用于产生、慢化和配置用于中子俘获治疗的中子束的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于产生、慢化和配置中子束的装置，包括：入口开口(1)，质子束通过入口开口(1)引入；靶(2)，质子束针对该靶加速以产生中子；慢化体(3)，其使中子达到超热范围的能量；反射罩(4)，其包围慢化体(3)；过滤级(5)；中子束的出口开口(6)；以及屏蔽体(7)，其用于抑制不通过所述出口开口排出装置的中子和伽马辐射。过滤级(5)包括至少三层，分别用于过滤：快中子、热中子和伽马辐射。本发明专利技术用于中子俘获治疗，更具体地，用于硼治疗。用于硼治疗。用于硼治疗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生、慢化和配置用于中子俘获治疗的中子束的装置


[0001]本专利技术大体涉及一种用于产生、慢化和配置束的装置，更具体地，该束为用于中子俘获治疗的中子束。

技术介绍

[0002]硼中子俘获疗法(通常基于“硼中子俘获疗法”的英文首字母缩写为BNCT)是一种实验性癌症放射疗法，其独特之处在于它具有细胞水平的选择性，使得可以以分化的方式控制施用于健康组织和肿瘤组织的剂量。以这种方式，可以杀死肿瘤细胞而不损伤周围的健康组织。BNCT技术主要基于用中子辐照此前已给予硼化合物的患者(因为
10
B很有可能被中子俘获)。通常，所述中子束是通过核反应堆产生的，或最近使用粒子加速器产生。硼优先与癌细胞结合，使得当中子与硼相互作用时，发生杀死或严重损伤癌细胞的核反应，使相邻组织的细胞几乎没有任何损伤。
[0003]为了能够实施硼中子俘获治疗，需要具有特定性质的中子束。该中子束必须是超热类型的(即，具有在0.5eV和10keV之间的能量)并且具有适于待治疗的肿瘤类型的强度。此外，该束一定具有低的热中子(能量小于0.5eV)、快中子(能量大于10keV)以及伽马辐射的污染。同样，治疗必须考虑超热中子的热化效应(即，这些中子穿过组织时其能量降低的过程，3至6cm深度时达到热峰值)。此外，要求中子束具有低发散度，因为这允许将对肿瘤的辐射剂量最大化，而患者身体的其余部分接收最低的可能剂量。这些条件已经在国际原子能机构(英文首字母缩写为IAEA)的1223号技术文件中标准化(参见D.Rorer等人的文献：“中子俘获治疗的现状(Current Status of Neutron Capture Therapy,IAEA TECDOC 1223)，IAEA TECDOC 1223.”，国际原子能机构(International Atomic Energy Agency)，维也纳，2011)。
[0004]在现有技术中(例如，I.伯勒斯(I.Porras)等人，“癌症的中子俘获治疗展望(Perspectives on Neutron Capture Therapy of Cancer)”，CERN Proc.，1，295
‑
304，2019；和托雷斯
‑
桑切斯(Torres
‑
S
á
nchez)等人，“用于硼中子俘获治疗的超热中子能量上限(On the upper limit for the energy of epithermal neutrons for Boron Neutron Capture Therapy)”，辐射物理与化学(Radiation Physics and Chemistry)，156，240
‑
244，2019)，已经公开了用于BNCT治疗的最佳中子能量在几keV(1
‑
10keV)的范围内，这取决于其所施用的组织。此外，为了确保中子束在BNCT治疗中的适用性，建议测量与辐射在组织中的穿透能力有关的下列质量因素：
[0005]‑
优势深度(因其英文首字母缩写更常被称为AD)：其被定义为肿瘤接收的辐射剂量等于在健康组织中沉积的最大剂量时在组织中的深度。该参数确定BNCT治疗的推荐最大施用深度。
[0006]‑
可治疗的深度(TD)：其表示肿瘤组织中的剂量是在健康组织中沉积的最大剂量的两倍时的深度。因此它决定了BNCT治疗最有效的区域。
[0007]‑
优势深度剂量率(ADDR)：其等同于健康组织中的最大剂量率。如果治疗时间是固
定的，则允许得知健康组织接收的最大剂量。
[0008]‑
治疗比率(TR)：其由肿瘤中的最大剂量与健康组织中的最大剂量之比给出。因此，该参数应该被最大化以防止对健康组织的损害。
[0009]IAEA还定义了关于与所产生的中子的能量有关的参数的其他一系列建议：
[0010]‑
超热通量(φ
epi
)：其测量轰击到组织的超热中子通量。建议指出，该参数应大于每平方厘米每秒的109超热中子(n)(单位：n/cm2s)。
[0011]‑
热中子和超热中子的比率：φ
th
/φ
epi
，其中φ
th
为热中子通量，其应低于0.05(按每单位来表示)。
[0012]‑
总电流(J
n
)和总通量的比率：J
n
/φ
n
，其与所产生的束的方向和发散度有关。该参数越大，束聚焦越好，并且肿瘤组织附近的健康组织越少地被辐射。期望该参数大于0.7。
[0013]‑
每个超热中子的快中子剂量(D
