СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ПУЧКА ДЛЯ СИСТЕМЫ НЕЙТРОНЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 2019 года по МПК A61N5/10 G21K5/04 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к системе диагностики пучка, и, более конкретно, к системе диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] С развитием атомной науки виды лучевой терапии, такой как применение кобальта-60, линейных ускорителей и электронных пучков, являются одним из основных способов лечения рака. Однако обычная фотонная или электронная терапия ограничена физическими свойствами радиоактивного излучения; например, многие здоровые ткани на пути пучка будут повреждены при разрушении опухолевых клеток. С другой стороны, чувствительность опухолевых клеток к радиоактивному излучению различается в значительной степени, поэтому в большинстве случаев обычная лучевая терапия не соответствует эффективности лечения в отношении радиорезистентных злокачественных опухолей (таких как мультиформная глиобластома и меланома).

[0003] С целью уменьшения радиационного повреждения здоровой ткани, окружающей место опухоли, в лучевой терапии применяется таргетная терапия при химиотерапии. При этом в случае опухолевых клеток с высокой устойчивостью к лучевой терапии также были разработаны источники излучения с высоким уровнем относительной биологической эффективности (ОБЭ), включая, например, терапию с захватом протонов, тяжелых частиц и нейтронов. В том числе нейтронозахватная терапия сочетает таргетную терапию с ОБЭ, например, бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ). Благодаря специфической группировке борсодержащих лекарственных средств в опухолевых клетках и точной регулировке пучка нейтронов, БНЗТ предоставляется в качестве лучшего выбора лечения рака, чем обычная лучевая терапия.

[0004] БНЗТ пользуется преимуществом, заключающимся в том, что содержащие бор (¹⁰B) фармацевтические препараты характеризуются высоким сечением захвата нейтронов, и благодаря ей образуются тяжелые заряженные частицы ⁴He и ⁷Li посредством захвата нейтронов ¹⁰B(n, α)⁷Li и реакции ядерного деления. Как видно из фиг.1 и 2, показаны схематическое изображение БНЗТ и формула ядерной реакции ¹⁰B(n, α) ⁷Li захвата нейтрона, при этом две заряженные частицы со средней энергией, составляющей приблизительно 2,33 МэВ, имеют линейную потерю энергии (LET) и характеристики малой дальности. LET и диапазон альфа частицы составляют 150 кэВ/микрометр и 8 микрометров соответственно, в то время как LET и диапазон тяжелой заряженной частицы ⁷Li составляют 175 кэВ/микрометр и 5 микрометров соответственно, а общий диапазон этих двух частиц приблизительно равен размеру клетки. Таким образом, радиационное повреждение по отношению к живым организмам может быть ограничено на клеточном уровне. Если борсодержащие лекарственные средства селективно накапливаются в опухолевых клетках, с применением подходящего источника нейтронов можно уничтожить опухолевые клетки только локально без повреждения основных здоровых тканей.

[0005] Обнаружение и диагностика пучка, которые непосредственно связаны с дозой и результатом лучевой терапии, относятся к важной проблеме в системе нейтронозахватной терапии. Как описано в известном уровне техники, в системе нейтронозахватной терапии доза пучка нейтронов во время облучения измеряется, например, за счет предварительного прикрепления золотой проволоки для измерения пучка нейтронов к объекту облучения, отсоединения золотой проволоки от него во время облучения пучком нейтронов и измерения количества активированного золота золотой проволоки. Предполагается управление (например, остановка) системой нейтронозахватной терапии таким образом, чтобы облучить объект облучения пучком нейтронов с необходимой дозой на основе измеренной дозы.

[0006] Однако в этом случае, когда уровень дозы пучка нейтронов изменяется по нескольким причинам после измерения количества активированного золота золотой проволоки, не может предоставляться возможность справляться с этим изменением и, таким образом, может быть сложно облучать объект облучения пучком нейтронов с необходимой дозой. То есть, в вышеупомянутой системе нейтронозахватной терапии доза облучения не может быть выявлена в реальном времени, и невозможно диагностировать, работают ли с перебоями все компоненты системы нейтронозахватной терапии и устройства определения.

[0007] Соответственно, необходимо предоставить систему нейтронозахватной терапии, выполненную с возможностью улучшения точности дозы облучения пучком нейтронов, и систему диагностики пучка, выполненную с возможностью выполнения диагностики сбоев.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Один аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы улучшить точность дозы облучения пучком нейтронов для системы нейтронозахватной терапии и предоставить систему диагностики пучка, которая может быть применена в системе нейтронозахватной терапии для выполнения диагностики сбоев. В одном техническом плане предоставлена система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии. При этом система нейтронозахватной терапии содержит пучок заряженных частиц, входное отверстие для пучка заряженных частиц для прохождения пучка заряженных частиц, нейтронный генератор, генерирующий пучок нейтронов за счет ядерной реакции с пучком заряженных частиц, и устройство формирования пучка для регулирования плотности и качества пучка нейтронов, сгенерированного нейтронным генератором, а также выходное отверстие для пучка, соединяющееся с устройством формирования пучка, при этом входное отверстие для пучка заряженных частиц расположено в устройстве формирования пучка, и нейтронный генератор расположен в устройстве формирования пучка, при этом система диагностики пучка содержит устройство диагностики пучка заряженных частиц и устройство диагностики пучка нейтронов, и система диагностики пучка применяется для одновременной диагностики работы с перебоями системы нейтронозахватной терапии и/или системы диагностики пучка. Система диагностики пучка улучшает точность дозы облучения пучком нейтронов посредством одновременного определения пучка заряженных частиц и пучка нейтронов. В дополнение, система диагностики пучка применяется для оценки того, какие устройства и/или компоненты в системе нейтронозахватной терапии являются неисправными посредством ряда результатов определения, или определения неисправности устройства определения в системе диагностики пучка. Таким образом, с определенной целью улучшается не только точность дозы облучения пучком нейтронов, но и время технического обслуживания, а также значительно уменьшается стоимость.

[0009] Предпочтительно, система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит устройство охлаждения, расположенное в генераторе пучка нейтронов для охлаждения генератора пучка нейтронов, и облучаемое тело, облучаемое пучком нейтронов, излучаемым из выходного отверстия для пучка, и система диагностики пучка дополнительно содержит устройство определения температуры для определения температуры устройства охлаждения с тем, чтобы получить состояние пучка нейтронов, генерируемых нейтронным генератором, и устройство определения смещения для диагностики смещения облучаемого тела. Благодаря такой установке различные устройства определения отведены от источника ускорителя в конечное местонахождение облучаемого тела. Устройства определения применяются для определения неисправности каждого ключевого компонента системы нейтронозахватной терапии или самих устройств определения. Более конкретно, устройства определения отведены от источника ускорителя в конечное местонахождение облучаемого тела таким образом, что устройство определения расположено в вакуумной трубке в источнике ускорителя, устройство определения расположено в нейтронном генераторе, устройство определения расположено в устройстве охлаждения, которое соединено с нейтронным генератором и применяется для охлаждения нейтронного генератора, устройство определения расположено в устройстве формирования пучка, устройство определения расположено в выходном отверстии для пучка, и устройство определения расположено на облучаемом теле.

[0010] Более конкретно, система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит расширитель пучка для расширения пучка заряженных частиц; устройство диагностики пучка заряженных частиц дополнительно содержит первое устройство определения тока для определения интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц перед попаданием во входное отверстие для пучка заряженных частиц и второе устройство определения тока для определения состояний интенсивности и изменения пучка заряженных частиц, взаимодействующего с нейтронным генератором; и устройство диагностики пучка нейтронов дополнительно содержит первое устройство отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в устройстве формирования пучка и встраивается в устройство формирования пучка, и второе устройство отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в выходном отверстии для пучка и встраивается в выходное отверстие для пучка.

