СИСТЕМА НЕЙТРОНОЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
NEUTRON CAPTURE THERAPY SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к системе радиоактивного облучения и, в частности, к системе нейтронозахватной терапии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] По мере развития атомной техники радиотерапия, такая как кобальт-60, линейные ускорители и электронные пучки, стала одним из основных средств лечения рака. Однако традиционная фотонная или электронная терапия подверглась физическим ограничениям радиоактивных лучей; например, многие здоровые ткани на пути луча будут повреждены при разрушении опухолевых клеток. С другой стороны, чувствительность опухолевых клеток к радиоактивным лучам сильно различается, поэтому в большинстве случаев традиционная лучевая терапия неэффективна при лечении радиоустойчивых злокачественных опухолей (таких как мультиформная глиобластома и меланома).
[0003] С целью уменьшения радиационного повреждения здоровой ткани, окружающей участок опухоли, в лучевой терапии применяется целевая терапия при химиотерапии. В то же время для опухолевых клеток с высокой радиоустойчивостью также были разработаны источники излучения с высокой относительной биологической эффективностью (ОБЭ), в том числе протонная терапия, терапия с использованием тяжелых частиц и нейтронозахватная терапия. Среди них нейтронозахватная терапия объединяет целевую терапию с ОБЭ, такую как бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ). Благодаря определенной группировке борсодержащих фармацевтических препаратов в опухолевых клетках и точной регулировке нейтронного пучка БНЗТ является лучшим выбором для лечения рака, чем традиционная лучевая терапия.
[0004] В основанной на ускорителе системе нейтронозахватной терапии ускоритель ускоряет пучок заряженных частиц, пучок заряженных частиц достаточно ускоряется для преодоления энергии кулоновского отталкивания атомного ядра генератора нейтронов в узле формирования пучка и вступает в ядерную реакцию с генератором нейтронов для генерации нейтронов. Следовательно, во время генерации нейтронов генератор нейтронов облучается ускоренным пучком заряженных частиц с большой мощностью, температура генератора нейтронов значительно повышается, и срок службы генератора нейтронов уменьшается. Следовательно, необходимо изменить генератор нейтронов, и генератор нейтронов, облучаемый ускоренным пучком заряженных частиц на высоком энергетическом уровне, неизбежно удерживает множество радиоактивных лучей. В результате при смене генераторов нейтронов неизбежны радиоактивные опасности.
[0005] Следовательно, необходимо создать новое техническое решение, чтобы решить упомянутую выше проблему.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Для создания системы нейтронозахватной терапии с уменьшенной радиоактивной опасностью, в варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрена система нейтронозахватной терапии, содержащая ускоритель, выполненный с возможностью генерации пучка заряженных частиц, генератор нейтронов, выполненный с возможностью вступать в реакцию с пучком заряженных частиц для генерации пучка нейтронов, и узел формирования пучка, причем узел формирования пучка содержит приемную часть, замедлитель, смежный с генератором нейтронов, отражатель, окружающий замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, смежный с замедлителем, и радиационный экран и выход пучка, расположенный в узле формирования пучка, причем вакуумная трубка, соединенная с ускорителем, предусмотрена на приемной части, генератор нейтронов расположен на конце вакуумной трубки, вакуумная трубка передает заряженные частицы, ускоренные ускорителем, на генератор нейтронов, чтобы создавалась ядерная реакция с генератором нейтронов для генерации нейтронов, причем нейтроны образуют пучок нейтронов, задающий главную ось, замедлитель замедляет нейтроны, генерируемые генератором нейтронов, до области энергий надтепловых нейтронов, отражатель направляет отклоненные нейтроны обратно в замедлитель, чтобы увеличить интенсивность пучка надтепловых нейтронов, радиационный экран выполнен с возможностью экранирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы уменьшить дозу для здоровой ткани в необлучаемой области, причем генератор нейтронов выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, в первом положении генератор нейтронов способен вступать в реакцию с пучком заряженных частиц для генерации нейтронов, и во втором положении генератор нейтронов падает с узла формирования пучка. В таком устройстве необходимо только переместить генератор нейтронов, чтобы он упал с узла формирования пучка, т.е. генератор нейтронов является заменяемым. В некоторых других устройствах могут быть предусмотрены роботизированные руки, дистанционное управление или тому подобное для предотвращения воздействия радиоактивных лучей на работника.
[0007] Кроме того, длина вакуумной трубки может быть уменьшена вдоль направления облучения нейтронного пучка, чтобы обеспечить пространство для перемещения генератора нейтронов за пределы приемной части в направлении облучения нейтронного пучка, и во втором положении нейтронный генератор может перемещаться за пределы приемной части вместе с вакуумной трубкой, чтобы упасть с узла формирования пучка.
[0008] Кроме того, вакуумная трубка включает в себя по меньшей мере первую часть вакуумной трубки, соединенную с ускорителем, вторую часть вакуумной трубки, размещенную в приемной части узла формирования пучка для размещения генератора нейтронов, причем третья часть вакуумной трубки соединяет первую часть вакуумной трубки и вторую часть вакуумной трубки, третья часть вакуумной трубки является съемной, чтобы обеспечить пространство для перемещения генератора нейтронов за пределы приемной части, и во втором положении генератор нейтронов может перемещаться за пределы приемной части вместе со второй частью вакуумной трубки и падать с узла формирования пучка.
[0009] Более конкретно, для облегчения перемещения генератора нейтронов за пределы приемной части, между периферийной частью вакуумной трубки и внутренней стенкой приемной части расположен наполнитель.
[0010] Кроме того, наполнитель выполнен из материала, способного поглощать нейтроны или отражать нейтроны.
[0011] Кроме того, система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя охлаждающее устройство, расположенное в приемной части и выполненное с возможностью охлаждения генератора нейтронов, причем наполнитель расположен на периферийной части вакуумной трубки и внутренней стенке приемной части, чтобы покрыть охлаждающее устройство, при этом во втором положении охлаждающее устройство и наполнитель падают с приемной части вместе с генератором нейтронов.
