用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種射束診斷系統(tǒng)，尤其設(shè)及一種用于中子捕獲治療系統(tǒng)的射束 診斷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著原子科學(xué)的發(fā)展，例如鉆六十、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?xiàng)l件的限制，在殺 死腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，也會(huì)對(duì)射束途徑上大量的正常組織造成傷害；另外由于腫瘤細(xì)胞對(duì)放 射線敏感程度的不同，傳統(tǒng)放射治療對(duì)于較具抗福射性的惡性腫瘤（如：多行性膠質(zhì)母細(xì) 胞瘤（glioblastomamultiforme)、黑色素細(xì)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福射傷害，化學(xué)治療（chemotherapy)中的標(biāo)祀治 療概念便被應(yīng)用于放射線治療中；而針對(duì)高抗福射性的腫瘤細(xì)胞，目前也積極發(fā)展具有高 相對(duì)生物效應(yīng)（relativebiologicaleffectiveness,RBE：)的福射源，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，如棚中子捕獲治療，借 由含棚藥物在腫瘤細(xì)胞的特異性集聚，配合精準(zhǔn)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。
[0004] 棚中子捕獲治療度oronNeutronCap1:ureTherapy,BNCT)是利用含棚（"B)藥物 對(duì)熱中子具有高捕獲截面的特性，借由i°B(n，α)7Li中子捕獲及核分裂反應(yīng)產(chǎn)生4He和7Li 兩個(gè)重荷電粒子。參照?qǐng)D1和圖2,其分別示出了棚中子捕獲反應(yīng)的示意圖和i°B(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)移化inear 化ergyTransfer,LET)、短射程特征，α粒子的線性能量轉(zhuǎn)移與射程分別為150keV/ym、 8μm，而7Li重荷粒子則為17化eV/μm、5μm，兩粒子的總射程約相當(dāng)于一個(gè)細(xì)胞大小，因此 對(duì)于生物體造成的福射傷害能局限在細(xì)胞層級(jí)，當(dāng)含棚藥物選擇性地聚集在腫瘤細(xì)胞中， 搭配適當(dāng)?shù)闹凶由湓?，便能在不?duì)正常組織造成太大傷害的前提下，達(dá)到局部殺死腫瘤細(xì) 胞的目的。 陽0化]而在中子捕獲治療系統(tǒng)中的射束檢測(cè)和診斷屬于一個(gè)很重要的課題，運(yùn)直接關(guān)乎 于照射治療的劑量和效果。現(xiàn)有技術(shù)有掲示一種中子捕獲治療系統(tǒng)中，例如通過預(yù)先對(duì)被 照射體貼附中子束測(cè)定用的金絲，在中子束的照射中途取下金絲并測(cè)定該金絲的福射化 量，來測(cè)定照射中途的中子束的照射劑量。并且根據(jù)該測(cè)定的照射劑量來控制（例如停止 等）中子捕獲治療系統(tǒng)，W便使中子束W按照計(jì)劃的照射劑量來照射至被照射體。
[0006] 但是此時(shí)，例如若因某種原因而在測(cè)定金絲的福射化量之后中子束的照射劑量率 有所變動(dòng)，則無法與該種變動(dòng)充分對(duì)應(yīng)，而有使W按照計(jì)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(shí)時(shí)的檢測(cè)中 子束照射劑量，也無法通過檢測(cè)來確定中子捕獲治療系統(tǒng)的各個(gè)部件W及檢測(cè)裝置自身是 否故障。
[0007] 因此，有必要提出一種能夠提高中子束照射劑量的精確度的中子捕獲治療系統(tǒng)及 能夠進(jìn)行故障診斷的射束診斷系統(tǒng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的一個(gè)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)W進(jìn)行故障診斷，在一個(gè)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，其中，帶電粒子束入口容納在射束整形體內(nèi)，中子產(chǎn)生部容納在 射束整形體內(nèi)，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(shí)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(shí)檢 測(cè)帶電粒子束和中子束，W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(cè)結(jié)果用W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(cè)裝置自身是否異常。運(yùn)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(shí)間及成本。
[0009] 優(yōu)選地，中子捕獲治療系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于將冷卻介質(zhì)置于中子產(chǎn)生部處W冷卻 中子產(chǎn)生部的冷卻裝置和被經(jīng)射束出口處出來的射束照射的待照體，射束診斷系統(tǒng)進(jìn)一步 包括用于檢測(cè)冷卻裝置溫度從而得知冷卻裝置與中子產(chǎn)生部產(chǎn)生中子束狀況的溫度檢測(cè) 裝置和用于診斷待照體位移是否移動(dòng)的位移檢測(cè)裝置。運(yùn)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(cè)裝置，通過運(yùn)些檢測(cè)裝置來判斷中子捕獲治 療系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵部件或者檢測(cè)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運(yùn)樣的設(shè)置檢測(cè)裝置：加速器源頭處的真空管處設(shè)置有檢測(cè)裝置， 中子產(chǎn)生部處設(shè)置有檢測(cè)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(cè)裝置，射束整形體內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)裝置，射束出口處設(shè)置有檢測(cè)裝置，待照體處設(shè) 置有檢測(cè)裝置。
