中子捕獲治療系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種輻射線治療系統(tǒng)，尤其涉及一種中子捕獲治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著原子科學的發(fā)展，例如鈷六十、直線加速器、電子射束等放射線治療已成為癌癥治療的主要手段之一。然而傳統(tǒng)光子或電子治療受到放射線本身物理條件的限制，在殺死腫瘤細胞的同時，也會對射束途徑上大量的正常組織造成傷害；另外由于腫瘤細胞對放射線敏感程度的不同，傳統(tǒng)放射治療對于較具抗輻射性的惡性腫瘤(如：多行性膠質(zhì)母細胞瘤(glioblastomamultiforme)、黑色素細胞瘤(melanoma))的治療成效往往不佳。

為了減少腫瘤周邊正常組織的輻射傷害，化學治療(chemotherapy)中的標靶治療概念便被應(yīng)用于放射線治療中；而針對高抗輻射性的腫瘤細胞，目前也積極發(fā)展具有高相對生物效應(yīng)(relativebiologicaleffectiveness,rbe)的輻射源，如質(zhì)子治療、重粒子治療、中子捕獲治療等。其中，中子捕獲治療便是結(jié)合上述兩種概念，如硼中子捕獲治療，借由含硼藥物在腫瘤細胞的特異性集聚，配合精準的中子射束調(diào)控，提供比傳統(tǒng)放射線更好的癌癥治療選擇。

硼中子捕獲治療(boronneutroncapturetherapy,bnct)是利用含硼(¹⁰b)藥物對熱中子具有高捕獲截面的特性，借由¹⁰b(n,α)⁷li中子捕獲及核分裂反應(yīng)產(chǎn)生⁴he和⁷li兩個重荷電粒子。參照圖1和圖2，其分別示出了硼中子捕獲反應(yīng)的示意圖和¹⁰b(n,α)⁷li中子捕獲核反應(yīng)方程式，兩荷電粒子的平均能量約為2.33mev，具有高線性轉(zhuǎn)移(linearenergytransfer,let)、短射程特征，α粒子的線性能量轉(zhuǎn)移與射程分別為150kev/μm、8μm，而⁷li重荷粒子則為175kev/μm、5μm，兩粒子的總射程約相當于一個細胞大小，因此對于生物體造成的輻射傷害能局限在細胞層級，當含硼藥物選擇性地聚集在腫瘤細胞中，搭配適當?shù)闹凶由湓?，便能在不對正常組織造成太大傷害的前提下，達到局部殺死腫瘤細胞的目的。

而在中子捕獲治療系統(tǒng)中的射束檢測和診斷屬于一個很重要的課題，這直接關(guān)乎于照射治療的劑量和效果。現(xiàn)有技術(shù)有揭示一種中子捕獲治療系統(tǒng)中，例如通過預(yù)先對被照射體貼附中子束測定用的金絲，在中子束的照射中途取下金絲并測定該金絲的輻射化量，來測定照射中途的中子束的照射劑量。并且根據(jù)該測定的照射劑量來控制(例如停止等)中子捕獲治療系統(tǒng)，以便使中子束以按照計劃的照射劑量來照射至被照射體。

但是此時，例如若因某種原因而在測定金絲的輻射化量之后中子束的照射劑量率有所變動，則無法與該種變動充分對應(yīng)，而有使以按照計劃的照射劑量來將中子束照射至被照射體處一事變得困難之虞。也就是說，在上述中子捕獲治療系統(tǒng)中，不能實時的檢測輻射線的照射劑量。另外，一旦有檢測設(shè)備發(fā)生故障，根本無法很快地判斷出故障的源頭，因此故障排查時耗時耗力。

因此，有必要提出一種提高治療計劃精確度的中子捕獲治療系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個方面在于提供一種提高中子捕獲治療系統(tǒng)的中子束照射劑量的精確度以及能夠及時發(fā)現(xiàn)故障部位的用于中子捕獲治療系統(tǒng)的輻射線檢測系統(tǒng)，其中，中子捕獲治療系統(tǒng)包括帶電粒子束、用于通過帶電粒子束的帶電粒子束入口、經(jīng)與帶電粒子束發(fā)生核反應(yīng)從而產(chǎn)生中子束的中子產(chǎn)生部、用于調(diào)整經(jīng)中子產(chǎn)生部產(chǎn)生的中子射束通量與品質(zhì)的射束整形體和鄰接于射束整形體的射束出口，中子捕獲治療系統(tǒng)修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系。

作為一種優(yōu)選地，中子捕獲治療系統(tǒng)包括輻射線檢測系統(tǒng)，輻射線檢測系統(tǒng)包括輻射線檢測裝置和控制裝置，輻射線檢測裝置用于實時檢測經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線，控制裝置根據(jù)輻射線檢測裝置的檢測結(jié)果發(fā)出人類感知的信號以確認中子捕獲治療系統(tǒng)的下一步作業(yè)。這種人類感知的信號可以是聽覺、視覺、觸覺或嗅覺等人類功能器官能夠感知的信號，如發(fā)出聲響的警報器、報警燈、振動、發(fā)出刺鼻的氣味等多種信號中的一種或多種形式。

所謂的“經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線”是指中子束與其他元素發(fā)生中子捕獲核反應(yīng)時產(chǎn)生的γ射線，其他元素不限于硼-10元素，其他元素如本領(lǐng)域熟知的發(fā)生中子捕獲核反應(yīng)時能產(chǎn)生γ射線的元素也在本定義當中。本發(fā)明實施例中，“經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線”為中子束與硼-10元素發(fā)生硼中子捕獲反應(yīng)時產(chǎn)生的γ射線。

中子捕獲治療系統(tǒng)進一步包括用于將帶電粒子束加速的加速器，控制裝置包括控制部和顯示部，控制部將輻射線檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果通過顯示部顯示出來并且將檢測結(jié)果反饋給加速器以確認加速器的下一步作業(yè)，顯示部可以為電視或液晶顯示器等常見的顯示設(shè)備。

