CN111821580A - 中子捕获治疗系统及用于中子捕获治疗系统的射束整形体 - Google Patents

Abstract

一种中子捕获治疗系统及用于中子捕获治疗系统的射束整形体，能够防止射束整形体材料本身变形损坏，改善中子射源的通量与品质。本发明的中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，中子产生装置包括加速器和靶材，加速器加速产生的带电粒子线与靶材作用产生中子，中子形成中子束，中子束限定一根主轴，射束整形体包括缓速体、反射体和辐射屏蔽体，射束整形体还包括容纳缓速体的框架。

Description

中子捕获治疗系统及用于中子捕获治疗系统的射束整形体

技术领域

本发明一方面涉及一种辐射线照射系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统；本发明另一方面涉及一种用于辐射线照射系统的射束整形体，尤其涉及一种用于中子捕获治疗系统的射束整形体。

背景技术

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(glioblastoma multiforme)、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(relative biological effectiveness,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(Boron Neutron Capture Therapy,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(Linear EnergyTransfer,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(binary cancer therapy)；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。

因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为了改善中子射源的通量与品质，本发明的一个方面提供一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子，所述中子形成中子束，所述中子束限定一根主轴，所述射束整形体包括缓速体、反射体和辐射屏蔽体，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，所述反射体包围所述缓速体并将偏离所述主轴的中子导回至所述主轴以提高超热中子束强度，所述辐射屏蔽体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，所述射束整形体还包括容纳所述缓速体的框架。框架对缓速体形成定位和支撑，能够改善中子射源通量与品质。

进一步地，所述缓速体为可调整的，所述框架包括固定所述缓速体的定位构件和止位构件，所述定位构件和止位构件的材料被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于7天，所述定位构件和止位构件的材料为铝合金、钛合金、铅锑合金、不含钴的钢材、碳纤维、PEEK或高分子聚合物。定位构件可以方便地调整缓速体的尺寸，从而调整中子束通量，止位构件在调整完后可以快速、方便地实现缓速体的封装。

进一步地，所述缓速体包括基本部分和补充部分，所述基本部分和补充部分材料不同，所述框架形成至少一个容纳单元，所述容纳单元包括邻接的第一容纳单元和第二容纳单元，所述基本部分容纳在所述第一容纳单元内且为分片式可调整的，当减少所述基本部分的片数时，在所述第一容纳单元内设置所述定位构件进行补充，所述止位构件用于固定所述基本部分。补充部分可以降低缓速体的制造成本，同时，不会对射束品质有较大的影响；定位构件和止位构件可以方便地调整缓速体的基本部分。

进一步地，所述框架包括可拆卸连接的主框架和次框架，所述第一容纳单元由所述主框架的至少一部分包围形成，所述第二容纳单元由所述主框架的至少一部分和所述次框架的至少一部分包围形成，所述补充部分容纳在所述第二容纳单元内，次框架的设置便于更换缓速体的补充部分。所述主框架的材料为铝合金，具有较好的力学性能且被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短；所述次框架的材料为碳纤维复合材料，被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短，带来的辐射低。所述基本部分的材料包括D₂O、Al、AlF₃、MgF₂、CaF₂、LiF、Li₂CO₃或Al₂O₃中的至少一种，与快中子作用截面大、超热中子作用截面小，具有较好的缓速作用；所述基本部分含Li-6，所述基本部分同时作为所述热中子吸收体；所述补充部分的材料包括Zn、Mg、Al、Pb、Ti、La、Zr、Bi、C中的至少一种，补充部分选用较易获得的材料，可以降低缓速体的制造成本，同时具有一定的中子缓速作用，不会对射束品质有较大的影响。

进一步地，所述主框架包括沿所述中子束方向依次设置并围绕所述主轴周向封闭的第一壁、第二壁及连接所述第一壁和第二壁的第一横板，所述第一横板垂直于所述中子束方向延伸，所述第一壁用于安装所述加速器的传输管，所述第二壁包围形成所述第一容纳单元，所述第一壁到所述主轴的径向距离小于所述第二壁到所述主轴的径向距离。缓速体的基本部分包围靶材，使得由靶材产生的中子在各个方向均能被有效缓速，能进一步提升中子通量和射束品质。

