TWI711432B - 中子捕獲治療系統及載置台 - Google Patents

Abstract

一種中子捕獲治療系統，其設有產生中子束之中子產生裝置、用於向被照射體照射中子束之照射室及容納於前述照射室內之用於載置被照射體之載置台。前述載置台包括用於載置患者之載置件、用於調節載置件之空間位置之調節裝置、連接於調節裝置與載置件之間之驅動桿及包覆調節裝置之第一屏蔽件，前述第一屏蔽件避免前述調節裝置被輻射線輻射。前述調節裝置驅動驅動桿運動從而調節載置件之空間位置，前述第一屏蔽件設有給驅動桿運動提供讓位空間之通槽。調節裝置設置於第一屏蔽件內，大大降低了中子、伽馬射線對其之輻射損傷。

Description

中子捕獲治療系統及載置台

本發明涉及一種輻射線照射系統，尤其涉及一種中子捕獲治療系統及載置台。

隨著原子科學之發展，例如鈷六十、直線加速器、電子射束等輻射線治療已成為癌症治療之主要手段之一。惟傳統光子或電子治療受到輻射線本身物理條件之限制，在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，由於腫瘤細胞對輻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輻射線治療中；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積聚，配合精準之中子射束調控，提供比傳統輻 射線更好之癌症治療選擇。

中子捕獲治療系統具備中子束產生部、中子束減速裝置、準直器、照射室、準備室及載置患者之載置台。通常，減速裝置埋設於照射室之牆壁內，準直器固定設置於減速裝置前端或是設置於載置臺上，在實施照射之前，需要對載置臺上用於載置患者之載置件進行空間位置調整以將患者需要被照射之部位與準直器及中子產生部進行對準。用於對載置件進行空間位置調整之調整裝置為保證強度，通常由金屬材料製成。在對患者實施中子束照射之過程中，調整裝置一直暴露於放射劑量較高之中子束、γ射線等輻射線中，調整裝置很容易被活化而使載置台過早地終止使用壽命。

為了解決前述問題，本申請之一方面提供一種中子捕獲治療系統，其設有產生中子束之中子產生裝置、用於向被照射體照射中子束之照射室及容納於前述照射室內之用於載置被照射體之載置台，前述中子產生裝置包括生成中子束之中子束生成部、將中子束減速至超熱中子能區之緩速體及將偏離之中子導回至緩速體之反射體，前述載置台包括用於載置患者之載置件、用於調節載置件之空間位置之調節裝置、連接於調節裝置與載置件之間之驅動桿及包覆調節裝置之第一屏蔽件，前述第一屏蔽件避免前述調節裝置被輻射線輻射，前述調節裝置驅動驅動桿運動從而調節載置件之空間位置，前述第一屏蔽件設有給驅動桿運動提供讓位空間之通槽。

進一步地，前述中子產生裝置亦包括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之熱中子吸收體及用於屏蔽滲漏之中子和光子以減少非照射區之正常組織劑量之輻射屏蔽。

進一步地，前述載置台亦包括位於前述第一屏蔽件之通槽與前述調節裝置之間之第二屏蔽件，前述驅動桿帶動前述第二屏蔽件於通槽內移動，前述第二屏蔽件能夠避免前述調節裝置被輻射線輻射。

優選地，前述第一屏蔽件為中空之球體或多邊型體，前述第一屏蔽件具有本體部，通槽設於本體部上靠近前述載置件之一側，驅動桿穿過前述通槽依次與前述第二屏蔽件和前述調節裝置連接。

優選地，前述驅動桿帶動第二屏蔽件運動到前述通槽之任意位置時，通槽在與地面平行之平面上之投影之邊界位於第二屏蔽件在與地面平行之平面上之投影之邊界內。

本申請之另一方面提供一種載置台，其包括用於載置患者之載置件、用於調節載置件之空間位置之調節裝置、連接於調節裝置與載置件之間之驅動桿、包覆調節裝置之第一屏蔽件，前述第一屏蔽件避免前述調節裝置被輻射線輻射，前述調節裝置驅動驅動桿運動從而調節載置件之空間位置，前述第一屏蔽件設有給驅動桿運動提供讓位空間之通槽。

