一种热中子通量三维分布测量系统的中子探测器技术方案

本发明专利技术主要涉及硼中子俘获治疗技术领域，尤指一种用于BNCT仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统的中子探测器；中子探测器连接在三轴扫描台上其探测端采用锂玻璃闪烁体，三轴扫描台可带动锂玻璃闪烁体伸入仿真水模内部并实现移动扫描；本发明专利技术主要涉及硼中子俘获治疗技术领域，尤指一种用于BNCT仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，中子探测器连接在三轴扫描台上其探测端采用锂玻璃闪烁体。三轴扫描台可带动锂玻璃闪烁体伸入仿真水模内部并实现移动扫描，实时测量仿真水模中的热中子通量；本发明专利技术一方面用于验证BNCT装置的整体设计可靠性，另外，本发明专利技术还适用于BNCT质量控制与质量保证(QA/QC)，可为开展精准治疗提供有利保障。开展精准治疗提供有利保障。开展精准治疗提供有利保障。

【技术实现步骤摘要】
一种热中子通量三维分布测量系统的中子探测器


[0001]本专利技术主要涉及硼中子俘获治疗
，尤指一种用于BNCT仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统的中子探测器。

技术介绍

[0002]目前，硼中子俘获治疗(BNCT)装置治疗中子束的能量主要覆盖0.5eV
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10keV，入射人体后，这些超热中子与浅表组织内C、H、O等原子核相互作用转换成热中子，继而被肿瘤细胞内富集程度高的硼
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10原子俘获，释放出带电粒子并杀死肿瘤细胞。热中子通量表示了在空间一个确定点位置上，在单位时间内不论以任何方向射入以该点为中心的小球体的热中子数目除以该球体的最大截面积所得的商，其单位是n/cm2/s。在开展BNCT肿瘤治疗时，BNCT治疗计划系统会结合热中子通量在人体体模或者仿真水模内分布情况、靶区所在位置以及含硼浓度等信息，精准计算治疗时间，在最大程度上保护正常组织细胞的同时又给予靶区足够的辐射剂量，从而达到最佳治疗效果。
[0003]基于此，在实际应用中，需要一种用在BNCT装置上测量研究热中子通量在仿真水模内的三维空间分布的扫描测量系统，而目前BNCT实验测量技术主要集中于两个方面：其一重点关注硼原子在生物体内浓度值及其分布，诸多专利和文献集中于这一问题进行技术开发，其中主要采用PET、CT等医学仪器设备来进行测量研究；还有少量报道记录了采用闪烁体阵列耦合光纤探测待治疗生物体内硼原子与中子相互作用所释放出的具有特征能量的伽玛射线，并以此推导生命体内硼浓度及其分布的相关技术；采用固体径迹探测器对中子与硼原子反应释放出的α和7Li粒子进行小范围区域成像从而得到硼浓度及其分布的相关技术。第二个方面，主要针对BNCT质量控制与质量保证(QA/QC)所进行的技术开发。在日常开展BNCT治疗前，通常需要对BNCT装置输出的中子束流品质进行严格的、高准确性的测量，如此以确保BNCT装置实际产生中子与治疗计划系统所使用的中子源项保持高度一致。然而，用于BNCT的QA/QC相关技术当前未见有专利报道，仅有诸多科技论文对它进行大量讨论。调研表明，这些论文主要研究两个方面，其一是在BNCT束流引出孔位置直接开展中子学参数测量，主要测量对象为出口位置的中子能谱及通量等。然而，如上文所述，BNCT所产生中子大部分是能量覆盖0.5eV
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10keV的超热中子束，现有中子探测技术对这个能量区间的中子能谱的直接测量尚存在较大困难，测量所引入的误差通常较大。不少文献记载了针对BNCT产生中子的间接测量方案，在实施时，先采用诸如聚乙烯、水等含氢比例较大的材料将装置输出的超热中子慢化成能量相对更低的热中子，其后采用现有的、较为成熟的热中子探测技术测量热中子通量，再通过反演算法得到超热中子能谱。然而，这种间接测量过程往往要借助先验的仿真模拟信息，其测量精度十分有限，因此，在引出孔直接开展QA/QC的技术手段目前难以妥善满足高精度测量的刚性需求。第二个方面，是通过直接测量人体仿真水模中的热中子通量分布，从而达到QA/QC相关测量需求。由于水在生物体的含量极高[大脑组织中水的比重超过了80％]，在研究BNCT产出束流与生命体相互作用时，国际上通常使用尺寸与人体头型近似的水模进行替代。如此，表征BNCT装置束流品质可转换为测量中子
束入射到仿真水模后的分布来展现。由于水是很好的中子慢化介质，BNCT装置产出的超热中子入射到水模中会被慢化成热中子，通过较为成熟的热中子测量技术，测量仿真水模中通量分布，从而可以在很大程度上准确评估BNCT中子束流品质。现有文献报道的大多数采用了离线测量方法(如金丝活化法测量深度分布,铜箔活化法测量二维分布)，这些方法不能实时在线展示仿真水模内的通量分布。
[0004]综上，目前尚无任何技术、专利或论文报道可实时测量仿真水模内热中子通量三维分布的技术手段。