[0011] Более конкретно, первое устройство определения тока представляет собой электрометр с цилиндром Фарадея, который является чашеобразным металлическим вакуумным детектором для измерения характерной интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц, при этом измеренный ток может быть применен для определения количества заряженных частиц. При поступлении пучка заряженных частиц в электрометр с цилиндром Фарадея генерируется ток. Пучок последовательных заряженных частиц с однородным зарядом вычисляется посредством Формулы 1, где N представляет собой количество заряженных частиц, t представляет собой время (в секундах), I представляет собой измеренный ток (в амперах), и e представляет собой элементарный заряд (приблизительно 1,60*10^-19 кулонов). Ценно то, что если измеренный ток составляет 10^-9A (1 нА), приблизительно шесть миллиардов заряженных частиц собирает электрометр с цилиндром Фарадея.

(Формула 1)

[0012] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что первое устройство 100 определения тока может представлять собой любое устройство определения, подходящее для измерения характерных интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц в вакуумной трубке ускорителя, например, прибор для непрерывного измерения тока на стенке и трансформатор тока пучка.

[0013] Прибор для непрерывного измерения тока на стенке соединяет низкоомные резисторы с двумя концами сегмента керамической изоляции, дискретизированный сигнал напряжения может быть получен, когда зеркальный ток пучка проходит через низкоомные резисторы, и дискретизированный сигнал напряжения вычисляется посредством Формулы 2, где V представляет собой измеренное значение напряжения, I_b представляет собой ток пучка заряженных частиц, Z может соответствовать сопротивлению при определенной частоте, и эквивалентная цепь прибора для непрерывного измерения тока на стенке параллельна резистивно-индуктивноемкостной цепи (RLC-цепи), как показано в Формуле 3. Следовательно, ток пучка заряженных частиц в определенном периоде времени t может быть вычислен в соответствии с измеренным значением напряжения.

(Формула 2)

(Формула 3)

[0014] Трансформатор тока пучка применяют для связывания сигнала тока с использованием вторичной обмотки на магнитном сердечнике для получения значения тока исходного пучка заряженных частиц посредством сигнала анализа. Трансформатор тока пучка включает трансформатор переменного тока (ACCT), трансформатор быстрого тока (FCT), трансформатор регулируемого тока (TCT), трансформатор объединенного тока (ICT) и трансформатор постоянного тока (DCCT). Благодаря различным вариантам трансформаторы тока пучка не будут приводиться по порядку ниже. Только DCCT принят в качестве трансформатора тока пучка. DCCT модулирует сигнал постоянного тока, подлежащий определению для вторичной гармонической волны сигнала возбуждения для определения посредством принятия компонента нелинейной магнитной модуляции.

[0015] В данном варианте осуществления второе устройство 200 определения тока представляет собой гальванометр, в котором один конец электрически соединен с нейтронным генератором T и другой конец заземлен с тем, чтобы образовать выпрямительный контур, таким образом, на нейтронном генераторе T ток образуется, когда пучок P заряженных частиц облучает нейтронный генератор T. Гальванометр выполнен в соответствии с принципом, заключающимся в том, что токовая катушка отклоняется в магнитном поле под действием момента силы. Катушка в обычном электроизмерительном приборе размещена на подшипнике, сбалансирована с применением пружины, а отклонение указывается указателем. Подшипник является фрикционным, таким образом, измеряемый ток не может быть слишком слабым. Гальванометр поддерживается в магнитном поле с применением очень тонкой металлической проволочной подвески вместо подшипника. Проволочная подвеска является тонкой и длинной, а момент сопротивления малым, таким образом, катушка может очевидно отклоняться, когда через нее проходит очень слабый ток. Таким образом, гальванометр является более чувствительным, чем обычный амперметр, и может изменять микроток (10^-7-10^-10A) или микронапряжение (10^-3-10^{-6 В}), например, фототок, физиологический ток и электродвижущая сила. Первая запись о потенциале действия нерва была сделана с использованием этого типа инструмента.

[0016] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что второе устройство 200 определения тока может представлять собой любое устройство определения, подходящее для определения, возле нейтронного генератора, состояний интенсивности и изменения пучка заряженных частиц, взаимодействующего с нейтронным генератором, например, амперметр и вольтметр.

[0017] В данном варианте осуществления устройство 300 определения температуры представляет собой термопару. Оба конца двух проводников (называемых проводами термопар или термоэлектродами) с разными компонентами соединены в контур. Когда температура спаек разная, в контуре будет образовываться электродвижущая сила, этот феномен называют термоэлектрическим эффектом, при этом электродвижущую силу называют термоэлектродвижущей силой. Термопара осуществляет измерение температуры по принципу, в котором спай, применяемый непосредственно для измерения средней температуры, называют рабочим концом (или концом для измерения), а другой спай называют холодным спаем (или компенсационным спаем). Холодный спай соединен с прибором индикации или вспомогательным прибором, и прибор индикации будет указывать термоэлектродвижущую силу, генерируемую термопарой.

[0018] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что устройство 300 определения температуры может представлять собой любое устройство определения, подходящее для расположения в устройстве охлаждения или возле устройства охлаждения и применяющееся для определения температуры устройства охлаждения с тем, чтобы получить состояние пучка нейтронов, генерируемого нейтронным генератором, например, резистивный термометр, который измеряет температуру в соответствии с правилом изменения сопротивления проводника вместе с температурой с применением датчика температуры, выполненного из материала, характеризующегося изменением определенного сопротивления вместе с температурой.

[0019] Обычное контрольно-измерительное устройство пучка нейтронов для определения в реальном времени может иметь два разных компонента определения, а именно могут быть реализованы ионизационная камера и сцинтилляционный детектор. К устройствам, в которых применяются конструкции ионизационной камеры в качестве субстратов, относятся пропорциональный счетчик He-3, пропорциональный счетчик BF₃, камера деления и ионизационная камера с бором. Сцинтилляционный детектор может быть разделен на органические и неорганические материалы, и с целью определения тепловых нейтронов сцинтилляционный детектор в основном добавляет высокотермические секционные нейтронозахватные элементы, такие как Li или B. Вкратце, наибольшая часть энергии нейтронов, определенная данным типом детекторов, представляет собой тепловые нейтроны, все из которых представляют собой сильнозаряженные частицы и фрагменты ядерного деления, высвобожденные посредством реакции захвата или ядерного деления между элементами и нейтронами, большое количество ионных пар генерируется в ионизационной камере или сцинтилляционном детекторе, и после сбора зарядов сигнал тока может быть преобразован в сигнал импульса напряжения с помощью подходящего преобразования по схеме. Нейтронный сигнал и y-сигнал можно легко отличить друг от друга посредством анализа амплитуды импульса напряжения. В нейтронном поле с высокой интенсивностью, например, в отношении БНЗТ, давление газа ионизационной камеры, концентрация покрытия расщепляющихся материалов или бора или концентрация интенсивных секционных нейтронозахватных элементов в сцинтилляционном детекторе могут быть подходящим образом уменьшены, таким образом, чувствительность по отношению к нейтронам может быть эффективно уменьшена, и исключается ситуация насыщения сигнала.

[0020] Более предпочтительно, первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов представляет собой камеру деления. При прохождении через камеру деления пучок нейтронов ионизирует молекулы газа внутри камеры деления или части стенки камеры деления для генерирования электрона и иона с положительным зарядом, при этом электрон и положительно заряженный ион называют вышеупомянутой ионной парой. Камера деления внутри имеет высокое напряжение внешнего электрического поля, таким образом, электрон перемещается к центральной анодной проволоке, и положительно заряженный ион перемещается к окружающей катодной стенке, генерируя, таким образом, электронный сигнал импульса, который может быть измерен. Энергия, необходимая для генерирования ионной пары посредством молекул газа называется усредненной энергией ионизации, при этом ее значение изменяется в зависимости от типа газа. Например, усредненная энергия ионизации воздуха составляет приблизительно 34 эВ. Если существует пучок нейтронов 340 кэВ, воздух будет генерировать приблизительно 10 тысяч ионных пар.

[0021] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой любое устройство определения, подходящее для встраивания в устройство формирования пучка и применяемое для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в устройстве формирования пучка, например, пропорциональный счетчик He-3, пропорциональный счетчик BF3, ионизационная камера с бором и сцинтилляционный детектор.