[0012] Кроме того, охлаждающее устройство включает в себя первую охлаждающую часть, расположенную на конце вакуумной трубки и в плоском контакте с генератором нейтронов, вторую охлаждающую часть и третью охлаждающую часть, расположенные на двух сторонах первой охлаждающей части и соответственно сообщающиеся с первой охлаждающей частью, и вторая охлаждающая часть и третья охлаждающая часть проходят в направлении, параллельном оси нейтронного пучка, и, соответственно, расположены на верхней стороне и нижней стороне вакуумной трубки с образованием «[»-образной структуры с первой охлаждающей частью.
[0013] Для обеспечения смещаемого пространства для генератора нейтронов, чтобы он падал с приемной части вместе с вакуумной трубкой, предпочтительно, чтобы система нейтронозахватной терапии дополнительно включала в себя первую экранирующую часть и вторую экранирующую часть, смежную с замедлителем и обернутую вокруг периферийной части приемной части, причем вторая экранирующая часть перемещается в направлении от вакуумной трубки по отношению к первой экранирующей части, вакуумная трубка включает в себя по меньшей мере первую часть вакуумной трубки, размещенную в приемной части генератора нейтронов, при этом вторая часть вакуумной трубки соединяет первую часть вакуумной трубки и ускоритель, первая часть вакуумной трубки может отсоединяться от второй части вакуумной трубки, и когда первая часть вакуумной трубки отсоединяется от второй части вакуумной трубки, и вторая экранирующая часть перемещается в положение, в котором первая часть вакуумной трубки может выпасть из приемной части, генератор нейтронов падает с узла формирования пучка вместе с первой частью вакуумной трубки. То есть вторая экранирующая часть перемещается, чтобы создать пространство для перемещения вакуумной трубки, и вторая часть вакуумной трубки отсоединяется от первой части вакуумной трубки, при этом генератор нейтронов падает с узла формирования пучка вместе с первой частью вакуумной трубки.
[0014] Более конкретно, чтобы дополнительно уменьшить контакт между рабочим и генератором нейтронов и повысить радиационную безопасность, система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя приемное устройство, расположенное вертикально под вакуумной трубкой, при этом генератор нейтронов перемещается за пределы приемной части и падает в приемное устройство, причем приемное устройство выполнено из экранирующего материала.
[0015] Более конкретно, приемное устройство включает в себя нижнюю часть и четыре боковые части, соединенные с нижней частью, причем нижняя часть и четыре боковые части соединены с образованием приемного пространства, имеющего отверстие, при этом две вращающиеся части, покрывающие отверстие, дополнительно расположены на приемном устройстве, один конец вращающейся части соединен с любой одной из боковых частей, другой конец вращающейся части выполнен с возможностью вращения в направлении приемного пространства относительно присоединенной боковой части, в исходном состоянии две вращающиеся части покрывают приемное пространство с образованием верхней части приемного устройства, причем под действием внешней силы вращающиеся части вращаются по направлению к приемному пространству для размещения в приемном пространстве, и когда внешняя сила исчезает, вращающиеся части восстанавливают исходное состояние.
[0016] Кроме того, для снижения радиационной опасности в другом варианте осуществления настоящего изобретения предложена система нейтронозахватной терапии, включающая в себя ускоритель, выполненный с возможностью генерации пучка заряженных частиц, генератор нейтронов, выполненный с возможностью вступать в реакцию с пучком заряженных частиц, для генерации пучка нейтронов, и узел формирования пучка. Узел формирования пучка включает в себя приемную часть, замедлитель, смежный с генератором нейтронов, отражатель, окружающий замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, смежный с замедлителем, радиационный экран, расположенный в узле формирования пучка, экранирующее устройство и выход луча смежно с узлом формирования пучка, причем на приемной части предусмотрена вакуумная трубка, соединенная с ускорителем, генератор нейтронов расположен на конце вакуумной трубки, вакуумная трубка передает заряженные частицы, ускоренные ускорителем, на генератор нейтронов, чтобы происходила ядерная реакция с генератором нейтронов для генерации нейтронов, нейтроны образуют пучок нейтронов, пучок нейтронов задает основную ось, замедлитель замедляет нейтроны, генерируемые генератором нейтронов, до области энергий надтепловых нейтронов, отражатель направляет отклоненные нейтроны назад к замедлителю для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, радиационный экран выполнен с возможностью экранирования утекающих нейтронов и фотонов для уменьшения дозировки для здоровой ткани в необлучаемой области, генератор нейтронов перемещается между первым положением и вторым положением, в первом положении генератор нейтронов вступает в реакцию с пучком заряженных частиц с генерацией нейтронов, во втором положении генератор нейтронов падает с узла формирования пучка, а узел формирования пучка и экранирующее устройство продолжают экранировать генератор нейтронов, когда генератор нейтронов перемещается из первого положения во второе положение, чтобы защитить работника от облучения утечками генератора нейтронов.
[0017] Когда генератор нейтронов находится в узле формирования луча, радиационный экран в узле формирования луча может экранировать радиоактивные лучи, утекающие из генератора нейтронов, для защиты работника от облучения радиоактивными лучами. После того, как генератор нейтронов падает с узла формирования пучка, радиационный экран не может экранировать генератор нейтронов, в этом случае экранирующее устройство выполнено с возможностью экранирования генератора нейтронов, тем самым удерживая генератор нейтронов в экранированном состоянии, пока генератор нейтронов перемещается из первого положения во второе положение, чтобы предотвратить облучение работника утекающей от генератора нейтронов радиацией.
[0018] В частности, вакуумная трубка включает в себя по меньшей мере первую часть вакуумной трубки, соединенную с ускорителем, вторую часть вакуумной трубки, размещенную в приемной части узла формирования пучка и вмещающую генератор нейтронов, и третью часть вакуумной трубки, соединяющую первую часть вакуумной трубки и вторую часть вакуумной трубки, причем третья часть вакуумной трубки является съемной, чтобы обеспечить пространство для перемещения генератора нейтронов за пределы приемной части, причем во втором положении генератор нейтронов способен перемещаться за пределы приемной части вместе со второй частью вакуумной трубки, чтобы упасть с узла формирования пучка.
