微型堆中子治疗装置和微型堆中子治疗系统的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种微型堆中子治疗装置和微型堆中子治疗系统。

背景技术：

现有的中子放射治疗系统是采用质子加速器照射靶件产生中子作为中子源，或者采用核反应堆作为中子源。从中子源射出的中子对准患者病灶位置进行放射治疗。

申请号为cn02158098.7的专利公开了一种医院中子照射器，采用微型核反应堆作为中子源，具有两个辐照孔道，可以辐照治疗人体表面和浅层的肿瘤。但是超热中子的中子通量较低，无法治疗位于深层的肿瘤。申请号为cn201510158670.0的专利公开了一种提高垂直超热中子束照射通量的堆芯组件及其方法，位于堆芯底部的具有较高通量的超热中子束，具有3个照射孔道，其中在堆芯底部的照射孔道具有较高的超热中子通量，可以治疗深度到7cm的肿瘤。但是，超热中子通量的提高已经达到了极限，无法进一步提高。且采用这种布置，一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道。

基于此，本发明提供了一种微型堆中子治疗装置和微型堆中子治疗系统以解决上述的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微型堆中子治疗装置，以解决现有技术无法在具有多个照射孔道的结构条件下提高治疗肿瘤的深度。

本发明的目的还在于提供一种微型堆中子治疗系统,所述微型堆中子治疗系统利用了上述微型堆中子治疗装置，用于提高诊疗效率。

基于上述第一目的，本发明提供了一种微型堆中子治疗装置，包括微型中子源反应堆、中子过滤器、旋转屏蔽门和第一治疗床；

所述微型中子源反应堆包括堆芯，以及包裹堆芯的壳体结构；所述壳体结构的外侧壁包括燃料板，以使在所述微型中子源反应堆的照射口得到超热中子或热中子；所述照射口为多个，每个照射口对应设置一个所述旋转屏蔽门；沿所述照射口射出中子束流的方向设置一个所述第一治疗床；所述中子过滤器设置在所述壳体结构与所述照射口之间，用于调节中子的能谱。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述壳体结构包括包裹所述堆芯的铍反射层，在所述铍反射层的外侧表面上设置有减薄平面，减薄平面上设置了燃料板；

所述减薄平面与所述燃料板之间设置有水隙。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述壳体结构包括侧壁、第一铍反射板和第二铍反射板；

所述侧壁由多个燃料板顺序靠接，并围成两端开口的柱状腔体；

所述第一铍反射板与所述第二铍反射板分别设置在所述侧壁的两端，以封闭柱状腔体。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述中子过滤器包括箱体和慢化块；

所述箱体的底部设置有卡槽，所述慢化块与所述卡槽卡接；所述慢化块用于使中子减速。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述慢化块为铝砌块或石墨砌块或三氧化二铝砌块。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述旋转屏蔽门设置有关闭口、校准口、检测口和治疗口；

所述关闭口用于防止中子束流射出；所述校准口用于校准中子通量；所述检测口用于检测硼的浓度；所述治疗口用于治疗。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述治疗口包括第一治疗口和第二治疗口；

所述第一治疗口与所述第二治疗口均为吸收材料，且所述第一治疗口吸收中子的能力大于所述第二治疗口。

可选的，上述微型堆中子治疗装置，所述第一治疗床包括床体和支撑运动平台；

所述支撑运动平台的输出端与所述床体连接，用于带动所述床体做六个自由度的运动。

基于上述第二目的，本发明提供了一种微型堆中子治疗系统,所述微型堆中子治疗系统包括所述的微型堆中子治疗装置；

每一个所述照射口对应的所述旋转屏蔽门和所述第一治疗床设置在一个治疗室中；所述治疗室的外部设置有准备室，准备室中设置有第二治疗床；所述第二治疗床用于确定所述第一治疗床的运动路径，以使所述照射口射出的中子束流对准病灶。

可选的，上述微型堆中子治疗系统，所述第一治疗床与所述第二治疗床结构相同。

本发明提供的所述微型堆中子治疗装置，包括微型中子源反应堆、中子过滤器、旋转屏蔽门和第一治疗床；所述微型中子源反应堆包括堆芯，以及包裹堆芯的壳体结构；所述壳体结构的外侧壁包括燃料板，以使在所述微型中子源反应堆的照射口得到超热中子或热中子；所述照射口为多个，每个照射口对应设置一个所述旋转屏蔽门；沿所述照射口射出中子束流的方向设置一个所述第一治疗床；所述中子过滤器设置在所述壳体结构与所述照射口之间，用于调节中子的能谱。本发明提供的微型堆中子治疗装置具有多个照射口，能够导通到不同的治疗室，每个治疗室均可通过调节中子过滤器来达到治疗某深度范围的肿瘤，多个治疗室可治疗多个深度范围的肿瘤。