进一步地，所述主框架包括围绕所述中子束方向周向封闭的第三壁，所述第二壁到所述主轴的径向距离小于所述第三壁到所述主轴的径向距离，所述框架还包括沿所述中子束方向分别设置在所述第三壁两侧并与第三壁连接的第一、第二侧板，所述次框架包括沿所述中子束方向在所述第二壁和第二侧板之间设置的第二横板。

作为一种优选地，所述次框架还包括围绕所述中子束方向周向封闭并延伸在所述第二横板和第二侧板之间的第四壁，所述中子捕获治疗系统还包括准直器，所述第四壁形成所述准直器的安装部和/或射束出口，在射束出口方向采用碳纤维制成的次框架，相比铝合金，活化程度更小，且强度高，还有一定的缓速作用，次框架同时作为准直器的安装部。所述主框架还包括设置在所述第一侧板和第二横板之间并从所述第一壁延伸到所述第二壁或第三壁的径向隔板，所述第一壁、第二壁、第三壁、第一横板、第二横板和第一侧板包围形成所述第二容纳单元，所述径向隔板将所述第二容纳单元在周向分为若干子区域，所述第三壁、第四壁、第二横板和第二侧板包围形成第三容纳单元，所述第二容纳单元内还设置有所述反射体/辐射屏蔽体的至少一部分，所述第三容纳单元内设置至少部分所述辐射屏蔽体，所述第一、第二侧板的材料为铅锑合金，铅能够起到进一步屏蔽辐射的作用，同时铅锑合金强度较高。

作为另一种优选地，所述基本部分在朝向所述第一侧板的第一端面设置中心孔，所述中心孔用于容纳所述加速器的传输管和靶材，当所述基本部分满装时，所述补充单元靠近所述第二侧板的第一端面与所述基本部分靠近所述第二侧板的第二端面平齐。与所述基本部分的第二端面邻接设置屏蔽板，所述屏蔽板为铅板，铅可以吸收缓速体中释放的伽玛射线，所述屏蔽板在所述中子束方向的厚度小于等于5cm，不会反射穿过缓速体的中子；当减少所述基本部分的片数时，邻接所述屏蔽板设置定位构件。所述框架还包括固定所述基本部分的止位构件，所述止位构件邻接所述第二横板设置，所述止位构件可拆卸连接到所述主框架和/或次框架，便于调整和更换缓速体的基本部分。

本发明另一方面提供一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置产生的中子形成中子束，所述中子束限定一根主轴，所述射束整形体能够调整所述中子束的射束品质，所述射束整形体包括缓速体、反射体和辐射屏蔽体，所述缓速体将自所述中子产生装置产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离所述主轴的中子导回至所述主轴以提高超热中子束强度，所述辐射屏蔽体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，所述射束整形体还包括容纳所述缓速体的框架，所述框架包括可拆卸连接的主框架和次框架。框架对缓速体形成定位和支撑，能够改善中子射源通量与品质；主框架和次框架可拆卸连接，便于更换缓速体。

本发明所述的中子捕获治疗系统及其射束整形体，框架对缓速体形成定位和支撑，能够改善中子射源的通量与品质。

附图说明

图1为硼中子捕获反应示意图；

图2为¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获核反应方程式；

图3为本发明实施例的中子捕获治疗系统示意图；

图4为本发明实施例的中子捕获治疗系统的射束整形体及准直器的示意图；

图5为图4中的框架的示意图；

图6为图5中的主框架从中子束N方向看过去的示意图；

图7为图5中的主框架从与中子束N方向相反的方向看过去的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图3，本实施例中的中子捕获治疗系统优选为硼中子捕获治疗系统100，包括中子产生装置10、射束整形体20、准直器30和治疗台40。中子产生装置10包括加速器11和靶材T，加速器11对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速，产生如质子线的带电粒子线P，带电粒子线P照射到靶材T并与靶材T作用产生中子，中子形成中子束N，中子束限定一根主轴X，靶材T优选为金属靶材。图示及下文所述中子束N方向不代表实际的中子运动方向，而是代表中子束N整体运动趋势的方向。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，不需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。本领域技术人员熟知的，靶材T也可以由Li、Be之外的金属材料制成，例如由Ta或W及其合金等形成。加速器11可以是直线加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器。