輻射線檢測裝置為檢測γ射線的游離室或閃爍探測頭，輻射線檢測系統(tǒng)通過檢測到的γ信號推算出硼濃度值。

可實現(xiàn)實時檢測的常見輻射線檢測系統(tǒng)有電離室及閃爍探測頭兩種不同檢測原理。其中檢測γ射線時，一種方式可以采用電離室為充氣式電離室；另一種方式可以采用閃爍探測頭。

作為一種優(yōu)選地，所述硼濃度值采用公式a推算得出：

其中，b(t)為時間t時的硼濃度值，單位為ppm，時間t的單位為s，k為被測定值，gc(t)為時間t時檢測到預(yù)設(shè)能量區(qū)間的γ總計數(shù)減去背景存在的γ計數(shù)；所述k采用公式b推算得出：

其中，b(t0)為時間t0時的硼濃度值，單位為ppm，時間t0的單位為s，gc(t0)為時間t0時檢測到預(yù)設(shè)能量區(qū)間的γ總計數(shù)減去背景存在的γ計數(shù)，所述b(t0)采用公式c推算得出：

b(t0)＝b血(t0)×rt/n(公式c)

其中，b血(t0)為時間t0時測量計算出的血液中的硼濃度值，單位為ppm；rt/n為根據(jù)pet或?qū)嶒灁?shù)據(jù)或理論依據(jù)能夠獲知的腫瘤中的硼濃度與正常組織中的硼濃度的比率。

為了準確的判斷哪些檢測裝置或監(jiān)測裝置發(fā)生故障，當下面的檢測值與標準值發(fā)生較大差異時，可以說明對應(yīng)的檢測裝置或監(jiān)測裝置發(fā)生了異常。

時間t時的腫瘤劑量率dt(t)采用公式d推算得出：

dt(t)＝db(t)+dn(t)+dγ(t)(公式d)

其中，dt(t)的單位為w-gy/s；db(t)為時間t時的硼劑量率，單位為w-gy/s；dn(t)為時間t時的中子劑量率，單位為w-gy/s；dγ(t)為時間t時的光子劑量率，單位為w-gy/s，所述db(t)采用公式e推算得出：

所述dn(t)采用公式f推算得出：

所述dγ(t)采用公式g推算得出：

其中，db,ref、dn,ref、dγ,nbcap,ref和dγ,bcap,ref分別為治療計劃系統(tǒng)中硼劑量率的給定參考值或通過校正的給定參考值、中子劑量率的給定參考值、非硼中子捕獲反應(yīng)產(chǎn)生的光子劑量率的給定參考值和硼中子捕獲反應(yīng)產(chǎn)生的光子劑量率的給定參考值，單位均為w-gy/s；sn(t)為時間t時的中子監(jiān)測裝置的中子射束強度的讀數(shù)，單位為計數(shù)或由輻射線檢測裝置可選擇的讀數(shù)；sn,ref為治療計劃系統(tǒng)中中子射束強度的給定值或通過校正的中子射束強度的給定值；b血(t)為測量的血樣樣本中在t時的硼濃度值，單位為ppm；b血,ref為治療計劃系統(tǒng)中硼濃度的給定值或通過校正的硼濃度的給定值，單位為ppm；f(b血(t),b血,ref)為由治療計劃預(yù)先計算得出的一套函數(shù)以修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系。

射束整形體包括反射體、被反射體包圍并鄰接于中子產(chǎn)生部的緩速體、與緩速體鄰接的熱中子吸收體和設(shè)置在射束整形體內(nèi)的輻射屏蔽。

附圖說明

圖1是硼中子捕獲反應(yīng)示意圖。

圖2是¹⁰b(n,α)⁷li中子捕獲核反應(yīng)方程式。

圖3是本發(fā)明實施例中的用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束診斷系統(tǒng)的平面示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中的用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束診斷系統(tǒng)運行的邏輯框圖。

圖5是射束診斷系統(tǒng)中的第一中子束監(jiān)測裝置的另一實施例的平面示意圖。

圖6是射束診斷系統(tǒng)中的用于檢測經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線的輻射線檢測系統(tǒng)的平面示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例中的硼濃度與腫瘤劑量之間的函數(shù)關(guān)系圖。

具體實施方式

中子捕獲治療作為一種有效的治療癌癥的手段近年來的應(yīng)用逐漸增加，其中以硼中子捕獲治療最為常見，供應(yīng)硼中子捕獲治療的中子可以由核反應(yīng)堆或加速器供應(yīng)。本發(fā)明的實施例以加速器硼中子捕獲治療為例，加速器硼中子捕獲治療的基本組件通常包括用于對帶電粒子(如質(zhì)子、氘核等)進行加速的加速器、靶材與熱移除系統(tǒng)和射束整形體，其中加速帶電粒子與金屬靶材作用產(chǎn)生中子，依據(jù)所需的中子產(chǎn)率與能量、可提供的加速帶電粒子能量與電流大小、金屬靶材的物化性等特性來挑選合適的核反應(yīng)，常被討論的核反應(yīng)有⁷li(p,n)⁷be及⁹be(p,n)⁹b，這兩種反應(yīng)皆為吸熱反應(yīng)。兩種核反應(yīng)的能量閥值分別為1.881mev和2.055mev，由于硼中子捕獲治療的理想中子源為kev能量等級的超熱中子，理論上若使用能量僅稍高于閥值的質(zhì)子轟擊金屬鋰靶材，可產(chǎn)生相對低能的中子，不須太多的緩速處理便可用于臨床，然而鋰金屬(li)和鈹金屬(be)兩種靶材與閥值能量的質(zhì)子作用截面不高，為產(chǎn)生足夠大的中子通量，通常選用較高能量的質(zhì)子來引發(fā)核反應(yīng)。

理想的靶材應(yīng)具備高中子產(chǎn)率、產(chǎn)生的中子能量分布接近超熱中子能區(qū)(將在下文詳細描述)、無太多強穿輻射產(chǎn)生、安全便宜易于操作且耐高溫等特性，但實際上并無法找到符合所有要求的核反應(yīng)，本發(fā)明的實施例中采用鋰金屬制成的靶材。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，靶材的材料也可以由其他除了上述談?wù)摰降慕饘俨牧现獾慕饘俨牧现瞥伞?/p>