[0019] Кроме того, экранирующее устройство включает в себя нижнюю стенку и первую боковую стенку и вторую боковую стенку, соединенные с нижней стенкой и расположенные напротив друг друга, причем нижняя стенка и две боковые стенки образуют U-образную структуру, имеющую первое отверстие, второе отверстие и третье отверстие, причем первое отверстие расположено смежно с первой частью вакуумной трубки, второе отверстие расположено смежно со второй частью вакуумной трубки, а третья часть вакуумной трубки проходит через третье отверстие. Согласно настоящему изобретению третья часть вакуумной трубки предпочтительно отсоединяется после того, как экранирующее устройство располагается снаружи вакуумной трубки. Во время реальных операций экранирующее устройство может быть в качестве альтернативы установлено после отсоединения третьей части вакуумной трубки.
[0020] В частности, экранирующее устройство дополнительно включает в себя верхнюю стенку, расположенную напротив нижней стенки, и третью боковую стенку и четвертую боковую стенку, соединяющие нижнюю стенку и верхнюю стенку, третья боковая стенка и четвертая боковая стенка расположены напротив друг друга, нижняя стенка, верхняя стенка и четыре боковые стенки образуют экранирующее пространство, верхняя стенка выполнена с возможностью вращения вокруг второй боковой стенки или четвертой боковой стенки в направлении от экранирующего пространства, и первая сторона стенка и третья боковая стенка, соответственно, вращаются вокруг нижней стенки в направлении от экранирующего пространства, а экранирующее устройство имеет U-образную структуру. Когда экранирующее устройство расположено между первой частью вакуумной трубки и второй частью вакуумной трубки, экранирующее устройство имеет U-образную структуру; и когда генератор нейтронов и вторая часть вакуумной трубки расположены на экранирующем устройстве, экранирующее устройство образует экранирующее пространство для экранирования генератора нейтронов.
[0021] Для облегчения перемещения генератора нейтронов за пределы приемной части, между периферийной частью вакуумной трубки и внутренней стенкой приемной части расположен наполнитель, причем система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя охлаждающее устройство, расположенное в приемной части и выполненное с возможностью охлаждения генератора нейтронов, наполнитель расположен на периферийной части вакуумной трубки и внутренней стенке приемной части для покрытия охлаждающего устройства, а когда генератор нейтронов перемещается в экранирующее устройство, охлаждающее устройство и наполнитель перемещаются в экранирующее устройство вместе с генератором нейтронов.
[0022] Кроме того, наполнитель выполнен из материала, способного поглощать нейтроны или отражать нейтроны.
[0023] Кроме того, система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя охлаждающее устройство, расположенное в приемной части и выполненное с возможностью охлаждения генератора нейтронов, причем наполнитель расположен на периферийной части вакуумной трубки и внутренней стенке приемной части для покрытия охлаждающего устройства.
[0024] В частности, охлаждающее устройство включает в себя первую охлаждающую часть, расположенную на конце вакуумной трубки и в плоском контакте с генератором нейтронов, вторую охлаждающую часть и третью охлаждающую часть, расположенные на двух сторонах первой охлаждающей части и соответственно сообщающиеся с первой охлаждающей частью, причем вторая охлаждающая часть и третья охлаждающая часть проходят в направлении, параллельном оси нейтронного пучка, и, соответственно, расположены на верхней стороне и нижней стороне вакуумной трубки с образованием «[»-образной структуры с первой охлаждающей частью.
[0025] Кроме того, для дополнительного уменьшения контакта между рабочим и генератором нейтронов и повышения радиоактивной безопасности система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя приемное устройство, расположенное под вакуумной трубкой, причем генератор нейтронов перемещается из приемной части в экранирующее устройство, чтобы упасть в приемное устройство, при этом приемное устройство выполнено из экранирующего материала.
[0026] Кроме того, приемное устройство включает в себя нижнюю часть и четыре боковые части, соединенные с нижней частью, нижняя часть и четыре боковые части соединены с образованием приемного пространства, имеющего отверстие, причем две вращающиеся части, покрывающие отверстие, дополнительно расположены в приемном устройстве, один конец вращающейся части соединен с боковой частью, а другой конец вращающейся части выполнен с возможностью вращения в направлении приемного устройства относительно присоединенной боковой части, причем в исходном состоянии две вращающиеся части покрывают приемное пространство, чтобы сформировать верхнюю часть приемного устройства, причем под действием внешней силы вращающиеся части вращаются в направлении приемного пространства для размещения в приемном пространстве, и когда внешняя сила исчезает, вращающиеся части восстанавливают исходное состояние.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0027] Фиг. 1 представляет собой схематический вид первого варианта осуществления системы нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению, где генератор нейтронов находится в первом положении.
[0028] Фиг. 2 - вид в разрезе, на котором показано, что охлаждающее устройство с фиг. 1 расположено в направлении, перпендикулярном направлению облучения нейтронным пучком.
[0029] Фиг. 3 - частичный вид в разрезе системы нейтронозахватной терапии в направлении, перпендикулярном направлению облучения нейтронным пучком с фиг. 1.
[0030] Фиг. 4 - упрощенная схема, на которой показано, что третья часть вакуумной трубки с фиг. 1 отсоединена.
[0031] Фиг. 5 - упрощенная схема, на которой показано, что вторая часть вакуумной трубки и генератор нейтронов перемещаются за пределы приемной части после отсоединения третьей части вакуумной трубки с фиг. 4, то есть генератор нейтронов находится во втором положении.
[0032] Фиг.6 - схематический вид второго варианта осуществления системы нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению, причем экранирующее устройство установлено между первой частью вакуумной трубки и второй частью вакуумной трубки.
[0033] Фиг. 7 - схематический вид, на котором показано, что вторая часть вакуумной трубки и генератор нейтронов с фиг. 6 перемещаются в экранирующее устройство.
[0034] Фиг. 8 - схематический вид, на котором показано, что экранирующее устройство, вмещающее вторую часть вакуумной трубки и генератор нейтронов с фиг. 6 отсоединены.