fast
)：期望将该参数最小化至低于2.10
‑
13
Gy
·
cm2/n。
[0014]‑
每个超热中子的伽马辐射剂量(D
γ
)：与前述相同，期望将该剂量最小化以减少患者接收的辐射。其值必须低于2.10
‑
13
Gy
·
cm2/n。
[0015]经常使用组织参考模型的模拟，例如ICRU4标准组织模体(由“国际辐射单位和测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements)”推荐)和斯奈德(Snyder)脑模型(参见W.S.斯奈德(W.S.Snyder)等人，“均匀分布在异质模体中的单能光子源的吸收分数估计(Estimates of absorbed fractions for monoenergetic photon sources uniformly distributed in various organs ofa heterogeneous phantom)”，橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Lab)，Tenn.，J.Nucl.Med.10：Suppl.No.3，7
‑
5，1969)来比较不同的BNCT治疗装置。
[0016]在过去，使用来自核反应堆的中子源进行BNCT。作为参考，应该提及FiR
‑
l设施(位于赫尔辛基的核反应堆，目前已被拆除)和京都的KURRI设施。然而，目前由于低能量和高强度加速器技术的发展，BNCT治疗可以在医院环境中进行(参见布鲁格，R.M.(Brugger，R.M.)等人，“调查员报告(Rapporteurs
’
report)：中子俘获治疗的中子束设计、发展和性能(Neutron beam design，development，and performance for neutron capture therapy)”斯普林格(Springer)，波士顿，MA，1990.3
‑
12)。例如，“基于回旋加速器的超热中子源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于产生、慢化和配置中子束的装置，所述装置基于由质子束产生中子，所述装置包括：
‑
入口开口(1)，所述质子束通过所述入口开口(1)引入；
‑
靶(2)，其布置在所述质子束引入的路径中，以便与所述束进行核相互作用并产生限定传播主轴的中子束；
‑
靶(2)的冷却模块；
‑
慢化体(3)，其与所述靶(2)相邻，具有从所述靶(2)开始在所述束的方向上到过滤级(5)的19.62cm至23.98cm的厚度(W2)，其中在所述核相互作用中产生的中子被慢化到超热范围的能量，
‑
反射罩(4)，其包围慢化体(3)，以将偏转的中子重定向到所述主轴并增加超热中子通量；
‑
出口开口(6)，所述中子束通过所述出口开口(6)排出；和
‑
屏蔽体(7)，其围绕所述出口开口(6)布置以抑制不通过所述出口开口(6)排出所述装置的中子和伽马辐射；和
‑
过滤级(5)，其与所述出口开口(6)相邻并且还被所述反射罩(4)包围，以在所述中子束通过所述出口开口(6)排出所述装置之前过滤所述中子束；其中所述过滤级(5)包括至少三个层：快中子过滤层、热中子过滤层和伽马辐射过滤层。2.根据前述权利要求所述的装置，其中，所述慢化体的总厚度(L4+L5)在24.64cm至36.96cm之间，将所述靶和加速器的管道的部分覆盖至所述入口开口。3.根据前述权利要求所述的装置，其中，所述慢化体(3)由以下材料中的至少一者制造：石墨、D2O、AlF3、CaF2、Li2CO3、MgF2、Al2O3，或其组合。4.根据前述权利要求所述的装置，其中，所述慢化体(3)由MgF2制造。5.根据前述权利要求中任一项所述的用于产生、慢化和配置中子束的装置，其中，包括在所述过滤级中的所述快中子过滤层具有1.00cm
±
15％的厚度(L1)。6.根据前述权利要求中任一项所述的用于产生、慢化和配置中子束的装置，其中，包括在所述过滤级(5)中的所述快中子过滤层具有0.20cm
±
20％的厚度(L2)。7.根据前述权利要求中任一项所述的用于产生、慢化和配置中子束的装置，其中，包括在所述过滤级(5)中的所述伽马辐射过滤层具有1.00cm
±
15％的厚度(L3)。8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述快中子过滤层包括Al、Fe或Ni。9.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述快中子过滤层由Al制造。10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述热中子过滤层包括
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B、6Li、G...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊纳西奥，
申请(专利权)人：西班牙格拉纳达大学，
类型：发明
国别省市：