本发明提供的所述微型堆中子治疗系统，包括所述的微型堆中子治疗装置；每一个所述照射口对应的所述旋转屏蔽门和所述第一治疗床设置在一个治疗室中；所述治疗室的外部设置有准备室，准备室中设置有第二治疗床；所述第二治疗床用于确定所述第一治疗床的运动路径，以使所述照射口射出的中子束流对准病灶。患者在准备室中利用第二治疗床确定照射口相对病灶的位置参数，相应的调整治疗室中第一治疗床的位置，避免了在治疗室中调整的时间，大大提高了诊疗的效率。

基于此，本发明较之原有技术，具有提高治疗效率，减少患者受到不必要辐照的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置中微型中子源反应堆的第一种结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置中第一治疗床的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的微型堆中子治疗装置中微型中子源反应堆的第二种结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的微型堆中子治疗系统的结构示意图。

图标：100-微型中子源反应堆；101-水池；102-堆芯；103-燃料板；104-铍反射层；200-中子过滤器；300-旋转屏蔽门；400-第一治疗床；401-床体；402-支撑运动平台；500-中子通量测量装置；600-治疗室；700-准备室；800-第二治疗床。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置中微型中子源反应堆的第一种结构示意图；图3为本发明实施例一提供的微型堆中子治疗装置中第一治疗床的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中提供了一种微型堆中子治疗装置，包括微型中子源反应堆100、中子过滤器200、旋转屏蔽门300和第一治疗床400；

所述微型中子源反应堆100包括堆芯102，以及包裹堆芯102的壳体结构；所述壳体结构的外侧壁包括燃料板103，以使在所述微型中子源反应堆100的照射口得到超热中子或热中子；所述照射口为多个，每个照射口对应设置一个所述旋转屏蔽门300；沿所述照射口射出中子束流的方向设置一个所述第一治疗床400；所述中子过滤器200设置在所述壳体结构与所述照射口之间，用于调节中子的能谱。

具体的，微型中子源反应堆100包括水池101，并设置在水池101内，水池101的壁面为混凝土墙，中子过滤器200设置在微型中子源反应堆100和水池101壁面之间的位置。水池101内的水主要用于冷却微型中子源反应堆100。中子过滤器200中设置有吸收慢化材料，以将中子吸收或降低中子的冲量，从而达到调节中子的能谱的目的。水池101壁面上设置了多个照射口，由微型中子反应堆内产生的中子束流经过中子过滤器200过滤后，在照射口的位置得到了热中子或超热中子。热中子或超热中子经过准直器引出，在准直器的出口处设置了旋转屏蔽门300，该旋转屏蔽门300能够在不需要治疗的情况下关闭中子束流的通道出口，需要治疗时打开中子束流的通道出口，从而不需要频繁停堆，方便使用。由于中子不能够转向，因此利用中子进行治疗时，需要调整病灶位置来使中子束流对准病灶。本发明沿照射口射出中子束流的方向设置了第一治疗床400，患者躺于第一治疗床400上，通过调整治疗床的位置使得中子束流对准病灶进行治疗。

在微型中子反应堆的照射口能够得到超热中子或热中子，现有技术中多数使用热中子进行治疗，能够治疗的疾病较少，本发明主要用于产生超热中子，超热中子从照射口射出后进入到人体并到达病灶位置，在病灶位置进行慢化得到热中子，以治疗能够治疗更多的疾病。

另外，现有的微型堆中子治疗装置由于内部结构空间有限，布置多个照射口有一定的困难。本发明提供的微型堆中子治疗装置，能够布置多个照射口，每个照射口对应一个治疗室，每个治疗室中与照射口出射中子束流的方向上依次设置旋转屏蔽门300和第一治疗床400。由于对应每个治疗室的种子过滤器能够调节中子到达一定能谱，因此，不同的治疗室可用于治疗不同深度的肿瘤疾病。

如图2所示，在上述技术方案中，进一步的，所述壳体结构包括包裹所述堆芯102的铍反射层104，在所述铍反射层104的外侧表面上设置有减薄平面，减薄平面上设置了燃料板103；

