СИСТЕМА НЕЙТРОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
NEUTRON CAPTURE THERAPY SYSTEM

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе радиационного облучения и, в частности, к системе нейтрон-захватной терапии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере развития атомной техники радиотерапия, с использованием таких средств как кобальт-60, линейные ускорители и электронные пучки, стала одним из основных средств лечения рака. Однако традиционная фотонная или электронная терапия страдает физическими ограничениями 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).
С целью уменьшения радиационного повреждения здоровой ткани, окружающей участок опухоли, в лучевой терапии при химиотерапии применяется целевая терапия. В то время как 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 нейтрон-захватная терапия. Среди них нейтрон-захватная терапия объединяет целевую терапию с ОБЭ, такой как борная нейтрон-захватная терапия (BNCT). Благодаря определенной группировке борсодержащих фармацевтических препаратов в опухолевых клетках и точной регулировке нейтронного пучка BNCT представляется лучшим выбором для лечения рака, чем традиционная лучевая терапия.
4
7
10
7
10
7
7
Бор-нейтрон-захватная терапия (BNCT) использует то преимущество, что содержащие бор (В-10) фармацевтические препараты имеют высокое поперечное сечение захвата нейтронов и производят тяжелые заряженные частицы Не и Li посредством захвата нейтронов В (n, α)Li и реакции ядерного деления. Как проиллюстрировано на фиг. 1 и 2, где показаны схематический чертеж BNCT и формула ядерной реакции захвата нейтронов В (n, α)Li, две заряженные частицы со средней энергией около 2,33 МэВ обладают высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) и характеристиками ближнего действия. ЛПЭ и диапазон альфа-частицы составляют 150 кэВ/микрометр и 8 микрометров соответственно, тогда как для тяжелой заряженной частицы Li это 175 кэВ/микрометр и 5 микрометров соответственно, при этом общий диапазон двух частиц приблизительно равен размеру ячейки. Таким образом, радиационное повреждение живых организмов может быть ограничено на клеточном уровне, только опухолевые клетки будут уничтожены при отсутствии серьезного повреждения нормальной ткани.
Терапия BNCT также хорошо известна как средство бинарной терапии рака, поскольку ее эффективность зависит от концентрации борсодержащих фармацевтических препаратов и количества тепловых нейтронов в области опухоли. Таким образом, помимо разработки борсодержащих фармацевтических препаратов, улучшение потока и качества нейтронного источника играет важную роль в исследованиях терапии BNCT.
Следовательно, есть необходимость в создании нового технического решения вышеуказанной проблемы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы улучшить поток и качество источников нейтронов, один из аспектов настоящего изобретения предлагает систему нейтрон-захватной терапии, содержащую устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, пучок заряженных частиц, генерируемый при ускорении ускорителя, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронов, нейтроны образуют нейтронный пучок, проходящий вдоль главной оси, узел формирования пучка содержит опорную часть и основную часть, заполненную внутри опорной части, основная часть содержит замедлитель, отражатель и радиационный экран, замедлитель конфигурирован для замедления нейтронов, генерируемых из мишени, до диапазона энергий надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и направляет отклоняющиеся нейтроны обратно к главной оси, чтобы увеличивать интенсивность пучка надтепловых нейтронов, при этом радиационный экран выполнен в возможностью экранирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы снижать дозу для нормальных тканей в необлучаемой зоне. Опорная часть предназначена для предотвращения деформации и повреждения материала основной части, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча.
При этом опорная часть содержит внешнюю стенку, замкнутую по окружности вокруг главной оси, внешняя стенка окружая образует вмещающую часть, основная часть расположена во вмещающей части, вмещающая часть содержит по меньшей мере один вмещающий блок, причем каждый вмещающий блок вмещает по меньше одно из замедлителя, отражателя и радиационного экрана.
Кроме того, опорная часть дополнительно содержит первую боковую пластину и вторую боковую пластину, соответственно расположенные с двух сторон внешней стенки в направлении нейтронного пучка и соединенные с внешней стенкой, по меньшей мере одну поперечную пластину, расположенную между первой боковой пластиной и второй боковой пластиной в направлении нейтронного пучка, и по меньшей мере одну внутреннюю стенку, замкнутую по окружности вокруг главной оси и проходящую между первой боковой пластиной и второй боковой пластиной или между поперечной пластиной и первой/второй боковой пластиной или между поперечными пластинами, в первой боковой пластине предусмотрено отверстие для прохождения передающей трубки ускорителя, во второй боковой пластине предусмотрено отверстие для формирования выхода луча, множество вмещающих блоков сформировано между внешней стенкой, внутренней стенкой, поперечной пластиной, первой боковой пластиной и второй боковой пластиной, радиационный экран содержит нейтронный экран и фотонный экран, при этом по меньшей мере один вмещающий блок вмещает оба замедлитель/нейтронный экран и отражатель.
Предпочтительно внутренняя стенка содержит первую внутреннюю стенку и вторую внутреннюю стенку, поперечная пластина содержит первую поперечную пластину, первая внутренняя стенка проходит между первой боковой пластиной и первой поперечной пластиной и предназначена для монтажа передающей трубки, а вторая внутренняя стенка проходит в направлении нейтронного пучка от первой поперечной пластины и предназначена для размещения по меньшей мере части замедлителя.
При этом замедлитель сдержит базовую часть и вспомогательную часть, вмещающий блок содержит первый вмещающий блок и второй вмещающий блок, расположенные рядом друг с другом, базовая часть размещена первом вмещающем блоке, базовая часть снабжена центральным отверстием на конце, обращенном к первой боковой пластине, центральное отверстие предназначено для размещения передающей трубки и мишени, вспомогательная часть и по меньшей мере часть отражателя размещены во втором вмещающем блоке, первый вмещающий блок окружен второй внутренней стенкой, и радиальное расстояние от первой внутренней стенки до главной оси меньше радиального расстояния от второй внутренней стенки до главной оси. Базовая часть замедлителя окружает мишень, так что нейтроны, генерируемые из мишени, могут эффективно замедляться во всех направлениях, что позволяет дополнительно улучшить поток нейтронов и качество пучка.
Кроме того, материал базовой части представляет собой фторид магния, содержащий Li-6, базовая часть также выполнена как поглотитель тепловых нейтронов, вспомогательная часть содержит первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок, материал первого вспомогательного блока представляет собой алюминиевый сплав, материал второго вспомогательного блока - тефлон, материал отражателя - свинец, при этом отражатель также выполнен как фотонный экран первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок выполнены как одно целое в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях, и разделяют отражатель во втором вмещающем блоке на две части, первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок расположены последовательно в направлении нейтронного пучка, и граница между первым вспомогательным блоком и вторым вспомогательным блоком проходит перпендикулярно направлению нейтронного пучка. Блок из алюминиевого сплава и тефлоновый блок, соответственно, предусмотрены в качестве первого вспомогательного блока и второго вспомогательного блока замедлителя, так что стоимость изготовления замедлителя может быть снижена, без существенного ухудшения качества пучка. Первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок выполнены как одно целое в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях, что позволяет достичь лучшего качества пучка и лучшего лечебного эффекта. Тефлон также имеет лучший эффект поглощения быстрых нейтронов, так что может быть уменьшено содержание быстрых нейтронов в пучке.
При этом свинцовая экранирующая пластина дополнительно расположена между блоком из фторида магния в первом вмещающем блоке и позиционирующим кольцом/стопорным кольцом, базовая часть и экранирующая пластина последовательно расположены в направлении нейтронного пучка, позиционирующее кольцо или стопорное кольцо изготовлено из материала с коротким периодом полураспада активированного ядра, образующегося в результате реакции активации, материал экранирующей пластины - свинец, а толщина свинцовой экранирующей пластины в направлении нейтронного пучка составляет меньше или равна 5 см, так что нейтроны, проходящие через замедлитель, не отражаются, а свинец может поглощать гамма-лучи, выходящие из замедлителя. Наружная стенка, по меньшей мере, одна из внутренних стенок и по меньшей мере одна из поперечных пластин составляют единое целое с основной рамой, период полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых материалами основной рамы, первой боковой пластины и второй боковой пластины после активации нейтронами составляет менее 7 дней, при этом материал основной рамы, первой боковой пластины и второй боковой пластины представляет собой алюминиевый сплав, титановый сплав, сплав свинца и сурьмы, литой алюминий, бескобальтовую сталь, углеродное волокно, ПЭЭК или высокополимер. Когда алюминиевый сплав выбран в качестве материала основной рамы, алюминиевый сплав имеет подходящие механические свойства и короткий период полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых алюминиевым сплавом после активации алюминиевого сплава нейтронами. Когда в качестве материала первой боковой пластины и второй боковой пластины выбран сплав свинец-сурьма, свинец может дополнительно экранировать излучение, а сплав свинец-сурьма имеет относительно высокую прочность.
