用于中子捕获治疗的射束整形体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 为了减少肿瘤周边正常组织的福射伤害，化学治疗(ch emo th er apy)中的标革E1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)的福射源，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。
[0004]硼中子捕获治疗（Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼（1QB)药物 对热中子具有高捕获截面的特性，借由1()B(n，a)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 1<3B(n，a)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 Energy 作&118€611^1')、短射程特征，€[粒子的线性能量转移与射程分别为1501?^/仰1、8_，而 71^重 荷粒子则为175keV/Mi、5Mi，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。
[0005] 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。 【实用新型内容】
[0006] 为了改善中子射源的通量与品质，本实用新型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，射束整形体包括射束入口、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，革巴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 束限定一根主轴，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，缓速体设置成包含至 少一个锥体状的形状，所述缓速体具有主体部和包围在主体部外周的补充部，所述补充部 的材料与主体部的材料不同，反射体将偏离主轴的中子导回主轴以提高超热中子射束强 度，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。
[0007] 进一步地，所述主体部包括邻接于靶材的锥体部和邻接于锥体部的柱体部，所述 补充部包覆于柱体部的外圆周表面并与锥体部连接从而与锥体部共同形成所述锥体状。
[0008] 射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗。
[0009] 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。
[0010] 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 子能区在〇. 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。
[0011] 作为一种优选地，缓速体由〇2〇^顶、？11161^11'〇3?2、1^20) 3、]\^2和厶1203中的任 意一种制成，反射体由Pb或Ni中的任意一种制成，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，福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。
[0012] 作为一种优选地，补充部由Zn、Mg、Al、Ti、La、Pb、Zr和Bi中的任意一种制成。
[0013] 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。
[0014] 进一步地，所述主体部包括柱体部和位于柱体部两端并与柱体部两端连接的锥体 部，所述补充部包覆于柱体部外周并与两个锥体部连接而使缓速体呈相反方向相互邻接的 锥体状。
[0015] 本申请实施例中所述的"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。
[0016] 本申请实施例中所述的"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】
[0017] 图1是硼中子捕获反应示意图。
[0018] 图2是1()B (n，a) 7Li中子捕获核反应方程式。
[0019] 图3是本申请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。
[0020] 图4是本申请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。
[0021] 图5是本申请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。
[0022] 图6是中子能量与中子角度双微分的中子产率图。
[0023] 图7是本申请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。
[0024] 图8是本申请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。
[0025] 图9是本申请第六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 中双锥体状包括不同材料的主体部和补充部。
[0026] 图10是本申请第七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，缓速体中设置为锥体+柱体，锥体由不同材料的主体部和补充部形成。
【具体实施方式】
[0027] 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。本申 请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。
[0028] 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，本申请的实施例中采用锂金属制成的靶材。但