一根主軸，所述緩速體將自所述靶材產生的中子減速至超熱中子能區，所述反射體將偏離所述主軸的中子導回所述主軸以聚集超熱中子，所述熱中子吸收體用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，所述輻射屏蔽體用於屏蔽滲漏的中子和光子以減少非照射區的正常組織劑量，所述射束整形體還包括安裝於所述射束整形體中並且能夠從所述射束整形體中拆卸以改變中子射束照射範圍的替換裝置，所述替換裝置形成所述射束出口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述替換裝置包括第一替換件和第二替換件，所述第一替換件包括遠離所述靶材的具有第一直徑的第一端和靠近所述靶材的具有第二直徑的第二端，所述第二替換件包括遠離所述靶材的具有第三直徑的第三端和靠近所述靶材的具有第四直徑的第四端，所述第一替換件的第一端形成具有第一口徑的射束出口，所述第二替換件的第三端形成具有第二口徑的射束出口，所述第一口徑不等於第二口徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述主體部的外表面與所述主軸平行。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述主體部的外表面自第一端向第二端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀，所述主體部的內表面自第二端向第一端傾斜形成直徑逐漸變小的錐體狀。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述第一端設有貫穿至第二端的通孔，所述通孔在第一端上形成所述射束出口，所述中子射束自所述射束出口照射出。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述射束整形體具有內表面，所述輻射屏蔽體具有端部，所述第一替換件具有連接第一端和第二端的主體部，所述第一替換件自所述端部安裝於所述射束整形體中，所述主體部的外表面與所述射束整形體的內表面接觸，所述第一端與所述端部齊平或沿遠離所述靶材的方向突出於所述端部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述第一替換件沿質子束的入射方向設於緩速體的前側而與所述端部齊平或沿遠離所述靶材的方向突出於所述端部，所述第一替換件為部分反射體和/或部分輻射屏蔽體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述緩速體包含兩個相互鄰接的錐體部，所述其中一個錐體部靠近射束入口，另一個錐體部靠近射束出口，所述第一替換件鄰接於緩速體靠近所述射束出口的錐體部後側。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述反射體由Pb或Ni中的任意一種或多種製成，所述輻射屏蔽體包括由Pb製成的光子屏蔽和由聚乙烯製成的中子屏蔽。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之用於中子捕獲治療的射束整形體，其中，所述射束整形體進一步用於加速器硼中子捕獲治療，加速器硼中子捕獲治療通過加速器將質子束加速，所述靶材由金屬製成，所述質子束加速至足以克服靶材原子核庫倫斥力的能量，與所述靶材發生核反應以產生中子。所述射束整形體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，超熱中子能區在0.5eV到40keV之間，熱中子能區小於0.5eV，快中子能區大於40keV。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734955C1 (ru) * 2017-06-05 2020-10-26 Нойборон Медтех Лтд. Блок формирования пучка для нейтронно-захватной терапии
EP3708224B1 (en) * 2017-12-15 2022-04-06 Neuboron Medtech Ltd. Neutron capture therapy system
CN111821580A (zh) * 2019-04-17 2020-10-27 中硼(厦门)医疗器械有限公司 中子捕获治疗系统及用于中子捕获治疗系统的射束整形体
US10955365B1 (en) * 2020-09-25 2021-03-23 Adelphi Technology, Inc. Neutron source with beam shaping apparatus for radiography
US11090509B1 (en) * 2020-09-25 2021-08-17 Adelphi Technology, Inc. Neutron source with beam shaping apparatus for cancer treatment
JP7292345B2 (ja) * 2021-03-11 2023-06-16 アデルファイ・テクノロジー・インコーポレイテッド 癌治療のためのビーム成形装置を有する中性子源
CN116997391A (zh) * 2021-03-19 2023-11-03 住友重机械工业株式会社 粒子线治疗装置
EP4367688A1 (en) * 2021-07-05 2024-05-15 Theranosticentre S.r.l. Multi purpose compact apparatus for the generation of high-flux of neutrons, particularly for intraoperative radiotherapy
CN113750376A (zh) * 2021-09-10 2021-12-07 中山大学 一种中子束束流整型靶站装置
WO2023190523A1 (ja) * 2022-03-29 2023-10-05 住友重機械工業株式会社 中性子捕捉療法装置、及びコリメータ
CN115120894B (zh) * 2022-08-31 2022-11-25 兰州大学 一种中子产生装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201431580A (zh) * 2010-08-17 2014-08-16 Mitsubishi Electric Corp 多片型射線調準器、粒子線治療裝置及治療計畫裝置
TW201613531A (en) * 2016-01-05 2016-04-16 Bai-Ling Hsu The technique of quantitative analysis in bone SPECT imaging and its application in bone evaluation

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3407300A (en) * 1966-04-14 1968-10-22 Picker Corp Collimator and method of making same
GB1409263A (en) * 1972-03-16 1975-10-08 Elliott Brothers London Ltd Neutron beam collimators
