用于中子捕获治疗的射束整形体制造技术

为了改善中子射源的通量与品质，本发明专利技术的一个方面提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其中，射束整形体包括靶材、邻接于靶材的缓速体、包围在缓速体外的反射体、与缓速体邻接的热中子吸收体、设置在射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，靶材与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一条轴线，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，反射体将偏离轴线的中子导回轴线以提高超热中子射束强度，缓速体和反射体之间设置间隙通道以提高超热中子通量，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

Beam shaping body for neutron capture therapy

In order to improve the flux and quality of the neutron source, one aspect of the invention provides a beam shaping body for neutron capture therapy, in which the beam shaping body includes a target, a slow body adjacent to the target, a reflector surrounded by a slow speed, a thermal neutron absorber adjacent to a slow speed body, and a beam shaping body. Within the radiation shielding and beam exit, the target has a nuclear reaction with the proton beam incident at the inlet of the beam to produce neutrons, the neutron produces the neutron beam, the neutron beam is limited to one axis, the slow speed body decelerates the neutron generated from the target to the super thermal neutron energy region, and the reflector will deviate from the axis of the neutron to improve the ultra heat. The neutron beam intensity, the slow velocity body and the reflector set the gap channel to improve the ultra thermal neutron flux. The thermal neutron absorber is used to absorb the thermal neutron to avoid the excessive dose of the normal tissue in the shallow layer, and the radiation shielding is used to shield the leakage of neutrons and photons to reduce the normal tissue dose of the non irradiated area.

【技术实现步骤摘要】
用于中子捕获治疗的射束整形体
本专利技术涉及一种射束整形体，尤其涉及一种用于中子捕获治疗的射束整形体。
技术介绍
随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastomamultiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relativebiologicaleffectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。硼中子捕获治疗(BoronNeutronCaptureTherapy,BNCT)是利用含硼(10B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由10B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和10B(n,α)7Li中子捕获核反应方程式，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(LinearEnergyTransfer,LET)、短射程特征，α粒子的线性能量转移与射程分别为150keV/μm、8μm，而7Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。因硼中子捕获治疗的成效取决于肿瘤细胞位置含硼药物浓度和热中子数量，故又被称为二元放射线癌症治疗(binarycancertherapy)；由此可知，除了含硼药物的开发，中子射源通量与品质的改善在硼中子捕获治疗的研究中占有重要角色。
技术实现思路
为了改善中子射源的通量与品质，本专利技术的一个方面提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其中，射束整形体包括靶材、邻接于靶材的缓速体、包围在缓速体外的反射体、与缓速体邻接的热中子吸收体、设置在射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，靶材与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一条轴线，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，反射体将偏离轴线的中子导回轴线以提高超热中子射束强度，缓速体和反射体之间设置间隙通道以提高超热中子通量，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗。加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，靶材由金属制成，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材发生核反应以产生中子。射束整形体能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV，缓速体由具有快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，反射体由具有中子反射能力强的材料制成，热中子吸收体由与热中子作用截面大的材料制成。作为一种优选地，缓速体由D2O、AlF3、FluentalTM、CaF2、Li2CO3、MgF2和Al2O3中的至少一种制成。进一步地，反射体由Pb或Ni中的至少一种制成，热中子吸收体由6Li制成，热中子吸收体和射束出口之间设有空气通道。辐射屏蔽包括光子屏蔽和中子屏蔽。作为一种优选地，光子屏蔽由Pb制成，中子屏蔽由PE(聚乙烯)制成。作为一种优选地，缓速体设置成包含一个柱体状和与柱体状邻接的一个锥体状的形状或者设置成两个相反方向相互邻接的锥体状。本专利技术实施例中所述的“柱体”或“柱体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势基本不变的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆柱体状的对应的轮廓线，也可以是曲率较大的接近线段的圆弧，如曲率较大的球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆柱体状或曲率较大的球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。本专利技术实施例中所述的“锥体”或“锥体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势逐渐变小的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆锥体状的对应的轮廓线，也可以是圆弧，如球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆锥体状或球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。附图说明图1是硼中子捕获反应示意图。图2是10B(n,α)7Li中子捕获核反应方程式。图3是本专利技术第一实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，在缓速体和反射体之间设置有间隙通道。图4是本专利技术第二实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成双锥体，且第一实施例中的间隙通道位置以缓速体材料填充。图5是本专利技术第三实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成双锥体，且第一实施例中的间隙通道位置以反射体材料填充。图6是中子能量与中子角度双微分的中子产率图。图7是本专利技术第四实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成柱体。图8是本专利技术第五实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，其中，缓速体设置成柱体+锥体。具体实施方式中子捕获治疗作为一种有效的治疗癌症的手段近年来的应用逐渐增加，其中以硼中子捕获治疗最为常见，供应硼中子捕获治疗的中子可以由核反应堆或加速器供应。本专利技术的实施例以加速器硼中子捕获治疗为例，加速器硼中子捕获治疗的基本组件通常包括用于对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速的加速器、靶材与热移除系统和射束整形体，其中加速带电粒子与金属靶材作用产生中子，依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有7Li(p,n)7Be及9Be(p,n)9B，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881MeV和2.055MeV，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为keV能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不须太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。理想的靶材应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、无太多强穿辐射产生、安全便宜易于操作且耐高温等特性，但实际上并无法找到符合所有要求的核反应，本专利技术的实施例中采用锂金属制成的靶材。但是本领域技术人员熟知的，靶材的材料也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于所述靶材的缓速体、包围在所述缓速体外的反射体、设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，所述靶材与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述中子形成中子射束，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述缓速体具有靠近射束入口的第一侧和远离射束入口的第二侧，靶材到射束出口的距离小于所述第一侧到射束出口的距离，所述反射体将偏离的中子导回以提高超热中子射束强度，所述辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

【技术特征摘要】
1.一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于所述靶材的缓速体、包围在所述缓速体外的反射体、设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，所述靶材与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述中子形成中子射束，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述缓速体具有靠近射束入口的第一侧和远离射束入口的第二侧，靶材到射束出口的距离小于所述第一侧到射束出口的距离，所述反射体将偏离的中子导回以提高超热中子射束强度，所述辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。2.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述中子射束限定一条轴线，所述缓速体设有至少一个远离射束出口的第一锥体状，所述第一侧为第一锥体状靠近射束入口的一侧，所述第一锥体状还包括远离射束入口的第三侧，所述第一锥体状的外轮廓沿着第三侧到第一侧整体趋势逐渐变小，所述靶材在轴线方向上位于第一侧与第三侧之间。3.根据权利要求2所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体还设有与所述第一锥体状邻接且靠近射束出口的第二锥体状，所述第二侧为第二锥体状靠近射束出口的一侧，所述第二锥体状还包括远离射束出口的第四侧，所述第二锥体状的外轮廓沿着第四侧到第二侧整体趋势逐渐变小。4.根据权利要求2所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体还设有与所述第一锥体状邻接且...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渊豪，李珮仪，
申请(专利权)人：南京中硼联康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32