[0035] Фиг. 9 - схематический вид экранирующего устройства с фиг. 6.
[0036]Фиг. 10 - схематический вид другого варианта осуществления экранирующего устройства с фиг. 9.
[0037] Фиг. 11 - схематический вид экранирующего устройства с фиг. 10.
[0038] Фиг. 12 - схематический вид третьего варианта осуществления системы нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению.
[0039] Фиг. 13 - схематический вид, на котором показано, что вторая экранирующая часть с фиг. 12 перемещается в направлении от генератора нейтронов относительно первой экранирующей части.
[0040] Фиг. 14 - частичный вид в разрезе системы нейтронозахватной терапии в направлении, перпендикулярном направлению облучения нейтронным пучком с фиг. 12.
[0041] Фиг. 15 - частичный вид в разрезе системы нейтронозахватной терапии в направлении, перпендикулярном направлению облучения нейтронным пучком с фиг. 13.
[0042] Фиг. 16 - упрощенная схема, на которой показано, что первая часть вакуумной трубки и генератор нейтронов перемещаются за пределы приемного пространства после перемещения второй экранирующей части с фиг. 14.
[0043] Фиг. 17 - частичный вид в разрезе системы нейтронозахватной терапии в направлении, перпендикулярном направлению облучения нейтронным пучком с фиг. 16.
[0044] Фиг. 18 - схематичный вид приемного устройства с фиг. 15 в исходном состоянии; и
[0045] Фиг. 19 - схематический вид, на котором показано, что внешнее усилие было приложено к приемному устройству с фиг. 18.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
7
7
9
9
[0046] Нейтронозахватная терапия (НЗТ) в последние годы все чаще применяется в качестве эффективного средства для лечения рака, и БНЗТ является наиболее распространенным методом. Нейтроны для НЗТ могут подаваться ядерными реакторами или ускорителями. Например, в AB-БНЗТ его основные компоненты включают, в общем, ускоритель для ускорения заряженных частиц (таких как протоны и дейтроны), мишень, систему отвода тепла и узел формирования пучка. Ускоренные заряженные частицы взаимодействуют с металлической мишенью с образованием нейтронов, и надлежащие ядерные реакции всегда определяются в соответствии с такими характеристиками, как требуемый выход и энергия нейтронов, доступная энергия и ток ускоренных заряженных частиц и материализация металлической мишени, среди которых наиболее используемыми являются два из них: Li (p, n) Be и Be(p, n) B, и оба являются эндотермической реакцией. Их энергетические пороги составляют 1,818 МэВ и 2,055 МэВ соответственно. Надтепловые нейтроны с энергией в кэВ считаются идеальными источниками нейтронов для БНЗТ. Теоретически, бомбардировка литиевой мишени с использованием протонов с энергией, немного превышающей пороговые значения, может производить нейтроны с относительно низкой энергией, поэтому нейтроны могут использоваться клинически без большого количества замедлений. Однако Li (литий) и Be (бериллий) и протоны с пороговой энергией имеют небольшое сечение действия. Для произведения достаточных потоков нейтронов высокоэнергетические протоны обычно выбираются, чтобы вызвать ядерные реакции.
[0047] Предполагается, что мишень, считающаяся идеальной, обладает преимуществами высокого выхода нейтронов, произведенного распределения энергии нейтронов вблизи диапазона энергий надтепловых нейтронов (подробности см. ниже), небольшого сильнопроникающего излучения, безопасности, низкой стоимости, легкого доступа, сопротивления высокой температуре и т. д. Но на самом деле никакие ядерные реакции не могут удовлетворить всем требованиям. Мишень в данных вариантах осуществления настоящего изобретения изготовлена из лития. Однако, хорошо известные специалистам в данной области техники материалы мишени могут быть выполнены из других металлов, помимо вышеупомянутых.
7
7
9
9
7
7
[0048] Требования к системе отвода тепла различаются в зависимости от выбранных ядерных реакций. Li(p, n)Be запрашивает больше, чем Be(p, n)B из-за низкой температуры плавления и низкого коэффициента теплопроводности металлической (литиевой) мишени. В данных вариантах осуществления настоящего изобретения рассматривается Li(p, n) Be. Таким образом, после облучения ускоренными заряженными частицами с высоким уровнем энергии температура генератора нейтронов повысится, и его срок службы будет уменьшен.
[0049] Независимо от того, являются ли источники нейтронов БНЗТ ядерным реактором или следствием ядерных реакций между заряженными частицами ускорителя и мишенью, создаются только смешанные поля излучения, то есть пучки содержат нейтроны и фотоны, имеющие энергии от низкой до высокой. Что касается БНЗТ в глубине опухолей, за исключением надтепловых нейтронов, чем больше остаточное количество луча излучения, тем выше доля неселективного осаждения дозы в здоровой ткани. Поэтому излучение, вызывающее ненужную дозировку, должно быть уменьшено по максимуму. Помимо показателей качества воздушного пучка, дозировка рассчитывается с использованием тканевого протеза головы человека, чтобы понять распределение дозы нейтронов в организме человека. Коэффициенты качества пучка протеза позже используются в качестве проектной справки на нейтронные пучки, как подробно описано ниже.
[0050] Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) представило пять предложений относительно факторов качества пучка воздуха для клинических источников нейтронов БНЗТ. Предложения могут использоваться для дифференциации источников нейтронов и в качестве эталона для выбора вариантов образования нейтронов и проектирования узла формирования пучка, и они представлены следующим образом:
9
2
[0051] Поток надтепловых нейтронов> 1×10н/смс
-13
2
[0052] Загрязнение быстрыми нейтронами <2 ×10Гр-см/ н
-13
2
[0053] Загрязнение фотонами <2 ×10Гр-см/ н
[0054] Отношение потока тепловых нейтронов к потоку надтепловых нейтронов <0,05
[0055] отношение тока надтепловых нейтронов к потоку> 0,7>
[0056] Примечание: диапазон энергий надтепловых нейтронов составляет от 0,5 эВ до 40 кэВ, диапазон энергий тепловых нейтронов ниже 0,5 эВ, а диапазон энергий быстрых нейтронов выше 40 кэВ.