硼中子捕获治疗的中子源产生的为混合辐射场，即射束包含了低能至高能的中子、光子；对于深部肿瘤的硼中子捕获治疗，除了超热中子外，其余的辐射线含量越多，造成正常组织非选择性剂量沉积的比例越大，因此这些会造成不必要剂量的辐射应尽量降低。除了空气射束品质因素，为更了解中子在人体中造成的剂量分布，本发明的实施例中使用人体头部组织假体进行剂量计算，并以假体射束品质因素来作为中子射束的设计参考，将在下文详细描述。

国际原子能机构(IAEA)针对临床硼中子捕获治疗用的中子源，给定了五项空气射束品质因素建议，此五项建议可用于比较不同中子源的优劣，并供以作为挑选中子产生途径、设计射束整形体时的参考依据。这五项建议分别如下：

超热中子射束通量Epithermal neutron flux>1x10⁹n/cm²s

快中子污染Fast neutron contamination<2x10^-13Gy-cm²/n

光子污染Photon contamination<2x10^-13Gy-cm²/n

热中子与超热中子通量比值thermal to epithermal neutron flux ratio<0.05

中子电流与通量比值epithermal neutron current to flux ratio>0.7

注：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。

1、超热中子射束通量：

中子射束通量和肿瘤中含硼药物浓度共同决定了临床治疗时间。若肿瘤含硼药物浓度够高，对于中子射束通量的要求便可降低；反之，若肿瘤中含硼药物浓度低，则需高通量超热中子来给予肿瘤足够的剂量。IAEA对于超热中子射束通量的要求为每秒每平方厘米的超热中子个数大于10⁹，此通量下的中子射束对于目前的含硼药物而言可大致控制治疗时间在一小时内，短治疗时间除了对病人定位和舒适度有优势外，也可较有效利用含硼药物在肿瘤内有限的滞留时间。

2、快中子污染：

由于快中子会造成不必要的正常组织剂量，因此视之为污染，此剂量大小和中子能量呈正相关，因此在中子射束设计上应尽量减少快中子的含量。快中子污染定义为单位超热中子通量伴随的快中子剂量，IAEA对快中子污染的建议为小于2x10^-13Gy-cm²/n。

3、光子污染(γ射线污染)：

γ射线属于强穿辐射，会非选择性地造成射束路径上所有组织的剂量沉积，因此降低γ射线含量也是中子束设计的必要要求，γ射线污染定义为单位超热中子通量伴随的γ射线剂量，IAEA对γ射线污染的建议为小于2x10^-13Gy-cm²/n。

4、热中子与超热中子通量比值：

由于热中子衰减速度快、穿透能力差，进入人体后大部分能量沉积在皮肤组织，除黑色素细胞瘤等表皮肿瘤需用热中子作为硼中子捕获治疗的中子源外，针对脑瘤等深层肿瘤应降低热中子含量。IAEA对热中子与超热中子通量比值建议为小于0.05。

5、中子电流与通量比值：

中子电流与通量比值代表了射束的方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性的中子束可减少因中子发散造成的周围正常组织剂量，另外也提高了可治疗深度及摆位姿势弹性。IAEA对中子电流与通量比值建议为大于0.7。

利用假体得到组织内的剂量分布，根据正常组织及肿瘤的剂量-深度曲线，推得假体射束品质因素。如下三个参数可用于进行不同中子射束治疗效益的比较。

1、有效治疗深度：

肿瘤剂量等于正常组织最大剂量的深度，在此深度之后的位置，肿瘤细胞得到的剂量小于正常组织最大剂量，即失去了硼中子捕获的优势。此参数代表中子射束的穿透能力，有效治疗深度越大表示可治疗的肿瘤深度越深，单位为cm。

