Система нейтронозахватной терапии
Группа изобретений относится к медицине. Система нейтронозахватной терапии содержит устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, при этом пучок заряженных частиц, генерированный посредством ускорения ускорителем, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронного пучка, узел формирования пучка содержит отражатель, замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, радиационный экран и выход пучка, замедлитель выполнен с возможностью замедления нейтронов, генерируемых из мишени, до диапазона энергии надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и выполнен с возможностью направлять отклоненные нейтроны обратно к замедлителю для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, поглотитель тепловых нейтронов используется для поглощения тепловых нейтронов во избежание избыточного дозирования в поверхностных нормальных тканях во время лечения, радиационный экран используется для экранирования утекающих нейтронов и фотонов для уменьшения дозы нормальной ткани в области, не подвергающейся облучению. Система содержит бетонную стену, образующую пространство для размещения устройства генерации нейтронов и узла формирования пучка, опорный модуль, размещенный в бетонной стене. Опорный модуль способен обеспечивать опору узла формирования пучка и используется для регулирования положения узла формирования пучка. Опорный модуль содержит бетон и армирующую часть, по меньшей мере частично, размещенную в бетоне. Система содержит комнату облучения и комнату генерации пучка заряженных частиц, комната облучения и комната генерации пучка заряженных частиц представляют собой пространства, образованные бетонной стеной, комната генерации пучка заряженных частиц, по меньшей мере частично, вмещает ускоритель. Опорный модуль и узел формирования пучка, по меньшей мере частично, размещены в перегородке между комнатой облучения и комнатой генерации пучка заряженных частиц. Применение данной группы изобретений обеспечит улучшение качества пучка. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе радиационного облучения и, в частности, к системе нейтронозахватной терапии.
РЕЛЕВАНТНЫЕ РЕШЕНИЯ
По мере развития атомной техники радиотерапия, с использованием таких средства 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 нейтронозахватная терапия. Среди них нейтронозахватная терапия объединяет целевую терапию с ОБЭ, такой как борная нейтронозахватная терапия (BNCT). Благодаря определенной группировке фармацевтических препаратов с бором в опухолевых клетках и точной регулировке нейтронного пучка BNCT является лучшим выбором для лечения рака, чем традиционная лучевая терапия.
Во время лучевой терапии генерируются различные излучения. Например, нейтроны и фотоны от низких до высоких энергий генерируются во время борной нейтронозахватной терапии. Эти излучения могут вызывать разную степень повреждения нормальных тканей человека.
Таким образом, в области лучевой терапии вопрос о том, как снизить радиационное загрязнение окружающей среды, медицинского персонала или нормальных тканей облученных субъектов, является чрезвычайно важным при достижении эффективного лечения.
Устройство лучевой терапии обычно размещается в здании, построенном из бетона, чтобы изолировать излучение, которое может быть произведено устройством. В общей железобетонной конструкции арматура активируется нейтронами для образования радиоактивных изотопов с относительно длительным периодом полураспада. Например, период полураспада кобальта-60 составляет 5,27 года, с образованием радиоактивных отходов с длительным временем распада, что оказывает негативное влияние на окружающую среду и радиационную безопасность.
Кроме того, для обеспечения качества луча и повышения эффективности лечения необходимо, чтобы центр высокоэнергетической лучевой трубки как можно больше совпадал с центром узла формирования луча. Однако инженерное допустимое отклонение намного выше, чем требование к точности для узла формирования пучка, и когда бетон вибрирует и перемешивается, обычная деревянная опалубка в некоторой степени деформируется, что влияет на взаимодействие между мишенью и узлом формирования пучка и качество нейтронов. Следовательно, необходимо предложить новое техническое решение вышеуказанной проблемы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеупомянутых проблем один аспект настоящего изобретения предусматривает систему нейтронозахватной терапии, содержащую устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, пучок заряженных частиц, генерированный посредством ускорения ускорителем, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронного пучка, узел формирования пучка содержит отражатель, замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, радиационный экран, и выход пучка, при этом замедлитель выполнен с возможностью замедления нейтронов, генерируемых из мишени, до диапазона энергии надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и выполнен с возможностью направлять отклоненные нейтроны обратно к замедлителю для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, поглотитель тепловых нейтронов используется для поглощения тепловых нейтронов во избежание избыточного дозирования в поверхностных нормальных тканях во время лечения, радиационный экран используется для экранирования утекающих нейтронов и фотонов для уменьшения дозы нормальной ткани в области, не подвергающейся облучению, дополнительно система нейтронозахватной терапии содержит бетонную стену, образующую пространство для размещения устройства генерации нейтронов и узла формирования пучка, опорный модуль, размещенный в бетонной стене, причем опорный модуль способен обеспечивать опору узла формирования пучка и используется для регулирования положения узла формирования пучка, при этом опорный модуль содержит бетон и армирующую часть, по меньшей мере частично размещенную в бетоне. Данная бетонная структура может экранировать нейтроны и другие излучения, которые утекают в рабочий процесс системы нейтронозахватной терапии. Армирующая часть может увеличить жесткость, прочность на разрыв и несущую способность бетона. Опорная структура имеет модульную конструкцию, так что узел формирования пучка можно регулировать локально для соответствия требованиям точности, улучшения качества пучка и соблюдения допусков сборки мишени.