[0057] 1. Поток надтепловых нейтронов
[0058] Поток надтепловых нейтронов и концентрация борсодержащих фармацевтических препаратов в месте опухоли вместе определяют время клинической терапии. Если борсодержащие фармацевтические препараты в месте опухоли имеют достаточно высокую концентрацию, поток надтепловых нейтронов может быть уменьшен. Напротив, если концентрация борсодержащих фармацевтических препаратов в опухолях находится на низком уровне, необходимо, чтобы надтепловые нейтроны в высоком потоке надтепловых нейтронов обеспечивали достаточные дозировки для опухолей. Данный стандарт на поток надтепловых нейтронов от МАГАТЭ составляет более 109 надтепловых нейтронов на квадратный сантиметр в секунду. В данном потоке нейтронных пучков время терапии может приблизительно контролироваться менее чем час с использованием борсодержащих фармацевтических препаратов. Таким образом, помимо того, что пациентам удобно разместиться, и они чувствуют себя более комфортно в течение более короткого времени терапии, может быть эффективным образом использовано ограниченное время пребывания борсодержащих фармацевтических препаратов в опухолях.
[0059] 2. Загрязнение быстрыми нейтронами
-13
2
[0060] Ненужная доза на здоровую ткань, производимая быстрыми нейтронами, считается загрязнением. Доза демонстрирует положительную корреляцию с энергией нейтронов, следовательно, количество быстрых нейтронов в нейтронных пучках должно быть максимально уменьшено. Доза быстрых нейтронов на единицу потока надтепловых нейтронов задается как загрязнение быстрыми нейтронами, и, согласно МАГАТЭ, предполагается, что оно составляет менее 2*10Гр-см/ н.
[0061] 3. Фотонное загрязнение (гамма-излучение)
-13
2
[0062] Гамма-излучение с дальним проникновением излучения будет избирательно приводить к накоплению дозы во всех тканях на пути прохождения пучка, поэтому снижение количества гамма-излучения также является исключительно важным требованием при разработке нейтронного пучка. Доза гамма-излучения, приходящаяся на единицу потока надтепловых нейтронов, задается как загрязнение гамма-излучением, которое, согласно МАГАТЭ, составляет менее 2*10Гр-см / н.
[0063] 4. Соотношение тепловых и надтепловых нейтроно.
[0064] Тепловые нейтроны настолько быстро распадаются и плохо проникают, что оставляют большую часть энергии в тканях кожи после попадания в организм. За исключением опухолей кожи, таких как меланоцитома, тепловые нейтроны служат источниками нейтронов БНЗТ, в других случаях, таких как опухоли головного мозга, количество тепловых нейтронов должно быть уменьшено. В соответствии с МАГАТЭ рекомендованное соотношение тепловых и надтепловых нейтронных потоков ниже 0,05.
[0065] 5. отношение тока надтепловых нейтронов к потоку
[0066] Отношение тока надтепловых нейтронов к потоку обозначает направление пучка, чем выше это отношение, тем лучше прямое направление нейтронных пучков, и нейтронные пучки в наилучшем прямом направлении могут уменьшать дозу на здоровую ткань, что является результатом рассеяния нейтронов. Кроме того, улучшается обрабатываемая глубина, а также позиционное положение. По данным МАГАТЭ лучше, когда отношение тока надтепловых нейтронов к потоку больше, чем 0,7.
[0067] Для решения проблемы замены генератора нейтронов и в то же время уменьшения облучения рабочих радиоактивными лучами в настоящем изобретении предлагается система нейтронозахватной терапии.
[0068] Основное излучение, которым подвергается заменяющий мишень человек - это радиоактивные лучи, генерируемые в результате ядерных реакций, которые происходят после облучения пучка заряженных частиц в генераторе нейтронов. Следовательно, настоящее изобретение предназначено для описания отсоединения генератора нейтронов после ядерных реакций, а не для описания установки нового генератора нейтронов.
7
7
[0069] Как показано на фиг. 1, система 100 нейтронозахватной терапии включает в себя ускоритель 200, конфигурированный для генерации пучка P заряженных частиц, генератор 10 нейтронов, вступающий в реакцию с пучком P заряженных частиц для генерации пучка N нейтронов, и узел 20 формирования пучка. Узел 20 формирования пучка включает в себя приемную часть 21, замедлитель, смежный с генератором 22 нейтронов, отражатель 23, окружающий замедлитель 22, поглотитель тепловых нейтронов 24, смежный с замедлителем 22, и радиационный экран 25 и выход 26 луча, расположенный в узле формирования луча 20. Приемная часть 21 вмещает вакуумную трубку 30, соединенную с ускорителем 200, и генератор 10 нейтронов расположен на конце вакуумной трубки 30, чтобы быть смежным с замедлителем 22. Вакуумная трубка 30 передает заряженные частицы P, ускоренные ускорителем 200, в генератор 10 нейтронов, ускоритель 200 ускоряет заряженные частицы P до энергии, достаточной для преодоления силы атомных ядер генератора нейтронов, заряженные частицы имеют ядерную реакцию Li(p, n)Be с генератором 12 нейтронов для генерации нейтронов, нейтроны формируют нейтронный пучок N, нейтронный пучок N задает главную ось I. Замедлитель 22 замедляет нейтроны, генерируемые генератором 10 нейтронов, до области энергии надтепловых нейтронов. Отражатель 23 направляет отклоненные нейтроны обратно в замедлитель 22 для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов. Поглотитель 24 тепловых нейтронов выполнен с возможностью поглощения тепловых нейтронов, чтобы избежать чрезмерной дозы в поверхностной здоровой ткани во время лечения. Радиационный экран 25 выполнен с возможностью экранирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы уменьшить дозировку для здоровой ткани в необлучаемой области.
[0070] Со ссылкой на фиг. 2, система 100 нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя охлаждающее устройство 40, выполненное с возможностью охлаждения генератора 10 нейтронов, чтобы увеличить срок службы генератора нейтронов.
