TWI712436B - 中子束產生裝置 - Google Patents

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TWI712436B
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Abstract

中子束產生裝置包含支撐座、外殼、靶材以及第一管體。外殼繞著一轉動軸線而可轉動地銜接支撐座，並具有第一開口。靶材設置於外殼中。第一管體沿著轉動軸線自外殼的第一開口延伸至靶材。第一管體配置以傳輸離子束以撞擊靶材而產生中子束。

Description

中子束產生裝置
本案係關於一種中子束產生裝置。
具體而言，硼中子捕獲治療(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)的原理如下：含硼藥物經由血液循環與腫瘤細胞結合，再用中子束以腫瘤組織的位置為中心照射，使硼吸收中子後產生鋰與氦離子，準確破壞癌細胞而不破壞其他正常的組織。
對患者而言，硼中子捕獲治療僅會造成極小損傷，且不需外科手術與麻醉。進一步而言，在治療腦腫瘤時若硼中子捕獲治療採用穿透力較低的熱中子，需額外打開患者的頭蓋骨。相對地，若硼中子捕獲治療採用超熱中子，則不需打開患者的頭蓋骨。
然而，目前大部份的硼中子捕獲治療的中子束源產生器為源自研究用原子爐。由於原子爐通常無法設置於醫院中，因此醫生與患者需配合原子爐的所在之處進行治療。與此相較，加速器型的中子束源產生器不但成本低，且可設置於醫院中以節省醫生與患者的時間。
綜上所述，目前亟需開發加速器型的中子束源產生器以利硼中子捕獲治療的發展。
依據本揭露之一實施方式，中子束產生裝置包含支撐座、外殼、靶材以及第一管體。外殼繞著一轉動軸線而可轉動地銜接支撐座，並具有第一開口。靶材設置於外殼中。第一管體沿著轉動軸線自外殼的第一開口延伸至靶材。第一管體配置以傳輸離子束以撞擊靶材而產生中子束。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之轉動軸線延伸而穿過靶材。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之第一管體與支撐座相距一距離。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之外殼具有一通道。外殼的通道與靶材排列於第一方向，並配置以供中子束通過而離開外殼，其中第一方向與轉動軸線相交。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之通道與靶材所排列的第一方向實質上與轉動軸線垂直。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之中子束產生裝置更包含反射體。反射體位於外殼中，位於靶材遠離通道的一側。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之中子束產生裝置更包含中子減速結構。中子減速結構位於外殼中，位於靶材與通道之間，且與第一管體的中心軸延伸線相分 離。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之中子束產生裝置更包含旋轉接頭以及第二管體。旋轉接頭連接於第一管體與第二管體之間，連通第一管體與第二管體，且配置以使得第一管體與第二管體基於轉動軸線相對轉動。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之中子束產生裝置更包含加速器。加速器連接第二管體相對第一管體的一端，且配置以產生離子束以進入第二管體。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之支撐座具有第二開口。外殼穿設於支撐座的第二開口。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之支撐座包含第一銜接結構。