Предпочтительно вмещающий блок содержит третий вмещающий блок, нейтронный экран, а по меньшей мере часть отражателя размещена в третьем вмещающем блоке, при этом материал нейтронного экрана - полиэтилен, материал отражателя - свинец, отражатель также выполнен как фотонный экраны, отражатель и нейтронный экран в третьем вмещающем блоке последовательно расположены в направлении нейтронного пучка, и граница между отражателем и нейтронным экраном в третьем вмещающем блоке проходит перпендикулярно направлению пучка нейтронов.
Предпочтительно опорная часть дополнительно содержит радиальные перегородки, которые по окружности разделяют вмещающий блок на множество подобластей, радиальные перегородки расположены между первой боковой пластиной и второй боковой пластиной или между поперечной пластиной и первой/второй боковой пластиной или между поперечными пластинами и простирается от внешней стенки к внутренней стенке или проходит между двумя внутренними стенками.
Другой аспект настоящего изобретения предлагает узел формирования пучка для системы нейтрон-захватной терапии. Система нейтрон-захватной терапии содержит устройство генерации нейтронов, нейтроны, генерируемые устройством генерации нейтронов, образуют нейтронный пучок, узел формирования пучка может регулировать качество пучка нейтронного пучка, узел формирования пучка содержит опорную часть и основную часть, заполненную внутри опорной части, при этом опорная часть образует по меньшей мере один вмещающий блок, а каждый вмещающий блок вмещает по меньшей мере часть основной части. Опорная часть предназначена для предотвращения деформации и повреждения материала основной части, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча.
Третий аспект настоящего изобретения предлагает узел формирования пучка для системы нейтрон-захватной терапии. Система нейтрон-захватной терапии содержит устройство генерации нейтронов, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, пучок заряженных частиц, генерируемый при ускорении ускорителя, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронов, нейтроны образуют пучок нейтронов, пучок нейтронов проходит вдоль главной оси, узел формирования пучка содержит замедлитель, отражатель и радиационный экран, замедлитель конфигурирован для замедления нейтронов, генерируемых устройством генерации нейтронов, до диапазона энергий надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и направляет отклоняющиеся нейтроны обратно к главной оси, чтобы увеличивать интенсивность пучка надтепловых нейтронов, радиационный экран предназначен для экраниирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы уменьшать дозу на нормальные тканив необлучаемой области, замедлитель содержит базовую часть и вспомогательную часть, окружающую базовую часть, узел формирования пучка дополнительно содержит опорную часть для поддержания узла формирования пучка, причем опорная часть содержит стенку вокруг главной оси, и базовая часть и вспомогательная часть изготовлены из разных материалов и разделены стенкой. Опорная часть предназначена для предотвращения деформации и повреждения материала основной части узла формирования пучка, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча. Для вспомогательной части выбирается легкодоступный материал, что позволяет снизить затраты на изготовление замедлителя, реализовать конкретное замедление нейтронов, без существенного ухудшения качества пучка.
2
3
2
2
2
3
2
3
Предпочтительно стенка содержит первую стенку, вторую стенку и поперечную пластину, соединяющую первую стенку и вторую стенку, которые последовательно расположены в направлении нейтронного пучка и замкнуты по окружности вокруг направления нейтронного пучка, поперечная пластина проходит перпендикулярно направлению пучка нейтронов, первая стенка предназначена для монтажа передающей трубки ускорителя, вторая стенка образует вмещающую полость для базовой части замедлителя, материал базовой части содержит по меньшей мере одно из DO, Al, AlF, MgF, CaF, LiF, LiCO, или AlO, имеющих большое сечение для взаимодействия с быстрыми нейтронами и малое сечение для взаимодействия с надтепловыми нейтронами, что обеспечивает подходящее замедление; базовая часть содержит Li-6, причем базовая часть также выполнена как поглотитель тепловых нейтронов.
При этом базовая часть содержит первую торцевую поверхность и вторую торцевую поверхность, которые приблизительно перпендикулярны направлению нейтронного пучка, первая торцевая поверхность и вторая торцевая поверхность последовательно расположены в направлении нейтронного пучка, первая торцевая поверхность снабжена центральным отверстием, центральное отверстие предназначено для размещения передающей трубки и мишени, радиальное расстояние от первой стенки до главной оси меньше радиального расстояния от второй стенки до главной оси, при этом базовая часть замедлителя окружает мишень, так что нейтроны, генерируемые мишенью, могут эффективно замедляться во всех направлениях, что позволяет дополнительно улучшить поток нейтронов и качество пучка. Экранирующая пластина расположена рядом со второй торцевой поверхностью, причем экранирующая пластина представляет собой свинцовую пластину, а свинец может поглощать гамма-лучи, испускаемые замедлителем. Толщина экранирующей пластины в направлении нейтронного пучка меньше или равна 5 см, так что нейтроны, проходящие через замедлитель, не отражаются.
Кроме того, предпочтительно опорная часть дополнительно содержит радиальные перегородки, разделяющие вспомогательную часть по меньшей мере на два субмодуля по окружности вокруг главной оси, причем плоскость, в которой расположена радиальная перегородка, проходит через главную ось, и по меньшей мере два субмодуля разделены радиальной перегородкой.
Кроме того, предпочтительно вспомогательная часть содержит первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок, расположенные рядом друг с другом, базовая часть, первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок изготовлены из трех разных материалов, базовая часть является цилиндрической, при этом первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок выполнены как единое целое в форме, содержащей по меньшей мере одну конусообразную форму, что позволяет получить лучшее качество луча и лучший эффект лечения.
При этом материал первого вспомогательного блока включает по меньшей мере одно из Zn, Mg, Al, Pb, Ti, La, Zr, Bi, Si и С, а материал второго вспомогательного блока представляет собой тефлон или графит. Первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок расположены последовательно в направлении нейтронного пучка, причем первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок выполнены как одно целое в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях. Для первого вспомогательного блока замедлителя выбирается легкодоступный материал, что позволяет снизить затраты на изготовление замедлителя, реализовать конкретное замедление нейтронов, без существенного ухудшения качества пучка. Для второго вспомогательного блока выбирается материал с лучшим эффектом поглощения, чем у материала первого вспомогательного блока, что позволяет уменьшить содержание быстрых нейтронов в пучке.
При этом первый вспомогательный модуль выполнен в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях, первый вспомогательный модуль содержит первую конусообразную секцию и вторую конусообразную секцию, последовательно расположенные в направлении нейтронного пучка, радиальный размер внешнего контура первой конусообразной секции постепенно увеличивается в направлении нейтронного пучка в целом, вторая конусообразная секция соединена с первой конусообразной секцией в положении, где радиальный размер внешнего контура первой конусообразной секции максимален, при этом радиальный размер внешнего контура второй конусообразной секции постепенно уменьшается в направлении нейтронного пучка в целом, второй вспомогательный блок расположен рядом с второй конусообразной секцией в положении, где радиальный размер внешнего контура второй конусообразной секции минимален, и радиальный размер внешнего контура второго вспомогательного блока постепенно уменьшается в направлении нейтронного пучка в целом.
Кроме того, контуры поперечного сечения первого вспомогательного блока и второго вспомогательного блока в плоскости, где расположена главная ось, представляют собой неправильные четырехугольники или многоугольники, причем первый вспомогательный блок содержит первую сторону, контактирующую с отражателем на первой конусообразной секции, вторую сторону, контактирующую с отражателем, и третью сторону, контактирующую со вторым вспомогательным блоком на второй конусообразной секции, и четвертую сторону, контактирующую со стенкой на обеих первой конусообразной секции и второй конусообразной секции, второй вспомогательный блок содержит пятую сторону, контактирующую с первым вспомогательным блоком, шестую сторону, контактирующую с отражателем, и седьмую сторону, контактирующую со стенкой, третья сторона и пятая сторона расположены рядом и выполнены как граница между первым вспомогательным блоком и вторым вспомогательным блоком, причем граница перпендикулярна направлению нейтронного пучка.