При этом система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит комнату облучения и комнату генерации пучка заряженных частиц, причем комната облучения и комната генерации пучка заряженных частиц представляют собой пространства, образованные бетонной стеной, система нейтронозахватной терапии содержит лечебный стол, расположенный в комнате облучения, при этом на лечебном столе облучаемый субъект обрабатывается облучением пучка нейтронов в комнате облучения, причем комната генерации пучка заряженных частиц, по меньшей мере частично, вмещает ускоритель, а опорный модуль и узел формирования пучка размещены, по меньшей мере частично, в перегородке между комнатой облучения и комнатой генерации пучка заряженных частиц.
При этом перегородка снабжена, на стороне рядом с комнатой облучения, вмещающей канавкой для вмещения, по меньшей мере частично, опорного модуля, а на стороне рядом с комнатой генерации пучка заряженных частиц снабжена канавкой для пропускания трубы ускорителя, причем вмещающая канавка и эта канавка проходят через перегородку в направлении прохождения нейтронного пучка, а контур поперечного сечения опорного модуля находится между контурами поперечного сечения вмещающей канавки и этой канавки на плоскости, перпендикулярной направлению прохождения нейтронного пучка. Таким образом, в направлении прохождения пучка исключаются швы, дополнительно снижается излучение, а опорный модуль легко настраивать.
При этом в опорном модуле расположен регулирующий элемент, и регулирующее устройство воздействует на регулирующий элемент, чтобы регулировать положения опорного модуля и узла формирования пучка для улучшения степени совпадения между центром узла формирования пучка и центром линии пучка, так что цель может быть помещена в центральное отверстие узла формирования пучка.
Предпочтительно узел формирования пучка выполнен с возможностью перемещаться между первым положением и вторым положением, центральная ось узла формирования пучка приблизительно совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя в первом положении, а центральная ось узла формирования пучка не совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя во втором положении.
Регулирующий элемент предпочтительно содержит первую боковую пластину и вторую боковую пластину, которые соединены друг с другом, при этом первая боковая пластина неподвижно соединена с опорным модулем, а регулирующее устройство действует на вторую боковую пластину.
Предпочтительно, чтобы между перегородкой и опорным модулем был установлен экран, чтобы сохранять положение опорного модуля и узла формирования пучка, с предотвращением тем самым прохождения пучка через зазор между перегородкой и опорным модулем, причем материал экрана содержит по меньшей мере одно из материала экранирования фотонов и материала экранирования нейтронов, и экран содержит по меньшей мере одно из жесткого твердого тела, гибкого твердого тела, жидкости и порошка.
При этом экранирующая пластина расположена на стороне перегородки рядом с комнатой облучения, и экранирующая пластина соответствует контуру поперечного сечения опорного модуля в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения нейтронного пучка.
Экранирующая пластина может экранировать нейтроны, утекающие между опорным модулем и перегородкой, а также может усиливать экранирующий эффект перегородки и подавлять вторичное излучение, генерируемое перегородкой, тем самым предотвращая облучение нормальных тканей пациента.
Другой аспект настоящего изобретения предусматривает опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка, при этом узел формирования пучка приспособлен для регулирования качества пучка излучения, генерируемого устройством генерации излучения, причем опорный модуль содержит бетон и армирующую часть, по меньшей мере частично размещенную в бетоне, при этом армирующая часть содержит опалубку и ребра, размещенные между опалубкой, и опалубка неподвижно соединена с ребрами. Данная бетонная структура может экранировать нейтроны и другие излучения, которые утекают в рабочий процесс системы нейтронозахватной терапии. Армирующая часть, размещенная в бетоне, может увеличить жесткость, прочность на разрыв и несущую способность. Модульная конструкция создает конструкцию локально регулируемой опоры для узла формирования пучка, так что узел формирования пучка может отвечать требованиям точности, улучшать качество луча и соответствовать допуску сборки мишени.
Предпочтительно модуль упругости материала армирующей части составляет не менее 40 ГПа, предел прочности не менее 200 МПа, предел текучести не менее 100 МПа, а армирующая часть, размещенная в бетоне, может увеличиваться жесткость, прочность на разрыв и несущую способность бетона.
Предпочтительно более 90% (в процентах по массе) материала армирующей части образована по меньшей мере одним элементом из С, Н, О, N, Si, Al, Mg, Li, В, Mn, Cu, Zn, S, Ca и Ti. Материал армирующей части образован элементами, имеющими поперечное сечение, едва взаимодействующее с нейтронами или активируемое нейтронами для генерации радиоактивных изотопов с коротким периодом полураспада. Поскольку радиоактивность, обусловленная нейтронной активацией, относительно мала, вторичная доза облучения надлежащим образом подавляется, а будущий демонтаж устройства упрощается.
Предпочтительно период полураспада радиоактивных изотопов, генерируемых после активации армирующей части нейтронами, составляет менее 1 года.