2、有效治疗深度剂量率：

即有效治疗深度的肿瘤剂量率，亦等于正常组织的最大剂量率。因正常组织接收总剂量为影响可给予肿瘤总剂量大小的因素，因此参数影响治疗时间的长短，有效治疗深度剂量率越大表示给予肿瘤一定剂量所需的照射时间越短，单位为cGy/mA-min。

3、有效治疗剂量比：

从大脑表面到有效治疗深度，肿瘤和正常组织接收的平均剂量比值，称之为有效治疗剂量比；平均剂量的计算，可由剂量-深度曲线积分得到。有效治疗剂量比值越大，代表该中子射束的治疗效益越好。

为了使射束整形体在设计上有比较依据，除了五项IAEA建议的空气中射束品质因素和上述的三个参数，本发明实施例中也利用如下的用于评估中子射束剂量表现优劣的参数：

1、照射时间≤30min(加速器使用的质子电流为10mA)

2、30.0RBE-Gy可治疗深度≥7cm

3、肿瘤最大剂量≥60.0RBE-Gy

4、正常脑组织最大剂量≤12.5RBE-Gy

5、皮肤最大剂量≤11.0RBE-Gy

注：RBE(Relative Biological Effectiveness)为相对生物效应，由于光子、中子会造成的

生物效应不同，所以如上的剂量项均分别乘上不同组织的相对生物效应以求得等效剂量。

中子产生装置10产生的中子束N依次通过射束整形体20和准直器30照射向治疗台40上的患者200。射束整形体20能够调整中子产生装置10产生的中子束N的射束品质，准直器30用以汇聚中子束N，使中子束N在进行治疗的过程中具有较高的靶向性。射束整形体20进一步包括框架21和主体部23，至少部分主体部23容纳在框架21内，框架21对主体部23形成支撑，防止材料本身变形损坏，影响换靶及射束品质。主体部23包括缓速体231、反射体232和辐射屏蔽体233，中子产生装置10生成的中子由于能谱很广，除了超热中子满足治疗需要以外，需要尽可能的减少其他种类的中子及光子含量以避免对操作人员或患者造成伤害，因此从中子产生装置10出来的中子需要经过缓速体231将其中的快中子能量调整到超热中子能区，缓速体231由与快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，如包括D₂O、Al、AlF₃、MgF₂、CaF₂、LiF、Li₂CO₃或Al₂O₃中的至少一种；反射体232包围缓速体231，并将穿过缓速体232向四周扩散的中子反射回中子束N以提高中子的利用率，由具有中子反射能力强的材料制成，如包括Pb或Ni中的至少一种；辐射屏蔽体234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，辐射屏蔽体234的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一种，如光子屏蔽材料铅(Pb)和中子屏蔽材料聚乙烯(PE)。可以理解，主体部还可以有其他的构造，只要能够获得治疗所需超热中子束即可。靶材T设置在加速器11和射束整形体20之间，加速器11具有传输带电粒子线P的传输管111，本实施例中，传输管111沿带电粒子线P方向伸入射束整形体20，并依次穿过缓速体231和反射体232，靶材T设置在缓速体231内并位于传输管111的端部，以得到较好的中子射束品质。本实施例中，传输管111与缓速体231和反射体232之间设置第一、第二冷却管D1、D2，第一、第二冷却管D1、D2的一端分别与靶材T的冷却进口(图未示)和冷却出口(图未示)连接，另一端连接到外部冷却源(图未示)。可以理解，第一、第二冷却管还可以以其他方式设置在射束整形体内，当靶材置于射束整形体之外时，还可以取消。