針對熱移除系統(tǒng)的要求則根據(jù)選擇的核反應(yīng)而異，如⁷li(p,n)⁷be因金屬靶材(鋰金屬)的熔點及熱導系數(shù)差，對熱移除系統(tǒng)的要求便較⁹be(p,n)⁹b高。本發(fā)明的實施例中采用⁷li(p,n)⁷be的核反應(yīng)。

無論硼中子捕獲治療的中子源來自核反應(yīng)堆或加速器帶電粒子與靶材的核反應(yīng)，產(chǎn)生的皆為混合輻射場，即射束包含了低能至高能的中子、光子；對于深部腫瘤的硼中子捕獲治療，除了超熱中子外，其余的輻射線含量越多，造成正常組織非選擇性劑量沉積的比例越大，因此這些會造成不必要劑量的輻射應(yīng)盡量降低。除了空氣射束品質(zhì)因素，為更了解中子在人體中造成的劑量分布，本發(fā)明的實施例中使用人體頭部組織假體進行劑量計算，并以假體射束品質(zhì)因素來作為中子射束的設(shè)計參考，將在下文詳細描述。

國際原子能機構(gòu)(iaea)針對臨床硼中子捕獲治療用的中子源，給定了五項空氣射束品質(zhì)因素建議，此五項建議可用于比較不同中子源的優(yōu)劣，并供以作為挑選中子產(chǎn)生途徑、設(shè)計射束整形體時的參考依據(jù)。這五項建議分別如下：

超熱中子射束通量epithermalneutronflux>1x10⁹n/cm²s

快中子污染fastneutroncontamination<2x10^-13gy-cm²/n

光子污染photoncontamination<2x10^-13gy-cm²/n

熱中子與超熱中子通量比值thermaltoepithermalneutronfluxratio<0.05

中子電流與通量比值epithermalneutroncurrenttofluxratio>0.7

注：超熱中子能區(qū)在0.5ev到40kev之間，熱中子能區(qū)小于0.5ev，快中子能區(qū)大于40kev。

1、超熱中子射束通量：

中子射束通量和腫瘤中含硼藥物濃度共同決定了臨床治療時間。若腫瘤含硼藥物濃度夠高，對于中子射束通量的要求便可降低；反之，若腫瘤中含硼藥物濃度低，則需高通量超熱中子來給予腫瘤足夠的劑量。iaea對于超熱中子射束通量的要求為每秒每平方厘米的超熱中子個數(shù)大于10⁹，此通量下的中子射束對于目前的含硼藥物而言可大致控制治療時間在一小時內(nèi)，短治療時間除了對病人定位和舒適度有優(yōu)勢外，也可較有效利用含硼藥物在腫瘤內(nèi)有限的滯留時間。

2、快中子污染：

由于快中子會造成不必要的正常組織劑量，因此視之為污染，此劑量大小和中子能量呈正相關(guān)，因此在中子射束設(shè)計上應(yīng)盡量減少快中子的含量?？熘凶游廴径x為單位超熱中子通量伴隨的快中子劑量，iaea對快中子污染的建議為小于2x10^-13gy-cm²/n。

3、光子污染(γ射線污染)：

γ射線屬于強穿輻射，會非選擇性地造成射束路徑上所有組織的劑量沉積，因此降低γ射線含量也是中子束設(shè)計的必要要求，γ射線污染定義為單位超熱中子通量伴隨的γ射線劑量，iaea對γ射線污染的建議為小于2x10^-13gy-cm²/n。

4、熱中子與超熱中子通量比值：

由于熱中子衰減速度快、穿透能力差，進入人體后大部分能量沉積在皮膚組織，除黑色素細胞瘤等表皮腫瘤需用熱中子作為硼中子捕獲治療的中子源外，針對腦瘤等深層腫瘤應(yīng)降低熱中子含量。iaea對熱中子與超熱中子通量比值建議為小于0.05。

5、中子電流與通量比值：

中子電流與通量比值代表了射束的方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性的中子束可減少因中子發(fā)散造成的周圍正常組織劑量，另外也提高了可治療深度及擺位姿勢彈性。iaea對中子電流與通量比值建議為大于0.7。

利用假體得到組織內(nèi)的劑量分布，根據(jù)正常組織及腫瘤的劑量-深度曲線，推得假體射束品質(zhì)因素。如下三個參數(shù)可用于進行不同中子射束治療效益的比較。

1、有效治療深度：

腫瘤劑量等于正常組織最大劑量的深度，在此深度之后的位置，腫瘤細胞得到的劑量小于正常組織最大劑量，即失去了硼中子捕獲的優(yōu)勢。此參數(shù)代表中子射束的穿透能力，有效治療深度越大表示可治療的腫瘤深度越深，單位為cm。

2、有效治療深度劑量率：

即有效治療深度的腫瘤劑量率，亦等于正常組織的最大劑量率。因正常組織接收總劑量為影響可給予腫瘤總劑量大小的因素，因此參數(shù)影響治療時間的長短，有效治療深度劑量率越大表示給予腫瘤一定劑量所需的照射時間越短，單位為cgy/ma-min。

3、有效治療劑量比：

從大腦表面到有效治療深度，腫瘤和正常組織接收的平均劑量比值，稱之為有效治療劑量比；平均劑量的計算，可由劑量-深度曲線積分得到。有效治療劑量比值越大，代表該中子射束的治療效益越好。

為了使射束整形體在設(shè)計上有比較依據(jù)，除了五項iaea建議的空氣中射束品質(zhì)因素和上述的三個參數(shù)，本發(fā)明實施例中也利用如下的用于評估中子射束劑量表現(xiàn)優(yōu)劣的參數(shù)：

1、照射時間≤30min(加速器使用的質(zhì)子電流為10ma)