При этом опалубка содержит нижнюю опалубку, левую опалубку и правую опалубку, которые соответственно размещены с двух сторон нижней опалубки, и кольцевую опалубку, окруженную нижней опалубкой, а также левой и правой опалубкой, при этом ребра содержат горизонтальные поперечные ребра, горизонтальные продольные ребра и вертикальные ребра, распределенные в бетоне с заданным интервалом соответственно в горизонтальном направлении, вертикальном направлении и направлении толщины бетона.
Предпочтительно горизонтальные поперечные ребра приварены и прикреплены к левой опалубке, правой опалубке и кольцевой опалубке, вертикальные ребра приварены и прикреплены к нижней опалубке, кольцевой опалубке и горизонтальным поперечным ребрам, а горизонтальные продольные ребра приварены и прикреплены к горизонтальным поперечным ребрам и вертикальным ребрам.
Предпочтительно внешняя стена узла формирования пучка соответствует внутренней поверхности кольцевой опалубки, причем узел формирования пучка неподвижно соединен с опорным модулем, чтобы ограничить свободу поступательного движения вперед-назад и свободу вращения узла формирования пучка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схематическую структурную диаграмму системы нейтронозахватной терапии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой схематическую структурную диаграмму монтажа опорного модуля узла формирования пучка системы нейтронозахватной терапии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет собой схематическую структурную диаграмму опорного модуля узла формирования пучка, показанного на фиг. 2;
фиг. 4 представляет собой схематический вид в разрезе по линии А-А с фиг. 3;
фиг. 5 представляет собой схематическую диаграмму регулирующего элемента опорного модуля узла формирования пучка согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму регулирующего элемента с фиг. 5 в другом направлении.
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 с учетом текста описания.
Как показано на фиг. 1, система нейтронозахватной терапии в этом варианте осуществления предпочтительно представляет собой борную нейтронозахватную терапевтическую систему 100, которая включает в себя устройство 10 генерации нейтронов, узел 20 формирования пучка, коллиматор 30 и стол 40 лечения. Устройство 10 генерации нейтронов содержит ускоритель 11 и мишень Т, при этом ускоритель 11 ускоряет заряженные частицы (например, протоны, дейтроны и т.п.) для генерации пучка заряженных частиц Р, такого как пучок протонов, при этом пучок заряженных частиц Р облучает мишень Т и взаимодействует с мишенью Т для генерации нейтронного пучка N, причем мишень Т представляет собой металлическую мишень. Подходящие ядерные реакции всегда определяются в соответствии с такими характеристиками, как желаемый выход и энергия нейтронов, доступная энергия и ток ускоренных заряженных частиц и материализация металлической мишени, среди которых наиболее дискуссионными двумя являются 7Li (р, n), 7 Ве и 9 Ве (р, n) 9 В, в обоих случаях этой эндотермические реакции. Их энергетические пороги составляют 1,881 МэВ и 2,055 МэВ соответственно. Надтепловые нейтроны с энергией в кэВ считаются идеальными источниками нейтронов для 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. Однако на самом деле никакие ядерные реакции не могут удовлетворить всем требованиям. Мишень в раскрытых здесь вариантах осуществления изготовлена из лития. Однако, как хорошо известно специалистам в данной области техники, материалы мишени могут быть получены из других металлов, помимо лития или бериллия, например тантала (Та) или вольфрама (W). Мишень Т может иметь форму диска, или другие твердые формы, или может использоваться жидкость (жидкий металл). Ускоритель 11 может быть линейным ускорителем, циклотроном, синхротроном, синхроциклотроном, при этом устройство 10 генерации нейтронов может также быть ядерным реактором без использования ускорителя и мишени. Независимо от того, являются ли источники нейтронов BNCT ядерным реактором или ядерными реакциями между заряженными частицами ускорителя и мишенью, создаются только смешанные поля излучения, то есть пучки содержат нейтроны и фотоны, имеющие энергии от низкой до высокой. Что касается BNCT глубоких опухолей, за исключением надтепловых нейтронов, чем больше остаточное количество луча излучения, тем выше доля неселективного осаждения дозы в здоровой ткани. Поэтому излучение, вызывающее ненужную дозу, должно быть уменьшено насколько это возможно. Кроме того, для нормальных тканей облучаемого субъекта следует избегать слишком большого количества различных излучений, что также вызывает ненужное накопление дозы.
Пучок N нейтронов, генерируемый устройством 10 генерации нейтронов, последовательно проходит через узел 20 формирования пучка и коллиматор 30, а затем излучается на облучаемый субъект 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. Регулируя коллиматор 30, можно регулировать направление луча и взаимное расположение луча и облучаемого субъекта 200 на лечебном столе 40, положение лечебного стола 40 и облучаемого субъекта 200 также можно регулировать, чтобы выставить луч на опухолевые клетки М облучаемого объекта 200. Данные регулировки могут выполняться вручную или автоматически с помощью ряда механизмов управления. Подразумевается, что раскрытое здесь решение может быть создано и без коллиматора, когда пучок из узла 20 формирования пучка непосредственно излучается к облучаемому субъекту 200 на лечебном столе 40.