参阅图4和图5，框架21包括围绕主轴X周向封闭的第一壁211和沿中子束N方向分别设置在第一壁211两侧并与第一壁211连接的第一、第二侧板221、222，第一侧板221上设置传输管111穿过的孔2211，第二侧板222上设置形成射束出口的孔2221，第一壁211和第一、第二侧板221、222之间形成缓速体的容纳部C，反射体和/或辐射屏蔽体的至少一部分也设置在容纳部C内。容纳部C包括至少一个容纳单元C1-C3(下文详述)，每个容纳单元C1-C3容纳缓速体231、反射体232和辐射屏蔽体233中的至少1个，至少一个容纳单元同时容纳缓速体、反射体和辐射屏蔽体中的至少2个或同时容纳至少两种不同的材料，缓速体231包括基本部分和补充部分，基本部分和补充部分分别容纳在不同的容纳单元内。可以理解，也可以不设置第一、第二侧板，由第一壁包围形成容纳部。

框架21还包括沿中子束N方向设置在第一、第二侧板221、222之间的第一横板223，围绕主轴X周向封闭并延伸在第一横板223和第一侧板221之间的第二壁212及围绕主轴X周向封闭并从第一横板223向第二侧板222延伸的第三壁213。第二壁212比第三壁213在径向上更靠近主轴X，第三壁213径向上位于第一壁211和第二壁212之间，第一横板223延伸在第二壁212和第三壁213之间。第二壁212的内表面与第一侧板221上孔2211的侧壁在同一表面上，第二壁212形成传输管111、第一、第二冷却管D1、D2等的安装部。可以理解，第一横板可以延伸到第一壁。

框架21还包括沿中子束N方向在第三壁213和第二侧板222之间设置的第二横板224，围绕主轴X周向封闭并延伸在第二横板224和第二侧板222之间的第四壁214，邻接第二横板224设置在第二横板224和第二侧板222之间的第三横板225。第二横板224从第一壁211延伸到第三壁213的内侧，第四壁214径向上位于第一壁211和第三壁213之间，第四壁214的内表面与第二侧板222上孔2221的侧壁在同一表面上，第四壁214与第二侧板222上的孔2221共同形成射束出口，第三横板225上形成中子束N穿过的孔2251，第三壁213径向上位于第四壁214和第三横板225上的孔2251的内壁之间，第三横板225的外壁位于第四壁214的内表面和第三壁213的内表面之间。

本实施例中，第一、第二、第三、第四壁在垂直于主轴X方向的横截面均为围绕主轴X的圆环并平行于主轴X延伸，侧板、横板均为垂直于主轴X延伸的平板，可以理解，也可以有其他设置，如延伸方向与主轴倾斜；框架还可以包括围绕主轴X周向封闭的多个壁及在壁之间设置的多个横板，还可以用于容纳或支撑射束整形体的其他部分。

在中子束N方向上从第一横板223到第三横板225并由第三壁213包围的区域形成柱体状的第一容纳单元C1，第一壁211、第二壁212、第三壁213、第一侧板221、第一横板223和第二横板224之间形成第二容纳单元C2，第一壁211、第四壁214、第二横板224和第二侧板222之间形成第二容纳单元C3。

第一容纳单元C1内设置氟化镁块241作为缓速体232的基本部分，氟化镁块241含Li-6，可同时作为热中子吸收体，氟化镁块241整体为柱状，其朝向第一侧板221的端面设置中心孔2411，中心孔2411用于容纳传输管111、第一、第二冷却管D1、D2和靶材T等，中心孔2411为圆柱孔，中心孔的侧壁2411a与第二壁212的内表面在同一表面上，第二壁212到主轴X的径向距离L1小于第三壁213到主轴X的径向距离L2，从而缓速体231的基本部分包围靶材T，使得由靶材T产生的中子在各个方向均能被有效缓速，能进一步提升中子通量和射束品质。在氟化镁块241和第三横板225之间设置铅板242，铅板242作为光子屏蔽体，铅可以吸收缓速体中释放的伽玛射线，同时铅板242在中子束N方向的厚度小于等于5cm，不会反射穿过缓速体的中子，可以理解，也可以有其他的设置，如氟化镁块241不含Li-6，而是在氟化镁块241和第三横板225之间设置单独的Li-6构成的热中子吸收体，铅板也可以取消。