Четвертый аспект настоящего изобретения предлагает узел формирования пучка для системы нейтрон-захватной терапии. Система нейтрон-захватной терапии содержит устройство генерации нейтронов, нейтроны, генерируемые устройством генерации нейтронов, образуют пучок нейтронов, пучок нейтронов проходит вдоль главной оси, узел формирования пучка может регулировать качество пучка нейтронов, узел формирования пучка содержит опорную часть и основную часть, заполненные внутри опорной части, опорная часть содержит опорную раму, опорная рама формируется путем нагрева заготовки материала с помощью нагревательного оборудования и последующего выполнения ковки в цилиндр с помощью ковочного оборудования, цилиндр обрабатывается на машинном оборудовании после черновой машинной обработки и тепловой обработки. Опорная часть предназначена для предотвращения деформации и повреждения материала основной части, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча. Опорная рама требует нескольких процедур ковки и меньшего количества периодов нагревания, имеет гомогенизированную структуру и подходящие характеристики ковки, позволяет экономить сырьевые материалы. Материал заготовки нагревают перед ковкой, так что сопротивление деформации может быть уменьшено, а пластичность может быть улучшена. После выполнения черновой машинной обработки кованого цилиндра можно обеспечить общие свойства материала опорной рамы после тепловой обработки.
При этом материал опорной рамы представляет собой алюминиевый сплав, массовая доля Cu в алюминиевом сплаве составляет ≤7%, что может соответствовать требованию короткого периода полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых опорной рамой после активации нейтронами. Для опорной рамы предел прочности составляет ≥150 МПа, а предел текучести ≥100 МПа, чтобы опорная рама могла поддерживать основную часть узла формирования пучка. Алюминиевый сплав - это ковкий алюминиевый сплав. Ковочное оборудование представляет собой оборудование для свободной ковки, при этом оборудование для свободной ковки содержит оборудование для высадки и волочения. Структура и свойства алюминиевого сплава изменяются путем свободной ковки с использованием способа пластического формования, что позволяет дополнительно экономить сырьевые материалы.
При этом нагревательное оборудование представляет собой нагревательную печь с лучистым сопротивлением, в печи циркулирует воздух для поддержания точной и равномерной температуры, отклонение температуры печи составляет ±10°С, максимальная начальная температура ковки составляет 520°С, окончательная температура ковки составляет 450°С, а допустимая предельная температура 530°С. Время нагрева может быть определено в соответствии с растворением упрочняющей фазы и гомогенизацией структуры. В этом состоянии может быть получена соответствующая пластичность, могут быть улучшены характеристики ковки алюминиевого сплава.
При этом основная часть содержит замедлитель, отражатель и радиационный экран, замедлитель замедляет нейтроны, генерируемые устройством генерации нейтронов, до диапазона энергий надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и направляет нейтроны, отклоняющиеся от главной оси, назад к главной оси для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, радиационный экран предназначен для экранирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы уменьшать дозу на нормальные ткани в необлучаемой зоне, опорная рама образует по крайней мере один вмещающий блок, при этом каждый вмещающий блок вмещает по меньшей мере часть основной части.
Кроме того, вмещающий блок содержит первый вмещающий блок, вмещающий по меньшей мере часть замедлителя, первый вмещающий блок расположен в центре опорной рамы в радиальном направлении, при этом черновая машинная обработка представляет собой сверление отверстий в областях цилиндра, соответствующих первому вмещающему блоку. Когда термическая обработка выполняется непосредственно на цилиндре, трудно обеспечить требуемые характеристики материала в центре цилиндра. Таким образом, отверстие просверливается в центральном положении (то есть, в областях цилиндра, соответствующих первому вмещающему блоку) кованого цилиндра путем черновой машинной обработки, затем выполняется глубокая тепловая обработка, чтобы можно было обеспечить нахождение опорной рамы близко к центральному положению (для формирования основной части рамы первого вмещающего блока) и общие свойства материала после тепловой обработки. Кроме того, первый вмещающий блок вмещает замедлитель, так что может быть обеспечено поддержание замедлителя, и предотвращается деформация и повреждение замедлителя, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча.
При этом вмещающий блок содержит второй вмещающий блок, вмещающий по меньшей мере одно из замедлителя, отражателя и радиационного экрана, опорная рама содержит внешнюю стенку, замкнутую по окружности вокруг главной оси, и по меньшей мере одну внутреннюю стенку, второй вмещающий блок сформирован между внешней стенкой и внутренней стенкой или между внутренними стенками, причем черновая машинная обработка дополнительно содержит предварительную машинную обработку областей цилиндра, соответствующих второму вмещающему блоку. Подразумевается, что черновая машинная обработка может не выполняться на областях цилиндра, соответствующих второму вмещающему блоку, чтобы предотвратить легкую деформацию областей, вызванную малой толщиной, во время тепловой обработки после черновой машинной обработки.
При этом тепловая обработка содержит обработку на твердый раствор и обработку старением, алюминий после обработки на твердый раствор выдерживают при определенной температуре в течение определенного времени, а перенасыщенный твердый раствор разлагается, вызывая сильное повышение прочности и твердости сплава.
Пятый аспект настоящего изобретения предлагает способ обработки опорной рамы узла формирования пучка, содержащий:
нагревание: нагрев заготовки материала, отвечающей требованиям к материалам опорной рамы, при определенной температуре и в течение определенного времени;
ковка: ковка нагретого материала заготовки в цилиндр;
черновая машинная обработка: сверление отверстия в центре цилиндра, полученного ковкой;
тепловая обработка: выполнение тепловой обработки кованого тела, полученного после черновой машинной обработки; и
машинная обработка: машинная обработка кованого тела после тепловой обработки для получения опорной рамы с окончательными требуемыми формой и размером.
Опорная часть предназначена для предотвращения деформации и повреждения материала основной части, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество пучка. Опорная рама требует нескольких процедур ковки и меньшего количества периодов нагревания, имеет гомогенизированную структуру и подходящие характеристики ковки, позволяет экономить сырьевые материалы. Материал заготовки нагревают перед ковкой, что позволяет уменьшить сопротивление деформации и улучшить а пластичность. В центральном положении кованого цилиндра просверливается отверстие, после чего выполняется тепловая обработка, чтобы можно было обеспечить нахождение опорной рамы близко к центральному положению и общие свойства материала после термообработки.
При этом, перед этапом нагревания, определяют, что материал заготовки удовлетворяет требованиям к сырьевому материалу для опорной рамы; перед этапом ковки материал заготовки обрабатывают для соответствия требованиям обработки ковочного оборудования; ковка представляет собой свободную ковку, включая осадку и волочение, при условии, что температура ковки не ниже заданной температуры, статическую ковку повторяют в соответствии с процессами двух вышеупомянутых способов для получения точных зерен в структуре, а ковочное оборудование обладает точностью ковки заготовки; тепловая обработка включает обработку на твердый раствор и обработку старением, алюминий после обработки на твердый раствор выдерживают при определенной температуре в течение определенного времени, а перенасыщенный твердый раствор разлагается, вызывая сильное повышение прочности и твердости сплава; после тепловой обработки выполняют физические и химические испытания и проверки, включая проверку размеров, проверку элементов, испытание механических свойств и неразрушающую ультразвуковую дефектоскопию.
В настоящем изобретении узел формирования пучка системы нейтрон-захватной терапии позволяет предотвращать деформацию и повреждение материала узла формирования пучка, улучшать поток и качество источников нейтронов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схематическая диаграмма реакции захвата бором нейтронов;
10
α
7
фиг. 2 показывает уравнение ядерной реакции захвата нейтронов В (n, )Li;
фиг. 3 - схематичная диаграмма системы нейтрон-захватной терапии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - схематичная диаграмма узла формирования пучка системы нейтрон-захватной терапии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 - схематическая диаграмма опорной части с фиг. 4;
фиг. 6 - схематический подетальный вид замедлителя с фиг. 4;
фиг. 7 - схематическая диаграмма основной рамы с фиг. 5, если смотреть с направления нейтронного пучка N;
фиг. 8 - схематическая диаграмма основной рамы с фиг. 5, если смотреть с направления, противоположного направлению нейтронного пучка N; и
фиг. 9 - блок-схема варианта осуществления основной рамы с фиг. 5 во время обработки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники реализовать настоящее изобретение со ссылкой на текст описания.