[0010] 作為一種優(yōu)選地，中子捕獲治療系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于擴(kuò)大帶電粒子束的擴(kuò)束裝 置；帶電粒子束診斷裝置進(jìn)一步包括用于檢測(cè)進(jìn)入帶電粒子束入口之前處的帶電粒子束的 強(qiáng)度與穩(wěn)定度的第一電流檢測(cè)裝置和用于檢測(cè)經(jīng)與中子產(chǎn)生部作用的帶電粒子束的強(qiáng)度 與變化狀況的第二電流檢測(cè)裝置；中子束診斷裝置進(jìn)一步包括用于檢測(cè)射束整形體內(nèi)的中 子束的強(qiáng)度變化及空間分布、埋設(shè)于射束整形體內(nèi)的第一中子束監(jiān)測(cè)裝置和用于檢測(cè)射束 出口處的中子束的強(qiáng)度變化及空間分布、埋設(shè)于射束出口處的第二中子束監(jiān)測(cè)裝置。
[0011] 作為更加優(yōu)選地，第一電流檢測(cè)裝置為法拉第杯（Faradaycupelectrometer)， 其是一種金屬制的設(shè)計(jì)成杯狀，用來測(cè)量帶電粒子束入射強(qiáng)度及穩(wěn)定度的一種真空偵測(cè) 器，測(cè)得的電流可W用來判定帶電粒子束的數(shù)量。當(dāng)帶電粒子束進(jìn)入法拉第杯W后，會(huì)產(chǎn)生 電流。對(duì)一個(gè)連續(xù)的帶單電荷的帶電粒子束來說：采用公式一來計(jì)算，其中，N是帶電粒子 數(shù)量、t是時(shí)間（單位為秒）、I是測(cè)得的電流（單位為安培）、e是基本電荷（約1. 60X10 19 庫侖）。我們可W估算，若測(cè)得電流為10 9A(lnA)，即約有60億個(gè)帶電粒子被法拉第杯收 集。 陽〇1引
（公式一）
[0013] 當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第一電流檢測(cè)裝置100可W為任意的適于在加速 器真空管處用來測(cè)量帶電粒子束入射強(qiáng)度及穩(wěn)定度的檢測(cè)裝置，如壁電流檢測(cè)器（Wall QirrentMonitor)和束流變壓器度earnQirrentTransformer)。
[0014] 所謂壁電流檢測(cè)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(shí)即可獲得電壓取樣信號(hào)，采用公式二來計(jì)算，其中，V是檢測(cè)到的電壓值，Ib為帶電粒子 束電流，Z在特定頻率下可W等效為電阻，壁電流檢測(cè)器等效電路為并聯(lián)化C電路，如公式 Ξ。因此根據(jù)檢測(cè)到的電壓值就可W推算出帶電粒子束在某一時(shí)間段t內(nèi)的電流。
[0015]V= -Ib(t)Z(公式二）
[0016]
(公式Ξ)
[0017] 所謂束流變壓器是利用磁忍上的二級(jí)繞組禪合出電流信號(hào)，通過分析此信號(hào)可 獲得原始帶電粒子束的電流。其包括交流電流變壓器（AC化rrent化ansformer，簡寫 為ACCT)、快速電流變壓器（FastCurrentTransformer,簡寫為FCT)、諧振式電流變壓 器（TunedQirrentTransformer,簡寫為TCT)、積分電流變壓器（IntegratedQirrent Transformer,簡寫為ICT)和直流電流變壓器值CCurrentTransformer,簡寫為DCCT)。由 于種類較多，下文對(duì)于束流變壓器不一一列舉，僅WDCCT用來舉例。DCCT采用非線性磁調(diào) 制組件將待測(cè)DC信號(hào)調(diào)制到激勵(lì)信號(hào)的二次諧波進(jìn)行檢測(cè)。
[0018] 本實(shí)施例中，第二電流檢測(cè)裝置200為檢流計(jì)（galvanometer)，其一端電連接于 中子產(chǎn)生部T，另一端接地，W形成一個(gè)檢測(cè)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(jì)是根據(jù)載流線圈在磁場(chǎng)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，用彈黃游絲來維持平衡，用指針來指示 偏轉(zhuǎn)。由于軸承有摩擦，被測(cè)電流不能太弱。檢流計(jì)使用極細(xì)的金屬懸絲代替軸承懸掛在 磁場(chǎng)中，由于懸絲細(xì)而長，反抗力矩很小，所W有很弱的電流通過線圈就足W使它產(chǎn)生顯著 的偏轉(zhuǎn)。因而檢流計(jì)比一般的電流表靈敏的多，可W測(cè)量微電流（107-i〇i°a)或者微電壓 (10 3-1〇 6V)，如光電流、生理電流、溫差電動(dòng)勢(shì)等。首次記錄神經(jīng)動(dòng)作電化就是用此類儀器 實(shí)現(xiàn)的。
[0019] 當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，第二電流檢測(cè)裝置200可W為任意的適于在鄰近 中子產(chǎn)生部用來檢測(cè)經(jīng)與中子產(chǎn)生部作用的帶電粒子束的強(qiáng)度與變化狀況的檢測(cè)裝置，如 電流表和伏特表等。
[0020] 本實(shí)施例中，溫度檢測(cè)裝置300為熱電偶（thermocouple)，兩種不同成份的導(dǎo)體 (稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生 電動(dòng)勢(shì)，運(yùn)種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而運(yùn)種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用運(yùn)種原理進(jìn)行 溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），