[0071] Охлаждающее устройство 40 включает в себя первую охлаждающую часть 41, расположенную на конце вакуумной трубки 30 и в плоском контакте с генератором 10 нейтронов, и вторую охлаждающую часть 42 и третью охлаждающую часть 43, расположенные на двух сторонах первой охлаждающей части 41 и соответственно сообщающиеся с первой охлаждающей частью 41. Между периферийной частью вакуумной трубки 30 и внутренней стенкой приемной части 21 имеется зазор, причем вторая охлаждающая часть 42 и третья охлаждающая часть 43 проходят в направлении, параллельном оси I нейтронного пучка в зазоре, и соответственно расположены на верхней стороне и нижней стороне вакуумной трубки 30 с образованием «[» -образной структуры с первой охлаждающей частью 41. Для того, чтобы охлаждающее устройство 40 охлаждало генератор 10 нейтронов на конце вакуумной трубки 30, и в то же время обеспечить качество нейтронного пучка узла 20 формирования пучка, часть вакуумной трубки 30 вставлена в замедлитель 22. (не показано). Вторая охлаждающая часть 42 вводит охлаждающую среду в первую охлаждающую часть 41, а третья охлаждающая часть 43 выводит охлаждающую среду в первую охлаждающую часть 41. Первая охлаждающая часть 41 расположена между генератором 10 нейтронов и замедлителем 22, одна сторона первой охлаждающей части 41 находится в непосредственном плоском контакте с генератором 10 нейтронов, а другая сторона первой охлаждающей части 41 находится в контакте с замедлителем 22.
[0072] Первая охлаждающая часть 41 включает в себя первую контактную часть 411, вторую контактную часть 412 и охлаждающую канавку 413, расположенную между первой контактной частью 411 и второй контактной частью 412, причем охлаждающая канавка 413 выполнена с возможностью пропускания охлаждающей среды. Первая контактная часть 411 находится в прямом контакте с генератором 10 нейтронов, а вторая контактная часть 412 и замедлитель 22 могут находиться в опосредованном контакте или могут иметь опосредованный контакт через воздух. Охлаждающая канавка 413 имеет входную канавку 414, сообщающуюся со второй охлаждающей частью 42, и выходную канавку 415, сообщающуюся с третьей охлаждающей частью 43. Первая контактная часть 411 выполнена из теплопроводного материала. Первая контактная часть 411 изготовлена из теплопроводного материала (такого как Cu, Fe и Al с высокой теплопроводностью) или материала, способного проводить тепло и вспучиваться, вторая контактная часть 412 изготовлена из материала, способного вспучиваться, и материалом является любое из Fe, Ta или V. Температура генератора 10 нейтронов повышается после облучения ускоренными заряженными частицами на высоком энергетическом уровне и генерирует тепло, тепло отводится первой контактной частью 411, и охлаждающая среда течет в охлаждающей канавке 413 и отводит тепло для охлаждения генератора 10 нейтронов. В данном варианте осуществления охлаждающей средой является вода.
[0073] Со ссылкой на фиг. 1 и фиг. 5, на фиг. 1 схематически изображен генератор нейтронов, находящийся в первом положении, а на фиг. 5 схематично показан генератор нейтронов, находящийся во втором положении. Генератор 10 нейтронов перемещается между первым положением и вторым положением, в первом положении генератор 10 нейтронов взаимодействует с пучком заряженных частиц с образованием нейтронов, а во втором положении генератор 10 нейтронов отделяется от узла 20 формирования пучка.
[0074] Со ссылкой на фиг. 3, между приемной частью 21 и наружной стенкой вакуумной трубки 30 образован зазор. В зазоре размещен заполнитель 50. Наполнитель 50 обернут вокруг наружной стенки вакуумной трубки 30 и охлаждающего устройства 40. Материал наполнителя 50 способен поглощать или отражать нейтроны, такой как свинцовый сплав или алюминиевый сплав. В данном варианте осуществления содержание свинца в свинцовом сплаве больше или равно 85%, а содержание алюминия в алюминиевом сплаве больше или равно 85%. В одном аспекте наполнитель 50 отражает нейтроны, которые отражаются или рассеиваются в зазоре к замедлителю 22 или отражателю 23, выход надтепловых нейтронов увеличивается, и время облучения, в котором нуждается облученное тело, уменьшается. В другом аспекте предотвращается утечка нейтронов за пределы узла 20 формирования пучка, которая отрицательно влияет на инструменты системы нейтронозахватной терапии, благодаря чему повышается радиационная безопасность. Кроме того, когда генератор 10 нейтронов перемещается за пределы приемной части 21, охлаждающее устройство 40 и наполнитель 50 перемещаются за пределы приемной части 21 вместе с генератором 10 нейтронов чтобы выпасть из узла 20 формирования пучка.
[0075] Со ссылкой на фиг. 1, фиг. 4 и фиг. 5, в первом варианте осуществления вакуумная трубка 30 включает в себя первую часть 31 вакуумной трубки, соединенную с ускорителем 200, вторую часть 32 вакуумной трубки, размещенную в приемной части 21, и третью часть 33 вакуумной трубки, соединяющую первую часть 31 вакуумной трубки и вторую часть 32 вакуумной трубки. Один конец второй части 32 вакуумной трубки расположен смежно с замедлителем 22, другой конец второй части 32 вакуумной трубки проходит от приемной части 21 и соединяется с третьей частью 33 вакуумной трубки, генератор 10 нейтронов находится на конце второй части 32 вакуумной трубки и находится смежно с замедлителем 22. Третья часть 33 вакуумной трубки отсоединяется от первой части 31 вакуумной трубки и второй части 32 вакуумной трубки для уменьшения общей длины вакуумной трубки 30, чтобы обеспечить пространство для перемещения генератора 10 нейтронов за пределы приемной части 21 в направлении, противоположном направлению облучения нейтронным пучком N. После того, как третья часть 33 вакуумной трубки отсоединяется от первой части 31 вакуумной трубки и второй части 32 вакуумной трубки, вторая часть 32 вакуумной трубки перемещается за пределы приемной части 21 в направлении, противоположном направлению облучения нейтронным пучком N, чтобы упасть с узла 20 формирования пучка.