支撐座的第一銜接結構位於第二開口的內緣。外殼包含第二銜接結構。外殼的第二銜接結構位於外殼的外表面，且可滑動地銜接支撐座的第一銜接結構。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之支撐座的第一銜接結構為一凹陷部。外殼的第二銜接結構為限位凸部，且配置以相對凹陷部轉動。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之凹陷部具有銜接面。凹陷部的銜接面具有曲率中心線以及曲率半徑。凹陷部的銜接面的曲率中心線與轉動軸線重合。凹陷部的銜接面的曲率半徑為銜接面與轉動軸線相距的距離。
於本揭露的一或多個實施方式中，外殼包含軸承。外殼的軸承沿著轉動軸線突出，且支撐於支撐座。第一管體穿設外殼的軸承。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之中子束產生裝置包含內殼。內殼設置於外殼中。外殼的第一開口將內殼的內部空間連通至外殼外。
於本揭露的一或多個實施方式中，前述之靶材位於內殼的內部空間。
綜上所述，本揭露的加速器所產生之離子束會通過第一管體，並沿著第一管體的中心軸延伸線入射外殼，因而不須改變離子束之運動方向。同時，外殼將第一管體作為軸心而進行單軸旋轉，使得外殼的通道隨著旋轉而改變位置。因此，當外殼基於轉動軸線而相對支撐座轉動時，中子束的射出方向會依據通道的位置而改變。因此，針對處於固定姿勢狀態下的患者，中子束產生裝置可將中子束以適當的角度對患者的患部進行照射，進而可提高硼中子捕獲治療的精準度以及效率。據此，本揭露的中子束產生裝置亦可稱之為「可變方向中子源」。
1‧‧‧中子束產生裝置
2‧‧‧患者
3‧‧‧支撐台
10‧‧‧支撐座
11‧‧‧外殼
12‧‧‧靶材
13‧‧‧第一管體
14‧‧‧中子減速結構
15‧‧‧反射體
16‧‧‧旋轉接頭
17‧‧‧第二管體
18‧‧‧加速器
19‧‧‧內殼
20‧‧‧匯聚組件
21、23‧‧‧部位
22‧‧‧第一屏蔽結構
24‧‧‧第二屏蔽結構
26‧‧‧第三屏蔽結構
28‧‧‧匯聚結構
30‧‧‧支撐件
100、111、116a、220、224‧‧‧開口
101‧‧‧內緣
102‧‧‧第一銜接結構
102a‧‧‧第一銜接表面
102b‧‧‧第二銜接表面
102c‧‧‧曲率中心線
102d‧‧‧第三銜接表面
102r‧‧‧曲率半徑
104‧‧‧第一曲面
104a‧‧‧第一區域
104b‧‧‧彎折區域
104c‧‧‧第二區域
106‧‧‧第二曲面
110‧‧‧外殼本體
110a‧‧‧第一外表面
110c‧‧‧第三外表面
110d‧‧‧放射表面
110s‧‧‧容置空間
113‧‧‧通道
115‧‧‧第二銜接結構
116‧‧‧軸承
130‧‧‧中心軸延伸線
140‧‧‧第一減速層
142‧‧‧第二減速層
142a‧‧‧第一表面
144‧‧‧第三減速層
144a‧‧‧第二表面
146‧‧‧包覆層
190‧‧‧內部空間
300‧‧‧頂表面
3-3‧‧‧線段
A‧‧‧轉動軸線
D、S‧‧‧方向
I‧‧‧離子束
L‧‧‧長度
N‧‧‧中子束
R、T‧‧‧距離
t1、t2‧‧‧厚度
W1、W2‧‧‧寬度
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖、第1B圖及第1C圖分別繪示依據本揭露一實施方式之中子束產生裝置的剖視圖、立體圖、側視圖。
第2圖繪示依據本揭露一實施方式之支撐座的立體圖。
第3圖為第1B圖所示之結構沿著線段3-3的部分結構剖視圖。
第4A圖繪示依據本揭露一實施方式之外殼以及內殼的立體解析圖。
第4B圖繪示依據本揭露一實施方式之外殼的側視解析圖。
第5A圖、第5B圖、第5C圖及第5D圖分別繪示依據本揭露一實施方式之中子束產生裝置於不同操作過程中的側視圖，其中相較於第5A圖，第5B圖中的外殼繞著轉動軸線相對支撐座轉動約30度，第5C圖中的外殼繞著轉動軸線相對支撐座轉動約60度，而第5D圖中的外殼繞著轉動軸線相對支撐座轉動約90度。