[0022] Более предпочтительно, второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов представляет собой сцинтилляционный детектор, и после того, как некоторые материалы поглощают энергию, будет излучаться видимый свет, при этом материалы называются сцинтиллирующими материалами. В нем используется ионизирующее излучение для возбуждения электрона в кристалле или молекуле в состояние возбуждения, флуоресцентный свет, излучаемый, когда электрон возвращается в базовое состояние, используется для контроля пучка нейтронов после сбора. Видимый свет, излучаемый после взаимодействия сцинтилляционного детектора с пучком нейтронов, может быть преобразован в электрон с использованием фотоумножителя, и электрон умножается и усиливается, при этом кратность умножения и усиления электрона может обычно достигать от 107 до 108. Количество электронов, произведенных из анода, находится в равной пропорции с энергией падающего пучка нейтронов, и, следовательно, сцинтилляционный детектор может измерять энергию пучка нейтронов.

[0023] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой любое устройство определения, подходящее для расположения на выходе пучка или возле выхода пучка и применяемое для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов на выходе пучка, например, пропорциональный счетчик He-3, пропорциональный счетчик BF₃, ионизационную камеру с бором и камеру деления.

[0024] Более предпочтительно, устройство 600 определения смещения представляет собой инфракрасный детектор сигналов, данный инфракрасный детектор работает путем определения инфракрасного луча, излучаемого телом человека. Детектор собирает данные в отношении внешнего инфракрасного излучения и дополнительно накапливает данные в отношении внешнего инфракрасного излучения на инфракрасный датчик. Инфракрасный датчик обычно использует пироэлектрический элемент. Элемент высвободит заряд наружу после принятия данных об изменении температуры инфракрасного излучения и выдаст сигнал после определения. Целью детектора является определение облучения тела человека. Чувствительный к излучению элемент должен быть сильно чувствителен к инфракрасному излучению, длина волны которого составляет приблизительно 10 мкм.

[0025] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что устройство 600 определения смещения может представлять собой любое устройство определения, подходящее для применения в определении смещения облучаемого тела, например, датчик смещения. Датчик смещения определяет, перемещается ли облучаемое тело в соответствии со смещением облучаемого тела относительно определенного эталонного объекта. Специалисту в данной области техники также хорошо известно, что устройство определения смещения может применяться не только для определения смещения облучаемого тела, но и может применяться для определения смещения подпирающей части для фиксирования облучаемого тела и/или процедурного стола, распознавая при этом косвенно смещение облучаемого тела.

[0026] Специалисту в данной области техники хорошо известно, что количество первых устройств определения тока, количество вторых устройств определения тока, количество устройств определения температуры, количество первых устройств отслеживания пучка нейтронов, количество вторых устройств отслеживания пучка нейтронов, количество устройств определения смещения и элементов определения не ограничивается настоящим количеством.

[0027] В соответствии с отношением зависимости между результатами определения устройств определения и/или отслеживания, могут быть очевидно перечислены работающие с перебоями компоненты. Несколько случаев диагностики сбоев, выявленных в соответствии с результатами определения, будут перечислены ниже.

[0028] При определении неисправности любого из устройства определения или отслеживания из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что неисправное устройство определения или отслеживания работает с перебоями; и при определении неисправности устройства определения смещения, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что смещение облучаемого тела изменено или устройство определения смещения работает с перебоями.

[0029] Более конкретно, система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит ускоритель для ускорения пучка заряженных частиц, и при определении неисправности всех из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов делается вывод, что ускоритель работает с перебоями.

[0030] При определении неисправности всех из второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как оба из первого устройства определения тока и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что расширитель пучка работает с перебоями.

[0031] При определении неисправности всех из устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что нейтронный генератор и/или устройство охлаждения работают с перебоями.

[0032] При определении неисправности обоих из первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что устройство формирования пучка работает с перебоями.

[0033] Более конкретно, первое устройство отслеживания пучка нейтронов содержит первый элемент отслеживания пучка нейтронов и второй элемент отслеживания пучка нейтронов, которые расположены на двух противоположных сторонах в устройстве формирования пучка соответственно, второе устройство отслеживания пучка нейтронов содержит третий элемент отслеживания пучка нейтронов и четвертый элемент отслеживания пучка нейтронов, которые расположены на двух противоположных сторонах выходного отверстия для пучка соответственно, и при определении отклонения от нормы любого из результатов отслеживания первого элемента отслеживания пучка нейтронов и второго элемента отслеживания пучка нейтронов и/или неисправности любого из третьего элемента отслеживания пучка нейтронов и четвертого элемента отслеживания пучка нейтронов делается вывод, что неисправный элемент отслеживания пучка нейтронов работает с перебоями или однородность пучка нейтронов нарушена.

[0034] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что вышеупомянутые случаи диагностики сбоев, выявленные в соответствии с результатами определения, представляют собой только некоторые перечисляемые общие случаи, множество перестановок и комбинаций являются возможными, и вышеуказанные режимы могут быть еще использованы для оценки того, какие из системы нейтронозахватной терапии или устройств определения работают с перебоями, и какие есть сбои. В данном случае, несмотря на то, что они не перечисляются друг за другом, изменения, выполняемые в соответствии с такой идеей, все еще попадают в пределы сущности настоящего изобретения.

[0035] Более предпочтительно, система диагностики пучка содержит устройство управления с блоком управления, при этом блок управления отправляет воспринимаемый человеком сигнал в соответствии с результатом определения системы диагностики пучка для подтверждения следующей операции системы нейтронозахватной терапии. Воспринимаемый человеком сигнал может представлять собой сигнал, который может быть воспринят функциональными частями тела человека, например, за счет слухового восприятия, визуального восприятия, тактильного восприятия или восприятия по запаху. Например, сигнал представляет собой одну или более форм в разных сигналах, например, звуковую сигнализацию, сигнальную лампу, вибросигнал и сигнал, во время которого образуется резкий запах. Предпочтительно, устройство управления дополнительно содержит часть в виде дисплея, при этом часть в виде дисплея применяется для отображения результата определения устройства определения и/или случая диагностики сбоев, выявленного в соответствии с результатом определения на индикаторном оборудовании, и индикаторное оборудование может представлять собой обычное индикаторное оборудование, такое как телевизор или жидкокристаллический дисплей. В соответствии с ответными данными от устройства управления оператор может легко определить работающий с перебоями компонент, обслуживая тем самым с определенной целью систему нейтронозахватной терапии и/или систему диагностики пучка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0036] На фиг.1 показано схематическое изображение бор-нейтронозахватной реакции.

[0037] На фиг.2 показана формула ядерной реакции захвата нейтронов ¹⁰B (n, α) ⁷Li.

[0038] На фиг.3 показано схематическое изображение системы диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0039] На фиг.4 показана блок-схема с изображением работы системы диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0040] На фиг.5 показано схематическое изображение первого устройства отслеживания пучка нейтронов системы диагностики пучка в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0041] Нейтронозахватная терапия (НЗТ) в последние годы все чаще практикуется как эффективное средство для лечения рака, и БНЗТ наиболее распространена. Нейтроны для НЗТ могут подаваться ядерными реакторами или ускорителями. Если брать в качестве примера систему БНЗТ на основе использования ускорителя, к ее основным компонентам относятся в целом ускоритель для ускорения заряженных частиц (таких как протоны и дейтроны), мишень, система отвода тепла и устройство формирования пучка. Ускоренные заряженные частицы взаимодействуют с металлической мишенью для создания нейтронов, и подходящие ядерные реакции всегда определяются в соответствии с такими характеристиками, как необходимые выход и энергия нейтронов, доступные энергия и ток ускоренных заряженных частиц и реализация металлической мишени, среди них двумя наиболее обсуждаемыми являются ⁷Li (p, n) ⁷Be и ⁹Be (p, n) ⁹B, при этом обе являются эндотермическими реакциями. Их пороговые значения энергии составляют 1,881 МэВ и 2,055 МэВ соответственно. Надтепловые нейтроны с уровнем энергии, измеряемом в кэВ, считаются идеальными источниками нейтронов для БНЗТ. Теоретически, бомбардировка литиевой мишени с помощью протонов с энергией, немного выше пороговых значений, может создавать нейтроны с относительно низкой энергией, таким образом, нейтроны могут применяться с клинической точки зрения без большого количества замедлений. Однако Li (литий) и Be (бериллий), а также протоны пороговой энергии имеют поперечное сечение небольшого действия. Для создания подходящих плотностей нейтронов обычно выбираются протоны большой энергии для инициирования ядерных реакций.