Узел 20 формирования пучка дополнительно содержит отражатель 21, замедлитель 22, поглотитель 23 тепловых нейтронов, радиационный экран 24 и выход 25 пучка. 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. Таким образом, нейтроны из устройства 10 генерации нейтронов должны пройти через замедлитель 22, чтобы регулировать энергию (>40 кэВ) быстрых нейтронов в диапазоне энергий надтепловых нейтронов (от 0,5 эВ до 40 кэВ) и уменьшить количество тепловых нейтронов (<0,5 эВ) насколько это возможно. Замедлитель 22 изготовлен из материала, имеющего поперечное сечение для взаимодействия главным образом с быстрыми нейтронами, но практически без взаимодействия с надтепловыми нейтронами. В этом варианте осуществления замедлитель 13 изготовлен из по меньшей мере из одного из D2O, AlF3, Fluental, CaF2, Li2CO3, MgF2 и Al2O3. Отражатель 21 окружает замедлитель 22 и отражает нейтроны, рассеянные через замедлитель 22, обратно в нейтронный пучок N, чтобы улучшить использование нейтронов, и изготовлен из материала, имеющего высокую способность отражения нейтронов. В этом варианте осуществления отражатель 21 изготовлен по меньшей мере из одного из свинца Pb или никеля Ni. Поглотитель 23 тепловых нейтронов, который изготовлен из материала, имеющего большое поперечное сечение для взаимодействия с тепловыми нейтронами, находится в задней части замедлителя 22. В этом варианте поглотитель 23 тепловых нейтронов изготовлен из Li-6. Поглотитель 23 тепловых нейтронов выполнен с возможностью поглощения тепловых нейтронов, проходящих через замедлитель 22, для уменьшения содержания тепловых нейтронов в нейтронном пучке N, с предотвращением тем самым передозировки в поверхностных нормальных тканях во время лечения. Радиационный экран 24 выполнен с возможностью экранировать нейтроны и фотоны, утекающие из других частей, кроме выхода 25 пучка. Материал радиационного экрана 24 содержит по меньшей мере одно из материала, экранирующего фотоны, и материала, экранирующего нейтроны. В данном варианте осуществления материал радиационного экрана 24 содержит экранирующий фотоны (Pb) материал свинец и экранирующий нейтроны материал полиэтилен (РЕ). Коллиматор 30 размещен сзади выхода 25 пучка, пучок надтепловых нейтронов, выходящий из коллиматора 30, излучается на облучаемый субъект 200 и замедляется до тепловых нейтронов, чтобы достичь опухолевой клетки М после прохождения через поверхностную нормальную ткань. Следует понимать, что узел 20 формирования пучка может иметь другие конфигурации, при условии возможности получить пучок надтепловых нейтронов, необходимый для лечения.
После того, как облученному субъекту 200 ввели или вкололи содержащий бор (В-10) фармацевтический препарат, этот борсодержащие фармацевтический препарат избирательно накапливается в опухолевой клетке М, что дает преимущество в том, что содержащий бор (В-10) фармацевтический препарат имеет высокое сечение нейтронного захвата и производит тяжелые заряженные частицы 4Не и 7Li за счет захвата нейтронов 10 В (n, α) 7Li и реакции ядерного деления. Эти две заряженные частицы со средней энергией около 2,33 МэВ обладают высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) и характеристикой ближнего порядка. ЛПЭ и диапазон альфа-частицы составляют 150 кэВ/микрометр и 8 микрометров соответственно, тогда как для тяжелой заряженной частицы 7Li 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 в условиях отсутствия серьезного повреждения нормальной ткани.
В данном варианте осуществления экранирующее радиацию устройство 50 дополнительно размещено между облучаемым субъектом 200 и выходом 25 пучка, чтобы экранировать нормальную ткань облучаемого субъекта от облучения пучком из выхода 25 пучка. Следует понимать, что экранирующее радиацию устройство 50 не может быть утилизировано.
Система 100 борной нейтронозахватной терапии в целом полностью размещена в здании, построенном из бетона. В частности, система 100 борной нейтронозахватной терапии дополнительно включает в себя комнату 101 облучения и комнату 102 генерации пучка заряженных частиц. Облучаемый субъект 200 на лечебном столе 40 подвергается облучению пучком нейтронов N в комнате 101 облучения. Комната 102 генерации пучка заряженных частиц, по меньшей мере частично, вмещает ускоритель 11. Узел 20 формирования пучка, по меньшей мере частично, помещен в перегородку 103 между комнатой 101 облучения и комнатой 102 генерации пучка заряженных частиц. Можно предусмотреть, что перегородка 103 может полностью отделять комнату 101 облучения от комнаты 102 генерации пучка заряженных частиц. В качестве альтернативы перегородка 103 может частично отделять комнату 101 облучения от комнаты 102 генерации пучка заряженных частиц, так что комната 101 облучения сообщается с комнатой 102 генерации пучка заряженных частиц. Может использоваться одна или несколько мишеней Т. Пучок заряженных частиц Р может выборочно взаимодействовать с одной или несколькими мишенями Т или может одновременно взаимодействовать с множеством мишеней Т, чтобы генерировать один или несколько терапевтических нейтронных пучков N. В соответствии с количеством мишеней Т также могут присутствовать один или несколько узлов 20 формирования пучка, коллиматоры 30 и лечебные столы 40. Множество лечебных столов может быть размещено в одной и той же комнате облучения, или же отдельная комната облучения может быть предусмотрена для каждого лечебного стола.