7
7
9
9
Как показано на фиг. 3, система нейтрон-захватной терапии в этом варианте осуществления предпочтительно представляет собой борную систему 100 нейтрон-захватной терапии, которая содержит устройство 10 генерации нейтронов, узел 20 формирования пучка, коллиматор 30 и лечебный стол 40. Устройство 10 генерации нейтронов содержит ускоритель 11 и мишень Т, при этом ускоритель 11 ускоряет заряженные частицы (такие как протоны, дейтроны и т.п.) для генерации пучка заряженных частиц Р, такого как пучок протонов, и пучок заряженных частиц Р облучает мишень Т и взаимодействует с мишенью Т для генерации нейтронов, которые образуют нейтронный пучок нейтронный пучок N проходит вдоль главной оси X, и мишень Т представляет собой металлическую мишень. Направление нейтронного пучка N, описанное ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, представляет собой не фактическое направление движения нейтронов, а общую тенденцию направления движения нейтронного пучка N. Подходящие ядерные реакции всегда определяются в соответствии с такими характеристиками, как желаемые выход нейтронов и энергия, доступная энергия ускоренных заряженных частиц и тока, материализация металлической мишени, среди которых наиболее обсуждаемыми двумя являются Li (р, n) Be и Ве(р, n) В, и которые обе являются эндотермической реакцией. Их энергетические пороги составляют 1,881 МэВ и 2,055 МэВ соответственно. Надтепловые нейтроны с уровнем энергией в кэВ считаются идеальными источниками нейтронов для терапии BNCT. Теоретически, бомбардировка литиевой мишенью с использованием протонов с энергией, немного превышающей пороговые значения, может производить нейтроны с относительно низкой энергией, поэтому нейтроны могут использоваться клинически без больших замедлений. Однако Li (литий) и Be (бериллий) и протоны с пороговой энергией имеют невысокое эффективное сечение. Для производства достаточных потоков нейтронов, чтобы вызвать ядерные реакции, обычно выбираются высокоэнергетические протоны. 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, высокой температуры сопротивление и т.д. Но на самом деле никакие ядерные реакции не могут удовлетворить всем требованиям. Однако, как хорошо известно специалистам в данной области техники, материалы мишени могут быть получены из других металлов, помимо Li или Be, например тантала (Та) или вольфрама (W), или же их сплавов. Ускоритель 11 может быть линейным ускорителем, циклотроном, синхротроном, синхроциклотроном.
Источники нейтронов BNCT создают только смешанные радиационные поля, то есть пучки содержат нейтроны и фотоны с энергиями от низкой до высокой. Что касается BNCT в глубине опухолей, за исключением надтепловых нейтронов, чем больше остаточное количество луча излучения, тем выше доля неселективного осаждения дозы в нормальной ткани. Поэтому излучение, обсусливающее излишнюю дозу, должно быть уменьшено по максимуму. Помимо показателей качества воздушного пучка, доза рассчитывается с использованием тканевого протеза головы человека, чтобы понять распределение дозы нейтронов в человеческом теле. Коэффициенты качества пучка протеза позже используются в качестве проектной ссылки на нейтронные пучки, как подробно описано ниже.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) представило пять предложений относительно факторов качества пучка воздуха для клинических источников нейтронов BNCT. 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
Поток надтепловых нейтронов >1x10 н/см с
-13
2
Загрязнение быстрыми нейтронами <2 х10Гр-см/н
-13
2
Загрязнение фотонами <2 х10Гр-см/н
Соотношение тепловых и надтепловых нейтронов <0,05
отношение тока надтепловых нейтронов к потоку >0,7>
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 превышает 40 кэВ.
1. Поток надтепловых нейтронов
9
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 дозы для опухолей. Данный стандарт на поток надтепловых нейтронов от МАГАТЭ составляет более 10 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 пациенты хорошо размещены и чувствуют себя более комфортно в течение более короткого времени терапии, может быть эффективно использовано ограниченное время пребывания борсодержащих фармацевтических препаратов в опухолях.
2. Загрязнение быстрыми нейтронами
-13
2
Излишняя 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 уменьшено в максимальной степени. Доза быстрых нейтронов на единицу потока надтепловых нейтронов считается загрязнением быстрыми нейтронами, и, согласно МАГАТЭ, составляет менее 2*10Гр-см/н.
3. Фотонное загрязнение (загрязнение гамма-излучением)
-13
2
Гамма-излучение с дальним проникновением 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, определяется как загрязнение гамма-излучением, которое, согласно МАГАТЭ, составляет менее 2*10Гр-см/н.
4. Соотношение тепловых и надтепловых нейтронов
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 BNCT, в других случаях, таких как опухоли головного мозга, количество тепловых нейтронов должно быть уменьшено. В соответствии с МАГАТЭ соотношение тепловых и надтепловых нейтронных потоков рекомендуется ниже 0,05.
5. Отношение тока надтепловых нейтронов к потоку
Отношение тока надтепловых нейтронов к потоку обозначает направление пучка, чем выше это отношение, тем лучше прямое направление нейтронных пучков, и нейтронные пучки в лучшем прямом направлении могут уменьшать дозу, окружающую нормальную ткань, являющуюся 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.
Коэффициенты качества луча протеза выводятся на основании распределения дозы в ткани, полученной с помощью протеза, в соответствии с кривой доза-глубина нормальной ткани и опухолей. Три следующих параметра могут использоваться для сравнения различных эффектов нейтронно-лучевой терапии.
1. Предпочтительная глубина
Доза опухоли равна глубине максимальной дозы нормальной ткани. Доза опухолевых клеток в положении за глубиной меньше максимальной дозы нормальной ткани, то есть захват нейтронов бором теряет свои преимущества. Предпочтительная глубина указывает на проницаемость нейтронных пучков. Вычисляется в см: чем больше предпочтительная глубина, тем больше глубина поддающейся лечению опухоли.
2. Уровень дозы предпочтительной глубины
Уровень дозы предпочтительной глубины - это уровень дозы опухоли на предпочтительной глубине, также равный максимальному уровню дозы для нормальной ткани. Это может влиять на продолжительность терапии, поскольку общая доза для нормальной ткани является фактором, способным повлиять на общую дозу, предусмотренную для опухолей. Чем он выше, тем короче время облучения для получения определенной дозы на опухоли, рассчитанное по сГр/мА-мин.
3. Предпочтительное отношение
Среднее отношение доз, полученное опухолями и нормальной тканью поверхности мозга к предпочтительной глубине, называется предпочтительным отношением. Среднее отношение может быть рассчитано с использованием криволинейного интеграла доза-глубина. Чем выше предпочтительное отношение, тем лучше терапевтический эффект нейтронных пучков.
Чтобы предоставить сравнительную ссылку на конструкцию узла формирования пучка, предоставляются также следующие параметры для оценки преимуществ и недостатков выражения нейтронных пучков в вариантах осуществления настоящего изобретения, за исключением коэффициентов качества воздушного пучка МАГАТЭ и вышеупомянутых параметров.
1. Время облучения ≤30 мин (протонный ток для ускорителя 10 мА)
2. 30,0 ОБЭ-Гр глубина лечения > ≥7 см
3. Максимальная доза опухоли ≥60,0 ОБЭ-Гр
4. Максимальная доза нормальной мозговой ткани ≤12,5 ОБЭ-Гр
5. Максимальная доза на кожу ≤11,0 ОБЭ-Гр
Примечание: ОБЭ означает относительную биологическую эффективность. Поскольку фотоны и нейтроны проявляют разную биологическую эффективность, указанную выше дозу следует умножить на ОБЭ различных тканей, чтобы получить эквивалентную дозу.
2
3
2
2
3
2
2
3
Пучок N нейтронов, генерируемый устройством 10 генерации нейтронов, последовательно проходит через узел 20 формирования пучка и коллиматор 30, затем излучается на пациента 200 на лечебном столе 40. Узел 20 формирования пучка способен регулировать качество пучка нейтронов N, генерируемого устройством 10 генерации нейтронов, а коллиматор 30 используется для концентрации пучка нейтронов N, так что пучок нейтронов N имеет более точное наведение при проведении лечения. Узел 20 формирования пучка дополнительно содержит опорную часть 21 (не показана на фиг. 1, подробно описана ниже) и основную часть 23, заполненную внутри опорной части 21, опорная часть 21 образует по меньшей мере один вмещающий элемент С1-С10, каждый из которых содержит по меньшей мере часть основной части 23. Опорная часть может предотвращать деформацию и повреждение материала основной части и влиять на замену мишени и качество луча. Основная часть 23 содержит замедлитель 231, отражатель 232, радиационный экран 233. Нейтроны, генерируемые устройством 10 генерации нейтронов, имеют широкий спектр энергии, и в дополнение к надтепловым нейтронам для удовлетворения потребностей лечения желательно уменьшить количество других типов нейтронов и фотонов, насколько это возможно, чтобы избежать вреда для операторов или пациентов. Следовательно, нейтроны, выходящие из устройства 10 для генерации нейтронов, должны проходить через замедлитель 231 для регулирования энергии быстрых нейтронов в нем до области энергии надтепловых нейтронов. Замедлитель 231 изготовлен из материала, имеющего поперечное сечение для действия, в основном, с быстрыми нейтронами, но почти не действующего с надтепловыми нейтронами, например, содержит по меньшей мере одно из О, AlF, Fluental, CaF, LiCO, MgF и AlO. Отражатель 232 окружает замедлитель 231 и отражает нейтроны, рассеянные через замедлитель 231, обратно в нейтронный пучок N, чтобы улучшить использование нейтронов, и изготовлен из материала, имеющего высокую способность отражения нейтронов, такого, что содержит по меньшей мере одно из Pb и Ni. Радиационный экран 233 предназначен для экранирования утекающих нейтронов и фотонов, чтобы уменьшать дозу для нормальной ткани, не подвергающейся облучению. Материал радиационного экрана 233 содержит по меньшей мере одно из экранирующего фотоны материала и экранирующего нейтроны материала, такого как экранирующий фотоны свинец (Pb) и экранирующий нейтроны полиэтилен (РЕ). Следует понимать, что основная часть может иметь другие конфигурации, при условии, что может быть получен пучок надтепловых нейтронов, необходимый для лечения.