優選地，前述第一屏蔽件為中空之球體或多邊型體。

進一步地，前述第一屏蔽件具有本體部，通槽設於本體部上靠近載置件之一側，驅動桿穿過通槽與前述調節裝置連接。

進一步地，前述載置台亦包括位於第一屏蔽件之通槽與前述調節裝置之間之第二屏蔽件。

優選地，前述第二屏蔽件為圓弧狀或平板狀。

優選地，前述驅動桿帶動前述第二屏蔽件運動到任意位置時，前述通槽在與地面平行之平面上之投影之邊界位於前述第二屏蔽件在與地面平行之平面上之投影之邊界內。

與習知技術相比，本實施例記載之技術方案具有以下有益效果：調節裝置設置於基本密封之第一屏蔽件內，大大降低了中子、伽馬射線對其之輻射損傷、提高了調節裝置之使用壽命。

1‧‧‧中子捕獲治療系統

2‧‧‧中子產生裝置

21‧‧‧迴旋加速器

22‧‧‧電粒子束傳輸部

23‧‧‧中子束生成部

24‧‧‧射束整型體

241‧‧‧緩速體

242‧‧‧反射體

3‧‧‧照射室

35‧‧‧出入口

N‧‧‧中子束

T‧‧‧靶

D1‧‧‧屏蔽門

W1‧‧‧屏蔽壁

W2‧‧‧屏蔽壁

36‧‧‧準直器

X1‧‧‧中子射束軸線

4‧‧‧準備室

41‧‧‧進出口

42‧‧‧門

49‧‧‧通道

5‧‧‧管理室

6‧‧‧載置台

61‧‧‧基座部

611‧‧‧下表面

612‧‧‧上表面

62‧‧‧驅動部

63‧‧‧載置件

64‧‧‧調節裝置

65‧‧‧驅動桿

650‧‧‧屏蔽套

66‧‧‧第一屏蔽件

660‧‧‧本體部

662‧‧‧通槽

664‧‧‧第一通槽

6641‧‧‧第一端點

6642‧‧‧第二端點

665‧‧‧第二通槽

6651‧‧‧第三端點

6652‧‧‧第四端點

68、68’‧‧‧第二屏蔽件

第1圖係本申請中子捕獲治療系統之俯視圖；第2圖係本申請中子捕獲治療系統之實施例一之載置台之剖視圖，其中，驅動桿位於通槽之第一端點；第3圖係本申請中子捕獲治療系統之實施例一之載置台去除基座部、載置件、驅動部和調節裝置之俯視圖，其中，驅動桿位於通槽之第三端點；第4圖係本申請中子捕獲治療系統之實施例二之載置台之剖視圖，其中，驅動桿位於通槽之第二端點；第5圖係本申請中子捕獲治療系統之實施例二之載置台去除基座部、載置件、驅動部和調節裝置之俯視圖，其中，驅動桿位於通槽之第四端點。

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，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。

以下，參考圖式對本發明之實施方式進行詳細說明。另，以下說明中，對相同或相當要件標注相同符號並省略重複說明。並且，設定將從後述之中子束N之出射方向作為X軸、將與中子束N之射出方向正交之方向作為Y軸、將相對於地面垂直之方向作為Z軸之XYZ坐標系(參考第2圖)，並定義由X軸、Y軸組成之平面為第一平面，第一平面與地面平行，於各構成要件之位置關係之說明中使用X軸、Y軸、Z軸。

空間相關之術語比如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“後”等可以在此用於使描述一個元件與另一個元件之關係使之說明變得簡單，如於圖中所展示之，定義前後方向平行於Y軸、上下方向平行於Z軸、左右方向平行於X軸。

如第1圖所示，中子捕獲治療系統1具備用於產生治療用中子束N之中子產生裝置2、用於向被照射體，例如患者，照射中子束N之照射室3、用於進行照射前準備工作之準備室4、用於實施照射控制之管理室5及載置患者進出照射室3之載置台6。