所述减薄平面与所述燃料板103之间设置有水隙。

现有医院中使用的照射器微型中子源反应堆100均采用反中子阱的设计，但是没有充分利用反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流。本实施例中将原有的批反射层减薄成平面，在减薄平面的外侧设置燃料板103，由于堆芯102的反中子阱布置，堆芯102外围的燃料板103产生比堆芯102高的中子通量，从而在不提高堆芯102功率的条件下，提高辐照孔道内的超热中子通量。

具体的，堆芯102按三角形格栅或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成。铍反射层104包括围绕堆芯102的铍环层和封闭外侧表面两端的上铍反射层104和下铍反射层104，减薄平面设置在外侧表面上，即设置在铍环层上，铍环的横截面为多边形，每条边对应的平面上均设置有减薄平面，每个减薄平面外部含有低浓铀的燃料板103，燃料板103与减薄平面之间设置有水隙，以便于冷却。

在上述技术方案中，进一步的，所述中子过滤器200包括箱体和慢化块；

所述箱体的底部设置有卡槽，所述慢化块与所述卡槽卡接；所述慢化块用于使中子减速。

现有技术中的中子过滤器200主要由堆内和水池101内部件构成，在运行过程中不方便根据需要进行调整。为了更容易地根据医疗需要设置各照射口的中子能谱，达到治疗不同深度肿瘤的目的，将中子过滤器200进行模块化，以便于替换调整。模块化的中子过滤器200包括箱体和慢化块，慢化块为铝砌块或石墨砌块或三氧化二铝砌块，箱体的内部设置有多层隔板，形成了用于容纳慢化块的多个隔板空间。调整慢化块在箱体内叠加的数量和慢化块的材质能够达到不同的过滤效果，从而达到调整能谱的目的。

在上述技术方案中，进一步的，所述旋转屏蔽门300设置有关闭口、检测口、校准口和治疗口；

所述关闭口用于防止中子束流射出；所述校准口用于校准中子通量；所述检测口用于检测硼的浓度；所述治疗口用于治疗。

现有的微型堆治疗装置在使用的时候开启，不用的时候关闭，开启和关闭需要一定时间，成本高，诊疗效率低。本实发明实施例通过在通道的末端设计旋转屏蔽门300，使得每个工作日的治疗期间都可以不停堆。具体的，旋转屏蔽门300优选为多层过滤材料或吸收材料叠加的结构，在旋转屏蔽门300的最外层设置上诉关闭口、检测口、校准口和治疗口；当不需要治疗时，可以通过调整至关闭口的位置，使照射口对准关闭口，以阻挡中子向外释放。当需要治疗时，可以先后调整至检测口和校准口的位置，校准微型中子源反应堆100的中子通量和检测患者器官的硼浓度。这里需要注意的是，校准微型中子源反应堆100的中子通量还需要使用中子通量测量装置500，该中子通量测量装置500设置在第一治疗床400远离照射口的一侧，通过与校准口配合测量中子的通量。最后调节至治疗口对患者进行治疗。

进一步的，所述治疗口包括第一治疗口和第二治疗口；

所述第一治疗口与所述第二治疗口均为吸收材料，且所述第一治疗口吸收中子的能力大于所述第二治疗口。

根据患者肿瘤所在位置深度及肿瘤的大小，可调节旋转屏蔽门300至第一治疗口或第二治疗口，从而实现治疗不同深度和不同尺寸的肿瘤。

如图3所示，在上述技术方案中，进一步的，所述第一治疗床400包括床体401和支撑运动平台402；

所述支撑运动平台402的输出端与所述床体401连接，用于带动所述床体401做六个自由度的运动。

六个自由度的支撑运动平台402联动，能够有效提高治疗效率，缩短准备或操作的时间。

具体的，所述支撑运动装置包括x轴水平移动机构、y轴水平移动机构、升降摆动机构和z轴旋转机构；床体401设置在所述x轴水平移动机构的输出端；升降摆动机构设置在x轴水平移动机构和y轴水平移动机构之间，用于使床体401做升降运动或沿x轴的摆动或沿y轴的摆动；z轴旋转机构设置在y轴水平移动机构的下方，用于使床体401做沿z轴的转动。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的微型堆中子治疗装置中微型中子源反应堆的第二种结构示意图。

本实施例提供的所述微型堆中子治疗装置，是对实施例一提供的所述微型堆中子治疗装置的进一步改进，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已经描述的技术方案不再重复描述。