[0042] Предположительно, мишень, считающаяся идеальной, имеет следующие преимущества: высокий выход нейтронов, распределение созданной энергии нейтронов возле диапазона энергии надтепловых нейтронов (см. подробности ниже), малое количество излучения сильного проникновения, безопасность, низкая стоимость, легкодоступность, сопротивление высокой температуре и т.д. Однако в реальности ядерные реакции не могут соответствовать всем требованиям. Мишень в данных вариантах осуществления настоящего изобретения выполнена из лития. Однако, хорошо известные специалистам в данной области техники материалы мишени могут быть выполнены из других металлов, помимо вышеупомянутых.

[0043] Требования для системы отвода тепла отличаются от выбранных ядерных реакций. ⁷Li (p, n) ⁷Be требует больше, чем ⁹Be (p, n) ⁹B из-за низкой температуры плавления и низкого коэффициента теплопроводности металлической (литиевой) мишени. В данных вариантах осуществления настоящего изобретения происходит реакция ⁷Li (p, n) ⁷Be.

[0044] Независимо от образования источников нейтронов БНЗТ в ядерном реакторе или в результате ядерных реакций между заряженными частицы ускорителя и мишени, производятся только смешанные поля облучения, то есть, пучки содержат нейтроны и фотоны с энергиями от низкого до высокого уровня. Что касается применения БНЗТ в глубине опухолей, за исключением надтепловых нейтронов, чем больше остаточное количество луча облучения, тем выше доля неселективного осаждения дозы в здоровой ткани. Следовательно, облучение, в результате которого обеспечивается ненужная доза, должно быть снижено настолько, насколько это возможно. Кроме показателей качества пучка в воздухе, доза вычисляется с использованием протеза, интегрируемого в ткани головы человека, для понимания распределения дозы нейтронов в тело человека. Показатели качества пучка, проходящего через протез, позже применяются в качестве ссылки на создание пучков нейтронов, которые тщательно разрабатываются в дальнейшем.

[0045] Международное агентство по атомной энергии (IAEA) предоставило пять вариантов в отношении показателей качества пучка в воздухе для клинических источников нейтронов БНЗТ. Варианты могут применяться для разграничения источников нейтронов и в качестве ссылки для выбора способов производства нейтронов и создания устройства формирования пучка, а также представлены ниже.

[0046] Плотность надтепловых нейтронов >1 x 10⁹ н/см^{2 с}

[0047] Заражение быстрыми нейтронами <2 x 10^-13 Гр-см²/н

[0048] Заражение фотонами <2 x 10^-13 Гр-см²/н

[0049] Отношение плотности тепловых нейтронов к надтепловым <0,05

[0050] Отношение тока надтепловых нейтронов к плотности>0,7

[0051] Примечание: диапазон энергии надтепловых нейтронов находится в пределах от 0,5 эВ до 40 кэВ, диапазон энергии тепловых нейтронов ниже, чем 0,5 эВ, и диапазон энергии быстрых нейтронов выше, чем 40 кэВ.

[0052] 1. Плотность надтепловых нейтронов

[0053] Плотность надтепловых нейтронов и концентрация борсодержащих лекарственных средств в месте опухоли совместно обуславливают время клинической терапии. Если концентрация борсодержащих лекарственных средств в месте опухоли достаточно высока, плотность надтепловых нейтронов может быть уменьшена. И наоборот, если концентрация борсодержащих лекарственных средств в опухолях находится на низком уровне, требуется, чтобы надтепловые нейтроны в потоке надтепловых нейтронов большой плотности предоставляли достаточное количество доз в опухоли. Данный стандарт в отношении плотности надтепловых нейтронов от IAEA является следующим: более 10⁹ надтепловых нейтронов на квадратный сантиметр за секунду. В данной плотности пучков нейтронов время терапии можно контролировать приблизительно меньше часа с помощью борсодержащих лекарственных средств. Таким образом, кроме того, что пациенты хорошо размещены и чувствуют себя более комфортно в течение более короткого времени терапии, также может быть эффективно использовано ограниченное время удержания борсодержащих лекарственных средств в опухолях.

[0054] 2. Заражение быстрыми нейтронами

[0055] Ненужная доза для здоровой ткани, производимая за счет быстрых нейтронов, считается заражением. Доза характеризуется прямой корреляцией с энергией нейтронов, поэтому количество быстрых нейтронов в пучках нейтронов должно быть в наибольшей степени уменьшено. Доза быстрых нейтронов на единицу плотности надтепловых нейтронов определяется как заражение быстрыми нейтронами, и в соответствии с IAEA должно составлять меньше, чем 2*10^-13Гр-см²/н.

[0056] 3. Заражение фотонами (заражение гамма-излучением)

[0057] Облучение за счет глубокого проникновения гамма-лучей селективно приведет к осаждению дозы во всех тканях в траекториях пучков, таким образом, уменьшение количества гамма-излучения также является исключительным требованием в конструкции нейтронного пучка. Доза гамма-луча, прилагаемая на единицу потока надтепловых нейтронов, определяется как заражение гамма-излучением, которое должно быть меньше 2*10^-13Гр-см²/н в соответствии с IAEA.

[0058] 4. Отношение плотности тепловых нейтронов к надтепловым

[0059] Тепловые нейтроны настолько быстрые в отношении скорости распада и слабые в отношении проникновения, что оставляют большую часть энергии в кожной ткани после попадания в тело. За исключением кожных опухолей, таких как меланоцитома, тепловые нейтроны служат в качестве источников нейтронов БНЗТ, в других случаях, таких как опухоли головного мозга, количество тепловых нейтронов должно быть уменьшено. Рекомендовано отношение плотности тепловых нейтронов к надтепловым, составляющее меньше чем 0,05, в соответствии с IAEA.

[0060] 5. Отношение тока надтепловых нейтронов к плотности

[0061] Отношение тока надтепловых нейтронов к плотности означает направление пучков, чем больше отношение, тем лучше прямое направление пучков нейтронов, и пучки нейтронов в лучшем прямом направлении могут уменьшать дозу, окружающую здоровую ткань, производимую в результате рассеяния нейтронов. В дополнение, улучшаются поддающаяся лечению глубина, а также положение перемещения. Отношение тока надтепловых нейтронов к плотности улучшается на значение, составляющее больше чем 0,7, в соответствии с IAEA.

[0062] Показатели качества пучка, проходящего через протез, получают посредством распределения дозы ткани, полученной протезом, в соответствии с кривой глубины введения дозы в здоровую ткань и опухоли. Три следующих параметра могут применяться для сравнения разных эффектов терапии пучками нейтронов.

[0063] 1. Преимущественная глубина

[0064] Доза для опухоли равна глубине максимальной дозы для здоровой ткани. Доза для опухолевых клеток в положении за пределами глубины меньше, чем максимальная доза для здоровой ткани, то есть, захват нейтронов бором теряет свои преимущества. Преимущественная глубина указывает на способность к проникновению пучков нейтронов. Вычисляя в см, чем больше преимущественная глубина, тем больше поддающаяся лечению глубина опухоли.

[0065] 2. Уровень дозы преимущественной глубины

[0066] Уровень дозы преимущественной глубины представляет собой уровень дозы для опухоли преимущественной глубины, а также равен уровню максимальной дозы для здоровой ткани. Он может влиять на длительность времени терапии, поскольку общая доза для здоровой ткани является показателем, способным влиять на общую дозу, получаемую опухолями. Чем он выше, тем короче время облучения для предоставления определенной дозы в опухоль, вычисленное в сГр/мА-мин.