中子產生裝置2構成為於照射室3外產生中子束N並能夠向患者照射中子束N。中子產生裝置2包括用於加速帶電粒子束之迴旋加速器21、與帶電粒子束反應生成中子束N之中子束生成部23及位於迴旋加速器21與中子束生成部23之間用於傳輸帶電粒子束之帶電粒子束傳輸部22。中子產生裝置2四周被混凝土製成之屏蔽壁W1包圍。帶電粒子束傳輸部22向中子束生成部23傳輸帶電粒子束，其一端連接於迴旋加速器21、另一端連接 于中子束生成部23。於其他實施例中，可以採用其他加速器代替迴旋加速器。可以根據實際需要於帶電粒子束傳輸部22上設置射束調整部、電流監測器、帶電粒子掃描部等射束控制裝置。射束調整部控制帶電粒子束之行進方向及射束直徑。電流監視器即時測定帶電粒子束之電流值(即電荷、照射劑量率)。帶電粒子束掃描部掃描帶電粒子束並控制帶電粒子束對中子束生成部23之照射位置。中子束生成部23包括與帶電粒子束反應生成中子束N之靶T及對產生之中子束N進行減速、屏蔽之射束整型體24。於中子束生成部23中生成之中子束N包括高速中子束、超熱中子束、熱中子束及伽馬射線，其中，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。具體地，射束整型體24包括能夠將自靶T產生之中子束N減速至超熱中子能區之緩速體241、將偏離之中子導回至緩速體241以提高超熱中子射束強度之反射體242、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之熱中子吸收體及用於屏蔽滲漏之中子和光子以減少非照射區之正常組織劑量之輻射屏蔽。作為一種優選實施例，靶T由鋰金屬製成，通常為鋰(Li)靶和鈹(Be)靶，帶電粒子束加速至足以克服靶T之原子核庫倫斥力之能量，與靶T發生⁷Li(p,n)⁷Be核反應以產生中子束。其中，主要係超熱中子束與進入患者體內之腫瘤之硼進行核反應而發揮治療效果。靶T設置於屏蔽壁W1之外部，射束整型體24沿中子束N之行進方向埋設於屏蔽壁W1內。

繼續參第1圖所示，照射室3包括被屏蔽壁W2、設置於屏蔽壁W2上供患者進出之出入口35、打開和關閉出入口35之屏蔽門D1，患者被放置于照射室3內接受中子束N照射進行治療。靠近中子產生裝置2之屏蔽壁 W2上設有供中子束N射出之圓錐狀準直器36，中子束N從準直器36射出並限定一根中子射束軸線X1。於其他實施例中，準直器36可設置成圓柱狀、長方體狀等其他型狀。準備室4為用於實施向患者S照射中子束N前所需之準備工作之房間，準備工作包括將患者固定于載置台6、對患者進行定位並做好三維定位標記等。於本申請實施例中，準備室4設置於照射室3之左側。於其他實施例中，準備室4可以設置於照射室3之任意方位。準備室4設有供患者進出照射室3之進出口41及打開、關閉進出口41之門42。準備室4之進出口41與照射室3之出入口35之間設有通道49供患者從準備室4進入照射室3。準備室4和照射室3及通道49內設有供載置台移動之導軌(未圖示)。

管理室5為用於管理使用中子捕捉療法系統1實施之一體工序之房間。例如，管理人員從管理室5之室內肉眼確認準備室4中之準備工作之狀況、管理人員操作控制裝置來控制中子束N之照射之開始和停止等。

參照第2圖所示，載置台6包括：基座部61、用於於地面上移動基座部61之驅動部62、用於載置患者之載置件63、用於調節載置件63之空間位置之調節裝置64、連接於調節裝置64與載置件63之間之驅動桿65、包覆調節裝置64之第一屏蔽件66及位於第一屏蔽件66內之第二屏蔽件68。

基座部61用於支撐第一屏蔽件66、第二屏蔽件68、調節裝置64、驅動桿65及載置件63，其具有朝向地面之下表面611及與下表面相對之上表面612。本申請中，基座部61之整體型狀呈長方體型狀，於其他實施方式中，可以設置為圓柱狀或是其他型狀。驅動部62安裝於下表面611上，驅動部62支撐基座部61、第一屏蔽件66、第二屏蔽件68、調節裝置64、驅 動桿65及載置件63並能夠於地面上按照預定之軌道移動。優選之，驅動部62為四個車輪，該等車輪可以藉人力或馬達等賦予驅動部62於地面移動之驅動力。於本申請中，載置台6可以沿著照射室3和準備室4內之導軌移動。於其他實施方式中，可以省去基座部61，將驅動部62設置於第一屏蔽件66上。

載置件63用於載置患者，可以設置為平板狀，也可以設置為椅子狀等其他適合支撐患者之型狀。

驅動桿65之一端與載置件63固定連接，另一端與調節裝置64連接。本申請中之調節裝置64可以係連桿機構、齒輪機構等能夠驅動驅動桿65沿X軸、Y軸、Z軸方向移動、並能夠驅動驅動桿65圍繞X軸、Y軸、Z軸旋轉之任意一種常見之驅動機構或是多種驅動機構之組合，調節裝置64可以是人力驅動，也可以係電動或是氣動。調節裝置64之主要材料為金屬，第一、第二屏蔽件66、68包覆於調節裝置64周圍從而防止調節裝置64被活化。第一、第二屏蔽件66、68由能夠屏蔽中子和伽馬射線之鉛、硼、鈦粉、鋁粉、碳化硼等材料中之一種或多種製造而成。