[0076] В данном варианте осуществления вакуумная трубка 30 падает с узла 20 формирования пучка, потому что пространство сформировано для первой части 31 вакуумной трубки так, чтобы смещаться за пределы приемной части 21 в направлении, противоположном направлению излучения нейтронного пучка N после отсоединения второй части 32 вакуумной трубки. То есть общая длина вакуумной трубки 30 изменяется, чтобы создать пространство для генератора 10 нейтронов. В другом варианте осуществления изменения общей длины вакуумной трубки вакуумная трубка может быть расположена с возможностью втягивания в направлении облучения нейтронным пучком. (Например, часть вакуумной трубки, расположенная снаружи узла формирования пучка, выполнена телескопической гофрированной трубкой. Общая длина вакуумной трубки уменьшается, когда гофрированная трубка сжимается, и генератор нейтронов перемещается за пределы узла формирования пучка вместе с вакуумной трубкой в направлении, противоположном направлению облучения пучка нейтронов). Подробности здесь не описаны.
[0077] Фиг. 6 - 8 представляют собой схематические виды второго варианта осуществления системы нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению. Для большего снижения угроз безопасности для работников от радиоактивных лучей система 100 нейтронозахватной терапии дополнительно содержит экранирующее устройство 60.
[0078] Со ссылкой на фиг. 9, экранирующее устройство 60 включает в себя нижнюю стенку 61, верхнюю стенку 62, противоположную нижней стенке 61, и первую боковую стенку 63, вторую боковую стенку 64, третью боковую стенку 65 и четвертую боковую стенку 66, соединяющие нижнюю стенку 61 и верхнюю стенку 62. Первая боковая стенка 63 и третья боковая стенка 65 расположены напротив друг друга, вторая боковая стенка 64 и четвертая боковая стенка 66 расположены напротив друг друга, а нижняя стенка 61, верхняя стенка 62 и четыре боковые стенки соединены с образованием экранирующего пространства 67. Верхняя стенка 62 выполнена с возможностью вращения вокруг второй боковой стенки 64 или четвертой боковой стенки 66 в направлении от экранирующего пространства 67 или к нему, а первая боковая стенка 63 и третья боковая стенка 65 соответственно выполнены с возможностью вращения вокруг нижней стенки 61 в направлении от экранирующего пространства 67 или к нему. Верхняя стенка 62, первая боковая стенка 63 и третья боковая стенка 65 вращаются посредством вращающихся элементов 68, установленных в нижней стенке 61, первой боковой стенке 63 и третьей боковой стенке 65. Когда верхняя стенка 62, первая боковая стенка 63 и третья боковая стенка 65 вращаются вокруг вращающегося элемента 68 в направлении от экранирующего пространства 67, экранирующее устройство 60 образует U-образную структуру, чтобы сделать его удобным для рабочего для перемещения первой части 31 вакуумной трубки снаружи узла 20 формирования пучка и обеспечения перемещения генератора 10 нейтронов в экранирующем пространстве 67.
[0079] Конечно, в другом варианте осуществления (со ссылкой на фиг. 10 и фиг. 11) экранирующего устройства 60 экранирующее устройство 60 включает в себя только нижнюю стенку 61 и две боковые стенки (64, 66), соединенные с нижней стенкой 61 и расположенные напротив друг друга. Нижняя стенка 61 и две боковые стенки образуют первое отверстие 631, второе отверстие 651, противоположное первому отверстию 631, и третье отверстие 621, противоположное нижней стенке 61. То есть нижняя стенка 61 и две боковые стенки образуют U-образную структуру, а U-образная структура имеет экранирующее пространство 67. Первое отверстие 631 расположено смежно с первой частью 31 вакуумной трубки, второе отверстие 651 расположено смежно со второй частью 32 вакуумной трубки, третья часть 33 вакуумной трубки проходит через третье отверстие, а третье отверстие 621 позволяет рабочему переместить вторую часть 32 вакуумной трубки в экранирующее пространство 67. В данном варианте осуществления экранирующее устройство 60 расположено на периферийной части вакуумной трубки 30. Когда необходимо заменить генератор нейтронов, рабочий удаляет третью часть вакуумной трубки и перемещает вторую часть 32 вакуумной трубки, пока генератор 10 нейтронов, наполнитель 50 и охлаждающее устройство 40 не переместятся вместе со второй частью 32 вакуумной трубки и разместятся в экранирующем пространстве 67 экранирующего устройства 60, затем рабочий снимает экранирующее устройство 60 с первой части 31 вакуумной трубки, и верхняя стенка 62, первая боковая стенка 63 и третья боковая стенка 65 соответственно поворачиваются и позволяют верхней стенке 60, первой боковой стенке 63 и третьей боковой стенке 65 соответственно покрыть экранирующее пространство 67 для полного экранирования от радиоактивных лучей в экранирующем пространстве 67. Экранирующее устройство 60 защищает от радиоактивных лучей, которые остаются в генераторе 10 нейтронов после ядерной реакции, тем самым снижая угрозу безопасности радиоактивных лучей для рабочих. Конечно, во время реальных операций экранирующее устройство 60 также может быть в качестве альтернативы расположено между первой частью 31 вакуумной трубки и второй частью 32 вакуумной трубки после того, как третья часть 33 вакуумной трубки отсоединяется.
[0080] Настройка экранирующего устройства 60 может быть достигнута соединением (упором) между первым отверстием 631 и первой частью 31 вакуумной трубки и соединением (упором) между вторым отверстием 651 и второй частью 32 вакуумной трубки (узел 20 формирования пучка) или дополнительной конструкцией, способной удерживать экранирующее устройство 60 на периферийной части вакуумной трубки 30.
[0081] Поскольку, когда работник заменяет генератор нейтронов, он стоит на одной стороне узла формирования пучка, когда рабочий перемещает вторую часть вакуумной трубки, как нижняя стенка, так и боковые стенки экранирующего устройства способны экранировать радиоактивные лучи, оставшиеся в генераторе нейтронов. После того, как генератор нейтронов вместе со второй частью вакуумной трубки падает в экранирующее пространство, верхняя стенка, первая боковая стенка и третья боковая стенка вращаются, чтобы полностью окружить экранирующее пространство экранирующим материалом, таким образом, радиационная опасность для рабочих снижается еще больше. Конечно, экранирующего устройства 60 с U-образной структурой также достаточно для защиты от радиоактивных лучей, которые могут облучать работника, и снижать радиационные опасности для работника.