以下的說明將提供許多不同的實施方式或實施例來實施本揭露的主題。元件或排列的具體範例將在以下討論以簡化本揭露。當然，這些描述僅為部分範例且本揭露並不以此為限。例如，將第一特徵形成在第二特徵上或上方，此一敘述不但包含第一特徵與第二特徵直接接觸的實施方式，也包含其他特徵形成在第一特徵與第二特徵之間，且在此情形下第一特徵與第二特徵不會直接接觸的實施方式。此外，本揭露可能會在不同的範例中重複標號或文字。重複的目的是為了簡化及明確敘述，而非界定所討論之不同實施方式及配置間的關係。
此外，空間相對用語如「下面」、「下方」、「低於」、「上面」、「上方」及其他類似的用語，在此是 為了方便描述圖中的一個元件或特徵與另一個元件或特徵的關係。空間相對用語除了涵蓋圖中所描繪的方位外，該用語更涵蓋裝置在使用或操作時的其他方位。也就是說，當該裝置的方位與圖式不同(旋轉90度或在其他方位)時，在本文中所使用的空間相對用語同樣可相應地進行解釋。
請參照第1A圖、第1B圖及第1C圖。第1A圖、第1B圖及第1C圖分別繪示依據本揭露一實施方式之中子束產生裝置1的剖視圖、立體圖、側視圖。其中，為了能更清楚繪示本案，第1B圖以及第1C圖省略繪示如第1A圖所示之旋轉接頭16、第二管體17以及加速器18。如圖所示，於本實施方式中，中子束產生裝置1包含支撐座10、支撐件30(見第1B圖)、外殼11、第一管體13(見第1A圖)、旋轉接頭16、第二管體17以及加速器18，且進一步包含設置於外殼11中的靶材12、中子減速結構14、反射體15、內殼19以及匯聚組件20。以下將詳細說明中子束產生裝置1所包含之各元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係。
請參照第2圖、第3圖。第2圖繪示依據本揭露一實施方式之支撐座10的立體圖。第3圖為第1B圖中所示之結構沿著線段3-3的部分結構剖視圖。如第2圖所示，於本實施方式中，支撐座10大致上為L型的支撐結構。具體而言，支撐座10具有相對之第一曲面104以及第二曲面106(見第1C圖)、連接第一曲面104以及第二曲面106的開口100，且包含第一銜接結構102。
於第2圖中，支撐座10的第一曲面104具有依序 相連之第一區域104a、彎折區域104b以及第二區域104c。第一區域104a的延伸面相交於第二區域104c的延伸面。於本實施方式中，第一區域104a的延伸面實質上垂直於第二區域104c的延伸面，但本案不以此為限。彎折區域104b連接於第一區域104a與第二區域104c之間，且朝向支撐座10的第二曲面106凹陷(見第1C圖)。
於本實施方式中，支撐座10的開口100至少開設於彎折區域104b，且自彎折區域104b延伸至位於其兩側的第一區域104a以及第二區域104c。支撐座10的第一銜接結構102位於開口100的內緣101。於本實施方式中，支撐座10的第一銜接結構102為凹陷部，且位於第一區域104a，但本案不以此為限。於其他實施方式中，只要能與外殼11上之第二銜接結構115銜接的結構皆能應用於本揭露。第一銜接結構102係凹陷於開口100的內緣101，且由第一銜接表面102a(見第3圖)、第二銜接表面102b(見第2圖)以及第三銜接表面102d所定義。第一銜接結構102的第一銜接表面102a(見第3圖)朝向彎折區域104b，且具有曲率中心線102c以及曲率半徑102r。第一銜接結構102的第二銜接表面102b朝向開口100，且連接於第一銜接表面102a與第三銜接表面102d之間。於第3圖中，第一銜接結構102的第三銜接表面102d朝向遠離彎折區域104b的方向。
請參照第1B圖。外殼11包含外殼本體110以及第二銜接結構115。外殼11的外殼本體110穿設於支撐座10的開口100。外殼11至少藉由第二銜接結構115銜接支撐座10，並基於轉動軸線A而相對支撐座10轉動。