Мишень Т расположена между ускорителем 11 и узлом 20 формирования пучка, причем ускоритель 11 имеет передающую трубку 111, которая передает пучок заряженных частиц Р. В этом варианте осуществления передающая трубка 111 проникает в узел 20 формирования пучка в направлении пучка заряженных частиц Р и последовательно проходит через замедлитель 231 и отражатель 232. Мишень Т размещена в замедлителе 231 и расположена на конце передающей трубки 111 для получения лучшего качества нейтронного пучка. В этом варианте осуществления первая и вторая охлаждающие трубки D1 и D2 расположены между передающей трубкой 111 и замедлителем 231, и между передающей трубкой 111 и отражателем 232, при этом один конец первой и второй охлаждающих трубок D1, D2 соответственно соединены с впуском охлаждения IN (не показан на фигурах) и выпуском охлаждения OUT (не показан на фигурах) мишени Т, другие концы подсоединены к внешнему источнику охлаждения (не показан на фигурах). Следует понимать, что первая и вторая охлаждающие трубки могут быть и по-другому расположены в узле формирования луча, и без них можно обойтись когда мишень размещается снаружи узла формирования луча.
Как показано на фиг. 4 и фиг. 5, опорная часть 21 содержит внешнюю стенку 211, замкнутую по окружности вокруг главной оси X, и первую боковую пластину 221 и вторую боковую пластину 222, расположенные соответственно с двух сторон внешней стенки 211 в направлении нейтронного пучка N и соединенные с внешней стенкой 211, предусмотрено отверстие 2211 для прохождения передающей трубки 111 в первой боковой пластине 221, предусмотрено отверстие 2221 для формирования выхода пучка во второй боковой пластине 222, сформирована вмещающая часть С между внешней стенкой 211, первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной 222, и основная часть 23 расположена во вмещающей части С. Вмещающая часть С содержит по меньшей мере один вмещающий блок С1-С4 (подробно описан ниже), каждый вмещающий блок С1-С4 вмещает по крайней мере одно из замедлителя 231, отражателя 232 и радиационного экрана 233, по меньшей мере один вмещающий блок С1-С4 вмещает по меньшей мере два из замедлителя, отражателя и радиационного экрана, или вмещает по меньшей мере два разных материала. Подразумевается, что первая боковая пластина и вторая боковая пластина могут не использоваться, и внешняя стенка окружает вмещающую часть.
Опорная часть 21 дополнительно содержит по меньшей мере одну внутреннюю стенку, замкнутую по окружности вокруг главной оси X и проходящую между первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной 222. В этом варианте осуществления первая внутренняя стенка 212 и вторая внутренняя стенка 213 помещены внутрь в радиальном направлении, причем радиальное направление определяется как направление, перпендикулярное главной оси X. Опорная часть 21 дополнительно содержит первую поперечную пластину 223, расположенную между первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной 222 в направлении нейтронного пучка N, третья внутренняя стенка 214 замкнута по окружности вокруг главной оси X и проходит между первой поперечной пластиной 223 и первой боковой пластиной 221, и четвертую внутреннюю стенку 215, замкнутую по окружности вокруг главной оси X и проходящую от первой поперечной пластины 223 до второй боковой пластины 222. Третья внутренняя стенка 214 находится ближе к главной оси X в радиальном направлении, чем вторая внутренняя стенка 213, четвертая внутренняя стенка 215 расположена радиально между второй внутренней стенкой 213 и третьей внутренней стенкой 214, а первая поперечная пластина 223 проходит между третьей внутренней стенкой 214 и четвертой внутренней стенкой 215. Внутренняя поверхность третьей внутренней стенки 214 находится на той же поверхности, что и боковая стенка отверстия 2211 в первой боковой пластине 221, а третья внутренняя стенка 214 образует монтажную часть для передающей трубки 111, первой охлаждающей трубки D1, второй охлаждающей трубки D2 и т.п. Вторая поперечная пластина 224 расположена между четвертой внутренней стенкой 215 и второй боковой пластиной 222 и примыкает к четвертой внутренней стенке 215 в направлении нейтронного пучка N, вторая поперечная пластина 224 проходит радиально внутрь от второй внутренней стенки 213, предусмотрено отверстие 2241 для прохождения нейтронного пучка N во второй поперечной пластине 224, причем внутренняя стенка отверстия 2241 ближе к главной оси X, чем внутренняя сторона четвертой внутренней стенки 215. Подразумевается, что вторая поперечная пластина может не использоваться, первая поперечная пластина может продолжаться до внешней стенки или другой внутренней стенки, и множество поперечных пластин может быть альтернативно расположено между внешней стенкой и внутренней стенкой, а также между внутренними стенками.
В этом варианте осуществления весь узел формирования пучка является цилиндрическим, поперечные сечения внешней стенки и внутренней стенки в направлении, перпендикулярном главной оси X, представляют собой кольца вокруг главной оси X и проходят параллельно главной оси X, а боковые пластины и поперечная пластина представляют собой плоские пластины, проходящие перпендикулярно главной оси X. Разумеется, в качестве альтернатива возможно и другое исполнение. Например, направление прохождения наклонено к главной оси, а внешний контур внешней стенки в направлении, перпендикулярном главной оси, может быть в альтернативном варианте квадратным, прямоугольным или многоугольным, что удобно для транспортировки и монтажа. Первый вмещающий блок С1 сформирован между внешней стенкой 211, первой внутренней стенкой 212, первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной 222. Второй вмещающий блок С2 сформирован между первой внутренней стенкой 212, второй внутренней стенкой 213, первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной 222. Третий вмещающий блок С3 сформирован между второй внутренней стенкой 213, третьей внутренней стенкой 214, четвертой внутренней стенкой 215, первой боковой пластиной 221, первой поперечной пластиной 223 и второй поперечной пластиной 224.
В этом варианте осуществления блок 241 из РЕ соответствующей формы расположен в первом вмещающем блоке С1, свинцовый блок 242 и блок 241 из РЕ последовательно расположены во втором вмещающем блоке С2 в направлении нейтронного пучка N, объем отношение свинцового блока к блоку из РЕ меньше или равно 10, а граница между свинцовым блоком и блоком из РЕ перпендикулярна направлению нейтронного пучка N. Подразумевается, что в качестве альтернативы могут быть другие соотношения или другие размещения. В этом варианте осуществления радиационный экран 233 содержит нейтронный экран и фотонный экран, блок 241 из РЕ выполнен как нейтронный экран, а свинцовый блок 242 выполнен как отражатели 232 и фотонный экран.
В этом варианте осуществления свинцовый блок 242, блок 243 из алюминиевого сплава, тефлоновый блок 244 и блок 241 из РЕ расположены в третьем вмещающем блоке С3, блок 243 из алюминиевого сплава и тефлоновый блок 244 выполнены как единое целое в форме, включающей по меньшей мере одну конусообразную форму, при этом блок 241 из РЕ расположен рядом со второй поперечной пластиной 224, свинцовый блок 242 заполняет оставшуюся область, а блок 243 из алюминиевого сплава и тефлоновый блок 244 разделяют на две части свинцовый блок 242 в третьем вмещающем блоке С3. Блок 243 из алюминиевого сплава и тефлоновый блок 244, соответственно, выполнены как первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блока замедлителя, так что стоимость изготовления замедлителя может быть снижена без существенного ухудшения качества пучка. Первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок выполнены в форме, включающей по меньшей мере одну конусообразную форму, что позволяет достичь лучшего качества пучка и лучшего лечебного эффекта. Тефлоновый блок 244 также имеет лучший эффект поглощения быстрых нейтронов, так что может быть уменьшено содержание быстрых нейтронов в пучке. Выводной блок 242 выполнен как отражатель 232 и фотонный экран. Блок 241 из РЕ выполнен как нейтронный экран. Подразумевается, что блок из РЕ не может быть удален.