[0067] 3. Преимущественный уровень

[0068] Среднее отношение дозы, принимаемой опухолями и здоровой тканью из поверхности головного мозга, к преимущественной глубине называется преимущественным отношением. Среднее отношение может быть вычислено с использованием криволинейного интеграла глубины дозы. Чем выше преимущественное отношение, тем лучше терапевтический эффект пучков нейтронов.

[0069] Для предоставления ссылки сравнения для создания устройства формирования пучка также предоставлены следующие параметры для оценивания преимуществ и недостатков пучков нейтронов в вариантах осуществления настоящего изобретения, за исключением показателей качества пучка в воздухе согласно IAEA и вышеупомянутых параметров.

[0070] 1. Время облучения<=30 мин (ток протонов для ускорителя составляет 10 мА)

[0071] 2. Поддающаяся лечению глубина 30,0 ОБЭ-Гр>=7 см

[0072] 3. Максимальная доза для опухоли>=60,0 ОБЭ-Гр

[0073] 4. Максимальная доза для здоровой ткани головного мозга<=12,5 ОБЭ-Гр

[0074] 5. Максимальная кожная доза<=11,0 ОБЭ-Гр

[0075] Примечание: ОБЭ означает относительную биологическую эффективность. Поскольку фотоны и нейтроны проявляют разную биологическую эффективность, вышеупомянутая доза должна быть умножена на ОБЭ разных тканей для получения эквивалентной дозы.

[0076] На фиг.3 и фиг.4 один аспект настоящего изобретения заключается в том, чтобы улучшить точность дозы облучения пучком нейтронов для системы нейтронозахватной терапии и предоставить систему диагностики пучка, которая может быть применена в системе нейтронозахватной терапии для выполнения диагностики сбоев. Согласно одному варианту осуществления предоставлена система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии.

[0077] Система нейтронозахватной терапии содержит ускоритель 10, расширитель 20 пучка, входное отверстие для пучка заряженных частиц для прохождения пучка P заряженных частиц, пучок P заряженных частиц, генератор T пучка нейтронов, генерирующий пучок N нейтронов за счет ядерной реакции с пучком P заряженных частиц, устройство 30 формирования пучка для регулирования плотности и качества пучка нейтронов, генерируемого генератором T пучка нейтронов, выходное отверстие 40 для пучка, соединяющееся с устройством 30 формирования пучка, облучаемое тело 50, облучаемое пучком, излучаемым из выходного отверстия 40 для пучка, и устройство 60 охлаждения для доставки охлаждающей среды в генератор T пучка нейтронов для охлаждения генератора T пучка нейтронов. Ускоритель 10 применяется для ускорения пучка P заряженных частиц и может представлять собой ускоритель, подходящий для системы нейтронозахватной терапии содержащего усилитель типа, например, циклотрон или линейный ускоритель. Пучок P заряженных частиц в данном случае является пучком протонов. Расширитель 20 пучка расположен между ускорителем 10 и генератором T пучка нейтронов. Входное отверстие для пучка заряженных частиц граничит с генератором T пучка нейтронов и размещается в устройстве 30 формирования пучка. Три стрелки между генератором T пучка нейтронов и расширителем пучка, как показано на фиг.3, служат в качестве входного отверстия для пучка заряженных частиц. Генератор T пучка нейтронов размещается в устройстве 30 формирования пучка. Генератор T пучка нейтронов в данном случае представляет собой металлический литий. Устройство 30 формирования пучка содержит рефлектор 31, замедлитель 32, который окружен рефлектором 31 и граничит с генератором T пучка нейтронов, поглотитель 33 тепловых нейтронов, который граничит с замедлителем 32, и экран 34 для защиты от облучения, расположенный в устройстве 30 формирования пучка. Генератор T пучка нейтронов и пучок P заряженных частиц, излучаемый из входного отверстия для пучка заряженных частиц, осуществляют ядерную реакцию для генерирования пучка нейтронов N. Пучок нейтронов образует главную ось, замедлитель 32 замедляет нейтроны, генерируемые генератором T пучка нейтронов, в область энергии надтепловых нейтронов, рефлектор 31 направляет нейтроны, отклоняющиеся от главной оси, обратно к главной оси для улучшения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, поглотитель 33 тепловых нейтронов применяется для поглощения тепловых нейтронов с тем, чтобы избежать избыточных доз, обусловленных здоровыми тканями поверхностного слоя во время терапии, и экран 34 для защиты от облучения применяется для защиты от пропущенных нейтронов и фотонов с тем, чтобы уменьшить дозу для здоровой ткани необлучаемой области. Выходное отверстие 40 для пучка может также называться частью совпадения пучков нейтронов или коллиматором, который уменьшает ширину пучков нейтронов с тем, чтобы собрать пучки нейтронов. Пучки нейтронов, излучаемые из выходного отверстия 40 для пучка, облучают целевую часть облучаемого тела 50.

[0078] Система диагностики пучка содержит устройство диагностики пучка заряженных частиц и устройство диагностики пучка нейтронов, и система диагностики пучка применяется для одновременной диагностики работы с перебоями системы нейтронозахватной терапии и/или системы диагностики пучка. Система диагностики пучка улучшает точность дозы облучения пучком нейтронов посредством одновременного определения пучка заряженных частиц и пучка нейтронов. В дополнение, система диагностики пучка применяется для оценки того, какие устройства и/или компоненты в системе нейтронозахватной терапии являются неисправными посредством ряда результатов определения, или определения неисправности устройства определения в системе диагностики пучка. Таким образом, с определенной целью улучшается не только точность дозы облучения пучком нейтронов, но и время технического обслуживания, а также значительно уменьшается стоимость.

[0079] Устройство диагностики пучка заряженных частиц дополнительно содержит первое устройство 100 определения тока для определения интенсивности и устойчивости пучка P заряженных частиц перед попаданием во входное отверстие для пучка заряженных частиц, и второе устройство 200 определения тока для определения состояний интенсивности и изменения пучка P заряженных частиц, взаимодействующего с генератором T пучка нейтронов; система диагностики пучка дополнительно содержит устройство 300 определения температуры для определения температуры устройства 60 охлаждения с тем, чтобы получить состояние устройства 60 охлаждения и пучка N нейтронов, генерируемого генератором T пучка нейтронов; устройство диагностики пучка нейтронов дополнительно содержит первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка N нейтронов в устройстве 30 формирования пучка и встраивается в устройство 30 формирования пучка, и второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка N нейтронов в выходном отверстии 40 пучка и встраивается в выходное отверстие 40 для пучка; и система диагностики пучка дополнительно содержит устройство 600 определения смещения для диагностики смещения облучаемого тела 50. Первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов может быть предусмотрено с двумя элементами отслеживания пучка нейтронов, а именно первым элементом 401 отслеживания пучка нейтронов и вторым элементом 402 отслеживания пучка нейтронов; второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов может быть предусмотрено с двумя элементами отслеживания пучка нейтронов, а именно третьим элементом 501 отслеживания пучка нейтронов и четвертым элементом 502 отслеживания пучка нейтронов; и устройство 600 определения смещения может быть предусмотрено с двумя элементами определения смещения, а именно первым элементом 601 определения смещения и вторым элементом 602 определения смещения.

[0080] Несмотря на то, что в рассматриваемом изобретении первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов, второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов и устройство 600 определения смещения предусмотрены с двумя соответствующими элементами отслеживания/определения по отдельности, специалисту в данной области техники хорошо известно, что количество элементов отслеживания/определения может быть установлено согласно требованиям. Например, может быть четыре, шесть или восемь элементов отслеживания/определения. Поскольку элемент отслеживания пучка нейтронов встраивается в устройство формирования пучка (или возле устройства формирования пучка) и/или в выходное отверстие для пучка (или возле выходного отверстия для пучка) и может применяться для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов, для использования может быть выбран элемент отслеживания пучка нейтронов. Поскольку элемент определения смещения расположен на облучаемом теле (или возле облучаемого тела) и может применяться для определения смещения облучаемого тела, для использования может быть выбран элемент определения смещения. В дополнение, положения для размещения элементов отслеживания/определения строго не ограничены. Требуется только обеспечивать такие положения для размещения, чтобы можно было иметь доступ к соответствующим функциональным элементам определения.

