本实用新型涉及一种放射性射线治疗系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统。
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，其为硼中子捕获反应的示意图，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,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。
在加速器硼中子捕获治疗中，一方面中子产生部产生的中子或其他粒子，如γ射线具有放射性，另一方面中子产生部产生的中子通常需要经过射束整形体调整能谱、提高中子产率，因此需要安装反射体以降低粒子辐射泄露率、调整能谱和提高中子产率。铅或铅合金是传统上用于反射或屏蔽的材料，然而，铅的蠕变效应显著，无法提供结构刚性与长久的使用周期。铅合金(如铅-锑合金)采用不同的添加物比例降低蠕变效应、提高结构强度，可以作为堆叠式结构物。常见采用块状铅-锑合金堆叠，应用于辐射屏蔽。对于硼中子捕获治疗而言，中子射束品质不仅与射束整形体有关，也与反射体及屏蔽体有关。由于铅-锑合金中的锑具有高中子吸收截面，若采用铅-锑合金为反射层，会显著的降低中子射束品质。若堆叠铅块为反射层，虽然排除了高中子吸收截面的锑，却会因为铅的蠕变效应导致结构精度不足，甚至影响整个硼中子捕获治疗的安全性。
技术实现要素：
为了解决上述的技术问题，本实用新型的一个方面提供一种中子捕获治疗系统，其在不显著影响中子射束品质的前提下能够提高射束整形体结构强度/精度。所述中子捕获治疗系统包括用于产生带电粒子束的加速器、经带电粒子束照射后产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行整形的射束整形体，所述射束整形体包括缓速体及包覆于缓速体外周的反射部，所述中子产生部经带电粒子束照射后产生中子，所述缓速体将自中子产生部产生的中子减速至预设能谱，所述反射部包括能够将偏离的中子导回以提高预设能谱内中子强度的反射体以及能够对反射体形成支撑的支撑件。
进一步地，所述反射部包括多个栅元，每个栅元形成一个具有容置空间的芯部，多个芯部连接形成所述支撑件，所述反射体设于所述芯部的容置空间内。
进一步地，所述支撑件为一体成型结构，所述反射体材料浇注设置于所述芯部的容置空间内。
作为一种优选地，对反射部进行模块化设计，具体为，采用规定数量的芯部连接形成的支撑件，所述支撑件的外侧设有相对设置的顶板、底板以及与顶板、底板连接并围设于芯部外周的侧板，所述规定数量连接的芯部、设于芯部内的反射体、顶板、底板以及侧板形成反射体模块，所述反射体模块堆叠形成所述反射部。考虑到后续反射体模块之间堆叠的方便，本优选实施例中所述规定数量为20个。
为了尽量减少芯部、顶板、底板以及侧板的材料对中子射束品质的影响，本申请中所述芯部、顶板、底板以及侧板的材料为低中子吸收截面及低活化的合金材料，所述合金材料的总体积占所述反射体材料体积的比例小于10％。
作为一种优选地，所述反射体的材料为铅，所述芯部、顶板、底板以及侧板的材料为铝合金或铅-锑合金。
为了解决上述的技术问题，本实用新型的另一个方面提供一种中子捕获治疗系统，其在不显著影响中子射束品质的前提下能够提高射束整形体结构强度/精度。所述中子捕获治疗装置包括用于产生带电粒子束的加速器、经带电粒子束照射后产生中子射束的中子产生部、对中子射束进行整形的射束整形体，所述射束整形体包括缓速体及包覆于缓速体外周的反射部，所述中子产生部经带电粒子束照射后产生中子，所述缓速体将自中子产生部产生的中子减速至预设能谱，所述反射部将偏离的中子导回以提高预设能谱内的中子强度，所述反射部外周还包覆有屏蔽部，所述屏蔽部包括支撑件及设置于支撑件中的屏蔽体。
进一步地，所述屏蔽部包括多个栅元，每个栅元形成一个具有容置空间的芯部，所述屏蔽体设于所述芯部的容置空间内，多个芯部连接形成所述支撑件，所述支撑件为一体成型结构，所述屏蔽体材料浇注设置于所述芯部的容置空间内。
作为一种优选地，对屏蔽部进行模块化设计，具体为，规定数量的芯部连接形成的支撑件外侧设有相对设置的顶板、底板以及与顶板、底板连接并围设于芯部外周的侧板，所述规定数量连接的芯部、设于芯部内的屏蔽体、顶板、底板以及侧板形成屏蔽体模块，所述屏蔽体模块堆叠形成所述屏蔽部，所述屏蔽体材料为铅，所述芯部、顶板、底板以及侧板的材料为低中子吸收截面及低活化材料，所述芯部、顶板、底板以及侧板的材料总体积占所述反射体的材料体积的比例小于10％。考虑到后续屏蔽体模块之间堆叠的方便，本申请中所述规定数量为20个。