2、30.0rbe-gy可治療深度≥7cm

3、腫瘤最大劑量≥60.0rbe-gy

4、正常腦組織最大劑量≤12.5rbe-gy

5、皮膚最大劑量≤11.0rbe-gy

注：rbe(relativebiologicaleffectiveness)為相對生物效應(yīng)，由于光子、中子會造成的

生物效應(yīng)不同，所以如上的劑量項均分別乘上不同組織的相對生物效應(yīng)以求得等效劑量。

請參見圖3和圖4，本發(fā)明的一個方面在于提高中子捕獲治療系統(tǒng)的中子束照射劑量的精確度及提供一種能夠用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束診斷系統(tǒng)以進行故障診斷，在一個技術(shù)方案中提供一種用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束診斷系統(tǒng)。

其中，中子捕獲治療系統(tǒng)包括加速器10、擴束裝置20、用于通過帶電粒子束p的帶電粒子束入口、帶電粒子束p、經(jīng)與帶電粒子束p發(fā)生核反應(yīng)從而產(chǎn)生中子束n的中子產(chǎn)生部t、用于調(diào)整經(jīng)中子產(chǎn)生部t產(chǎn)生的中子射束通量與品質(zhì)的射束整形體30、鄰接于射束整形體30的射束出口40、被經(jīng)射束出口40處出來的射束照射的待照體50和用于將冷卻介質(zhì)置于中子產(chǎn)生部t處以冷卻中子產(chǎn)生部t的冷卻裝置60。其中，加速器10用來給帶電粒子束p加速，可以為回旋加速器或者直線加速器等適用于加速器型中子捕獲治療系統(tǒng)的加速器；這里的帶電粒子束p優(yōu)選為質(zhì)子束；擴束裝置20設(shè)置在加速器10及中子產(chǎn)生部t之間；帶電粒子束入口緊鄰中子產(chǎn)生部t并容納在射束整形體30內(nèi)，如圖3所示的在中子產(chǎn)生部t及擴束裝置之間的三個箭頭作為帶電粒子束入口；中子產(chǎn)生部t容納在射束整形體30內(nèi)，這里的中子產(chǎn)生部t優(yōu)選為鋰金屬；射束整形體30包括反射體31、被反射體31包圍并鄰接于中子產(chǎn)生部t的緩速體32、與緩速體32鄰接的熱中子吸收體33、設(shè)置在射束整形體30內(nèi)的輻射屏蔽34，中子產(chǎn)生部t與自帶電粒子束入口入射的帶電粒子束p發(fā)生核反應(yīng)以產(chǎn)生中子束n，中子束限定一根主軸，緩速體32將自中子產(chǎn)生部t產(chǎn)生的中子減速至超熱中子能區(qū)，反射體31將偏離主軸的中子導回主軸以提高超熱中子射束強度，熱中子吸收體33用于吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，輻射屏蔽34用于屏蔽滲漏的中子和光子以減少非照射區(qū)的正常組織劑量；射束出口40亦可稱作中子束收斂部或者準直器，其減小中子束的寬度以將中子束聚集；經(jīng)射束出口40射出的中子束照射待照體50的目標部位。

其中，射束診斷系統(tǒng)包括帶電粒子束診斷裝置和中子束診斷裝置，射束診斷系統(tǒng)用于同時診斷中子捕獲治療系統(tǒng)和/或射束診斷系統(tǒng)是否故障。射束診斷系統(tǒng)通過同時檢測帶電粒子束和中子束，以提高中子束照射劑量的精確度。另外，射束診斷系統(tǒng)通過一系列的檢測結(jié)果用以判斷中子捕獲治療系統(tǒng)中的哪一些裝置和/或組件產(chǎn)生異常，或者判斷射束診斷系統(tǒng)中的檢測裝置自身是否異常。這樣即可做到有的放矢，提高了中子束照射劑量的精確度，又大大減少了維修時間及成本。

帶電粒子束診斷裝置進一步包括用于檢測進入帶電粒子束入口之前處的帶電粒子束p的強度與穩(wěn)定度的第一電流檢測裝置100和用于檢測經(jīng)與中子產(chǎn)生部t作用的帶電粒子束p的強度與變化狀況的第二電流檢測裝置200；射束診斷系統(tǒng)進一步包括用于檢測冷卻裝置60溫度從而得知冷卻裝置60與中子產(chǎn)生部t產(chǎn)生中子束n狀況的溫度檢測裝置300；中子束診斷裝置進一步包括用于檢測射束整形體30內(nèi)的中子束n的強度變化及空間分布、埋設(shè)于射束整形體30內(nèi)的第一中子束監(jiān)測裝置400和用于檢測射束出口40處的中子束n的強度變化及空間分布、埋設(shè)于射束出口40處的第二中子束監(jiān)測裝置500；射束診斷系統(tǒng)進一步包括用于診斷待照體50位移是否移動的位移檢測裝置600。作為一種優(yōu)選地，第一中子束監(jiān)測裝置400設(shè)置有兩個中子束監(jiān)測構(gòu)件，即第一中子束監(jiān)測構(gòu)件401和第二中子束監(jiān)測構(gòu)件402；第二中子束監(jiān)測裝置500設(shè)置有兩個中子束監(jiān)測構(gòu)件，即第三中子束監(jiān)測構(gòu)件501和第四中子束監(jiān)測構(gòu)件502；位移檢測裝置600設(shè)置有兩個位移檢測構(gòu)件，即第一位移檢測構(gòu)件601和第二位移檢測構(gòu)件602。

雖在本實施例中第一中子束監(jiān)測裝置400、第二中子束監(jiān)測裝置500及位移檢測裝置600均設(shè)置有兩個各自的監(jiān)測/檢測構(gòu)件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，這些監(jiān)測/檢測構(gòu)件的個數(shù)可以根據(jù)需要進行設(shè)定，如也可以為4個、6個或者8個。只要中子束監(jiān)測構(gòu)件埋設(shè)在射束整形體內(nèi)(或鄰近射束整形體)和/或射束出口內(nèi)(或鄰近射束出口)能夠用來檢測中子束的強度變化及空間分布，那么這種中子束監(jiān)測構(gòu)件可以選用；只要位移檢測構(gòu)件設(shè)置在待照體內(nèi)(或鄰近待照體)能夠用來檢測待照體位移變化，那么這種位移檢測構(gòu)件可以選用。另外，這些監(jiān)測/檢測構(gòu)件放置的位置并沒有嚴格的限制，只要放置的位置能夠起到各自對應(yīng)的檢測功能即可。