[0081] Благодаря такой установке различные устройства определения отведены от источника ускорителя в конечное местонахождение облучаемого тела. Устройства определения применяются для определения неисправности каждого ключевого компонента системы нейтронозахватной терапии или самих устройств определения. Устройства определения могут быть отведены от источника ускорителя в конечное местонахождение облучаемого тела таким образом, что устройство определения расположено в вакуумной трубке в источнике ускорителя, устройство определения расположено в генераторе пучка нейтронов, устройство определения расположено в устройстве охлаждения, которое граничит с генератором пучка нейтронов и применяется для охлаждения генератора пучка нейтронов, устройство определения расположено в устройстве формирования пучка, устройство определения расположено в выходном отверстии для пучка, и устройство определения расположено на облучаемом теле.

[0082] В рассматриваемом изобретении первое устройство 100 определения тока представляет собой электрометр с цилиндром Фарадея, который является чашеобразным металлическим вакуумным детектором для измерения характерной интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц, при этом измеренный ток может быть применен для определения количества пучков заряженных частиц. При поступлении пучка заряженных частиц в электрометр с цилиндром Фарадея генерируется ток. Пучок последовательных заряженных частиц с однородным зарядом вычисляется посредством Формулы 1, где N представляет собой количество заряженных частиц, t представляет собой время (в секундах), I представляет собой измеренный ток (в амперах), и e представляет собой элементарный заряд (приблизительно 1,60x10^-19 кулонов). Ценно то, что если измеренный ток составляет 10^-9A (1 нА), приблизительно шесть миллиардов заряженных частиц собирает электрометр с цилиндром Фарадея.

(Формула 1)

[0083] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что первое устройство 100 определения тока может представлять собой любое устройство определения, подходящее для измерения характерных интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц в вакуумной трубке ускорителя, например, прибор для непрерывного измерения тока на стенке и трансформатор тока пучка.

[0084] Прибор для непрерывного измерения тока на стенке соединяет низкоомные резисторы с двумя концами сегмента керамической изоляции, дискретизированный сигнал напряжения может быть получен, когда зеркальный ток пучка проходит через низкоомные резисторы, и дискретизированный сигнал напряжения вычисляется посредством Формулы 2, где V представляет собой измеренное значение напряжения, Ib представляет собой ток пучка заряженных частиц, Z может соответствовать сопротивлению при определенной частоте, и эквивалентная цепь прибора для непрерывного измерения тока на стенке параллельна резистивно-индуктивноемкостной цепи, как показано в Формуле 3. Следовательно, ток пучка заряженных частиц в определенном периоде времени t может быть вычислен в соответствии с измеренным значением напряжения.

(Формула 2)

(Формула 3)

[0085] Трансформатор тока пучка применяется для связывания сигнала тока с использованием вторичной обмотки на магнитном сердечнике для получения значения тока исходного пучка заряженных частиц посредством сигнала анализа, например, трансформатор переменного тока (ACCT), трансформатор быстрого тока (FCT), трансформатор регулируемого тока (TCT), трансформатор объединенного тока (ICT) и трансформатор постоянного тока (DCCT). Благодаря различным вариантам трансформаторы тока пучка не будут приводиться по порядку ниже. Только DCCT принят в качестве трансформатора тока пучка. DCCT модулирует сигнал постоянного тока, подлежащий определению для вторичной гармонической волны сигнала возбуждения для определения посредством принятия компонента нелинейной магнитной модуляции.

[0086] В рассматриваемом изобретении второе устройство 200 определения тока представляет собой гальванометр, в котором один конец электрически соединен с генератором T пучка нейтронов и другой конец заземлен с тем, чтобы образовать выпрямительный контур, таким образом, на генераторе T пучка нейтронов ток образуется, когда пучок P заряженных частиц облучает генератор T пучка нейтронов. Гальванометр выполнен в соответствии с принципом, заключающимся в том, что токовая катушка отклоняется в магнитном поле под действием крутящего момента. Катушка в обычном электроизмерительном приборе размещена на подшипнике, сбалансирована с применением пружины, а отклонение указывается указателем. Подшипник является фрикционным, таким образом, измеряемый ток не может быть слишком слабым. В гальванометре очень тонкая металлическая проволочная подвеска вместо подшипника поддерживается в магнитном поле. Проволочная подвеска является тонкой и длинной, а сопротивление кручению малым, таким образом, катушка может очевидно отклоняться, когда через нее проходит очень слабый ток. Таким образом, гальванометр является более чувствительным, чем обычный электроизмерительный прибор, и может изменять микроток (10^-7-10^-10A) или микронапряжение (10^-3-10^{-6 В}), например, фототок, физиологический ток и электродвижущую силу. Первая запись о потенциале действия нерва была сделана с использованием этого типа инструмента.

Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что второе устройство 200 определения тока может представлять собой любое устройство определения, подходящее для определения, возле генератора пучка нейтронов, состояний интенсивности и изменения пучка заряженных частиц, взаимодействующего с генератором пучка нейтронов, например, электроизмерительный прибор и вольтметр.

[0088] В рассматриваемом изобретении устройство 300 определения температуры представляет собой термопару. Оба конца двух проводников (называемых проводами термопар или термоэлектродами) с разными компонентами соединены в контур. Когда температура спаек разная, в контуре будет образовываться электродвижущая сила, этот феномен называют термоэлектрическим эффектом, при этом электродвижущую силу называют термоэлектродвижущей силой. Термопара осуществляет измерение температуры по принципу, в котором спай, применяемый непосредственно для измерения средней температуры, называют рабочим концом (или концом для измерения), а другой спай называют холодным спаем (или компенсационным спаем). Холодный спай соединен с прибором индикации или вспомогательным прибором, и прибор индикации будет указывать термоэлектродвижущую силу, генерируемую термопарой.

[0089] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что устройство 300 определения температуры может представлять собой любое устройство определения, подходящее для расположения в устройстве охлаждения или возле устройства охлаждения и применяющееся для определения температуры устройства охлаждения с тем, чтобы получить состояние устройства охлаждения и пучка нейтронов, генерируемого генератором пучка нейтронов, например, резистивный термометр, который измеряет температуру в соответствии с правилом изменения сопротивления проводника вместе с температурой с применением датчика температуры, выполненного из материала, характеризующегося изменением определенного сопротивления вместе с температурой.

[0090] Обычное контрольно-измерительное устройство пучка нейтронов для определения в реальном времени может иметь два разных компонента определения, а именно ионизационную камеру и сцинтилляционный детектор. К устройствам, в которых применяются конструкции ионизационной камеры в качестве субстратов, относятся пропорциональный счетчик He-3 пропорциональный счетчик, BF₃, камера деления и ионизационная камера с бором. Сцинтилляционный детектор может быть разделен на органические и неорганические материалы, и с целью определения тепловых нейтронов сцинтилляционный детектор в основном добавляет высокотермические секционные нейтронозахватные элементы, такие как Li или B. Вкратце, наибольшая часть энергии нейтронов, определенная данным типом детекторов, представляет собой тепловые нейтроны, все из которых представляют собой сильнозаряженные частицы и фрагменты ядерного деления, высвобожденные посредством реакции захвата или ядерного деления между элементами и нейтронами, большое количество ионных пар генерируется в ионизационной камере или сцинтилляционном детекторе, и после сбора зарядов сигнал тока может быть преобразован в сигнал импульса напряжения с помощью подходящего преобразования по схеме. Нейтронный сигнал и y-сигнал можно легко различить друг от друга посредством анализа амплитуды импульса напряжения. В нейтронном поле с высокой интенсивностью, например, в отношении БНЗТ, давление газа ионизационной камеры, концентрация покрытия расщепляющихся материалов или бора или концентрация интенсивных секционных нейтронозахватных элементов в сцинтилляционном детекторе могут быть подходящим образом уменьшены, таким образом, чувствительность по отношению к нейтронам может быть эффективно уменьшена, и исключается ситуация насыщения сигнала.