进一步地，所述反射部包括能够将偏离的中子导回以提高预设能谱内中子强度的反射体以及能够对反射体形成支撑的支撑件。
与现有技术相比，本申请中子捕获治疗系统通过设置反射部的支撑件或/和屏蔽部的支撑件对反射材料或/和屏蔽材料进行支撑，即通过低中子吸收及低活化的合金材料对铅材料进行支撑以克服铅材料的蠕变效应，在不影响中子射束品质的情况下提高了射束整形体的结构强度。
附图说明
图1是本申请硼中子捕获反应示意图；
图2是本申请实施例一中的安装于屏蔽墙的中子捕获治疗系统的示意图，其具有屏蔽部，且仅屏蔽部具有支撑件；
图3是本申请实施例一中的所述屏蔽部的芯部结构的示意图；
图4是本申请实施例一中未设置屏蔽体材料状态下，屏蔽体模块的分解示意图；
图5是本申请实施例二中的安装于屏蔽墙的中子捕获治疗系统的示意图，其中射束整形体不具有屏蔽部，仅反射部具有支撑件；
图6是本申请实施例二中的所述反射部的芯部结构的示意图；
图7是本申请实施例二中的未设置反射体材料状态下，反射体模块的分解示意图；
图8是本申请实施例三中的安装于屏蔽墙的中子捕获治疗系统的示意图，其中反射部和屏蔽部均具有支撑件。
具体实施方式
加速器产生的粒子(如中子)需要安装反射体以降低粒子辐射泄露率，需要安装屏蔽体来提供辐射安全屏蔽。铅或铅合金是传统上用于反射或屏蔽的材料，然而，铅的蠕变效应显著，无法提供结构刚性与长久的使用周期。铅合金(如铅-锑合金)采用不同的添加物比例降低蠕变效应、提高结构强度，可以作为堆叠式结构物。常见采用块状铅-锑合金堆叠，应用于辐射屏蔽。对于硼中子捕获治疗而言，中子射束品质不仅与射束整形体有关，也与反射体及屏蔽体有关。由于铅-锑合金中的锑具有高中子吸收截面，若采用铅-锑合金为反射层，会显著的降低中子品质。若堆叠铅块为反射层，虽然排除了高中子吸收截面的锑，却会因为铅的蠕变效应导致结构精度不足，甚至影响整个硼中子捕获治疗的安全性。
如图2所示，本申请提供一种中子捕获治疗系统100，所述中子捕获治疗系统100包括用于产生带电粒子束P的加速器200、经带电粒子束P照射后产生中子射束的中子产生部10、对中子射束进行整形的射束整形体20以及准直器30。所述射束整形体20包括缓速体21、包覆于缓速体外周的反射部22。所述中子产生部10经带电粒子束照射后产生中子束N，所述缓速体21将自中子产生部10产生的中子束N减速至预设能谱，所述反射部22将偏离的中子导回以提高预设能谱内的中子强度，所述准直器30将中子产生部10产生的中子进行集中。
作为实施例一，所述中子捕获治疗系统100还包括屏蔽部40。结合图3，所述屏蔽部40包括支撑件41及设置于支撑件41中的屏蔽体42。所述支撑件41包括多个栅元43，每个栅元43形成具有容置空间44的芯部45，所述屏蔽体42设于该容置空间44内，多个芯部45连接形成所述支撑件41。作为一种优选的实施方式，所述支撑件41为一体成型结构，所述屏蔽体材料浇注于所述支撑件41各芯部45的容置空间44内。
结合图4，采用规定数量的芯部45连接形成的支撑件41，支撑件41具有六边形的横截面，其易于成形和堆叠。在支撑件41的外侧设有相对设置的顶板46、底板47以及与顶板46、底板47连接并围设于芯部45外周的四个侧板48。所述规定数量连接的芯部45、设于芯部45内的屏蔽体42、顶板46、底板47以及侧板48形成屏蔽体模块49，所述屏蔽体模块49堆叠形成所述屏蔽部40。本申请中，考虑到后续屏蔽体模块49之间堆叠的方便，作为一种优选的实施例，所述规定数量为20个。当然，本领域技术人员可以根据设计需要调整侧板的个数，如3个，6个等等；根据设计需要调整屏蔽体模块的规定数量，如10个，30个等等。
所述屏蔽体42的材料为铅，所述顶板46、底板47以及与顶板46、底板47以及侧板48由低中子截面吸收及低中子活化的合金材料制成。为了尽量减少合金材料对中子射束品质的影响，所述合金材料的总体积占屏蔽体42材料体积的比例小于10％。
在本实施方式中，反射部22是由铅材料制成的具有蠕变效应的结构，屏蔽部40包覆于所述反射部22的外周，射束整形体20埋设于用于对照射室内产生的辐射线进行屏蔽的屏蔽墙W中，所述屏蔽部40直接支撑于所述屏蔽墙W，屏蔽部40内部的支撑件41对屏蔽体42本身提供支撑的同时也对反射部22提供强度支撑，从而提高了整个射束整形体20的结构强度。
如图5所示，作为实施例二，直接将实施例一中的屏蔽部40的设置运用于反射部22中，将所述反射部22设置成包括支撑件221的结构，而不设置屏蔽部40。