如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述壳体结构包括侧壁、第一铍反射板和第二铍反射板；

所述侧壁由多个燃料板103顺序靠接，并围成两端开口的柱状腔体；

所述第一铍反射板与所述第二铍反射板分别设置在所述侧壁的两端，以封闭柱状腔体。

本实施例取消实施例一中的铍反射层104，在堆芯102外部的恰当位置以正多边形布置多个燃料板103。由于堆芯102的反中子阱布置，周边的热中子通量比中心的热中子通量高，从而在燃料板103中产生更高的功率，从而在周边的辐照孔道中产生更高的超热中子通量。

具体的，堆芯102按三角形栅格或等距同心圆周紧密排列的燃料棒组成，235u和h的比例为1:150～180，所述燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；所述燃料板103由按正多边形布置的多个含有低浓铀的燃料板103构成，形成密闭或者开放的环，所述低浓铀的富集度小于20％。所述燃料板103的芯体包括但不仅限于铀铝合金、二氧化铀陶瓷，所述燃料板103的包壳包括但不仅限于锆合金和铝合金。

实施例三

图5为本发明实施例三提供的微型堆中子治疗系统的结构示意图；如图5所示，本实施例提供的所述微型堆中子治疗系统包括了实施例一或实施例2所述微型堆中子治疗装置，实施例一或实施例二所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一或实施例二已经描述的技术方案不再重复描述。

具体而言，如图5所示，在本实施例中提供了一种微型堆中子治疗系统，所述微型堆中子治疗系统包括第二治疗床800，以及实施例一所述的微型堆中子治疗装置；

每一个所述照射口对应的所述旋转屏蔽门300和所述第一治疗床400设置在一个治疗室600中；所述治疗室600的外部设置有准备室700，准备室700中设置有所述第二治疗床800；所述第二治疗床800用于确定所述第一治疗床400的运动路径，以使所述照射口射出的中子束流对准病灶。

具体的，利用上述微型堆中子治疗系统进行肿瘤治疗时，包括如下步骤：

步骤s1，利用虚拟照射源朝向病灶位置发射照射光线，并指示入射位置；

患者躺入第二治疗床800中，通过床体上的定位槽定位。虚拟照射源朝向病灶位置发射照射光线，此时，照射光线由患者身体上的入射位置进入到病灶的路径并非最佳路径。

步骤s2，控制装置根据所述入射位置与所述病灶位置计算出最佳照射路径；

由于每个患者的病灶可能位于不同位置，如胸部、腿部或头部等，因此，根据病灶所在位置的不同，需设计最佳路径，以最大限度提高治疗效果，并降低对患者造成的损伤。

步骤s3，第二治疗床800根据所述最佳照射路径进行六个自由度的运动，使照射光线以最佳路径对准病灶；

经过计算确定出最佳路径后，第二治疗床800根据需要进行各个自由度的运动，以使照射光线以最佳路径对准病灶。

步骤s4，控制装置计算出所述第二治疗床800定位后位置参数；

步骤s5，第一治疗床400根据所述位置参数进行六个自由度的运动。

第一治疗床400与第二治疗床800可完全相同，也可有所不同。当第一治疗床400与第二治疗床800完全相同时，控制装置计算出第二治疗床800定位后的位置参数可为第二治疗床800本身的位置参数，如旋转角度、x向和y向的移动距离、升降高度等等；为进一步提高治疗效率，根据虚拟照射源和第二治疗床800获得位置参数的过程中，第一治疗床400可与第二治疗床800联动，因此，第二治疗床800定位后，第一治疗床400也已根据其位置参数完成了定位，患者由准备室700直接进入治疗室600进行治疗，无需再操作第一治疗床400，患者在治疗室600中大部分的时间为治疗时间。当第一治疗床400与第二治疗床800有所不同时，则控制装置可根据第二治疗床800与第一治疗床400的结构差别，计算出位置参数，此时的位置参数是根据病灶相对虚拟照射源的距离以及病灶相对第二治疗床800的位置坐标计算得出的转化为第一治疗床400运动的参数，以保证最终辐照孔道射出的中子束流对准病灶。

进一步的，所述第一治疗床400与所述第二治疗床800结构相同。如此有利于简化控制装置。

本实施例的可选方案中，在步骤s3后，还包括：

步骤x，重新确定入射位置，得到最佳入射位置；

步骤y，在所述最佳入射位置做标记。

为进一步提高定位的精准度，可在准备室700中先对最佳入射位置做标记，患者进入治疗室600治疗时，可根据标记判断是否精准定位。若中子束流入射位置与标记重合则定位精准；若不重合，则需通过控制装置精调。

本实施例包括了上述微型堆中子治疗装置，因此具有上述微型堆中子治疗装置的所有优点，通过将上述微型堆中子治疗装置与第二治疗床800配合，大大提高了诊疗效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。