這樣的設(shè)置，使得從加速器的源頭一直到待照體的終端都設(shè)置有各式各樣的檢測裝置，通過這些檢測裝置來判斷中子捕獲治療系統(tǒng)的各個關(guān)鍵部件或者檢測裝置自身是否存在異常。作為一種優(yōu)選地，從加速器的源頭一直到待照體的終端這樣的設(shè)置檢測裝置：加速器源頭處的真空管處設(shè)置有檢測裝置，中子產(chǎn)生部處設(shè)置有檢測裝置，緊鄰中子產(chǎn)生部并用于給中子產(chǎn)生部冷卻用的冷卻裝置處設(shè)置有檢測裝置，射束整形體內(nèi)設(shè)置有檢測裝置，射束出口處設(shè)置有檢測裝置，待照體處設(shè)置有檢測裝置。

本實施例中，第一電流檢測裝置100為法拉第杯(faradaycupelectrometer)，其是一種金屬制的設(shè)計成杯狀，用來測量帶電粒子束入射強度及穩(wěn)定度的一種真空偵測器，測得的電流可以用來判定帶電粒子束的數(shù)量。當帶電粒子束進入法拉第杯以后，會產(chǎn)生電流。對一個連續(xù)的帶單電荷的帶電粒子束來說：采用公式一來計算，其中，n是帶電粒子數(shù)量、t是時間(單位為秒)、i是測得的電流(單位為安培)、e是基本電荷(約1.60×10^-19庫侖)。我們可以估算，若測得電流為10^-9a(1na)，即約有60億個帶電粒子被法拉第杯收集。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第一電流檢測裝置100可以為任意的適于在加速器真空管處用來測量帶電粒子束入射強度及穩(wěn)定度的檢測裝置，如壁電流檢測器(wallcurrentmonitor)和束流變壓器(beamcurrenttransformer)。

所謂壁電流檢測器將取樣電阻跨接在陶瓷隔離段兩端，束流鏡像電流流經(jīng)取樣電阻時即可獲得電壓取樣信號，采用公式二來計算，其中，v是檢測到的電壓值，ib為帶電粒子束電流，z在特定頻率下可以等效為電阻，壁電流檢測器等效電路為并聯(lián)rlc電路，如公式三。因此根據(jù)檢測到的電壓值就可以推算出帶電粒子束在某一時間段t內(nèi)的電流。

v＝-ib(t)z(公式二)

所謂束流變壓器是利用磁芯上的二級繞組耦合出電流信號，通過分析此信號可獲得原始帶電粒子束的電流。其包括交流電流變壓器(accurrenttransformer，簡寫為acct)、快速電流變壓器(fastcurrenttransformer，簡寫為fct)、諧振式電流變壓器(tunedcurrenttransformer，簡寫為tct)、積分電流變壓器(integratedcurrenttransformer，簡寫為ict)和直流電流變壓器(dccurrenttransformer，簡寫為dcct)。由于種類較多，下文對于束流變壓器不一一列舉，僅以dcct用來舉例。dcct采用非線性磁調(diào)制組件將待測dc信號調(diào)制到激勵信號的二次諧波進行檢測。

本實施例中，第二電流檢測裝置200為檢流計(galvanometer)，其一端電連接于中子產(chǎn)生部t，另一端接地，以形成一個檢測回路，從而得知在帶電粒子束p轟擊中子產(chǎn)生部t的過程中中子產(chǎn)生部t上的電流。檢流計是根據(jù)載流線圈在磁場中受到力矩而偏轉(zhuǎn)的原理制成的。普通電表中線圈是安放在軸承上，用彈簧游絲來維持平衡，用指針來指示偏轉(zhuǎn)。由于軸承有摩擦，被測電流不能太弱。檢流計使用極細的金屬懸絲代替軸承懸掛在磁場中，由于懸絲細而長，反抗力矩很小，所以有很弱的電流通過線圈就足以使它產(chǎn)生顯著的偏轉(zhuǎn)。因而檢流計比一般的電流表靈敏的多，可以測量微電流(10^-7-10^-10a)或者微電壓(10^-3-10^-6v)，如光電流、生理電流、溫差電動勢等。首次記錄神經(jīng)動作電位，就是用此類儀器實現(xiàn)的。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第二電流檢測裝置200可以為任意的適于在鄰近中子產(chǎn)生部用來檢測經(jīng)與中子產(chǎn)生部作用的帶電粒子束的強度與變化狀況的檢測裝置，如電流表和伏特表等。

本實施例中，溫度檢測裝置300為熱電偶(thermocouple)，兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端)，另一端叫做冷端(也稱為補償端)；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，溫度檢測裝置300可以為任意的適于設(shè)置在冷卻裝置內(nèi)或鄰近冷卻裝置處的用來檢測冷卻裝置溫度從而得知冷卻裝置與中子產(chǎn)生部產(chǎn)生中子束狀況的檢測裝置，如電阻溫度計，其使用已知電阻隨溫度變化特性的材料所制成的溫度傳感器，根據(jù)導體電阻隨溫度而變化的規(guī)律來測量溫度。

