МАТЕРИАЛ, ЗАМЕДЛЯЮЩИЙ НЕЙТРОНЫ Российский патент 2019 года по МПК G21F1/08 A61N5/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится к материалу, ослабляющему радиацию, и более конкретно к материалу, замедляющему нейтроны.

Предшествующий уровень техники

С появлением ускорителей технология бор-нейтрон-захватной терапии (БНЗТ) вошла в стадию быстрого развития. Нейтроны с различными энергиями, продуцированные протоном, продуцированным ускорителем, взаимодействующим с мишенью, или образованным в результате ядерной реакции. Данные нейтроны замедляются за счет блока формирования пучка до эпитермальных нейтронов при уровне энергии тысяча электронвольт и в дальнейшем становятся термальными нейтронами после попадания в тело человека. Термальные нейтроны реагируют с бор-содержащими лекарственными препаратами в опухолевых клетках, и их энергия излучения может разрушать опухолевые клетки. Диапазон уничтожения ограничен на клеточном уровне, и нормальным тканям не наносится практически никакого вреда.

Нейтроны, полученные из мишени, обладают широким диапазоном распределений энергии, включая термальные нейтроны, эпитермальные нейтроны и быстрые нейтроны, пучок излучения также включает γ-лучи, которые не участвуют в лечении и приводят по большей части к неселективному осаждению дозы в нормальных тканях, и чем больше часть неселективного осаждения дозы в нормальных тканях, тем сильнее повреждение нормальной ткани. Одним из применений ослабляющих материалов является блок формирования пучка, поскольку материал, замедляющий нейтроны, является ключевым для улучшения качества пучка и уменьшения числа нежелательных лучей при лечении. Таким образом, замедляющий материал в блоке формирования пучка становится горячей точкой в области БНЗТ-технологии, и преимущества и недостатки материала, замедляющего нейтроны, в основном отражены качеством нейтронного пучка. Качество нейтронного пучка делят на качество пучка в воздухе и качество пучка в протезе, где качество пучка в воздухе может быть оценено искусственно с помощью потока пучка эпитермальных нейтронов, загрязнения быстрыми нейтронами, загрязнения γ-лучами, соотношения потоков термальных и эпитермальных нейтронов и развитием нейтронов, в то время как качество пучка в протезе отражено распределением дозы пучка в протезе и терапевтического эффекта пучка в протезе. Помимо эффективной глубины лечения (advantage depth, AD), мощности дозы на эффективной глубине лечения (advantage depth dose rate, ADDR), мощности эффективной дозы (advantage dose rate, AR) и времени обработки в качестве показателей качества пучка в протезе, применение 30,0 ОБЭ-Гр глубины излечимых опухолей может лучше отражать максимальную эффективную глубину лечения рака.

Скрининг материалов, замедляющих нейтроны, в отношении качества пучка в протезе еще не был проведен.

Краткое описание изобретения

Один аспект настоящего изобретения состоит в обеспечении материала, замедляющего нейтроны, обладающего лучшим качеством пучка в протезе, в частности обладающим лучшей эффективной глубиной лечения опухоли.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в снижении загрязнения γ-лучами в пучке эпитермальных нейтронов посредством добавления определенного количества Li-содержащего материала к материалу, замедляющему нейтроны.

Для достижения целей и других преимуществ, аспект настоящего изобретения предлагает материал, замедляющий нейтроны, включающий: элемент Mg, элемент Al и элемент F, где массовая доля трех элементов Mg, Al и F, приходящаяся на материал, замедляющий нейтроны, составляет в случае Mg от 3,5 до 37,1 мас.% включительно, в случае Al от 5,0 до 90,4 мас.% включительно, в случае F от 5,8 до 67,2 мас.% включительно, соответственно. И сумма масс трех элементов Mg, Al и F составляет 100 % от общей массы материала, замедляющего нейтроны.

Предпочтительно материал, замедляющий нейтроны, дополняют ⁶Li-содержащими веществами для уменьшения загрязнения γ-лучами, где добавленное количество ⁶Li-содержащих веществ составляет от 0,1 до 10 мас.% от материала, замедляющего нейтроны. Более конкретно, материал, замедляющий нейтроны дополняют природным LiF для уменьшения загрязнения γ-лучами, где количество LiF составляет от 0,1 до 10 % от общей массы материала, замедляющего нейтроны.

Более конкретно, в материале, замедляющем нейтроны, материал, замедляющий нейтроны, обладает плотностью от 60 до 100 % от теоретической плотности.

Более конкретно, в материале, замедляющем нейтроны, состав материала, замедляющего нейтроны, представляет собой MgF₂ и Al.