[0082] Фиг. 12 - схематический вид третьего варианта осуществления системы нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению. Система 100' нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя экранирующую часть, смежную с замедлителем 22, и экранирующая часть обернута вокруг периферийной части приемной части 21. Экранирующая часть включает в себя первую экранирующую часть 71 и вторую экранирующую часть 72, и вторая экранирующая часть 72 способна перемещаться относительно первой экранирующей части 71 в направлении от вакуумной трубки 30, чтобы дать возможность генератору 10 нейтронов упасть с приемной части 21. Вакуумная трубка 30 включает в себя по меньшей мере первую часть 31' вакуумной трубки, соединенную с ускорителем 200, и вторую часть 32' вакуумной трубки, соединенную с первой частью 31' вакуумной трубки и размещенную в приемной части 21. После того как первая часть 31' вакуумной трубки отсоединяется от второй части 32' вакуумной трубки, и когда вторая экранирующая часть 72 перемещается к первой части 31' вакуумной трубки в направлении от генератора 10 нейтронов и может упасть с приемной части 21, генератор 10 нейтронов перемещается за пределы приемной части 21 вместе со второй частью 32' вакуумной трубки и падает с узла 20 формирования пучка. Наполнитель и охлаждающее устройство также падают с узла 20 формирования пучка вместе с генератором 10 нейтронов.
[0083] Для снижения угрозы безопасности радиоактивных лучей для работников, во втором варианте осуществления система нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя экранирующее устройство 60 и приемное устройство 80, расположенное под вакуумной трубкой 30, генератор 10 нейтронов падает с приемной части 21 и попадает в приемное устройство 80, причем приемное устройство 80 выполнено из экранирующего материала.
[0084] Со ссылкой на фиг. 18 - 19, приемное устройство 80 включает в себя нижнюю часть 81, верхнюю часть 82, противоположную нижней части 81, и четыре боковые части 83, соединенные с нижней частью 81 и верхней частью 82. Нижняя часть 81, верхняя часть 82 и четыре боковые части 83 соединены с образованием приемного пространства 84 приемного устройства 80. В верхней части 82 приемного устройства 80 дополнительно предусмотрено отверстие. Две вращающиеся части 85 расположены напротив друг друга, чтобы покрыть отверстие. Один конец каждой вращающейся части 85 соединен с верхней частью 82, а другой конец вращающейся части 85 выполнен с возможностью вращения относительно верхней части в направлении приемного пространства 84. В исходном состоянии две вращающиеся части 85 находятся над приемным пространством 84 для покрытия отверстия. Под действием внешней силы вращающиеся части 85 вращаются в направлении приемного пространства 84 для размещения в приемном пространстве 84, и когда внешняя сила исчезает, вращающиеся части 85 восстанавливают исходное состояние. Для перемещения вращающихся частей 85 осевой элемент (не показан) может быть расположен в верхней части 82, чтобы позволить вращающемуся элементу 85 поворачиваться в приемное пространство 84 или покрывать верхнее отверстие приемного пространства 84. Подробности здесь также не описываются.
[0085] Разумеется, приемное устройство согласно третьему варианту осуществления также может быть предусмотрено в первом варианте осуществления и во втором варианте осуществления для дополнительного снижения вероятности прямого контакта между работником и радиоактивными лучами.
7
7
[0086] В системе нейтронозахватной терапии ускоритель выполнен с возможностью ускорения пучка заряженных частиц P. В предпочтительном варианте осуществления генератор 31 нейтронов выполнен из лития. Пучок заряженных частиц достаточно ускорен, чтобы преодолеть силу кулоновского отталкивания атомных ядер генератора нейтронов, и имеет ядерную реакцию Li(p,n)Be с генератором 31 нейтронов для генерации нейтронов. Узел 20 формирования пучка замедлят нейтроны до области энергий надтепловых нейтронов и уменьшает тепловые нейтроны и быстрые нейтроны. Как показано на фиг. 3, генератор 10 нейтронов включает в себя литиевый слой 101 мишени и антиокислительный слой 102, расположенный на одной стороне литиевого слоя 101 мишени, и выполнен с возможностью защиты литиевого слоя 101 мишени от окисления. Антиокислительный слой 102 генератора 10 нейтронов выполнен из алюминия или нержавеющей стали.
2
3
2
2
3
2
2
3
™
6
[0087] Замедлитель 22 выполнен из материала с большим сечением реакции быстрых нейтронов и небольшим сечением реакции надтепловых нейтронов, отражатель 23 выполнен из материала с высокой способностью отражения нейтронов, а поглотитель 24 тепловых нейтронов выполнен из материала с большим сечением реакции тепловых нейтронов. В предпочтительном варианте осуществления замедлитель 22 выполнен по меньшей мере из одного из DO,AlF,Fluental,CaF, LiCO, MgF и AlO,отражатель 23 выполнен по меньшей мере из одного из Pb или Ni и поглотитель 24 тепловых нейтронов выполнен из Li.
[0088] Радиационный экран 25 включает в себя экран 251 для фотонов и экран 252 для нейтронов. Предпочтительно радиационный экран 25 включает в себя экран 251 для фотонов, выполненный из свинца (Pb), и экран 252 для нейтронов, выполненный из полиэтилена (PE).
[0089] Для упрощения описания настоящего изобретения одним и тем же номером позиции обозначен один и тот же компонент настоящего изобретения.
[0090] Система нейтронозахватной терапии, раскрытая в настоящем изобретении, не ограничивается описанными выше вариантами осуществления и структурами, представленными на прилагаемых чертежах. Все очевидные изменения, замены или модификации материалов, форм и положений элементов, сделанные на основе настоящего изобретения, подпадают под объем правовой охраны настоящего изобретения.