Комната 101 облучения и комната 102 генерации пучка заряженных частиц представляют собой пространства, ограниченные бетонной стеной W (включая перегородку 103). Данная бетонная структура может экранировать нейтроны и другие излучения, которые утекают в рабочий процесс системы нейтронозахватной терапии. Как показано на фиг. 2, узел 20 формирования пучка поддерживается опорным модулем 60, размещенным в перегородке 103. Перегородка 103 снабжена на стороне, близкой к комнате 102 облучения, вмещающей канавкой 1031 для вмещения, по меньшей мере частично, опорного модуля 60, а на стороне, близкой к комнате 101 генерации пучка заряженных частиц, снабжена канавкой 1032 для прохождения передающей трубки ускорителя, так что вмещающая канавка 1031 и канавка 1032 проходят через перегородку в направлении прохождения нейтронного пучка N. В этом варианте осуществления поверхность стены перегородки 103 является плоскостью, а направление прохождения нейтронного пучка N перпендикулярно поверхности стены перегородки 103. Опорная структура имеет модульную конструкцию, так что узел формирования пучка можно регулировать локально для соответствия требованиям точности, улучшения качества пучка и соблюдения допусков сборки мишени. Контур поперечного сечения опорного модуля 60 находится между контурами поперечного сечения вмещающей канавки 1031 и канавки 1032 в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения нейтронного пучка N, что позволяет обойтись без швов в направлении прохождения пучка, излучение дополнительно уменьшается и, кроме того, опорный модуль 60 легко регулировать. В этом варианте осуществления опорный модуль 60 представляет собой в целом кубоид, поперечные сечения, перпендикулярные направлению прохождения нейтронного пучка N, вмещающей канавки 1031 и канавки 1032 имеют оба форму "U", а боковые стены вмещающей канавки 1031 и канавки 1032 параллельны направлению прохождения нейтронного пучка N. Экранирующая пластина 70 также размещена на стороне перегородки 103 рядом с комнатой 102 облучения. Экранирующая пластина 70 может усиливать экранирующий эффект перегородки и подавлять вторичное излучение, генерируемое перегородкой, тем самым предотвращая облучение нормальных тканей пациента. Экранирующая пластина 70 может соответствовать контуру поперечного сечения опорного модуля 60 в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения нейтронного пучка N, с экранированием тем самым нейтронов, утекающих между опорным модулем и перегородкой. Экранирующая пластина представляет собой полиэтиленовую (РЕ) пластину. Можно предусмотреть, что экранирующая пластина также может быть размещена на стороне перегородки 103 рядом с комнатой 102 генерации пучка заряженных частиц и на стороне опорного модуля 60 рядом с комнатой 101 облучения. Экранирующая пластина может быть изготовлена из свинца или другого материала, экранирующего нейтроны или фотоны. В качестве альтернативы можно обойтись без экранирующей пластины.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, опорный модуль 60 содержит бетон и армирующую часть 61, по меньшей мере частично размещенную (подробно описано ниже). Бетон имеет низкую прочность на разрыв и легко растрескивается, а узел формирования пучка очень чувствителен к деформации и требует, чтобы опорная структура имела достаточную жесткость. Армирующая часть, размещенная в бетоне, может увеличить жесткость, прочность на разрыв и несущую способность. Модуль упругости материала армирующей части составляет не менее 40 ГПа, предел прочности не менее 200 МПа, предел текучести не менее 100 МПа. Поскольку нейтроны генерируются в узле формирования пучка, наиболее сильно активируется окружающий материал. Материал армирующей части образован элементами, имеющими поперечное сечение, едва взаимодействующее с нейтронами или активируемое нейтронами для генерации радиоактивных изотопов с коротким периодом полураспада. Предпочтительно более 90% (в процентах по массе) материала армирующей части образовано по меньшей мере одним из С, Н, О, N, Si, Al, Mg, Li, В, Mn, Cu, Zn, S, Ca и Ti. В этом варианте по меньшей мере часть материала усиливающей части представляет собой алюминиевый сплав. Период полураспада алюминия, активированного нейтронами, относительно невелик и составляет всего 2,2 минуты. В традиционной армированной бетонной конструкции такие элементы как железо, кобальт и никель, в большом количестве содержащиеся в арматурных стержнях, имеют относительно длительный период полураспада после активации нейтронами. Например, период полураспада кобальта-60 составляет 5,27 года. Если используется алюминиевый сплав, поскольку радиоактивность, обусловленная активацией нейтронами, значительно снижается в течение ограниченного времени, доза вторичного излучения надлежащим образом подавляется, а будущий демонтаж устройства упрощается. Материал армирующей части может быть также алюминиево-магниевым сплавом или композитным материалом из углеродного волокна, композитным материалом из стекловолокна или их комбинацией.