驅動桿65為可伸縮式之桿，藉伸縮驅動桿65可以調節載置件63於Z軸方向上之位置，當然，也可以不做成伸縮式桿，僅採用調節裝置64對載置件63於Z軸方向上之位置進行調節。驅動桿65外表面鍍有一層屏蔽膜或安裝有屏蔽套650，使得驅動桿65免受中子、伽馬射線之輻射，屏蔽套650可以做成可伸縮之螺紋套。需要說明的是，驅動桿65只是載置件63與調節裝置64之間之聯動件，其可以係調節裝置64之輸出端，也可以係與調節裝置64相互獨立之、額外設置之一根桿。

參照第2圖及第3圖所示，具體地，第一屏蔽件66被支撐於基座部61之上表面612上，其包括球狀之本體部660及設於本體部660靠近載置件63之一側給驅動桿65移動提供讓位空間之通槽662，調節裝置64設置於第一屏蔽件66之本體部660內，驅動桿65向下穿過通槽662之後依次與第二屏蔽件68、調節裝置64固定連接在一起，連接方式可以係螺紋連接、螺栓連接、卡扣連接等常見之連接方式中之任意一種。本體部660為一個中空之球體，通槽662為於Z軸方向上貫穿本體部660之上半部分而形成之通槽，本實施例中，通槽662為相互交叉、貫通之槽，其包括與X軸平行之第一通槽664及與Y軸平行之第二通槽665，第一、第二通槽664、665相互交叉、貫通，其於第一平面上之投影呈十字型。定義通槽662與X軸平行之方向上之最大尺寸為第一尺寸、與Y軸平行之方向上之最大尺寸為第二尺寸，第一、第二尺寸之值根據實際使用需求而定，可以相等或是不相等。於其他實施例中，通槽662可以係一整個圓型之槽、或是一整個方型之槽、也可以係一個不規則型狀之槽。通槽662包括位於最左端之第一端點6641、位於最右端之第二端點6642、位於最後端之第三端點6651及位於最前端之第四端點6652。第一屏蔽件66上僅設置了供驅動桿65移動之通槽662，基本等於一個密封之空間，是以設於第一屏蔽件66內之調節裝置64受到之中子和伽馬射線之輻射量很少，很大程度上降低了調節裝置64被活化之速度。驅動桿65能夠於調節裝置64之驅動下帶動載置件63於通槽662內移動，從而使載置件63能夠於X軸、Y軸、Z軸方向上自由調整位置。另，調節裝置64亦可以驅動驅動桿65帶動載置件63圍繞X軸、Y軸、Z軸旋轉。於其他實施方式中，第一屏蔽件66可以設置成中空之長方體、中空之正方體、中空之棱柱體等中空之多 邊型體，所有能容納調節裝置64且能與第二屏蔽件68配合以達到良好之屏蔽效果之型狀都係可行的。容易理解的是，第一屏蔽件66係可開合之以便於將調節裝置64安裝到第一屏蔽件66內。

參照第2圖、第3圖所示，於Z軸方向上，第二屏蔽件68位於第一屏蔽件66之通槽662與調節裝置64之間。第二屏蔽件68用於屏蔽從第一屏蔽件66之通槽662內進入第一屏蔽件66內部之少量中子和伽馬射線。實施例一中，第二屏蔽件68為圓弧型之薄板，第二屏蔽件68於第一平面上之投影為圓型，為了保證第二屏蔽件68能最大程度地將從第一屏蔽件66之通槽662內進入第一屏蔽件66內部之少量中子和伽馬射線進行屏蔽，驅動桿65帶動第二屏蔽件68運動到任意位置時，通槽662於第一平面上之投影之邊界位於第二屏蔽件68於第一平面上之投影之邊界內。