Более конкретно, в материале, замедляющем нейтроны, соотношение между отношением плотности материала, замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массовой долей элемента Al в материале, замедляющем нейтроны, выбрано из следующих групп: массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 35 до 70 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности; массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 50 до 80 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 80 % от теоретической плотности; массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 65 до 90 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность.

Более конкретно, в материале, замедляющем нейтроны, соотношение между отношением плотности материала, замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массового отношения Al к MgF₂ выбрано из следующих групп: массовое отношение Al к MgF₂ составляет 11:9, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности; массовое отношение Al к MgF₂ составляет 13:7, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 80 % от теоретической плотности; массовое отношение Al к MgF₂ составляет 4:1, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность.

Более конкретно, в материале, замедляющем нейтроны, материал замедляющий нейтроны расположен в блоке формирования пучка в виде уложенного или смешанного прессованного порошка или смешанного порошкового пека, служащего в качестве замедлителя нейтронов блока формирования пучка.

Где блок формирования пучка дополнительно включает отражатель, окружающий замедлитель, поглотитель термальных нейтронов, примыкающий к замедлителю, и защитный экран от излучения, расположенные внутри блока формирования пучка.

Более конкретно, блок формирования пучка применяют для нейтрон-захватной терапии, основанной на ускорителе, и нейтрон-захватная терапия, основанная на ускорителе, включает ускоритель; пучок заряженных частиц, ускоренных ускорителем; вход для пучка заряженных частиц, проходящих через него; часть, генерирующую нейтроны, для генерации пучка нейтронов посредством ядерной реакции с пучком заряженных частиц; блок формирования пучка для регуляции потока пучка и качества пучка нейтронов, образованного частью, генерирующей нейтроны; и выход для пучка, примыкающий к блоку формирования пучка, где часть, генерирующая нейтроны, размещена в блоке формирования пучка.

Настоящее изобретение включает по меньшей мере следующие преимущества: материал, замедляющий нейтроны, включающий три элемента Al, Mg и F обеспечивает то, что пучок нейтронов имеет превосходное качество пучка в протезе, такое как эффективная глубина лечения и 30,0 ОБЭ-Гр эффективная глубина лечения, улучшающие эффективную глубину лечения опухоли при помощи БНЗТ. Кроме того, если материал, замедляющий нейтроны, дополнен определенным количеством ⁶LiF, материал, замедляющий нейтроны, может эффективно снижать загрязнение γ-лучами в пучке эпитермальных нейтронов и эффективно улучшать качество пучка в воздухе без влияния на качество пучка в протезе.

Другие преимущества, цели и признаки изобретения будут понятны специалистам в данной области техники из следующего описания, взятого частично из исследования и практики изобретения.

Краткое описание графических материалов

Фигура 1 представляет собой схематическую плоскую диаграмму БНЗТ, основанной на ускорителе.

Подробное описание изобретения

Следующее описание предпочтительных вариантов осуществления, по сути, является лишь иллюстративным и не предназначено для ограничения изобретения, его использования или применений.

Следует понимать, что термины «имеющий», «содержащий» и «включающий», как употреблено в данном документе, не исключают присутствия или добавления одного или более ингредиентов или их комбинаций.

Качество пучка в протезе 8 непосредственно оказывает влияние на терапевтический эффект, где элементный состав протеза 8 влияет на прохождение нейтронов и терапевтическую дозу, и протез, применяемый в настоящем изобретении, представляет собой модифицированный фантом Снайдера для головы. Следующие три параметра могут быть применены для оценки терапевтического эффекта пучка нейтронов:

1. Эффективная глубина лечения:

Доза для опухоли равна глубине при максимальной дозе для нормальных тканей. Доза, получаемая опухолевыми клетками вне этой глубины, меньше максимальной дозы для нормальных тканей, иными словами, борон-нейтронный захват теряет свои преимущества. Эффективная глубина лечения свидетельствует о проникающей способности пучка нейтронов. Выражается в см, чем больше эффективная глубина лечения, тем больше глубина излечимых опухолей.

2. Мощность дозы на эффективной глубине лечения:

Мощность дозы на эффективной глубине леченияпредставляет собой мощность дозы для опухоли на эффективной глубине лечения и также равна максимальной мощности дозы для нормальных тканей. Поскольку суммарная доза, получаемая нормальными тканями, представляет собой фактор, способный влиять на суммарную дозу, получаемую опухолями, то мощность дозы на эффективной глубине лечения влияет на продолжительность лечения. Чем больше мощность дозы на эффективной глубине лечения, тем меньше длительность воздействия определенной дозой на опухоль; выражается в Гр/мА-мин.

3. Мощность эффективной дозы:

От поверхности головного мозга до эффективной глубины лечения, среднюю мощность дозы, получаемой опухолью и нормальной тканью, называют мощностью эффективной дозы. Вычисление средней дозы может быть проведено за счет криволинейного интеграла зависимости дозы от глубины. Чем больше с мощность эффективной дозы, тем лучшее терапевтический эффект пучка нейтронов.