[0091] Первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой камеру деления. При прохождении через камеру деления пучок нейтронов ионизирует молекулы газа внутри камеры деления или части стенки камеры деления для генерирования электрона и иона с положительным зарядом, при этом электрон и положительно заряженный ион называют вышеупомянутой ионной парой. Внутренняя часть камеры деления имеет высокое напряжение внешнего электрического поля, таким образом, электрон перемещается к центральной анодной проволоке, и положительно заряженный ион перемещается к окружающей катодной стенке, генерируя, таким образом, электронный сигнал импульса, который может быть измерен. Энергия, необходимая для генерирования ионной пары посредством молекул газа называется усредненной энергией ионизации, при этом ее значение изменяется в зависимости от типа газа. Например, усредненная энергия ионизации воздуха составляет приблизительно 34 эВ. Если существует пучок нейтронов 340 кэВ, воздух будет генерировать приблизительно 10 тысяч ионных пар.

[0092] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что первое устройство 400 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой любое устройство определения, подходящее для встраивания в устройство формирования пучка и применяемое для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в устройстве формирования пучка, например, пропорциональный счетчик He-3, пропорциональный счетчик BF3, ионизационная камера с бором и сцинтилляционный детектор.

[0093] Второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой сцинтилляционный детектор, и после того, как некоторые материалы поглощают энергию, будет излучаться видимый свет, при этом материалы называются сцинтиллирующими материалами. В нем используется ионизирующее излучение для возбуждения электрона в кристалле или молекуле в состояние возбуждения, флуоресцентный свет, излучаемый, когда электрон возвращается в базовое состояние, используется для контроля пучка нейтронов после сбора. Видимый свет, излучаемый после взаимодействия сцинтилляционного детектора с пучком нейтронов, может быть преобразован в электрон с использованием фотоумножителя, и электрон умножается и усиливается, при этом кратность умножения и усиления электрона может обычно достигать от 107 до 108. Количество электронов, произведенных из анода, находится в равной пропорции с энергией падающего пучка нейтронов, и, следовательно, сцинтилляционный детектор может измерять энергию пучка нейтронов.

[0094] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что второе устройство 500 отслеживания пучка нейтронов может представлять собой любое устройство определения, подходящее для расположения в выходном отверстии для пучка или возле выходного отверстия для пучка и применяющееся для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в выходном отверстии для пучка, например, пропорциональный счетчик He-3, пропорциональный счетчик BF₃, ионизационную камеру с бором и камеру деления.

[0095] Устройство 600 определения смещения может представлять собой инфракрасный детектор сигналов, данный инфракрасный детектор работает путем определения инфракрасного луча, излучаемого телом человека. Детектор собирает данные в отношении внешнего инфракрасного излучения и дополнительно накапливает данные в отношении внешнего инфракрасного излучения на инфракрасный датчик. Инфракрасный датчик обычно использует пироэлектрический элемент. Элемент высвободит заряд наружу после принятия данных об изменении температуры инфракрасного излучения и выдаст сигнал после определения. Целью детектора является определение излучения тела человека. Чувствительный к излучению элемент должен быть сильно чувствителен к инфракрасному излучению, длина волны которого составляет приблизительно 10 мкм.

[0096] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что устройство 600 определения смещения может представлять собой любое устройство определения, подходящее для применения в определении смещения облучаемого тела, например, датчик смещения. Датчик смещения определяет, перемещается ли облучаемое тело в соответствии со смещением облучаемого тела относительно определенного эталонного объекта. Специалисту в данной области техники также хорошо известно, что устройство определения смещения может применяться не только для определения смещения облучаемого тела, но и может применяться для определения смещения подпирающей части для фиксирования облучаемого тела и/или процедурного стола, распознавая при этом косвенно смещение облучаемого тела.

[0097] Специалисту в данной области техники хорошо известно, что количество первых устройств определения тока, количество вторых устройств определения тока, количество устройств определения температуры, количество первых устройств отслеживания пучка нейтронов, количество вторых устройств отслеживания пучка нейтронов, количество устройств определения смещения и элементов определения не ограничено. Количество и элементы определения в рассматриваемом изобретении взяты лишь в качестве примера.

[0098] В соответствии с отношением зависимости между результатами определения устройств определения и/или отслеживания, могут быть очевидно перечислены работающие с перебоями компоненты. Несколько случаев диагностики сбоев, выявленных в соответствии с результатами определения, будут перечислены ниже.

[0099] При определении неисправности любого из устройства определения или отслеживания из первого устройства 100 определения тока, второго устройства 200 определения тока, устройства 300 определения температуры, первого устройства 400 отслеживания пучка нейтронов и второго устройства 500 отслеживания пучка нейтронов, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что неисправное устройство определения или отслеживания работает с перебоями; и при определении неисправности устройства 600 определения смещения, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что смещение облучаемого тела 50 изменено или устройство 600 определения смещения работает с перебоями.

[00100] При определении неисправности всех из первого устройства 100 определения тока, второго устройства 200 определения тока, устройства 300 определения температуры, первого устройства 400 отслеживания пучка нейтронов и второго устройства 500 отслеживания пучка нейтронов делается вывод, что ускоритель 10 работает с перебоями.

[00101] При определении неисправности всех из второго устройства 200 определения тока, устройства 300 определения температуры, первого устройства 400 отслеживания пучка нейтронов и второго устройства 500 отслеживания пучка нейтронов, в то время как оба из первого устройства 100 определения тока и устройства 600 определения смещения исправны, делается вывод, что расширитель 20 пучка работает с перебоями.

[00102] При определении неисправности всех из устройства 300 определения температуры, первого устройства 400 отслеживания пучка нейтронов и второго устройства 500 отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства 100 определения тока, второго устройства 200 определения тока и устройства 600 определения смещения исправны, делается вывод, что нейтронный генератор T и/или устройство 60 охлаждения работают с перебоями.

[00103] При определении неисправности обоих из первого устройства 400 отслеживания пучка нейтронов и второго устройства 500 отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства 100 определения тока, второго устройства 200 определения тока, устройства 300 определения температуры и устройства 600 определения смещения исправны, делается вывод, что устройство 30 формирования пучка работает с перебоями.

[00104] При определении отклонения от нормы любого из результатов отслеживания первого элемента 401 отслеживания пучка нейтронов и второго элемента 402 отслеживания пучка нейтронов и/или любого из третьего элемента 501 отслеживания пучка нейтронов и четвертого элемента 502 отслеживания пучка нейтронов, делается вывод, что неисправный элемент отслеживания пучка нейтронов сам по себе работает с перебоями или однородность пучка нейтронов нарушена.

[00105] Безусловно, специалисту в данной области техники хорошо известно, что вышеупомянутые случаи диагностики сбоев, выявленные в соответствии с результатами определения, представляют собой только некоторые перечисляемые общие случаи, множество перестановок и комбинаций являются возможными, и вышеуказанные режимы могут быть еще использованы для оценки того, какие из систем нейтронозахватной терапии или устройств определения работают с перебоями, и какие есть сбои. В данном случае, несмотря на то, что они не перечисляются друг за другом, изменения, выполняемые в соответствии с такой идеей, все еще попадают в пределы сущности настоящего изобретения.