可實現(xiàn)實時檢測的常見中子束監(jiān)測裝置有電離室及閃爍探測頭兩種不同檢測原理。其中采用電離室結(jié)構(gòu)為基底的有he-3比例計數(shù)器、bf3比例計數(shù)器、分裂游離室、硼電離室，而閃爍探測頭則可以分為有機與無機材料，對于偵檢熱中子用途，其閃爍探測頭多添加li或b等高熱中子捕獲截面元素。簡而言之，此類偵檢器探測的中子能量多為熱中子，皆為倚靠元素與中子發(fā)生捕獲或核裂變反應(yīng)所釋出的重荷電粒子及核裂變碎片，于電離室或閃爍探測頭內(nèi)產(chǎn)生大量電離對(ionpair)，這些電荷被收集后，經(jīng)過適當?shù)碾娐忿D(zhuǎn)換，便可將電流信號轉(zhuǎn)為電壓脈沖信號。透過分析電壓脈沖的大小，則可以輕易地分辨出中子信號及γ信號。在高強度中子場中，如bnct，則可以適當?shù)販p少電離室的氣體壓力、可裂材或硼涂布的濃度或閃爍探測頭內(nèi)高中子捕獲截面元素的濃度，便可以有效降低其對中子的靈敏度，避免信號飽和的情況發(fā)生。

作為更加優(yōu)選地，第一中子束監(jiān)測裝置400為分裂游離室(fissionchamber)，當中子束通過分裂游離室時，與分裂游離室內(nèi)部氣體分子或分裂游離室的壁部發(fā)生游離作用，生成電子與帶正電荷的例子，此電子和正電荷離子稱為上述的離子對。由于分裂游離室內(nèi)有外加電場高壓，因此電子朝中央陽極絲移動，正電荷離子朝周圍的陰極壁移動，因而產(chǎn)生可測得的電子脈沖信號。使氣體分子產(chǎn)生一離子對所需能量稱為平均游離能，該值根據(jù)氣體種類而異，如空氣的平均游離能約為34ev。若有340kev的中子束，會使空氣產(chǎn)生約10k個離子對。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第一中子束監(jiān)測裝置400可以為任意的適于埋設(shè)在射束整形體內(nèi)的用來檢測射束整形體內(nèi)的中子束的強度變化及空間分布的檢測裝置，如he-3比例計數(shù)器、bf3比例計數(shù)器、硼電離室和閃爍探測頭等。

作為更加優(yōu)選地，第二中子束監(jiān)測裝置500為閃爍探測頭(scintillatordetector)，某些物質(zhì)吸收能量之后會放出可見光，此種物質(zhì)稱為閃爍物質(zhì)。它是利用游離輻射將晶體或分子中的電子激發(fā)至激態(tài)，而當電子回到基態(tài)時放出的熒光被收集后用來作中子束監(jiān)測。閃爍探測頭與中子束作用后所發(fā)射的可見光，可利用光電倍增管將可見光轉(zhuǎn)化為電子，再倍增放大，通常電子倍增放大率可達107至108。陽極輸出的電子數(shù)與入射的中子束能量成正比，因此閃爍探測頭能測量中子束的能量。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第二中子束監(jiān)測裝置500可以為任意的適于置于射束出口內(nèi)或者鄰近射束出口處的用來檢測射束出口處的中子束的強度變化及空間分布的檢測裝置，如he-3比例計數(shù)器、bf3比例計數(shù)器、硼電離室和分裂游離室等。

作為更加優(yōu)選地，位移檢測裝置600為紅外信號探測器，紅外探測器是靠探測人體發(fā)射的紅外線來進行工作的。探測器收集外界的紅外輻射進而聚集到紅外傳感器上。紅外傳感器通常采用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)出變化時就會向外釋放電荷，檢測處理后產(chǎn)生報警。這種探測器是以探測人體輻射為目標的。所以輻射敏感元件對波長為10μm左右的紅外輻射必須非常敏感。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，位移檢測裝置600可以為任意的適于用來檢測待照體位移變化的檢測裝置，如位移傳感器。所謂位移傳感器根據(jù)待照體相對某一參照物的位移變化來確定待照體是否移動。本領(lǐng)域技術(shù)人員還熟知地，位移檢測裝置不僅可以用來檢測待照體的位移變化，還可以用來檢測固定待照體的支撐件和/或治療臺等位移的變化，從而間接地得知待照體的位移變化。

本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第一電流檢測裝置、第二電流檢測裝置、溫度檢測裝置、第一中子束監(jiān)測裝置、第二中子束監(jiān)測裝置和位移檢測裝置的個數(shù)和檢測元件均不限定，本實施例中的個數(shù)和檢測元件只是作為一種舉例。

根據(jù)檢測和/或監(jiān)測裝置的檢測結(jié)果相互之間的函數(shù)關(guān)系，可以顯而易見地列舉出故障的部件，下面列舉出幾種根據(jù)相應(yīng)的檢測結(jié)果做出的故障診斷狀況。

當檢測到第一電流檢測裝置100、第二電流檢測裝置200、溫度檢測裝置300、第一中子束監(jiān)測裝置400和第二中子束監(jiān)測裝置500中的任何一個檢測或監(jiān)測裝置發(fā)生異常而其他檢測或監(jiān)測裝置均正常時，則推斷該異常的檢測或監(jiān)測裝置自身故障；當檢測到位移檢測裝置600發(fā)生異常而其他檢測或監(jiān)測裝置均正常的情況下，則推斷待照體50位移發(fā)生變化或位移檢測裝置600故障。

當檢測到第一電流檢測裝置100、第二電流檢測裝置200、溫度檢測裝置300、第一中子束監(jiān)測裝置400和第二中子束監(jiān)測裝置500均發(fā)生異常時，則推斷加速器10故障。

當檢測到第二電流檢測裝置200、溫度檢測裝置300、第一中子束監(jiān)測裝置400和第二中子束監(jiān)測裝置500均發(fā)生異常而第一電流檢測裝置100和位移檢測裝置600均正常時，則推斷擴束裝置20故障。

當檢測到溫度檢測裝置300、第一中子束監(jiān)測裝置400和第二中子束監(jiān)測裝置500均發(fā)生異常而第一電流檢測裝置100、第二電流檢測裝置200和位移檢測裝置600均正常時，則推斷中子產(chǎn)生部t和/或冷卻裝置60故障。

當檢測到第一中子束監(jiān)測裝置400和第二中子束監(jiān)測裝置500均發(fā)生異常而第一電流檢測裝置100、第二電流檢測裝置200、溫度檢測裝置300和位移檢測裝置600均正常時，則推斷射束整形體30故障。