Как показано на фиг. 6, в этом варианте осуществления блок 243 из алюминиевого сплава и тефлоновый блок 244 последовательно расположены в направлении пучка нейтронов N, блок 243 из алюминиевого сплава и тефлоновый блок 244 выполнены в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях, блок 243 из алюминиевого сплава также выполнен в виде двух конусообразных форм, расположенных рядом друг с другом в противоположных направлениях, блок 243 из алюминиевого сплава содержит первую конусообразную секцию 2431 и вторую конусообразную секцию 2432, которые последовательно расположены в направлении нейтронного пучка. N, радиальный размер внешнего контура первой конусообразной секции 2431 постепенно увеличивается в направлении нейтронного пучка N в целом, вторая конусообразная секция 2432 соединена с первой конусообразной секцией 2431 в положении, где радиальный размер внешнего контура первой конусообразной секции 2431 является максимальным, а радиальный размер внешнего контура второй конусообразной секции 2432 постепенно уменьшается в направлении нейтронного пучка N в целом. Тефлоновый блок 244 расположен рядом со второй конусообразной секцией 2432 в положении, где радиальный размер внешнего контура второй конусообразной секции 2432 минимален, радиальный размер внешнего контура тефлонового блока 244 постепенно уменьшается в направлении нейтронного пучка N в целом, и тефлоновый блок находится в контакте с блоком 241 из РЕ в положении, где радиальный размер внешнего контура максимален. Контуры поперечного сечения блока 243 из алюминиевого сплава и тефлонового блока 244 в плоскости, где расположена главная ось X, представляют собой неправильные четырехугольники или многоугольники. Блок 243 из алюминиевого сплава имеет первую сторону А1, контактирующую со свинцовым блоком 242 в первой конусообразной секции 2431, вторую сторону А2, контактирующую со свинцовым блоком 242, и третью сторону A3, контактирующую с тефлоновым блоком 244 во второй конусообразной секции 2432, а также четвертую сторона А4, контактирующую с третьей внутренней стенкой 214, четвертой внутренней стенкой 215 и первой поперечной пластиной 223 в первой конусообразной секции и второй конусообразной секции. В этом варианте четвертая сторона А4 представляет собой ступенчатую поверхность. Тефлоновый блок 244 имеет пятую сторону А5, контактирующую с блоком 243 из алюминиевого сплава, шестую сторону А6, контактирующую со свинцовым блоком 242, седьмую сторону А7, контактирующую с четвертой внутренней стенкой 215, и восьмую сторону А8, контактирующую с блоком 241 из РЕ. Третья сторона A3 и пятая сторона А5 расположены рядом друг с другом и выполнены как граница между блоком 243 из алюминиевого сплава и тефлоновым блоком 244. В этом варианте осуществления граница перпендикулярна направлению нейтронного пучка N. В этом варианте осуществления объемное отношение блока 243 из алюминиевого сплава к тефлоновому блоку 244 составляет от 5 до 20. Подразумевается, что в альтернативном варианте могут быть другие отношения или другие распределения в соответствии с пучком нейтронов, необходимым для лечения, например, другие глубины облучения.
Область от первой поперечной пластины 223 до второй поперечной пластины 224 в направлении нейтронного пучка N и окруженная четвертой внутренней стенкой 215 образует четвертый вмещающий блок С4, а четвертый вмещающий блок С4 расположен рядом с третьим вмещающим блоком С3 в радиальном направлении. В этом варианте осуществления предусмотрен блок 245 из фторида магния в четвертом вмещающем блоке С4 в качестве базовой части замедлителя 231, причем блок 245 из фторида магния содержит Li-6 и также выполнен как поглотитель тепловых нейтронов, так что первый вспомогательный блок и второй вспомогательный блок замедлителя, расположенные в третьем вмещающем блоке С3, окружают базовую часть замедлителя, расположенного в четвертом вмещающем блоке С4. Весь блок 245 из фторида магния является цилиндрическим, включая первую торцевую поверхность А9 и вторую торцевую поверхность А10, которые приблизительно перпендикулярны направлению нейтронного пучка N. Первая торцевая поверхность А9 и вторая торцевая поверхность А10 последовательно расположены в направлении нейтронного пучка. Первая торцевая поверхность А9 обращена к первой боковой пластине 221 и снабжена центральным отверстием 2451. Центральное отверстие 2451 предназначено для размещения передающей трубки 111, первой охлаждающей трубки D1, второй охлаждающей трубки D2 и мишени Т. Центральное отверстие 2451 представляет собой цилиндрическое отверстие. Боковая стенка 2451а центрального отверстия находится на той же поверхности, что и внутренняя поверхность третьей внутренней стенки. Радиальное расстояние L1 от третьей внутренней стенки 214 до главной оси X меньше радиального расстояния L2 от четвертой внутренней стенки 215 до главной оси X, а базовая часть замедлителя 231 окружает цель Т, так что нейтроны, генерируемые мишенью Т, могут эффективно замедляться во всех направлениях, так что поток нейтронов и качество пучка могут быть дополнительно улучшены. Свинцовая пластина 246 расположена между блоком 245 из фторида магния и второй поперечной пластиной 224. Свинцовая пластина 246 выполнена как фотонный экран, свинец может поглощать гамма-лучи, испускаемые замедлителем. Толщина экранирующей пластины 246 в направлении нейтронного пучка N меньше или равна 5 см, так что нейтроны, проходящие через замедлитель, не отражаются. Подразумевается, что в альтернативном варианте может быть и другое исполнение. Например, блок 245 из фторида магния не содержит Li-6, но отдельный поглотитель тепловых нейтронов, состоящий из Li-6, расположен между блоком 245 из фторида магния и второй поперечной пластиной 224, свинцовая же пластина в качестве альтернативы может быть исключена.
Подразумевается, что в этом варианте осуществления РЕ, который служит нейтронным экраном, может быть заменен другим экранирующим нейтроны материалом; свинец, который служит фотонным экраном, может быть заменен другим экранирующим фотоны материалом; свинец, служащий отражателем, может быть заменен другим материалом, обладающим высокой способностью отражать нейтроны; фторид магния, который служит базовой частью замедлителя, может быть заменен другим материалом, имеющим большое поперечное сечение для взаимодействия с быстрыми нейтронами и малое поперечное сечения для взаимодействия с надтепловыми нейтронами; Li-6, который служит поглотителем тепловых нейтронов, может быть заменен другим материалом, имеющим большое поперечное сечение для взаимодействия с тепловыми нейтронами; алюминиевый сплав, который служит первым вспомогательным блоком замедлителя, может быть заменен материалом, содержащим по меньшей мере одно из Zn, Mg, Al, Pb, Ti, La, Zr, Bi, Si или С, при этом выбирается относительно легко доступный материала, что позволяет снизить производственные затраты на замедлитель, с реализацией определенного эффекта замедления нейтронов и без существенного влияния на качество пучка; при этом тефлон, используемый для второго вспомогательного блока замедлителя может быть заменен на графит и т.п., а материал А с лучшим эффектом поглощения быстрых нейтронов по сравнению с материалом первого вспомогательного блока выбирается для второго вспомогательного блока, сто позволяет уменьшить содержание быстрых нейтронов в пучке. Подразумевается, что по меньшей мере два из первого вспомогательного блока, второго вспомогательного блока и базовой части замедлителя могут быть в альтернативном варианте изготовлены из одного и того же материала.
Как показано на фиг. 7 и фиг. 8, опорная часть 21 дополнительно снабжена радиальными перегородками 210, плоскость, в которой расположена радиальная перегородка 210, проходит через главную ось X, и каждый из вмещающих блоков С1-С3 разделен по окружности на по меньшей мере две подобласти, так что блок из РЕ, свинцовый блок, блок из алюминиевого сплава и графитовый блок, расположенные в каждом из вмещающих блоков С1-С3, по окружности равномерно разделены на по меньшей мере два субмодуля. В этом варианте осуществления первая радиальная перегородка 2101 расположена между первой боковой пластиной 221 и второй боковой пластиной и проходит от внешней стенки 211 до второй внутренней стенки 213; вторая радиальная перегородка 2102 расположена между первой боковой пластиной 221 и второй поперечной пластиной 224 и проходит от второй внутренней стенки 213 до третьей внутренней стенки 214 или четвертой внутренней стенки 215. В этом варианте осуществления имеется восемь первых радиальных перегородок и четыре вторых радиальных перегородки, все равномерно распределенные по окружности; первые радиальные перегородки и вторые радиальные перегородки представляют собой плоские пластины, и каждая вторая радиальная перегородка и четыре из первых радиальных перегородок находятся в одной плоскости. Подразумевается, что в альтернативном варианте могут быть другие количества или исполнения радиальной перегородки, или радиальная перегородка может не использоваться.