請參照第3圖。於一些實施方式中，於支撐座10中，第一銜接結構102之第一銜接表面102a的曲率中心線102c與轉動軸線A重合。因此，第一銜接表面102a的曲率半徑102r等於第一銜接表面102a與轉動軸線A之間的距離。
請參照第4A圖及第4B圖。第4A圖繪示依據本揭露一實施方式之外殼11以及內殼19的立體解析圖。第4B圖繪示依據本揭露一實施方式之外殼11的側視解析圖。其中，為了能更理解本揭露而以第4B圖以及第4B圖所示之方式解析本揭露的外殼11及/或內殼19，但本揭露不以此為限。於本實施方式中，外殼11的外殼本體110圍繞著轉動軸線A而可轉動地銜接支撐座10(見第1B圖)，並具有厚度t1。換句話說，外殼本體110為基於一圓桶狀結構，並沿著其中心軸線方向移除一部分結構所形成的，因而具有實質上為平面的放射表面110d。
詳細而言，外殼本體110具有容置空間110s，且具有相對之第一外表面110a與第二外表面(於此視角下未繪示於圖中)、連接於第一外表面110a與第二外表面之間的第三外表面110c以及放射表面110d。第一外表面110a與第二外表面(圖未示)實質上垂直於支撐座10的第一曲面104(見第1B圖)。第三外表面110c圍繞轉動軸線A。放射表面110d實質上為平面，但本案不以此為限。
再者，外殼本體110進一步具有開設於外殼本 體110上的開口111以及通道113(見第1A圖)。舉例而言，開口111開設於外殼本體110的第一外表面110a。通道113開設於外殼本體110的放射表面110d。於第1A圖中，外殼11的通道113與設置於外殼11中的靶材12排列於方向D，其中方向D與轉動軸線A相交。於一些實施方式中，通道113位於放射表面110d的中央，但本案不以此為限。於本實施方式中，方向D與轉動軸線A實質上垂直。外殼11的通道113係用以供靶材12所產生之中子束N通過而離開外殼11。於第1B圖中，外殼11的開口111係用以供第一管體13通過，使得第一管體13中的離子束I撞擊靶材12，進而產生中子束N。
請參照第1A圖。進一步而言，為了進行硼中子捕獲治療，中子束N相對患者2(見第1C圖)的患部需以不同照射方位進行硼中子捕獲治療。然而，患者2在進行硼中子捕獲治療時，若改變姿勢以配合中子束N，則在改變姿勢的過程中患者2的器官會移動而影響硼中子捕獲治療效果。因此，若讓患者2在維持固定姿勢(例如：躺姿)的狀態下進行硼中子捕獲治療，會提升治療的精準度以及效率。
為了使中子束N可以適當的角度對處於固定姿勢狀態下的患者2的患部以進行硼中子捕獲治療，於本實施方式中，首先可使離子束I通過第一管體13，並沿著第一管體13的中心軸延伸線130入射外殼11，因而不須改變離子束I之運動方向。同時，使外殼11將第一管體13作為軸心而進行單軸旋轉，使得外殼11的通道113隨著旋轉而改變位置。 因此，當外殼11基於轉動軸線A而相對支撐座10轉動時，中子束N的射出方向會依據通道113的位置而改變。據此，中子束產生裝置1亦可稱之為「可變方向中子源」。
或者，於一些實施方式中，供患者2抵靠(例如：平躺)支撐台3(見第1C圖)。舉例而言，支撐台3為病床。支撐台3配置以相對支撐座10移動。因此，當改變中子束N的射出方向時，支撐台3相對支撐座10移動，使得患者2的患部相對於外殼11可處於適當地角度以及距離。藉此，中子束N可藉由適當的角度對患者2的患部進行照射，以進一步提高硼中子捕獲治療的精準度以及效率。於本實施方式中，中子束產生裝置1可為深部腫瘤治療之多場(Multi-field)照射。
請參照第4A圖以及第4B圖。外殼本體110於轉動軸線A的延伸方向上具有長度L，且其外表面與轉動軸線A之間具有最大距離R。於一些實施方式中，外殼本體110的厚度t1約為0.01m，轉動軸線A與外殼本體110之間的最大距離R約為0.86m，而外殼本體110於轉動軸線A的延伸方向上的長度L約為1.4m，但本案不以此為限。