CA1099034A (en) * 1977-10-21 1981-04-07 Leonhard Taumann Electron accelerator comprising a target exposed to the electron beam
US4359642A (en) * 1980-07-14 1982-11-16 Siemens Medical Laboratories, Inc. Collimator assembly for an electron accelerator
RU2252798C2 (ru) * 2003-06-26 2005-05-27 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" при Томском политехническом университете Министерства образования Российской Федерации Облучательное устройство для нейтронно-захватной терапии на ядерном реакторе
JP4596392B2 (ja) * 2006-03-08 2010-12-08 三菱重工業株式会社 中性子発生装置及び中性子照射システム
JP5054335B2 (ja) * 2006-07-18 2012-10-24 株式会社日立製作所 ホウ素中性子捕捉療法用の医療装置
US8003964B2 (en) * 2007-10-11 2011-08-23 Still River Systems Incorporated Applying a particle beam to a patient
EP2532385B1 (fr) * 2011-06-09 2015-04-22 Ion Beam Applications S.A. Dispositif de blindage pour unité d'irradiation
JP5630666B2 (ja) * 2012-03-30 2014-11-26 住友重機械工業株式会社 中性子捕捉療法用コリメータ及び中性子捕捉療法装置
JP6113453B2 (ja) * 2012-07-13 2017-04-12 株式会社八神製作所 中性子発生装置用のターゲットとその製造方法
JP6042269B2 (ja) * 2013-05-22 2016-12-14 住友重機械工業株式会社 中性子捕捉療法装置、及び中性子線の測定方法
CN105792893B (zh) * 2013-09-20 2020-03-17 普罗诺瓦解决方案有限责任公司 在质子治疗系统中修正质子束的系统和方法
US9789335B2 (en) * 2014-09-24 2017-10-17 Techno Eye Corporation MgF2—CaF2 binary system sintered body for radiation moderator and method for producing the same
PL3032926T3 (pl) * 2014-12-08 2017-07-31 Neuboron Medtech Ltd. Zespół kształtowania wiązki do terapii wychwytu neutronów
EP3885329A1 (en) * 2014-12-26 2021-09-29 University of Tsukuba Mgf2 sintered body for radiation moderator
CN106310540A (zh) * 2015-05-04 2017-01-11 南京中硼联康医疗科技有限公司 用于中子捕获治疗的射束整形体
US9774838B2 (en) * 2015-06-12 2017-09-26 Accuray Incorporated Ambient light suppression using color space information to derive pixel-wise attenuation factors
US9789341B2 (en) * 2015-08-31 2017-10-17 Ncm Usa Bronx Llc System for adjusting the energy level of a proton beam provided by a cyclotron, a cyclotron target holder assembly with a removable degrader, a removable degrader for use in a cyclotron target holder assembly, and methods of use thereof
JP2017061979A (ja) * 2015-09-24 2017-03-30 Ｋｙｂ株式会社 磁気粘性流体緩衝器
JP6566358B2 (ja) * 2015-10-27 2019-08-28 住友重機械工業株式会社 中性子捕捉療法シミュレーションシステム及び中性子捕捉療法シミュレーション方法
JP6935878B2 (ja) * 2017-03-27 2021-09-15 株式会社八神製作所 中性子減速照射装置及び延長コリメータ
RU2734955C1 (ru) * 2017-06-05 2020-10-26 Нойборон Медтех Лтд. Блок формирования пучка для нейтронно-захватной терапии
CN111494812B (zh) * 2017-08-18 2022-03-22 南京中硼联康医疗科技有限公司 用于慢化中子的缓速体
EP3708224B1 (en) * 2017-12-15 2022-04-06 Neuboron Medtech Ltd. Neutron capture therapy system
CA3135517C (en) * 2019-04-17 2023-12-19 Wei-Lin Chen Neutron capture therapy system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201431580A (zh) * 2010-08-17 2014-08-16 Mitsubishi Electric Corp 多片型射線調準器、粒子線治療裝置及治療計畫裝置
TW201544136A (zh) * 2010-08-17 2015-12-01 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療裝置
TW201613531A (en) * 2016-01-05 2016-04-16 Bai-Ling Hsu The technique of quantitative analysis in bone SPECT imaging and its application in bone evaluation

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RU2734955C1 (ru) 2020-10-26
US20190351257A1 (en) 2019-11-21
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