第二容纳单元C2内设置铝合金块243和铅块244，铝合金块243具有与第二壁212、第三壁213、第一横板243接触的面，从而铝合金块243作为缓速体231的补充部分包围设置在第一容纳单元C1内的缓速体231的基本部分2311。铝合金块243作为缓速体232的补充部分，可以降低缓速体的制造成本，同时，不会对射束品质有较大的影响。第三容纳单元C3内设置相应形状的PE块245。本实施例中辐射屏蔽体233包括中子屏蔽体和光子屏蔽体，PE块245作为中子屏蔽体，铅块244同时作为反射体232和光子屏蔽体。可以理解，第二容纳单元C2内还可以设置PE块作为中子屏蔽体。

氟化镁块241采用分片制作，便于质量控制及通过增减片数来调整射束强度，如图4所示实施例，氟化镁块241满装的时候，氟化镁块241与铝合金块243靠近第二侧板242的端面平齐，铅板242与氟化镁块241靠近第二侧板242的端面邻接设置并与第三横板225接触。当减少氟化镁块241的片数时，在铅板242和第三横板225之间设置定位环226(如图5)进行相应的补充，可以理解，定位环226也可也设置在氟化镁块241和铅板242之间，第三横板225作为止位环，定位环226也具有与止位环相同孔径的用于中子束N通过的孔2261。可预先设置不同厚度的定位环226，以起到定位氟化镁块241的作用，定位环226和止位环(第三横板225)的材料为碳纤维，被中子活化后产生的放射性同位素半衰期较短。可以理解，定位环和止位环还可以替换为其他形式的定位和止位构件。定位构件可以方便地调整缓速体的尺寸，从而调整中子束通量，止位构件在调整完后可以快速、方便地实现缓速体的封装。

可以理解，本实施例中作为中子屏蔽体的PE可以替换为其他中子屏蔽材料；作为光子屏蔽体的铅可以替换为其他光子屏蔽材料；作为反射体的铅可以替换为其它中子反射能力强的材料；作为缓速体基本部分的氟化镁可以替换为其它与快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料；作为热中子吸收体的Li-6可以替换为其它与热中子作用截面大的材料；作为缓速体补充部分的铝合金可以替换为包括Zn、Mg、Al、Pb、Ti、La、Zr、Bi、Si、C中的至少一种的材料，补充部分选用较易获得的材料，可以降低缓速体的制造成本，同时具有一定的中子缓速作用，不会对射束品质有较大的影响。

参阅图6和图7，框架21还设置有径向隔板210，径向隔板210所在的平面延伸穿过主轴X，将容纳单元C2在周向分为至少两个子区域，从而容纳单元C2内设置的铅块、铝合金块在周向上均分为至少两个子模块。本实施例中，径向隔板210设置在第一侧板221和第二横板224之间，从第一壁211延伸到第二壁212或第三壁213，径向隔板210为4个沿周向平均分布的平板；可以理解，也可以为其他个数或有其他排布，或不设置径向隔板。