於第4A圖以及第4B圖中，外殼11還包含兩個軸承116，其沿著轉動軸線A分別遠離外殼本體110的方向突出於第一外表面110a與第二外表面(圖未示)。於本實施方式中，軸承116為圓盤狀結構，但本案不以此為限。於第1B圖中，支撐件30位於軸承116與支撐座10之間。詳細而言，支撐件30係固接於支撐座10的第一曲面104，且其頂表 面300與軸承116的部分輪廓相符。支撐件30係用以透過軸承116支撐外殼11及設置於外殼11中的多個元件，進而輔助外殼11可基於轉動軸線A相對支撐件30轉動。再者，軸承116上具有開口116a，將外殼本體110的容置空間110s(見第4A圖)連通至外殼11外。
於一些實施方式中，可設置軸承116以及支撐件30，而省略設置第一銜接結構102以及第二銜接結構115。相對地，於一些實施方式中，可設置第一銜接結構102以及第二銜接結構115，而省略設置軸承116以及支撐件30。
請參照第1B圖、第4A圖、第4B圖。於本實施方式中，外殼11進一步藉由其第二銜接結構115可滑動地銜接支撐座10的第一銜接結構102(見第1B圖)。具體而言，第二銜接結構115為限位凸部，但本案不以此為限。於本實施方式中，第二銜接結構115為滑軌結構。多個第二銜接結構115設置於外殼本體110，且沿著轉動軸線A分別突出於外殼本體110的第一外表面110a與第二外表面(圖未示)。進一步而言，第二銜接結構115進一步沿著第一外表面110a的外緣延伸，且至少部分位於支撐座10中第一銜接結構102的第一銜接表面102a(見第3圖)與第三銜接表面102d(見第3圖)之間。第二銜接結構115的轉動中心線為轉動軸線A。當外殼11基於轉動軸線A相對支撐座10轉動(見第1B圖)，第二銜接結構115會被限位於支撐座10的第一銜接結構102中，並至少抵靠第一銜接結構102的第一銜接表面102a轉動。
於一些實施方式中，第二銜接結構115可為凹 陷結構，而第一銜接結構102可為與第二銜接結構115相銜接之凸出結構，但本揭露不以此為限。於其他實施方式中，任何可使得第一銜接結構102與第二銜接結構115相互銜接，並進而使得外殼11相對支撐座10轉動的結構皆能應用於本揭露。
於第4A圖及第4B圖中，內殼19連接於兩軸承116之間，並圍繞著轉動軸線A。內殼19具有厚度t2，且具有內部空間190(第4B圖)。進一步而言，內殼19為四方空心梁柱，但本案不以此為限。四方空心梁柱具有第一寬度W1以及第二寬度W2。於本實施方式中，軸承116的開口116a連接內殼19的兩端，進而將內殼19的內部空間190連通至外殼11外。內殼19係用以支撐並固定位於其中的靶材12、第一管體13、部分中子減速結構14以及部分反射體15，以加強中子束產生裝置1於結構上的強度，並提高維修中子束產生裝置1時的便利性。於一些實施方式中，內殼19的第一寬度W1約為0.3m，而第二寬度W2約為0.3m，但本案不以此為限。
於第1A圖中，靶材12位於外殼11的容置空間110s，並進一步位於內殼19的內部空間190。再者，靶材12位於第一管體13的末端，並鄰近於中子減速結構14。於本實施方式中，轉動軸線A延伸而穿過靶材12。靶材12的被撞擊面(圖未示)實質上垂直於第一管體13的中心軸延伸線130。於本實施方式中，靶材12的材質包含鈹(Be)，但本案不以此為限。
於第1A圖中，第一管體13圍繞轉動軸線A，並沿著轉動軸線A自外殼11的開口111延伸至靶材12，且至少部分位於內殼19的內部空間190。第一管體13配置以偕同外殼11以及設置於外殼11中的多個元件基於轉動軸線A，而相對支撐座10轉動。再者，第一管體13配置以供由加速器18所產生之離子束I通過，進而使得離子束I撞擊靶材12而產生中子束N。於本實施方式中，第一管體13與支撐座10相距距離T而不接觸(見第1B圖)。第一管體13的中心軸延伸線130穿過靶材12。