當檢測到第一中子束監(jiān)測構(gòu)件401和第二中子束監(jiān)測構(gòu)件402中的任一個監(jiān)測結(jié)果異常和/或第三中子束監(jiān)測構(gòu)件501和第四中子束監(jiān)測構(gòu)件502中的任一個監(jiān)測構(gòu)件異常，則推斷異常的中子束檢測構(gòu)件自身故障或中子束的均勻度異常。

當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，以上所述的根據(jù)檢測結(jié)果做出的故障診斷狀況只是列舉出的幾種常見情況，有很多種的排列組合，仍然可以通過以上的方式去判斷哪些中子捕獲治療系統(tǒng)或者檢測裝置自身存在哪些故障。在此，雖并未一一列舉，但根據(jù)這樣的精神作出的改變，仍然屬于本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容。

射束診斷系統(tǒng)包括帶有控制部710的控制裝置700，控制部710根據(jù)射束診斷系統(tǒng)的檢測結(jié)果發(fā)出人類感知的信號以確認中子捕獲治療系統(tǒng)的下一步作業(yè)。這種人類感知的信號可以是聽覺、視覺、觸覺或嗅覺等人類功能器官能夠感知的信號，如發(fā)出聲響的警報器、報警燈、振動、發(fā)出刺鼻的氣味等多種信號中的一種或多種形式。作為一種優(yōu)選地，控制裝置700還包括顯示部720，顯示部720用來將檢測裝置的檢測結(jié)果和/或根據(jù)檢測結(jié)果作出的故障診斷狀況顯示于顯示設(shè)備上，顯示設(shè)備可以為電視或液晶顯示器等常見的顯示設(shè)備。經(jīng)過控制裝置的反饋，操作人員可以很容易的斷定故障部件，從而有的放矢的對中子捕獲治療系統(tǒng)和/或射束診斷系統(tǒng)進行維護作業(yè)。

請進一步參照圖5，其揭示了第一中子束監(jiān)測裝置的另一實施例，以數(shù)字400’為標記，圖示中與圖3相同的裝置/構(gòu)件，仍然采用相同的數(shù)字標識，并且為了便于顯示，省略了冷卻裝置及其他的檢測/監(jiān)測裝置。

第一中子束監(jiān)測裝置400’可以包括一個或者多個中子束監(jiān)測構(gòu)件，而且其可以設(shè)置在鄰近射束整形體30處以檢測經(jīng)中子產(chǎn)生部t溢出的中子束從而以直接的方式檢測該中子束的強度變化及空間分布，也可以設(shè)置在鄰近射束整形體30處以檢測經(jīng)帶電粒子束p與中子產(chǎn)生部t作用后生成的γ射線，根據(jù)γ射線與中子束之間的函數(shù)關(guān)系，也可以間接檢測中子束的強度變化及空間分布?？刂蒲b置700’包括控制部710’和顯示部720’。顯示部720’用來將檢測裝置400’的檢測結(jié)果和/或根據(jù)檢測結(jié)果作出的故障診斷狀況顯示于顯示設(shè)備上，顯示設(shè)備可以為電視或液晶顯示器等常見的顯示設(shè)備。經(jīng)過控制裝置的反饋，操作人員可以很容易的斷定故障部件，從而有的放矢的對加速器10進行下一步作業(yè)。

請進一步參照圖6，其為射束診斷系統(tǒng)中的用于檢測經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線的輻射線檢測系統(tǒng)的平面示意圖，輻射線檢測裝置(即經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線檢測裝置)以數(shù)字800為標記，圖示中與圖3相同的裝置/構(gòu)件，仍然采用相同的數(shù)字標識，并且為了便于顯示，省略了冷卻裝置及其他的檢測/監(jiān)測裝置。

γ射線檢測裝置800可以包括一個或者多個γ射線檢測構(gòu)件，其為檢測γ射線的游離室或閃爍探測頭。γ射線為經(jīng)中子束照射后發(fā)生硼中子捕獲反應(yīng)后瞬發(fā)的γ射線。當知道測量的預(yù)設(shè)能量區(qū)間的γ計數(shù)(硼中子捕獲反應(yīng)時產(chǎn)生的0.48mev只是作為舉例)，就可以根據(jù)γ射線與硼濃度之間的函數(shù)關(guān)系，推算出硼濃度值。控制裝置700”包括控制部710”和顯示部720”。顯示部720”用來將檢測裝置800的檢測結(jié)果和/或根據(jù)檢測結(jié)果作出的故障診斷狀況顯示于顯示設(shè)備上，顯示設(shè)備可以為電視或液晶顯示器等常見的顯示設(shè)備。經(jīng)過控制裝置的反饋，操作人員可以很容易的斷定故障部件，從而有的放矢的對加速器10進行下一步作業(yè)。

所謂的“經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線”是指中子束與其他元素發(fā)生中子捕獲核反應(yīng)時產(chǎn)生的γ射線，其他元素不限于硼-10元素，其他元素如本領(lǐng)域熟知的發(fā)生中子捕獲核反應(yīng)時能產(chǎn)生γ射線的元素也在本定義當中。本發(fā)明實施例中，“經(jīng)中子束照射后瞬發(fā)的γ射線”為中子束與硼-10元素發(fā)生硼中子捕獲反應(yīng)時產(chǎn)生的γ射線。

作為一種優(yōu)選地，所述硼濃度值采用公式a推算得出：

其中，b(t)為時間t時的硼濃度值，單位為ppm，時間t的單位為s，k為被測定值，gc(t)為時間t時檢測到預(yù)設(shè)能量區(qū)間的γ總計數(shù)減去背景存在的γ計數(shù)；所述k采用公式b推算得出：

其中，b(t0)為時間t0時的硼濃度值，單位為ppm，時間t0的單位為s，gc(t0)為時間t0時檢測到預(yù)設(shè)能量區(qū)間的γ總計數(shù)減去背景存在的γ計數(shù)，所述b(t0)采用公式c推算得出：

b(t0)＝b血(t0)×rt/n(公式c)