本实施例中，径向隔板210、第一横板223和第一、第二、第三壁211-213是一体的，作为主框架21a，材料为铝合金，具有较好的力学性能且被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短。可以采用铸造工艺，支模一体成型，其中模板选取木模或铝模，砂芯可选用红砂或树脂砂，具体工艺选用业内常用的方式。由于铸造会伴有脱模斜度，根据设计及射束品质的要求，机加工需要将其全部去除。该结构形式以及铸造工艺使框架结构具有整体性好，刚度大、承载能力高的优点。考虑到机加工的刀具所限及直角边的应力集中，所有拐角处均倒圆角。也可以是板材卷制焊接或者先锻造出一个铝合金圆柱，然后对该圆柱进行机加工成型。第二横板224和第四壁217是一体的，作为次框架21b，采用碳纤维复合材料，具体工艺选用业内常用的方式。铝合金及碳纤维复合材料被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短，带来的辐射低。在射束出口方向采用碳纤维，相比铝合金，活化程度更小，且强度高，还有一定的缓速作用。主框架21a与次框架21b采用螺栓连接，在第三壁213朝向第二侧板222的端面上均匀机加工第一螺纹孔，在第二横板224上与第一螺纹孔对应的位置上均匀机加工第一通孔，螺栓穿过第一通孔与第一螺纹孔连接。考虑到止位环(第三横板225)的安装，在第三壁213上朝向第二侧板222的端面上均匀预留第二螺纹孔，第二螺纹孔与第一螺纹孔位置不同，在第二横板224上与第二螺纹孔对应的位置上预留第二通孔，在止位环(第三横板225)上机加工第三通孔，第三通孔位置与第二通孔对应，螺栓依次穿过第三通孔、第二通孔与第二螺纹孔连接，止位环(第三横板225)即通过螺栓固定到主框架21a，可以理解，止位环也可以固定到次框架。同时在止位环(第三横板225)上机加工第四通孔，第四通孔位置与第一通孔对应，且孔径略大于主框架21a与次框架21b连接螺栓的头部的最大径向尺寸，用于容纳螺栓头部，可以理解，第四通孔也可也是盲孔。考虑到螺栓的装配，第一通孔的孔径略大于第一螺纹孔的孔径，第二、第三通孔的孔径略大于第二螺纹孔的孔径，第一螺纹孔、第一通孔和第二螺纹孔、第二通孔、第三通孔的个数满足连接强度即可。可以理解，也可以不设置次框架、定位环、止位环。

第一、第二侧板221、222为铅锑合金材料，铅能够起到进一步屏蔽辐射的作用，同时铅锑合金强度较高。第一、第二侧板221、222与主框架均采用螺栓连接，在主框架21a内壁朝向第一、第二侧板的端面上分别均匀机加工第三螺纹孔，在第一、第二侧板221、222上与第三螺纹孔相应的位置上均匀机加工第四通孔，考虑到螺栓的装配，第四通孔的孔径略大于第三螺纹孔的孔径，第三螺纹孔、第四通孔的个数满足连接强度即可。

可以理解，本实施例中主框架、次框架、侧板、定位环、止位环的材料只要具有一定的强度并被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短(如小于7天)，主框架的材料性能能够满足支撑射束整形体即可，如铝合金、钛合金、铅锑合金、不含钴的钢材、碳纤维、PEEK、高分子聚合物等；还可以采用其他连接方式，只要保证止位环与框架可拆卸的连接，便于调整和更换缓速体的基本部分；次框架及侧板与主框架之间采用可拆卸连接或不可拆卸的连接，当采用可拆卸连接，便于更换主体部的各个部分。本实施例中射束整形体的框架及主体部还可以有其他的构造方式。

准直器30设置在射束出口后部，从准直器30出来的超热中子束向患者200照射，经浅层正常组织后被缓速为热中子到达肿瘤细胞M。结合图4，本实施例中，准直器30与次框架21b通过螺纹连接进行固定，且次框架21b的第四壁214形成准直器30的安装部，准直器30在靠近射束整形体20的端部具有围绕主轴X的凸缘31，凸缘31外壁具有外螺纹(图未示)，第四壁214的内壁上设置与外螺纹配合的内螺纹(图未示)。可以理解，准直器30还可以通过其他连接方式进行固定，准直器30也可以取消或由其他结构代替，中子束从射束出口出来直接向患者200照射。本实施例中，患者200和射束出口之间还设置了辐射屏蔽装置50，屏蔽从射束出口出来的射束对患者正常组织的辐射，可以理解，也可以不设置辐射屏蔽装置50。

本发明实施例中所述的“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。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子，所述中子形成中子束，所述中子束限定一根主轴，其特征在于，所述射束整形体包括缓速体、反射体和辐射屏蔽体，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，所述反射体包围所述缓速体并将偏离所述主轴的中子导回至所述主轴以提高超热中子束强度，所述辐射屏蔽体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，所述射束整形体还包括容纳所述缓速体的框架。

2.根据权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述缓速体为可调整的，所述框架包括固定所述缓速体的定位构件和止位构件，所述定位构件和止位构件的材料被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于7天，所述定位构件和止位构件的材料为铝合金、钛合金、铅锑合金、不含钴的钢材、碳纤维、PEEK或高分子聚合物。