於第1A圖中，中子減速結構14位於靶材12與外殼11的通道113之間，且與第一管體13的中心軸延伸線130相分離。中子減速結構14包含第一減速層140、第二減速層142、第三減速層144以及包覆層146。然而，中子減速結構14不以前述之層狀堆疊結構為限。於一些實施方式中，任何可調整離子束I之能譜的結構皆能應用為本揭露之中子減速結構。於本實施方式中，第一減速層140、第二減速層142以及第三減速層144沿著堆疊方向S依序堆疊。藉此，離子束I撞擊靶材12所產生的中子係依序穿過第一減速層140、內殼19、第二減速層142以及第三減速層144。中子藉由中子減速結構14調整其能譜，以作為硼中子捕獲治療時所使用的中子束N。
進一步而言，中子減速結構14的第一減速層140以及包覆層146係位於內殼19的內部空間190。中子減速結構14的第二減速層142以及第三減速層144係位於外 殼本體110的容置空間110s，並位於內殼19的內部空間190外。換句話說，第一減速層140藉由內殼19而與第二減速層142相分離。中子減速結構14的包覆層146係包覆於第一減速層140的周圍。
於一些實施方式中，中子減速結構14的堆疊方向S與第一管體13的中心軸延伸線130相交。於本實施方式中，中子減速結構14的堆疊方向S與第一管體13的中心軸延伸線130實質上垂直，但本案不以此為限。。
於本實施方式中，第二減速層142以及第三減速層144分別具有面向靶材12的第一表面142a以及第二表面144a。第一減速層140沿著堆疊方向S於第一表面142a的投影面積係小於第一表面142a的面積。第二減速層142沿著堆疊方向S於第二表面144a的投影面積係小於第二表面144a的面積。於前述結構配置下，中子減速結構14具有提高超熱中子通率強度的效果。
於一些實施方式中，第一減速層140的材質包含鐵。具體而言，第一減速層140中的鐵與中子之間發生非彈性碰撞，進而可降低中子運動的速度。
於一些實施方式中，中子減速結構14的第二減速層142的材質包含氟化鋁、鋁、氟化鋰或前述材料之任意組合。於一些實施方式中，中子減速結構14的第三減速層144的材質包含氟化鋰、氟化鎂或前述材料之任意組合，但本案不以此為限。於本實施方式中，包覆層146的材質實質上與第二減速層142的材質相同，但本案不以此為限。
於第1A圖中，匯聚組件20位於中子減速結構14與外殼11的通道113之間。匯聚組件20包含第一屏蔽結構22、第二屏蔽結構24、第三屏蔽結構26以及匯聚結構28。匯聚組件20係用以集中並維持超熱中子通率強度，且同時可降低快中子的劑量率。進一步而言，第一屏蔽結構22具有開口220。第二屏蔽結構24具有開口240。第三屏蔽結構26位於第一屏蔽結構22之開口220的側壁上。匯聚結構28位於第二屏蔽結構24之開口224的側壁上。
於一些實施方式中，第一屏蔽結構22的材質包含聚乙烯混碳酸鋰。第二屏蔽結構24的材質包含鐵氟龍。匯聚結構28的材質包含鉍。第三屏蔽結構26的材質包含聚乙烯混碳酸鋰。於一些實施方式中，第三屏蔽結構26的材質包含濃縮的鋰(6Li)。然而，第一屏蔽結構22、第二屏蔽結構24、第三屏蔽結構26以及匯聚結構28的材質不以前述材料為限。由於上述設計可增強超熱中子通率強度，進而可降低加速器18所產生之質子束的能量或電流。
於第1A圖中，反射體15設置於內殼19相對通道113的一側，進一步設置於內殼19的內部空間190並包覆靶材12，且進一步設置於內殼19靠近通道113的一側並包覆中子減速結構14以及匯聚組件20。反射體15係用以反射遠離出口之中子，增加最後產生的超熱中子通率。於實際應用中，離子束I撞擊靶材12後所產生的中子束N係經過靶材12相對中子減速結構14之一側的反射體15反射，以進一步通過中子減速結構14。於一些實施方式中，反射體15的材質包含鉛 (Pb)，但本案不以此為限。
於第1A圖中，旋轉接頭16連接於第一管體13與第二管體17之間，連通第一管體13與第二管體17，且配置以使得第一管體13與第二管體17基於轉動軸線A相對轉動。第二管體17連接於旋轉接頭16與加速器18之間，並沿著轉動軸線A延伸。於本實施方式中，外殼11、設置於外殼11中的多個元件以及第一管體13基於轉動軸線A，而相對支撐座10、旋轉接頭16第二管體17以及加速器18轉動。