В этом варианте осуществления радиальные перегородки 210, внешняя стенка 211, первая поперечная пластина 223, а также первая, вторая, третья и четвертая внутренние стенки 212-215 выполнена за одно целое как основная рама 21а, и материал представляет собой алюминиевый сплав с подходящими механическими свойствами и коротким периодом полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых алюминиевым сплавом после активации нейтронами. Может использоваться процесс литья, и опорная форма формируется как единое целое. Форма представляет собой деревянную или алюминиевую форму, а песчаный стержень может быть красным песком или смоляным песком. Конкретный процесс - это способ, обычно используемый в отрасли. Поскольку имеются откосы для извлечения из формы при литье, в соответствии с требованиями к конструкции и качеству пучка, откосы для извлечения из формы необходимо удалять машинной обработкой. Благодаря указанной конструкции и процессу литья, конструкция рамы имеет такие преимущества как надлежащая целостность, высокая жесткость и высокая несущая способность. Из-за ограничений режущих инструментов машинной обработки и концентрации напряжений на прямоугольных сторонах все углы скруглены. В качестве альтернативы пластина может быть сначала прокатана и сварена или выкована в цилиндр из алюминиевого сплава, после чего цилиндр подвергается машинной обработке для формования.
Фиг. 9 показывает вариант осуществления основной рамы во время обработки. В этом варианте осуществления основная рама 21а изготовлена из алюминиевого сплава 6061, который может отвечать требованиям химического состава и механических свойств материала основной рамы. Чтобы удовлетворить требованию короткого периода полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых основным корпусом после активации нейтронами, необходимо контролировать типы элементов алюминиевого сплава и массовые отношения элементов. Например, массовая доля Cu составляет ≤7%. На основании соответствующих расчетов и накопленного опыта химический состав материала основной рамы, выбранного в этом варианте осуществления, составляет Cu≤1,0%, Mn≤1,5% и Zn≤1,0% (массовый процент). Химический состав алюминиевого сплава 6061 показан в таблице 1, и из сравнения можно узнать, что алюминиевый сплав 6061 может соответствовать химическому составу, требующемуся для материала основной рамы 21а.
Чтобы обеспечить поддержание основной рамы 21а на основной части 23 узла формования пучка, механические свойства основной рамы должны соответствовать этим требованиям. Согласно расчетам моделирования CAE и эмпирическим корректировкам, для основной рамы из алюминиевого сплава, выбранной в этом варианте осуществления, предел прочности на разрыв составляет ≥150 МПа, а предел текучести составляет ≥100 МПа.
Поскольку алюминиевый сплав 6061 представляет собой ковкий алюминиевый сплав, в этом варианте осуществления используется метод свободной ковки, структура и свойства алюминиевого сплава изменяются с использованием способа пластического формования, что позволяет сохранять сырьевые материалы. При свободной ковке качество ковки во многом зависит от структуры металла, полученной при деформации, особенно от равномерности ковочной деформации. Неоднородная деформация снижает пластичность металла, а из-за неоднородной рекристаллизации получается негомогенизированная структура, так что ковочные свойства ухудшаются. Чтобы получить однородную деформированную структуру и оптимальные механические свойства, чем меньше процедур и меньше периодов нагрева, тем лучше. Обработка этого варианта выглядит следующим образом:
1. Подготовка материала заготовки: производители, такие как алюминиевые заводы, перерабатывают алюминиевую руду в алюминиевые слитки, отливают алюминиевые слитки в заготовку, подготавливают материал заготовки в составе алюминиевого сплава 6061, который соответствует национальному стандарту, и определяют материал заготовки, например, прилагаются данные и экспериментальные результаты по таким аспектам как номер сплава, плавильная печь, номер партии, технические характеристики, гомогенизационный отжиг, низкотемпературный обжиг, проверка оксидной пленки.
2. Резание. Материал заготовки, отвечающий определенным требованиям, обрабатывают такими способами как резание, распиловка и газовая резка. Например, выполняется резка торцевой поверхности, а заусенцы, масляные пятна и опилки вовремя удаляются, чтобы соответствовать требованиям обработки ковочного оборудования.
3. Нагревание: Заготовку материала нагревают перед ковкой для снижения сопротивления деформации и улучшения пластичности. Например, используется печь для лучистого резистивного нагрева, в печи циркулирует воздух для поддержания точной и однородной температуры, а отклонение температуры печи можно контролировать в диапазоне ±10°С. В этом варианте осуществления максимальная начальная температура ковки составляет 520°С, конечная температура ковки составляет 450°С, а допустимая предельная температура составляет 530°С. Разумеется, в качестве альтернативы можно использовать другое нагревательное оборудование. При определении времени сохранения тепла необходимо полностью учитывать такие факторы, как теплопроводность сплава, характеристики материала заготовки, режимы теплопередачи нагревательного оборудования и т.п. В этом варианте время нагревания определяется в соответствии с растворением упрочняющей фазы и гомогенизацией структуры. В этом состоянии может быть получена соответствующая пластичность, могут быть улучшены характеристики ковки алюминиевого сплава. Подразумевается, что материал заготовки можно в альтернативном варианте нагреть перед резанием на этапе 2. В этом случае перед нагреванием материала заготовки, например, перед тем, как материал заготовки попадет в нагревательную печь, необходимо удалить масляные пятна, пыль и другие загрязнения, чтобы не загрязнять воздух в печи.
4. Ковка: материал алюминиевого сплава 6061 является поликристаллическим, между зернами есть границы зерен, а внутри зерен есть субзерна и межфазные границы. Таким образом, материал подвергается пластической деформации на основе пластичности материала с использованием внешней силы для получения поковки требуемой формы (например, цилиндра), размера и определенных структурных свойств. Литая структура материала металлической заготовки устраняется за счет деформации ковки, что значительно улучшает пластичность и механические свойства. В этом варианте осуществления используется метод свободной ковки, такой как осадка и волочение, при условии, что температура ковки не ниже заданной температуры, статическая ковка повторяется в соответствии с процессами вышеупомянутых двух способов для получения точных зерен в структуре, ковочное оборудование имеет точность ковки заготовки.
5. Черновая машинная обработка и тепловая обработка: Чтобы получить в итоге механические свойства, которые отвечают требованиям использования, также необходимо изменить структуру и свойства металлического материала путем тепловой обработки, чтобы изменить внутреннее качество металла. В этом варианте цилиндр получают ковкой на этапе 4. Когда тепловая обработка выполняется непосредственно на цилиндре, трудно обеспечить требуемые характеристики материала в центре цилиндра. Таким образом, просверливается отверстие в центральном положении (то есть, в областях цилиндра, соответствующих четвертому вмещающему блоку С4) кованого цилиндра путем черновой машинной обработки, затем выполняется глубокая тепловая обработка, чтобы можно было обеспечить нахождение опорной рамы близко к центральному положению (для формирования основной части рамы четвертого вмещающего блока С4) и общие свойства материала после тепловой обработки. Кроме того, четвертый вмещающий блок С4 вмещает базовую часть замедлителя, что позволяет обеспечить поддержание замедлителя, и предотвращается деформация и повреждение замедлителя, чтобы избежать влияния на изменение мишени и качество луча. Подразумевается, что черновая машинная обработка дополнительно содержит предварительную машинную обработку полых областей (то есть областей цилиндра, соответствующих первому вмещающему блоку С1, второму вмещающему блоку С2 и третьему вмещающему блоку С3) между внешней стенкой 211 и внутренними стенками 212-215 основной рамы, например, в этих областях просверливается и фрезеруется твердая часть цилиндра, полученная путем ковки. В этом варианте осуществления черновая машинная обработка в этих областях не выполняется, чтобы предотвратить легкую деформацию областей, обусловленную малой толщиной, во время тепловой обработки после черновой машинной обработки. В случае, если процесс может обеспечить необходимые свойства материала центральной области и других областей, черновая машинная обработка может и не выполняться. Черновая машинная обработка должна оставлять припуск для последующей машинной обработки.
В этом варианте осуществления используется тепловая обработка Т6 (твердый раствор + старение). Обработка на твердый раствор - это предшествующая процедура дисперсионного твердения сплава. Твердый раствор, образующийся при обработке раствора, быстро охлаждается, чтобы получить метастабильный пересыщенный твердый раствор, который создает условия для естественного старения и искусственного старения, а также значительно улучшает прочность и твердость. После обработки на твердый раствор требуется обработка старением, при этом алюминий после обработки на твердый раствор выдерживают при определенной температуре в течение определенного времени, а перенасыщенный твердый раствор разлагается, что приводит к значительному увеличению прочности и твердости сплава, и алюминий можно хранить при комнатной температуре или с подогревом. Обработка старением - это последняя процедура тепловой обработки, которая позволяет улучшить и определить окончательные механические свойства алюминиевого сплава. Температуру нагрева и время сохранения тепла можно выбрать в соответствии с конкретной ситуацией. Подразумевается, что в качестве альтернативы можно использовать другие процессы тепловой обработки, при условии соответствия механическим свойствам, которые отвечают требованиям использования.