3.根据权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述缓速体包括基本部分和补充部分，所述基本部分和补充部分材料不同，所述框架形成至少一个容纳单元，所述容纳单元包括邻接的第一容纳单元和第二容纳单元，所述基本部分容纳在所述第一容纳单元内且为分片式可调整的，当减少所述基本部分的片数时，在所述第一容纳单元内设置所述定位构件进行补充，所述止位构件用于固定所述基本部分。

4.根据权利要求3所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述框架包括可拆卸连接的主框架和次框架，所述第一容纳单元由所述主框架的至少一部分包围形成，所述第二容纳单元由所述主框架的至少一部分和所述次框架的至少一部分包围形成，所述补充部分容纳在所述第二容纳单元内，所述主框架的材料为铝合金，所述次框架的材料为碳纤维复合材料，所述基本部分的材料包括D₂O、Al、AlF₃、MgF₂、CaF₂、LiF、Li₂CO₃或Al₂O₃中的至少一种，所述基本部分含Li-6，所述基本部分同时作为所述热中子吸收体，所述补充部分的材料包括Zn、Mg、Al、Pb、Ti、La、Zr、Bi、C中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述主框架包括沿所述中子束方向依次设置并围绕所述主轴周向封闭的第一壁、第二壁及连接所述第一壁和第二壁的第一横板，所述第一横板垂直于所述中子束方向延伸，所述第一壁用于安装所述加速器的传输管，所述第二壁包围形成所述第一容纳单元，所述第一壁到所述主轴的径向距离小于所述第二壁到所述主轴的径向距离。

6.根据权利要求5所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述主框架包括围绕所述中子束方向周向封闭的第三壁，所述第二壁到所述主轴的径向距离小于所述第三壁到所述主轴的径向距离，所述框架还包括沿所述中子束方向分别设置在所述第三壁两侧并与第三壁连接的第一、第二侧板，所述次框架包括沿所述中子束方向在所述第二壁和第二侧板之间设置的第二横板。

7.根据权利要求6所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述次框架还包括围绕所述中子束方向周向封闭并延伸在所述第二横板和第二侧板之间的第四壁，所述中子捕获治疗系统还包括准直器，所述第四壁形成所述准直器的安装部和/或射束出口，所述主框架还包括设置在所述第一侧板和第二横板之间并从所述第一壁延伸到所述第二壁或第三壁的径向隔板，所述第一壁、第二壁、第三壁、第一横板、第二横板和第一侧板包围形成所述第二容纳单元，所述径向隔板将所述第二容纳单元在周向分为若干子区域，所述第三壁、第四壁、第二横板和第二侧板包围形成第三容纳单元，所述第二容纳单元内还设置有所述反射体/辐射屏蔽体的至少一部分，所述第三容纳单元内设置至少部分所述辐射屏蔽体，所述第一、第二侧板的材料为铅锑合金。

8.根据权利要求6所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述基本部分在朝向所述第一侧板的第一端面设置中心孔，所述中心孔用于容纳所述加速器的传输管和靶材，当所述基本部分满装时，所述补充单元靠近所述第二侧板的第一端面与所述基本部分靠近所述第二侧板的第二端面平齐。

9.根据权利要求8所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，与所述基本部分的第二端面邻接设置屏蔽板，所述屏蔽板为铅板，所述屏蔽板在所述中子束方向的厚度小于等于5cm，当减少所述基本部分的片数时，邻接所述屏蔽板设置所述定位构件，所述止位构件邻接所述第二横板设置，所述止位构件可拆卸连接到所述主框架和/或次框架。

10.一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置产生的中子形成中子束，所述中子束限定一根主轴，所述射束整形体能够调整所述中子束的射束品质，其特征在于，所述射束整形体包括缓速体、反射体和辐射屏蔽体，所述缓速体将自所述中子产生装置产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离所述主轴的中子导回至所述主轴以提高超热中子束强度，所述辐射屏蔽体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，所述射束整形体还包括容纳所述缓速体的框架，所述框架包括可拆卸连接的主框架和次框架。

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