於第1A圖中，加速器18連接第二管體17相對第一管體13的一端，且配置以產生離子束I以進入第二管體17。於本實施方式中，離子束I為質子束，但本案不以此為限。於一些實施方式中，離子束I的能量介於約15MeV至約35MeV之間。於一些實施方式中，離子束I的電流介於約0.2mA至2mA之間。藉此，離子束I撞擊靶材12以產生快中子。快中子穿過中子減速結構14與匯聚組件20後，產生調整後的超熱中子束。
依據國際原子能總署(International Atomic Energy Agency,IAEA)之建議，硼中子捕獲治療所用之超熱中子通率需大於或等於109n˙cm-2˙s-1，且伴隨每單位超熱中子通率的快中子劑量率及伴隨每單位超熱中子通率的加馬射線劑量率小於2×10-11cGy˙cm2/n。若超熱中子通率過低，則會延長患者2(見第1C圖)照射治療的時間。若快中子劑量率過高，則有可能會損傷患者2的其他正常組織。若加速器18提供的質子能量過高，則會增加中子減速結構14 於設計上的困難，且對提升中子的產率有限。若加速器18提供的質子能量過低，則中子的產率不足，需增加電流來彌補。
於一些實施方式中，加速器18為迴旋加速器。於一些實施方式中，加速器18可為先進迴旋加速器公司(Advanced Cyclotron Systems Inc.)所製造之迴旋加速器，但本案不以此為限。
請參照第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖。第5A圖至第5D圖分別繪示依據本揭露一實施方式之中子束產生裝置1於不同操作過程中的側視圖。
於第5A圖中，患者2抵靠於支撐台3。此時，中子束產生裝置1的外殼11透過其軸承116並進一步透過支撐件30而支撐於支撐座10。因此，針對處於固定姿勢狀態下的患者2，中子束產生裝置1透過外殼11，進而將中子束N以適當的角度對患者2的患部進行照射。如第5A圖所示，於本實施方式中，支撐台3位於中子束產生裝置1的左側。中子束產生裝置1可針對患者2的部位21進行照射。
於第5B圖中，相對第5A圖所示，外殼11繞著轉動軸線A相對支撐座10轉動約30度。於本實施方式中，外殼11的轉動方式是利用齒輪傳動的方式來轉動。具體而言，第二銜接結構115的外緣具有齒輪結構(圖未示)。舉例而言，第二銜接結構115可為弧形齒條，但本揭露不以此為限。中子束產生裝置1還包含動力單元(圖未示，例如，馬達及齒輪)，設置於支撐座10上。於一些實施方式中，動力單 元設置於支撐座10的第一曲面104(見第1B圖)上。動力單元提供動力使得另一個齒輪(圖未示)扣住第二銜接結構115上的齒輪結構，並依靠齒輪結構之間的齧合而傳遞扭矩，進而將動力傳遞至外殼11。再者，第二銜接結構115上的齒輪結構也可透過與其它齒狀機械零件(例如：齒條或蝸桿)進行傳動。然而，外殼11的轉動方式不以齒輪傳動的方式為限。舉例而言，外殼11的轉動方式也可利用摩擦傳動方式或任何適合的機械傳動方式。
於本實施方式中，第二銜接結構115被限位於支撐座10的第一銜接結構102中，並抵靠第一銜接結構102的第一銜接表面102a轉動(見第3圖)。因此，中子束產生裝置1的外殼11透過其軸承116支撐於支撐座10，並基於轉動軸線A而相對支撐座10轉動。於本實施方式中，支撐台3隨著中子束產生裝置1的轉動，而如第5B圖中移動至中子束產生裝置1的左下方。此時，中子束產生裝置1可針對患者2的部位21以及部位23進行照射。
於第5C圖中，相對第5A圖所示，外殼11繞著轉動軸線A相對支撐座10轉動約60度。此時，支撐台3隨著中子束產生裝置1的轉動，進一步如第5C圖中向下移動並靠近中子束產生裝置1。
於第5D圖中，相對第5A圖所示，外殼11繞著轉動軸線A相對支撐座10轉動約90度。此時，支撐台3隨著中子束產生裝置1的轉動而如第5D圖中移動至中子束產生裝置1的下方。此時，中子束產生裝置1可針對患者2的部位 23進行照射。