Армирующая часть 61 включает опалубку 611 и ребра 612, размещенные между опалубкой, причем опалубка 611 неподвижно соединена с ребрами 612. Опалубка 611 включает в себя нижнюю опалубку 6111, левую опалубку 6112 и правую опалубку 6113, которые соответственно размещены с двух сторон нижней опалубки 6111, и кольцевую опалубку 6114, окруженную нижней опалубкой, а также левой и правой опалубкой. Опалубка 611 изготовлена из алюминиевого сплава и используется в качестве анкерных пластин для ребер 612. В этом варианте осуществления узел 20 формирования пучка в целом является цилиндрическим. Может быть предусмотрено, что когда узел формирования пучка имеет конструктивно другую форму, кольцевая опалубка может быть соответственно заменена опалубкой другой формы. Ребра 612 включают в себя горизонтальные поперечные ребра 6121, горизонтальные продольные ребра 6122 и вертикальные ребра 6123, распределенные в бетоне между кольцевой опалубкой, левой и правой опалубкой, а также нижней опалубкой на заданном расстоянии соответственно в горизонтальном направлении, вертикальном направлении, а также в направлении толщины бетона. Расстояние определяется в зависимости от конкретного случая и схематично изображено на фигурах. Ребра также изготовлены из алюминиевого сплава. В этом варианте осуществления горизонтальные поперечные ребра 6121 приварены и прикреплены к левой опалубке 6112, правой опалубке 6113 и кольцевой опалубке 6114, вертикальные ребра 6123 приварены и прикреплены к нижней опалубке 6111, кольцевой опалубке 6114 и горизонтальные поперечные ребра 6121 и горизонтальные продольные ребра 6122 приварены и прикреплены к горизонтальным поперечным ребрам 6121 и вертикальным ребрам 6123. Может быть предусмотрено, что опалубка и ребра в альтернативном варианте могут быть расположены по-другому. Последовательность и процесс сварки могут выполняться другими средствами, хорошо известными специалисту в данной области техники, или может использоваться другой способ фиксации.
Во время строительства также необходимо установить переднюю и заднюю опалубку (не показан на фигуре). Передняя и задняя стороны и верхняя сторона опорного модуля 60 не нуждаются в креплении, поэтому используются обычные деревянные опалубки. Бетон заливают в приемную полость, образованную между нижней опалубкой 6111, левой опалубкой 6112, правой опалубкой 6113, кольцевой опалубкой 6114, а также передней и задней опалубками. На верхней стороне опалубку не размещают, поэтому состояние бетона можно удобно наблюдать во время строительства. После заливки бетона его верхнюю сторону можно выровнять пластиной. После заливки и затвердевания бетона передняя и задняя опалубки удаляются, чтобы сформировать опорный модуль 60, после чего опорный модуль 60 доставляется к перегородке 103 и устанавливается во вмещающую канавку 1031. Затем узел 20 формирования пучка помещается в опорный модуль 60, причем внешняя стена узла 20 формирования пучка соответствует внутренней поверхности кольцевой опалубки 6114. Чтобы ограничить свободу поступательного движения вперед-назад и свободу вращения узла 20 формирования пучка, узел 20 формирования пучка неподвижно соединен с опорным модулем 60. Например, в кольцевой опалубке 6114 предусмотрено резьбовое отверстие, в соответствующем месте внешней стены узла 20 формирования пучка предусмотрено отверстие, и узел 20 формирования пучка и кольцевая опалубка 6114 соединены болтом. Может быть предусмотрено использование другого способа соединения. Перед заливкой бетона резьбовое отверстие кольцевой опалубки 6114 затыкается пластиковой защитной втулкой для предотвращения утечки бетона из резьбового отверстия и защиты резьбы. Чтобы обеспечить плотность бетона под кольцевой опалубкой, в нижней части передней или задней опалубки может быть предусмотрен проем, через который и заливается бетон. После заливки и отверждения бетона пластиковая защитная втулка, вставленная в резьбовое отверстие кольцевой опалубки 6114, вынимается, узел формирования пучка помещается в приемную полость, образованную внутренней поверхностью кольцевой опалубки 6114, затем узел 20 формирования пучка и опорный модуль 60 соединяют болтом. Может быть предусмотрено иное альтернативное выполнение конструкции, хорошо известное специалисту в данной области.
Затем регулируются положения опорного модуля 60 и узла 20 формирования пучка. Как показано на фиг. 5 и фиг. 6, регулирующий элемент 62 размещен в опорном модуле 60, и регулирующее устройство (не показано на фигуре), такое как домкрат, воздействует на регулирующий элемент 62 для регулировки положений опорного модуля 60 и узла 20 формирования пучка, так что узел 20 формирования пучка может перемещаться между первым положением и вторым положением. Центральная ось узла 20 формирования пучка приблизительно совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя в первом положении, а во втором положении центральная ось узла 20 формирования пучка не совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя. Таким образом, степень совпадения между центром узла формирования пучка и центром линии пучка улучшается, так что цель может быть помещена в центральное отверстие узла формирования пучка. Регулирующий элемент 62 размещен в нижней части боковой стены опорного модуля 60, обращенной к комнате 101 облучения. Может быть предусмотрено, что регулирующий элемент 62 в альтернативном варианте может быть размещен в другом положении. В качестве альтернативы регулирующий элемент может быть размещен на узле формирования пучка, регулирующий элемент непосредственно приводит в действие узел формирования пучка для регулировки положения. Поскольку домкрат действует на регулирующий элемент в качестве сосредоточенной силы, скрученные ребра могут быть размещены в соответствующих положениях усиливающей части 61 для увеличения прочности. В этом варианте осуществления регулирующий элемент 62 представляет собой L-образную опору, включающую в себя первую боковую пластину 621 и вторую боковую пластину 622, которые перпендикулярны друг другу. Первая боковая пластина 621 зафиксирована на нижней части боковой стены опорного модуля 60, обращенной к комнате 101 облучения, с помощью болта. Домкрат действует на вторую боковую пластину 622. Регулирующий элемент 62 дополнительно включает в себя армирующую реберную пластину 623, соединенную с первой боковой пластиной и второй боковой пластиной для увеличения прочности. Опора может быть сконструирована из стальной пластины. Может быть предусмотрено, что опора может иметь другую структуру или может быть изготовлена из другого материала.