结合图6，所述反射部22包括支撑件221及设置于支撑件221中的反射体222。所述支撑件221包括多个栅元223，每个栅元223形成具有容置空间224的芯部225，所述反射体222设于该容置空间224内，多个芯部225连接形成所述支撑件221。作为一种优选的实施方式，所述支撑件221为一体成型，所述反射体222的材料浇注于所述支撑件221的芯部225内。
如图7所示，对反射部22进行模块化设计，具体为，采用规定数量的芯部225连接形成的支撑件221，所述支撑件221的外侧设有相对设置的顶板226、底板227以及与顶板226、底板227连接并围设于芯部225外周的四个侧板228。所述规定数量连接的芯部225、设于芯部225内的反射体222、顶板226、底板227以及侧板228形成反射体模块229，所述反射体模块229堆叠形成所述反射部22。所述顶板226、底板227以及与顶板226、底板227连接并围设于芯部225外周的四个侧板228为低中子截面吸收及低活化的合金材料，所述合金材料总体积占屏蔽体42材料体积的比例小于10％。
图8所示为本申请的实施例三，与上述实施例不同之处在于，本实施例中，反射部与屏蔽部均为具有支撑件的结构设计，而本实施例中，反射部的设置与实施例二中反射部的设置相同，屏蔽部的设置与实施例一中屏蔽部的设置相同，文中就不再详细叙述。将射束整形体20埋设于屏蔽墙W中时，屏蔽部40直接支撑于屏蔽墙W，该实施方式，在不影响中子射束品质的情况下，通过设置支撑件221对反射体222进行支撑，设置支撑件41对屏蔽体42进行支撑，以克服反射体和屏蔽体因采用铅材料产生蠕变效应而导致结构精度问题。
需要指出的是，如实施例二及实施例三中所述，当反射部设置为具有反射体模块的结构时，由于反射部22包覆于所述缓速体21的外周，而缓速体21的外表面通常为圆柱形或者具有至少一个锥体状的结构，因此由反射体模块230堆叠形成的反射部包覆在缓速体21的外表面时，还应当考虑到结构上的结合问题，对直接与缓速体21表面结合处的反射体模块进行结构调整，比如，将与缓速体21接触部分的反射体模块进行切割，以使反射部贴合于缓速体21的外表面，从而不影响反射部22内的反射体222对偏离的中子进行反射。
本申请中所述栅元形成的芯部可以是任何具有孔状容置空间的封闭式结构，比如横截面为正方形、三角形或者六边形的几何结构，具有孔状容置空间的四面体、八面体或者十二面体，也可以是具有孔状容置空间的非封闭式结构，此处就不再一一举例说明。所述铅通过浇注的方式设置于所述孔状的容置空间内，而被芯部材料紧密包围，从而使得芯部的合金材料对铅材料形成支撑。
本申请实施例二与实施例三中，为了反射体模块和/或屏蔽体模块的堆叠方便以及制造方便，反射部的芯部与屏蔽部的芯部均采用横截面为六边形的结构。当然，所述反射部的支撑件的结构也可以与所述屏蔽部的支撑件结构不同。比如屏蔽部的支撑件的芯部结构为横截面为六边形的几何形状，而反射部的支撑件的芯部结构为四面体，只要支撑件的合金材料能够对铅材料形成支撑，并且对中子射束品质产生较小的影响即可，此处就不再详细叙述。
无论上面哪一种实施例，出于对整个射束整形体重量的考量，所述芯部、顶板、底板以及与顶板、底板连接并围设于芯部外周的侧板的材料均选用质量较轻的合金材料，结合对中子射束品质的考量，所述芯部、顶板、底板以及侧板的材料还应选用低中子吸收材料和低活化材料，且所述顶板、底板、侧板以及芯部的材料总体积占反射体材料或者占屏蔽体材料体积的比例小于10％。本申请中，所述顶板、底板、侧板以及芯部的材料优先选用铝合金材料。也可以使用铅-锑合金替代铝合金，因为虽然铅-锑合金材料的中子吸收截面高于铝合金材料，但是由于所述顶板、底板、侧板以及芯部的材料总体积占反射体材料或者占屏蔽体材料体积的比例小于10％，等效的总体锑含量小于1％，因此铅-锑合金材料中的锑对中子射束品质也无显著影响。
虽然本申请所述射束整形体中的反射体或/和屏蔽体为具有蠕变效应的铅材料制成，但是当将射束整形体埋设于照射室的屏蔽墙W中时，因为支撑于屏蔽墙W的反射体或/和屏蔽体能够依靠合金材料制成的支撑件对具有蠕变效应的铅材料形成支撑，因此整个射束整形体的结构精度得到了提高。
本申请中所述屏蔽部一方面通过设置合金材料对铅材料进行支撑，另一方面在有合金材料支撑的铅材料外周设置顶板、低板以及与顶板、低板相互连接的侧板，在增强屏蔽部结构强度的同时实现对屏蔽部的模块化设计，结构简单，因此，也可将本申请中的屏蔽部应用于其他屏蔽场合。
本申请揭示的用于中子捕获治疗的射束整形体并不局限于以上实施例所述的内容以及附图所表示的结构。在本申请的基础上对其中构件的材料、形状及位置所做的显而易见地改变、替代或者修改，都在本申请要求保护的范围之内。