由以上對於本創作之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，加速器所產生之離子束會通過第一管體，並沿著第一管體的中心軸延伸線入射外殼，因而不須改變離子束之運動方向。同時，外殼將第一管體作為軸心而進行單軸旋轉，使得外殼的通道隨著旋轉而改變位置。因此，當外殼基於轉動軸線而相對支撐座轉動時，中子束的射出方向會依據通道的位置而改變。因此，針對處於固定姿勢狀態下的患者，中子束產生裝置可將中子束以適當的角度對患者的患部進行照射，進而可提高硼中子捕獲治療的精準度以及效率。據此，中子束產生裝置亦可稱之為「可變方向中子源」。
前述多個實施方式的特徵可使本技術領域中具有通常知識者更佳地理解本揭露之各個態樣。本技術領域中具有通常知識者應可瞭解，為了達到相同之目的及/或本揭露之實施方式之相同優點，其可利用本揭露為基礎，進一步設計或修飾其他製程及結構。在本技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這樣的均等結構並未背離本揭露之精神及範圍，而在不背離本揭露之精神及範圍下，本技術領域中具有通常知識者可在此進行各種改變、替換及修正。
1‧‧‧中子束產生裝置
10‧‧‧支撐座
11‧‧‧外殼
13‧‧‧第一管體
16‧‧‧旋轉接頭
17‧‧‧第二管體
30‧‧‧支撐件
100、111‧‧‧開口
102‧‧‧第一銜接結構
104‧‧‧第一曲面
110‧‧‧外殼本體
115‧‧‧第二銜接結構
116‧‧‧軸承
130‧‧‧中心軸延伸線
300‧‧‧頂表面
3-3‧‧‧線段
A‧‧‧轉動軸線
I‧‧‧離子束
T‧‧‧距離

Claims (14)

  1. 一種中子束產生裝置，包含：一支撐座；一外殼，繞著一轉動軸線而可轉動地銜接該支撐座，並具有一第一開口；一靶材，設置於該外殼中；以及一第一管體，沿著該轉動軸線自該第一開口延伸至該靶材，其中該第一管體配置以傳輸一離子束以撞擊該靶材而產生一中子束。
  2. 如請求項1所述之中子束產生裝置，其中該轉動軸線延伸而穿過該靶材。
  3. 如請求項1所述之中子束產生裝置，其中該第一管體與該支撐座相距一距離。
  4. 如請求項1所述之中子束產生裝置，其中該外殼具有一通道，該通道與該靶材排列於一第一方向，並配置以供該中子束通過而離開該外殼，其中該第一方向與該轉動軸線相交。
  5. 如請求項4所述之中子束產生裝置，其中該通道與該靶材所排列的該第一方向實質上與該轉動軸線垂直。
  6. 如請求項4所述之中子束產生裝置，更包含一反射體，位於該外殼中並位於該靶材遠離該通道的一側。
  7. 如請求項4所述之中子束產生裝置，更包含一中子減速結構，位於該外殼中並位於該靶材與該通道之間，且與該第一管體的一中心軸延伸線相分離。
  8. 如請求項1所述之中子束產生裝置，更包含一旋轉接頭以及一第二管體，該旋轉接頭連接於該第一管體與該第二管體之間，連通該第一管體與該第二管體，且配置以使得該第一管體與該第二管體基於該轉動軸線相對轉動。
  9. 如請求項8所述之中子束產生裝置，更包含一加速器，連接該第二管體相對該第一管體的一端，且配置以產生該離子束以進入該第二管體。
  10. 如請求項1所述之中子束產生裝置，其中該支撐座具有一第二開口，該外殼穿設於該第二開口。
  11. 如請求項10所述之中子束產生裝置，其中該支撐座包含一第一銜接結構，位於該第二開口的一內緣，而該外殼包含一第二銜接結構，位於該外殼的一外表面，且可滑動地銜接該支撐座的該第一銜接結構。
  12. 如請求項11所述之中子束產生裝置，其中該支撐座的該第一銜接結構為一凹陷部，而該外殼的該第二銜接結構為一限位凸部，且配置以相對該凹陷部轉動。
  13. 如請求項12所述之中子束產生裝置，其中該凹陷部具有一銜接面，該銜接面具有一曲率中心線以及一曲率半徑，該曲率中心線與該轉動軸線重合，且該曲率半徑為該銜接面與該轉動軸線相距的距離。
  14. 如請求項1所述之中子束產生裝置，其中該外殼包含一軸承，該軸承沿著該轉動軸線突出並支撐於該支撐座，且該第一管體穿設於該軸承。
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