其中，b血(t0)為時間t0時測量計算出的血液中的硼濃度值，單位為ppm；rt/n為根據(jù)pet或?qū)嶒灁?shù)據(jù)或理論依據(jù)能夠獲知的腫瘤中的硼濃度與正常組織中的硼濃度的比率。

為了準確的判斷哪些檢測裝置或監(jiān)測裝置發(fā)生故障，當下面的檢測值與標準值發(fā)生較大差異時，可以說明對應(yīng)的檢測裝置或監(jiān)測裝置發(fā)生了異常。

時間t時的腫瘤劑量率dt(t)采用公式d推算得出：

dt(t)＝db(t)+dn(t)+dγ(t)(公式d)

其中，dt(t)的單位為w-gy/s；db(t)為時間t時的硼劑量率，單位為w-gy/s；dn(t)為時間t時的中子劑量率，單位為w-gy/s；dγ(t)為時間t時的光子劑量率，單位為w-gy/s，所述db(t)采用公式e推算得出：

所述dn(t)采用公式f推算得出：

所述dγ(t)采用公式g推算得出：

其中，db,ref、dn,ref、dγ,nbcap,ref和dγ,bcap,ref分別為治療計劃系統(tǒng)中硼劑量率的給定參考值或通過校正的給定參考值、中子劑量率的給定參考值、非硼中子捕獲反應(yīng)產(chǎn)生的光子劑量率的給定參考值和硼中子捕獲反應(yīng)產(chǎn)生的光子劑量率的給定參考值，單位均為w-gy/s；sn(t)為時間t時的中子監(jiān)測裝置的中子射束強度的讀數(shù)，單位為計數(shù)或由輻射線檢測裝置可選擇的讀數(shù)；sn,ref為治療計劃系統(tǒng)中中子射束強度的給定值或通過校正的中子射束強度的給定值；b血(t)為測量的血樣樣本中在t時的硼濃度值，單位為ppm；b血,ref為治療計劃系統(tǒng)中硼濃度的給定值或通過校正的硼濃度的給定值，單位為ppm；f(b血(t),b血,ref)為由治療計劃預(yù)先計算得出的一套函數(shù)以修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系。

優(yōu)選地，時間t時的腫瘤劑量率也可以由下列的公式h算出：

其中，sb(t)為時間t時的輻射線檢測裝置的讀數(shù)，單位為計數(shù)或由輻射線檢測裝置可選擇的讀數(shù)，sb(t)由下列的公式i推算出；c為由公式j(luò)推算得到的一計算值：

其中，nnb,ref為治療計劃中硼中子捕獲反應(yīng)發(fā)生的次數(shù)的參考值；kbg為對背景的修正；σ為輻射線檢測裝置的偵檢效率；sn(t0)為時間t0時的中子監(jiān)測裝置的中子射束強度的讀數(shù)，單位為計數(shù)或由輻射線檢測裝置可選擇的讀數(shù)；b血(t0)為測量的血樣樣本中在t0時的硼濃度值，單位為ppm；f(b血(t0),b血,ref)為由治療計劃預(yù)先計算得出的一套函數(shù)以修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系；sb(t0)為在照射初期設(shè)置好的輻射線檢測裝置的讀數(shù)，單位為計數(shù)或由輻射線檢測裝置可選擇的讀數(shù)。

如圖7所示，其示出了本實施例中的硼濃度b血(t)與腫瘤劑量b腫瘤(t)之間的函數(shù)關(guān)系圖。作為一種優(yōu)選地，在中子射源強度為1.7×10¹¹n/s的基礎(chǔ)上，采用如下公式k推算硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系，從而本中子捕獲治療系統(tǒng)中能夠有效的修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性關(guān)系，提高治療計劃的精確度。

b腫瘤(t)＝0.01643+0.8034×b血(t)-0.00167×b血(t)²-2.42362×10^-5×b血(t)³

(公式k)

本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，圖7所示的硼濃度b血(t)與腫瘤劑量b腫瘤(t)之間的函數(shù)關(guān)系不限于公式k表示的方式，根據(jù)經(jīng)驗值，擬出這種硼濃度b血(t)與腫瘤劑量b腫瘤(t)之間的非線性函數(shù)關(guān)系即可。圖7所示的硼濃度b血(t)與腫瘤劑量b腫瘤(t)之間的函數(shù)關(guān)系也不限于在中子射源強度為1.7×10¹¹n/s的基礎(chǔ)上推導得出，根據(jù)經(jīng)驗，基于不同的中子射源強度有可能得出不同的函數(shù)關(guān)系。本發(fā)明實施例中的中子捕獲治療系統(tǒng)能夠修正硼濃度與腫瘤劑量之間的非線性函數(shù)關(guān)系，以提高治療計劃的精確度。

需要說明的是，中子監(jiān)測裝置和輻射線檢測裝置均應(yīng)進行過遲滯效應(yīng)的校正。

本發(fā)明實施例的另一個方面在于提供一種提高中子捕獲治療系統(tǒng)的中子束照射劑量的精確度以及能夠及時發(fā)現(xiàn)故障部位的用于中子捕獲治療系統(tǒng)的輻射線檢測方法，該輻射線檢測方法與上述的輻射線檢測系統(tǒng)相互對應(yīng)。

綜上，第一中子束監(jiān)測裝置不論設(shè)置在射束整形體內(nèi)也好，還是設(shè)置在鄰近射束整形體處，只要在所設(shè)置位置之處能夠用來檢測射束整形體內(nèi)的中子束的強度變化及空間分布的檢測裝置則可以選用。

本發(fā)明揭示的用于中子捕獲治療系統(tǒng)的輻射線檢測系統(tǒng)及其對應(yīng)的輻射線檢測方法并不局限于以上實施例所述的內(nèi)容以及附圖所表示的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的基礎(chǔ)上對其中構(gòu)件的材料、形狀及位置所做的顯而易見地改變、替代或者修改，都在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。