技术实现思路

[0005]为了填补可实时测量仿真水模内热中子通量三维分布的技术空白，本专利技术旨在提供一种用于BNCT仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，用于在线实时测量硼中子俘获治疗装置输出治疗束流入射人体仿真水模所引起的热中子通量三维分布。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，所述的测量系统主要包括三轴扫描台、仿真水模、中子探测器和远程控制器，中子探测器连接在三轴扫描台上其探测端采用锂玻璃闪烁体，三轴扫描台可带动锂玻璃闪烁体伸入仿真水模内部并实现移动扫描。
[0007]所述的锂玻璃闪烁体后端耦合有光纤。
[0008]所述的锂玻璃闪烁体外围涂抹有光学反射材料。
[0009]所述的锂玻璃闪烁体采用黑色有机胶进行包覆。
[0010]所述的锂玻璃闪烁体中的6Li丰度为5
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10％。
[0011]所述的锂玻璃闪烁体切割成颗粒状。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种用于BNCT仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，是一种专用于BNCT束流入射到仿真水模内部的热中子通量三维分布测量系统，具有可实时显示、高精度、高空间分辨率、成本低廉、方便快捷、省时省力的优点，可应用于BNCT装置日常QA/QC实践中，一方面用于验证BNCT装置的整体设计可靠性，另外，本专利技术还适用于BNCT质量控制与质量保证(QA/QC)，可为开展精准治疗提供有利保障。
附图说明
[0013]图1是本专利技术中整体结构布局示意图。
[0014]图2是本专利技术的结构示意图。
[0015]图3是本专利技术在仿真水模内的工作逻辑示意图。
[0016]附图标注说明：1
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三轴扫描台，11
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伺服电机，12
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扫描连接杆，2
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仿真水模，3
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中子探测器，31
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锂玻璃闪烁体，32
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反射材料，33
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光学耦合剂，34
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有机胶，35
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光纤，36
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硅光电倍增管，4
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电子学系统，5
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数据获取分析软件。
具体实施方式
[0017]一种用于BNCT仿真水模2内部的热中子通量三维分布测量系统，所述的测量系统
主要包括三轴扫描台1、仿真水模2、中子探测器3和远程控制器，中子探测器3连接在三轴扫描台1上并设置在仿真水模2上方，中子探测器3的探测端采用锂玻璃闪烁体31，所述的锂玻璃闪烁体31采用6Li；锂玻璃闪烁体31切割成尺寸小于或等于2mm*2mm*1mm的颗粒状；三轴扫描台1可带动锂玻璃闪烁体31伸入仿真水模2内部并实现移动扫描，实时测量仿真水模2中的热中子通量。
[0018]所述的中子探测器3由锂玻璃闪烁体31、光纤35、硅光电倍增管36(SiPM)、电子学系统4以及数据获取分析软件5组成；锂玻璃闪烁体31涂抹光学耦合剂33后与光纤3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，其特征在于：所述的中子探测器由锂玻璃闪烁体、光纤、硅光电倍增管、电子学系统以及数据获取分析软件组成；锂玻璃闪烁体涂抹光学耦合剂后与光纤连接。2.根据权利要求1所述的一种热中子通量三维分布测量系统的中子探测器，其特征在于：所述的锂玻璃闪烁体后端耦合光纤，通过光纤将闪烁光传输至仿真水模外部进行光信号处理。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，梁天骄，陈俊阳，唐彬，陈少佳，王修库，童剑飞，胡志良，傅世年，
申请(专利权)人：散裂中子源科学中心，
类型：新型
国别省市：