После регулировки опорный модуль 60 фиксируется (например, стальная пластина размещается в зазоре между опорным модулем и полом, и опорный модуль фиксируется на полу с помощью болта или подобного средства), и экран (не показан на фигуре) заполняется между перегородкой 103 и опорным модулем 60 для сохранения положений опорного модуля и узла формирования пучка и предотвращения прохождения пучка через зазор между перегородкой и опорным модулем. Материал экрана включает, по меньшей мере, одно из материала, экранирующего фотоны, и материала, экранирующего нейтроны. Материал может представлять собой твердый материал, отрезанный до подходящего размера, например, свинец, сплав свинца и сурьмы, тефлон, графит, парафин, полиэтилен, полиэтилен, содержащий карбид бора, или карбонат лития, или фторид лития, ПММА (акрил) или ПММА, содержащий карбид бора, карбонат лития или фторид лития; или может быть порошком, заполняющим жесткий контейнер или гибкий контейнер, отрезанный до подходящего размера, например порошком карбида бора, или карбоната лития, или фторида лития; или может быть жидкостью, заполняющей жесткий контейнер, или гибким контейнером, отрезанным до подходящего размера, например, водой, которая растворяет порошок карбида бора или карбоната лития или фторида лития, тяжелой водой и борной кислотой; или же гибким твердым телом, например резиной или силиконом. Регулирующий элемент 62 может быть удален, после чего устанавливается экранирующая пластина 70, которая блокирует экран для дальнейшего уменьшения излучения.
Система 100 борной нейтронозахватной терапии может дополнительно включать в себя комнату подготовки, комнату управления и другое пространство, используемое для содействия лечению. Каждая комната облучения может быть оборудована одной комнатой подготовки, используемой для подготовительных работ, например, для закрепления облучаемого субъекта на лечебном столе, введения борсодержащих фармацевтических препаратов и моделирования плана лечения перед обработкой облучением. Между комнатой подготовки и комнатой облучения может находиться соединительный проход, и после завершения подготовительных работ облучаемый субъект может быть непосредственно помещен в комнату облучения, или же управляющий механизм управления управлять автоматическим переводом облучаемого субъекта в комнату облучения по рельсу. Комната управления предназначена для управления ускорителем, устройством передачи пучка, лечебным столом и т.п., а также для управления и контроля всего процесса облучения. При этом диспетчер в контрольной комнате может одновременно осуществлять мониторинг множества комнат облучения.
В данном варианте осуществления бетонная стена представляет собой борсодержащую баритовую бетонную стену толщиной более 1 м и плотностью 3 г/куб. см. Борсодержащий бетон имеет улучшенные свойства поглощения нейтронов, что усиливает эффект радиационного экранирования бетона, при этом металлические материалы в бетоне также могут подвергаться воздействию меньшего количества нейтронов. Следует понимать, что бетонная стена может иметь другую толщину или плотность или может быть изготовлена из другого материала, а разные части бетонной стены могут иметь разную толщину, плотность или материалы. Следует понимать, что настоящее изобретение применимо и к другим типам систем нейтронного облучения; настоящее изобретение применимо и к другим типам систем радиационного облучения, при этом устройство генерации нейтронов может быть заменено другим устройством, генерирующим излучение, материал бетона и опорный узел могут быть при необходимости заменены.
Хотя выше были описаны проиллюстрированные варианты осуществления настоящего изобретения, позволяющие специалисту в данной области техники понять сущность изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается рамками раскрытых вариантов осуществления.
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.