[00106] Система диагностики пучка содержит устройство 700 управления с блоком 710 управления, при этом блок 710 управления отправляет воспринимаемый человеком сигнал в соответствии с результатом определения системы диагностики пучка для подтверждения следующей операции системы нейтронозахватной терапии. Воспринимаемый человеком сигнал может представлять собой сигнал, который может быть воспринят функциональными частями тела человека, например, за счет слухового восприятия, визуального восприятия, тактильного восприятия или восприятия по запаху. Например, сигнал представляет собой одну или более форм в разных сигналах, например, звуковую сигнализацию, сигнальную лампу, вибросигнал и сигнал, во время которого образуется резкий запах. Устройство 700 управления может дополнительно содержать блок 720 индикации, при этом блок 720 индикации применяется для отображения результата определения устройства определения и/или случая диагностики сбоев, выявленного в соответствии с результатом определения на индикаторном оборудовании, и индикаторное оборудование может представлять собой обычное индикаторное оборудование, такое как телевизор или жидкокристаллический дисплей. В соответствии с ответными данными от устройства управления оператор может легко определить работающий с перебоями компонент, обслуживая тем самым с определенной целью систему нейтронозахватной терапии и/или систему диагностики пучка.

[00107] Кроме того, на фиг.5 показан другой вариант осуществления первого устройства отслеживания пучка нейтронов. Первое устройство отслеживания пучка нейтронов отмечено цифрой 400’, устройства/элементы, которые показаны на фигуре, являющиеся идентичными тем, что показаны на фиг.3, также отмечены такими же цифровыми идентификаторами, и для удобства представления устройство охлаждения и другие устройства отслеживания/определения опущены.

[00108] Первое устройство 400’ отслеживания пучка нейтронов может содержать один или более элементом отслеживания пучка нейтронов, оно может быть расположено возле устройства 30 формирования пучка для определения пучка нейтронов, выходящего через генератор T пучка нейтронов с тем, чтобы определить изменение интенсивности и пространственное распределение пучка нейтронов напрямую, а также может быть расположено возле устройства 30 формирования пучка для определения гамма-луча, генерируемого посредством взаимодействия между пучком P заряженных частиц и генератором T пучка нейтронов. Изменение интенсивности и пространственное распределение пучка нейтронов может быть косвенно определено в соответствии с отношением зависимости между гамма-лучом и пучком нейтронов. Устройство управления 700’ содержит блок 710’ управления и блок 720’ индикации. Блок 720’ индикации применяется для отображения результата определения устройства 400’ определения и/или случая диагностики сбоев, определенного в соответствии с результатом определения на индикаторном оборудовании, и индикаторное оборудование может представлять собой обычное индикаторное оборудование, такое как телевизор или жидкокристаллический дисплей. В соответствии с ответными данными от устройства управления оператор может легко определить работающий с перебоями компонент, выполняя, таким образом, следующую операцию на ускорителе 10 с определенной целью.

[00109] Подводя итог, нет ограничения в отношении того, располагать ли первое устройство отслеживания пучка нейтронов в устройстве формирования пучка или возле устройства формирования пучка, и может быть выбрано любое устройство определения, которое может применяться для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в устройстве формирования пучка в месте расположения.

[00110] Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии, раскрытой согласно настоящему изобретению, не ограничивается содержанием в приведенных выше вариантах осуществления и элементами, показанными на графических материалах. Все очевидные изменения, замены или модификации, сделанные в отношении материалов, фигур и позиций элементов на основе настоящего изобретения подпадают под объем охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии. Система нейтронозахватной терапии содержит пучок заряженных частиц, входное отверстие для прохождения пучка заряженных частиц, генератор для генерирования пучка нейтронов посредством ядерной реакции с пучком заряженных частиц, устройство формирования пучка для регулирования плотности и качества пучка нейтронов, сгенерированного нейтронным генератором, выходное отверстие для пучка, соединяющееся с устройством формирования пучка, и устройство охлаждения, расположенное в генераторе пучка нейтронов для охлаждения генератора пучка нейтронов, при этом система диагностики пучка, которая содержит устройство диагностики пучка заряженных частиц, устройство диагностики пучка нейтронов и устройство определения температуры для определения температуры устройства охлаждения, применяется для одновременной диагностики перебоев в работе системы нейтронозахватной терапии и/или системы диагностики пучка. Использование изобретения позволяет повысить точность дозы облучения пучком нейтронов. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии, при этом система нейтронозахватной терапии содержит:

пучок заряженных частиц;

входное отверстие для пучка заряженных частиц для прохождения пучка заряженных частиц;

генератор пучка нейтронов для генерирования пучка нейтронов посредством ядерной реакции с пучком заряженных частиц;

устройство формирования пучка для регулирования плотности и качества пучка нейтронов, сгенерированного нейтронным генератором; и

выходное отверстие для пучка, соединяющееся с устройством формирования пучка;

устройство охлаждения, расположенное в генераторе пучка нейтронов для охлаждения генератора пучка нейтронов,

при этом система диагностики пучка, которая содержит устройство диагностики пучка заряженных частиц, устройство диагностики пучка нейтронов и устройство определения температуры для определения температуры устройства охлаждения, применяется для одновременной диагностики перебоев в работе системы нейтронозахватной терапии и/или системы диагностики пучка.

2. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.1, причем система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит облучаемое тело, облучаемое пучком нейтронов, излучаемым из выходного отверстия для пучка, и система диагностики пучка дополнительно содержит устройство определения смещения для диагностики смещения облучаемого тела.

3. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.2, причем система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит расширитель пучка для расширения пучка заряженных частиц; устройство диагностики пучка заряженных частиц дополнительно содержит первое устройство определения тока для определения интенсивности и устойчивости пучка заряженных частиц перед попаданием во входное отверстие для пучка заряженных частиц и второе устройство определения тока для определения состояния интенсивности и изменения пучка заряженных частиц, взаимодействующего с нейтронным генератором; и устройство диагностики пучка нейтронов дополнительно содержит первое устройство отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в устройстве формирования пучка и встраивается в устройство формирования пучка, и второе устройство отслеживания пучка нейтронов, которое применяется для определения изменения интенсивности и пространственного распределения пучка нейтронов в выходном отверстии для пучка и встраивается в выходное отверстие для пучка.

4. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем при определении неисправности любого из устройства определения или отслеживания из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что неисправное устройство определения или отслеживания работает с перебоями; и при определении неисправности устройства определения смещения, в то время как все другие устройства определения или отслеживания исправны, делается вывод, что смещение облучаемого тела изменено или устройство определения смещения работает с перебоями.

5. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем система нейтронозахватной терапии дополнительно содержит ускоритель для ускорения пучка заряженных частиц, и при определении неисправности всех из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов делается вывод, что ускоритель работает с перебоями.

6. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем при определении неисправности всех из второго устройства определения тока, устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как оба из первого устройства определения тока и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что расширитель пучка работает с перебоями.

7. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем при определении неисправности всех из устройства определения температуры, первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что нейтронный генератор и/или устройство охлаждения работают с перебоями.

8. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем при определении неисправности обоих из первого устройства отслеживания пучка нейтронов и второго устройства отслеживания пучка нейтронов, в то время как все из первого устройства определения тока, второго устройства определения тока, устройства определения температуры и устройства определения смещения исправны, делается вывод, что устройство формирования пучка работает с перебоями.

9. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по п.3, причем первое устройство отслеживания пучка нейтронов содержит первый элемент отслеживания пучка нейтронов и второй элемент отслеживания пучка нейтронов, которые расположены на двух противоположных сторонах в устройстве формирования пучка соответственно, второе устройство отслеживания пучка нейтронов содержит третий элемент отслеживания пучка нейтронов и четвертый элемент отслеживания пучка нейтронов, которые расположены на двух противоположных сторонах выходного отверстия для пучка соответственно, и при определении отклонения от нормы любого из результатов отслеживания первого элемента отслеживания пучка нейтронов и второго элемента отслеживания пучка нейтронов и/или неисправности любого из третьего элемента отслеживания пучка нейтронов и четвертого элемента отслеживания пучка нейтронов делается вывод, что неисправный элемент отслеживания пучка нейтронов работает с перебоями или однородность пучка нейтронов нарушена.

10. Система диагностики пучка для системы нейтронозахватной терапии по любому из пп.1–9, причем система диагностики пучка содержит устройство управления с блоком управления, при этом блок управления выполнен с возможностью отправки воспринимаемого человеком сигнала в соответствии с результатом определения системы диагностики пучка для подтверждения следующей операции системы нейтронозахватной терапии.