參照第4圖、第5圖所示，於實施例二中，第二屏蔽件68’為平板狀，第二屏蔽件68’於第一平面上之投影為方型，為了保證第二屏蔽件68’能最大程度地將從第一屏蔽件66之通槽662內進入第一屏蔽件66內部之少量中子和伽馬射線進行屏蔽，驅動桿65帶動第二屏蔽件68’運動到任意位置時，通槽662於第一平面上之投影之邊界位於第二屏蔽件68於第一平面上之投影之邊界內。更進一步地，可以於該平板狀之第二屏蔽件68’做成彈性板或可伸縮之板，由此使第二屏蔽件68、68’之邊緣盡可能之貼近第一屏蔽件66。當然，第二屏蔽件68、68’不限於這兩種型狀，其他任何方便製造、安裝且能起到良好屏蔽效果之型狀都係可行的。實施例二與實施例一之區別僅於於第二屏蔽件68、68’之型狀不同，是以其他構件於此不再贅述。

調節裝置64設置於基本密封之第一屏蔽件66內，大大降低 了中子、伽馬射線對其之輻射損傷，另，第二屏蔽件68進一步屏蔽了從第一屏蔽件66之通槽662進入之少量中子、伽馬射線，使得調節裝置64受到之輻射量基本可忽略不計，大大提高了調節裝置64之使用壽命。

本申請揭示之中子捕獲治療系統及載置台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。

6‧‧‧載置台

61‧‧‧基座部

611‧‧‧下表面

612‧‧‧上表面

62‧‧‧驅動部

63‧‧‧載置件

64‧‧‧調節裝置

65‧‧‧驅動桿

650‧‧‧屏蔽套

66‧‧‧第一屏蔽件

662‧‧‧通槽

68‧‧‧第二屏蔽件

Claims (10)

1. 一種中子捕獲治療系統，包括：產生中子束之中子產生裝置、用於向被照射體照射中子束之照射室及容納於前述照射室內之用於載置被照射體之載置台，前述中子產生裝置包括生成中子束之中子束生成部、將中子束減速至超熱中子能區之緩速體及將偏離之中子導回至前述緩速體之反射體，前述載置台包括用於載置患者之載置件、用於調節前述載置件之空間位置之調節裝置、連接於前述調節裝置與前述載置件之間之驅動桿及包覆前述調節裝置之第一屏蔽件，前述第一屏蔽件避免前述調節裝置被輻射線輻射，前述調節裝置驅動前述驅動桿運動從而調節前述載置件之空間位置，前述第一屏蔽件設有給前述驅動桿運動提供讓位空間之通槽。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之中子捕獲治療系統，其中，前述載置台亦包括位於前述第一屏蔽件之前述通槽與前述調節裝置之間之第二屏蔽件，前述驅動桿帶動前述第二屏蔽件於前述通槽內移動，前述第二屏蔽件能夠避免前述調節裝置被輻射線輻射。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之中子捕獲治療系統，其中，前述第一屏蔽件為中空之球體或多邊型體，前述第一屏蔽件具有本體部，前述通槽設於前述本體部 上靠近前述載置件之一側，前述驅動桿穿過前述通槽依次與前述第二屏蔽件和前述調節裝置連接。
4. 根據申請專利範圍第2項所述之中子捕獲治療系統，其中，前述驅動桿帶動前述第二屏蔽件運動到前述通槽之任意位置時，前述通槽於與地面平行之平面上之投影之邊界位於前述第二屏蔽件於與地面平行之平面上之投影之邊界內。
5. 一種載置台，其中，前述載置台包括用於載置患者之載置件、用於調節前述載置件之空間位置之調節裝置、連接於前述調節裝置與前述載置件之間之驅動桿、包覆前述調節裝置之第一屏蔽件，前述第一屏蔽件避免前述調節裝置被輻射線輻射，前述調節裝置驅動前述驅動桿運動從而調節前述載置件之空間位置，前述第一屏蔽件設有給前述驅動桿運動提供讓位空間之通槽。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之載置台，其中，前述第一屏蔽件為中空之球體或多邊型體。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之載置台，其中，前述第一屏蔽件具有本體部，前述通槽設於前述本體部上靠近前述載置件之一側，前述驅動桿穿過前述通槽與前述調節裝置連接。
8. 根據申請專利範圍第5項所述之載置台，其中，前述載置台亦包括位於前述第一屏蔽件之前述通槽與前述調節裝置之間之第二屏蔽件。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之載置台，其中，前述第二屏蔽件為圓弧狀或平板狀。
10. 根據申請專利範圍第8項所述之載置台，其中，前述驅動桿帶動前述第二屏蔽件運動到任意位置時，前述通槽於與地面平行之平面上之投影之邊界位於前述第二屏蔽件於與地面平行之平面上之投影之邊界內。

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