1. Система нейтронозахватной терапии, содержащая устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, при этом пучок заряженных частиц, генерированный посредством ускорения ускорителем, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронного пучка, узел формирования пучка содержит отражатель, замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, радиационный экран и выход пучка, замедлитель выполнен с возможностью замедления нейтронов, генерируемых из мишени, до диапазона энергии надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и выполнен с возможностью направлять отклоненные нейтроны обратно к замедлителю для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, поглотитель тепловых нейтронов используется для поглощения тепловых нейтронов во избежание избыточного дозирования в поверхностных нормальных тканях во время лечения, радиационный экран используется для экранирования утекающих нейтронов и фотонов для уменьшения дозы нормальной ткани в области, не подвергающейся облучению, при этом дополнительно система нейтронозахватной терапии содержит бетонную стену, образующую пространство для размещения устройства генерации нейтронов и узла формирования пучка, опорный модуль, размещенный в бетонной стене, причем опорный модуль способен обеспечивать опору узла формирования пучка и используется для регулирования положения узла формирования пучка, при этом опорный модуль содержит бетон и армирующую часть, по меньшей мере частично, размещенную в бетоне, система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит комнату облучения и комнату генерации пучка заряженных частиц, комната облучения и комната генерации пучка заряженных частиц представляют собой пространства, образованные бетонной стеной, комната генерации пучка заряженных частиц, по меньше мере частично, вмещает ускоритель, при этом опорный модуль и узел формирования пучка, по меньшей мере частично, размещены в перегородке между комнатой облучения и комнатой генерации пучка заряженных частиц.
2. Система нейтронозахватной терапии по п.1, причем система нейтронозахватной терапии содержит лечебный стол, размещенный в комнате облучения, и в комнате облучения облучаемый субъект на лечебном столе обрабатывается облучением пучка нейтронов.
3. Система нейтронозахватной терапии по п.2, в которой перегородка снабжена на стороне, близкой к комнате облучения, вмещающей канавкой для вмещения, по меньшей мере частично, опорного модуля, а на стороне, близкой к комнате генерации пучка заряженных частиц, канавкой для прохождения передающей трубки ускорителя, причем вмещающая канавка и эта канавка проходят через перегородку в направлении прохождения пучка нейтронов, а контур поперечного сечения опорного модуля находится между контурами поперечного сечения вмещающей канавки и этой канавки на плоскости, перпендикулярной направлению прохождения нейтронного пучка.
4. Система нейтронозахватной терапии по п.2, в которой имеется регулирующий элемент, размещенный в опорном модуле, и регулирующее устройство, действующее на регулирующий элемент для регулировки положений опорного модуля и узла формирования пучка.
5. Система нейтронозахватной терапии по п.4, в которой узел формирования пучка выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом в первом положении центральная ось узла формирования пучка совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя, а во втором положении центральная ось узла формирования пучка не совпадает с центральной осью передающей трубки ускорителя.
6. Система нейтронозахватной терапии по п.4, в которой регулирующий элемент содержит первую боковую пластину и вторую боковую пластину, которые соединены друг с другом, причем первая боковая пластина неподвижно соединена с опорным модулем, а на вторую боковую пластину действует регулирующее устройство.
7. Система нейтронозахватной терапии по п.4, в которой пространство между перегородкой и опорным модулем заполнено экраном для сохранения положений опорного модуля и узла формирования пучка, причем материал экрана содержит по меньшей мере один материал фотонного экранирования и материал нейтронного экранирования, при этом экран содержит по меньшей мере одно из твердого тела, гибкого твердого тела, жидкости и порошка.
8. Система нейтронозахватной терапии по п.2, в которой имеется экранирующая пластина, размещенная на стороне перегородки рядом с комнатой облучения, причем экранирующая пластина соответствует контуру поперечного сечения опорного модуля на плоскости, перпендикулярной плоскости направления прохождения нейтронного пучка.
9. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка в системе нейтронозахватной терапии, при этом узел формирования пучка выполнен с возможностью регулировки качества пучка излучения, генерируемого устройством генерации излучения, при этом опорный модуль содержит бетон и армирующую часть, по меньшей мере частично, размещенную в бетоне, причем армирующая часть содержит опалубку и ребра, размещенные между опалубкой, и опалубка неподвижно соединена с ребрами.
10. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.9, в котором модуль упругости материала армирующей части составляет не менее 40 ГПа, предел прочности не менее 200 МПа, а предел текучести не менее 100 МПа.
11. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.9, в котором более 90% (в процентах по массе) материала армирующей части выполнено по меньшей мере из одного элемента из C, H, O, N, Si, Al, Mg, Li, B, Mn, Cu, Zn, S, Ca и Ti.
12. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.9, в котором период полураспада радиоактивных изотопов, образующихся после активации армирующей части нейтронами, составляет менее 1 года.
13. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.9, в котором опалубка содержит нижнюю опалубку, левую опалубку и правую опалубку, которые соответственно расположены с двух сторон нижней опалубки, и кольцевую опалубку, окруженную нижней опалубкой и левой и правой опалубками, при этом ребра содержат горизонтальные поперечные ребра, горизонтальные продольные ребра и вертикальные ребра, распределенные в бетоне с заданным интервалом, соответственно, в горизонтальном направлении, вертикальном направлении и направлении толщины бетона.
14. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.13, в котором горизонтальные поперечные ребра приварены и прикреплены к левой опалубке, правой опалубке и кольцевой опалубке, вертикальные ребра приварены и прикреплены к нижней опалубке, кольцевой опалубке и горизонтальным поперечным ребрам, при этом горизонтальные продольные ребра приварены и прикреплены к горизонтальным поперечным ребрам и вертикальным ребрам.
15. Опорный модуль для обеспечения опоры узла формирования пучка по п.13, в котором внешняя стена узла формирования пучка соответствует внутренней поверхности кольцевой опалубки, и узел формирования пучка неподвижно соединен с опорным модулем.
