用于中子捕獲治療的射束整形體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種射束整形體，尤其涉及一種用于中子捕獲治療的射束整形 體。
【背景技術】
[0002] 隨著原子科學的發展，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，傳統放射治療對于較具抗輻射性的惡性腫瘤（如：多行性膠質母細 胞瘤（glioblastoma multiforme)、黑色素細胞瘤（melanoma))的治療成效往往不佳。
[0003] 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，目前也積極發展具有高 相對生物效應（relative biological effectiveness, RBE)的福射源，如質子治療、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控，提供比傳統放射線更好 的癌癥治療選擇。
[0004] 硼中子捕獲治療（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)是利用含硼（iqB)藥物 對熱中子具有高捕獲截面的特性，借由uiBfc, c〇7Li中子捕獲及核分裂反應產生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的示意圖和kiBOi, CO7Li 中子捕獲核反應方程式，兩荷電粒子的平均能量約為2. 33MeV，具有高線性轉移（Linear Energy Transfer, LET)、短射程特征，α粒子的線性能量轉移與射程分別為150keV/μ m、 8 μ m,而7Li重荷粒子則為175keV/ μ m、5 μ m,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， 搭配適當的中子射源，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。
[0005] 因硼中子捕獲治療的成效取決于腫瘤細胞位置含硼藥物濃度和熱中子數量，故又 被稱為二元放射線癌癥治療（binary cancer therapy);由此可知，除了含硼藥物的開發， 中子射源通量與品質的改善在硼中子捕獲治療的研究中占有重要角色。 【實用新型內容】
[0006] 為了改善中子射源的通量與品質，本實用新型的一個方面提供一種用于中子捕獲 治療的射束整形體，其中，射束整形體包括射束入口、靶材、鄰接于靶材的緩速體、包圍在緩 速體外的反射體、與緩速體鄰接的熱中子吸收體、設置在射束整形體內的輻射屏蔽和射束 出口，靶材與自射束入口入射的質子束發生核反應以產生中子，中子形成中子射束，中子射 束限定一根主軸，緩速體將自靶材產生的中子減速至超熱中子能區，緩速體設置成包含至 少一個錐體狀的形狀，反射體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，輻射屏蔽用于屏蔽 滲漏的中子和光子以減少非照射區的正常組織劑量。
[0007] 射束整形體進一步用于加速器硼中子捕獲治療。
[0008] 加速器硼中子捕獲治療通過加速器將質子束加速，靶材由金屬制成，質子束加速 至足以克服靶材原子核庫倫斥力的能量，與靶材發生核反應以產生中子。
[0009] 射束整形體能將中子緩速至超熱中子能區，并降低熱中子及快中子含量，超熱中 子能區在〇. 5eV到40keV之間，熱中子能區小于0. 5eV，快中子能區大于40keV，緩速體由具 有快中子作用截面大、超熱中子作用截面小的材料制成，反射體由具有中子反射能力強的 材料制成，熱中子吸收體由與熱中子作用截面大的材料制成。
[0010] 作為一種優選地，緩速體由 D20、A1F3、Fluental?、CaF2、Li2C0 3、MgFJP Al 203中的 至少一種制成。
[0011] 進一步地，反射體由Pb或Ni中的至少一種制成，熱中子吸收體由6Li制成，熱中 子吸收體和射束出口之間設有空氣通道。
[0012] 輻射屏蔽包括光子屏蔽和中子屏蔽。作為一種優選地，光子屏蔽由Pb制成，中子 屏蔽由PE(聚乙烯）制成。
[0013] 作為一種優選地，緩速體設置成包含一個柱體狀和與柱體狀鄰接的一個錐體狀的 形狀或者設置成兩個相反方向相互鄰接的錐體狀。
[0014] 本實用新型實施例中所述的"柱體"或"柱體狀"是指沿著圖示方向的一側到另一 側其外輪廓的整體趨勢基本不變的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓柱體 狀的對應的輪廓線，也可以是曲率較大的接近線段的圓弧，如曲率較大的球面體狀的對應 的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓柱體狀或 曲率較大的球面體狀的表面做了很多凸起和凹槽。
[0015] 本實用新型實施例中所述的"錐體"或"錐體狀"是指沿著圖示方向的一側到另一 側其外輪廓的整體趨勢逐漸變小的結構，外輪廓的其中一條輪廓線可以是線段，如圓錐體 狀的對應的輪廓線，也可以是圓弧，如球面體狀的對應的輪廓線，外輪廓的整個表面可以是 圓滑過渡的，也可以是非圓滑過渡的，如在圓錐體狀或球面體狀的表面做了很多凸起和凹 槽。
【附圖說明】
[0016] 圖1是硼中子捕獲反應示意圖。
[0017] 圖2是kiB(n，CO7Li中子捕獲核反應方程式。
[0018] 圖3是本實用新型第一實施例中的用于中子捕獲治療的射束整形體的平面示意 圖，其中，在緩速體和反射體之間設置有間隙通道。
[0019] 圖4是本實用新型第二實施例中的用于中子捕獲治療的射束整形體的平面示意 圖，其中，緩速體設置成雙錐體，且第一實施例中的間隙通道位置以緩速體材料填充。
[0020] 圖5是本實用新型第三實施例中的用于中子捕獲治療的射束整形體的平面示意 圖，其中，緩速體設置成雙錐體，且第一實施例中的間隙通道位置以反射體材料填充。
[0021] 圖6是中子能量與中子角度雙微分的中子產率圖。
[0022] 圖7是本實用新型第四實施例中的用于中子捕獲治療的射束整形體的平面示意 圖，其中，緩速體設置成柱體。
[0023] 圖8是本實用新型第五實施例中的用于中子捕獲治療的射束整形體的平面示意 圖，其中，緩速體設置成柱體+錐體。
【具體實施方式】
[0024] 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用逐漸增加，其中以硼 中子捕獲治療最為常見，供應硼中子捕獲治療的中子可以由核反應堆或加速器供應。本實 用新型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（如質子、氘核等）進行加速的加速器、靶材與熱移除系統和射束整形 體，其中加速帶電粒子與金屬靶材作用產生中子，依據所需的中子產率與能量、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，常被討論的 核反應有 7Li (p，n) 7Be及9Be (p，n) 9B,這兩種反應皆為吸熱反應。兩種核反應的能量閥值分 別為I. 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子轟擊金屬鋰靶材，可產生相對低能的中子，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 子作用截面不高，為產生足夠大的中子通量，通常選用較高能量的質子來引發核反應。
[0025] 理想的靶材應具備高中子產率、產生的中子能量分布接近超熱中子能區（將在下 文詳細描述）、無太多強穿輻射產生、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，本實用新型的實施例中采用鋰金屬制成的靶材。但是本領域 技術人員熟知的，靶材的材料也可以由其他除了上述談論到的金屬材料之外的金屬材料制 成。
[0026] 針對熱移除系統的要求則根據選擇的核反應而異，如7Li (p，n) 7Be因金屬靶材（鋰 金屬）的熔點及熱導