6. Физические и химические испытания и проверка. После тепловой обработки необходимо провести физико-химические испытания и проверку, включая проверку размеров, проверку элементов, испытание механических свойств, неразрушающую ультразвуковую дефектоскопию и т.п. Испытания могут проводиться после тепловой обработки соответствующим персоналом, занимающимся тепловой обработкой, или же проверка может проводиться перед машинной обработкой соответствующим персоналом, занимающимся машинной обработкой (см. ниже). Проверка механических свойств может быть выполнена путем отрезания части материала в соответствующей области заготовки после тепловой обработки. В этом варианте осуществления часть, удаленная путем сверления отверстия в центральном положении, может быть подвергнута тепловой обработке в ходе черновой машинной обработки, и часть подвергается испытаниям, чтобы приблизительно получить свойства внутренних стенок 214 и 215 вблизи главной оси X; область между внешней стенкой 211 и внутренними стенками 212-215 испытывают путем разрезания материала кованого цилиндра после тепловой обработки в этой области. Подразумевается, что когда черновая машинная обработка выполняется на полых областях между внешней стенкой 211 и внутренними стенками 212-215, часть, отрезанная при выполнении черновой машинной обработки области, проверяется после тепловой обработки, чтобы приблизительно получить свойства области, при этом выбранная область может быть отмечена на чертеже. Вышеупомянутая область отбирается для механических испытаний, чтобы получить предел текучести и предел прочности. В неразрушающих испытаниях используется ультразвуковая дефектоскопия, которая может быть общей проверкой или частичной. В этом варианте осуществления ультразвуковая дефектоскопия выполняется на внутренней стенке близко к центру.
7. Машинная обработка: после испытаний и проверок, и если кованое тело после тепловой обработки отвечает требованиям, выполняется машинная обработка для получения основной рамы с окончательной требуемой формой и размером. Подразумевается, что механическая обработка может включать обычные способы механической обработки, такие как сверление, фрезерование и токарная обработка. В этом варианте осуществления большой портальный фрезерный станок используется для фрезерования и взаимодействует с программным обеспечением для автоматической обработки.
Основная рама 21а и вторая поперечная пластина 224 соединены болтом. Первое резьбовое отверстие единообразно проделано на торцевой поверхности, обращенной ко второй боковой пластине 222, четвертой внутренней стенки 215. Первое сквозное отверстие единообразно проделывается в соответствии с первым резьбовым отверстием на второй поперечной пластине 224. Болт проходит через первое сквозное отверстие и соединяется с первым резьбовым отверстием. Из-за сборки болта диаметр отверстия первого сквозного отверстия немного больше диаметра отверстия первого резьбового отверстия, и количество первых резьбовых отверстий и первых сквозных отверстий должно соответствовать только прочности соединения. Материал первой боковой пластины 221, второй боковой пластины 222 и второй поперечной пластины 224 представляет собой сплав свинца с сурьмой. Свинец может дополнительно экранировать излучение, и, кроме того, сплав свинец-сурьма имеет относительно высокую прочность. Внешние контуры первой боковой пластины 221 и второй боковой пластины 222 соответствуют внешнему контуру внешней стенки 211. Первая боковая пластина 221, вторая боковая пластина 222 и вторая поперечная пластина 224 соединены с основной рамой болтами. Вторые резьбовые отверстия единообразно проделаны соответственно на торцевых поверхностях, обращенных к первой боковой пластине, второй боковой пластине и второй поперечной пластине внутренней стенки основной рамы 21а. Вторые сквозные отверстия единообразно проделаны в положениях, соответствующих вторым резьбовым отверстиям первой боковой пластины 221, второй боковой пластины 222 и второй поперечной пластины 224. Из-за сборки болтов диаметр второго сквозного отверстия немного больше диаметра второго резьбового отверстия, и количество вторых резьбовых отверстий и вторых сквозных отверстий должно лишь соответствовать прочности соединения.
Разумеется, что в этом варианте осуществления материалы основной рамы, боковой пластины и концевой пластины (второй поперечной пластины) лишь должны иметь определенную прочность и короткий период полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых материалы после активации нейтронами (например, менее 7 дней), а свойства материала основной рамы могут соответствовать требованиям поддержания устройства формирования пучка, таким как у алюминиевого сплава, титанового сплава, сплава свинец-сурьма, бескобальтовой стали, углеродного волокна, ПЭЭК или высокополимера. Между боковой пластиной, торцевой пластиной (второй поперечной пластиной) и основной рамой могут быть предусмотрены другие разъемные соединения или разъемные соединения. Когда используется разъемное соединение, удобно заменять каждую часть основной части. В этом варианте осуществления опорная часть и основная часть, заполненные внутри опорной части узла формирования пучка, в качестве альтернативы могут иметь другую конструкцию.
Во время строительства основную раму 21а сначала вставляют в монтажное отверстие, содержащееся в опорной части узла формирования пучка, внешнюю стенку 211 основной рамы 21а и опорную часть узла формирования пучка соединяют болтами. Затем выполняется заполнение основной части и монтаж первой боковой пластины, второй боковой пластины и второй поперечной пластины. Из-за низкой плотности РЕ, алюминиевого сплава и графита соответствующие области могут быть заполнены полностью. Поскольку свинец относительно тяжелый, свинец может быть заполнен вручную частями в направлении нейтронного пучка N или может быть полностью заполнен машиной. Фторид магния также может быть заполнен целиком или по частям. После монтажа блока формирования пучка монтируются передающая трубка, мишень, коллиматор и другие компоненты. Коллиматор 30 расположен в задней части выхода луча. Пучок надтепловых нейтронов из коллиматора 30 облучается на пациента 200 и замедляется до тепловых нейтронов после прохождения через поверхностные нормальные ткани для достижения опухолевой клетки М. В этом варианте осуществления коллиматор прикреплен к основной раме 21а болтами, третье резьбовое отверстие реализовано на торцевой поверхности, обращенной ко второй боковой пластине, второй внутренней стенки 213, и третье сквозное отверстие единообразно проделано в положении, соответствующем третьему резьбовому отверстию, второй боковой пластины 222. Из-за сборки болта диаметр отверстия третьего сквозного отверстия немного больше диаметра отверстия третьего резьбового отверстия, и количество третьих резьбовых отверстий и третьих сквозных отверстий должно лишь соответствовать прочности соединения. Подразумевается, что коллиматор 30 может быть в альтернативном варианте закреплен иными средствами, коллиматор 30 может быть в альтернативном варианте удален или заменен другой структурой, и пучок нейтронов из выхода пучка непосредственно облучает пациента 200. В данном варианте осуществления экранирующее радиацию устройство 50 дополнительно размещено между пациентом 200 и выходом пучка, чтобы экранировать нормальную ткань облучаемого субъекта от облучения пучком из выхода пучка. Следует понимать, что экранирующее радиацию устройство 50 не может быть удалено.
Термин «цилиндрический» или «цилиндрическая секция», используемый при описании осуществления настоящего изобретений, относится к элементу, контур которого имеет по существу неизменную протяженность от одной стороны к другой стороне вдоль проиллюстрированного направления. Одна из контурных линий может быть линейным сегментом, подобным соответствующему сегменту цилиндра, или может быть дугой высокой кривизны, приближенной к линейному сегменту, как соответствующая дуга сферы с высокой кривизной. Цельная поверхность контура может быть непрерывно соединенной или нет, если поверхность цилиндра или сферы с высокой кривизной имеет множество выступов и канавок.
Термин «конусообразный или «конусообразная секция», используемый при описании осуществления настоящего изобретения, относится к элементу, контур которого стремится к сужению от одной стороны к другой вдоль проиллюстрированного направления. Одна из контурных линий может быть отрезком прямой, подобно соответствующей в конусе, или может быть дугой, подобно соответствующей в сфера, а цельная поверхность контура может быть непрерывно соединенной или нет, если поверхность конусообразной формы или сферической форма снабжена множеством выступов и канавок.
Хотя выше описаны иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, позволяющие специалисту в данной области техники понять сущность изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается рамками раскрытых вариантов. Для специалистов в данной области, до тех пор, пока изменения находятся в пределах сущности изобретения и объема правовой охраны, определенного прилагаемой формулой изобретения, любые изменения будут очевидны и находиться в рамках правовых притязаний настоящего изобретения.