Фотоны и нейтроны отражают различные биологические дозы, соответственно, поэтому доза быстрых нейтронов, доза термальных нейтронов и доза фотонов должна быть соответственно перемножена с относительным биологическим эффектом (ОБЭ) различных тканей для получения эквивалентной дозы.

В настоящем изобретении глубина воздействия качества пучка в протезе 8 выбрана в качестве критерия оценки, и в случае, когда доза составляет 30,0 ОБЭ-Гр, раковые клетки уничтожаются более эффективно, поэтому мы применяем 30,0 ОБЭ-Гр глубину излечимых опухолей в качестве основы для оценки, более точной по сравнению с эффективной глубиной лечения. Параметры, применяемые для оценки качества пучка в протезе 8, представляют собой следующие:

1. Эффективная глубина лечения:

Как упомянуто выше, чем больше эффективная глубина лечения, тем больше глубина излечимых опухолей, вычисленная в см.

2. 30,0 ОБЭ-Гр глубина излечимых опухолей (ГИО):

30,0 ОБЭ-Гр глубина излечимых опухолей представляет собой максимальную глубину, на которой доза для опухоли может достигать 30,0 ОБЭ-Гр вдоль оси пучка в протезе, вычисленную в см. Доза введения 30,0 ОБЭ-Гр оказывает смертельное действие на раковые клетки. Чем больше 30,0 ОБЭ-Гр глубина излечимых опухолей, тем больше глубина, на которой опухоль может быть эффективно уничтожена.

Для достижения цели настоящего изобретения материал, замедляющий нейтроны, содержит элемент Mg, элемент Al и элемент F, где массовая доля элемента Mg, элемента Al и элемента F, приходящаяся на материал, замедляющий нейтроны, составляет в случае Mg от 3,5 до 37,1 мас.% включительно, в случае Al от 5,0 до 90,4 мас.% включительно, в случае F от 5, до 67,2 мас.% включительно, соответственно. И сумма масс элементов Mg, Al и F составляет 100 мас.% от общей массы материала, замедляющего нейтроны. Комбинация и отношение могут повышать эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-Гр глубину излечимых опухолей, так что пучок, проходящий через материал, замедляющий нейтроны, обладает лучшим качеством пучка в протезе.

Материал, замедляющий нейтроны, дополняют ⁶Li-содержащими веществами для снижения загрязнения γ-лучами, где добавленное количество ⁶Li-содержащих веществ составляет от 0,1 до 10 % от общей массы материала, замедляющего нейтроны. Добавление ⁶Li-содержащих веществ может эффективно снижать загрязнение γ-лучами, в тоже время сохраняя уверенность в том, что материал, замедляющий нейтроны, обладает лучшим качеством пучка в протезе.

Плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет от 60 до 100 % от теоретической плотности. Если плотность составляет менее 60 % от теоретической плотности, объем тела замедлителя, состоящего из замедляющего материала, становится больше, и поток пучка, проходящего сквозь тело замедлителя, снижается, приводя к увеличению времени лечения.

Где состав материала, замедляющего нейтроны, может представлять собой MgF₂ и Al.

В материале, замедляющем нейтроны, соотношение между отношением плотности материала, замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массовой долей элемента Al в материале, замедляющем нейтроны, выбрано из следующих групп: массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 35 до 70 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности; массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 50 до 80 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 80 % от теоретической плотности; массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 65 до 90 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность. При вышеописанных условиях 30,0 ОБЭ-Гр может достигать глубины свыше 7 см.

В материале, замедляющем нейтроны, соотношение между отношением плотности материала замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массовым отношением Al к MgF₂ выбрано из следующих групп: массовое отношение Al к MgF₂ представляет собой 11:9, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности; массовое отношение Al к MgF₂ составляет 13:7, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, оставляет 80 % теоретической плотности; массовое отношение Al к MgF₂ составляет 4:1, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность. При вышеупомянутых условиях 30,0 ОБЭ-Гр материала, замедляющего нейтроны, при соответствующей плотности может достигать максимума.

Материал, замедляющий нейтроны, расположен в блоке формирования пучка 3 в виде уложенного или смешанного прессованного порошка или смешанного порошкового пека, служащего замедлителем 6 блока формирования пучка 3.

Где блок формирования пучка 3 дополнительно включает отражатель 2, окружающий замедлитель 6, поглотитель термальных нейтронов 5, примыкающий к замедлителю 6, и защитный экран от изучения 4, расположенные внутри блока формирования пучка 3.

Блок формирования пучка 3 применяют для нейтрон-захватной терапии, основанной на ускорителе, и нейтрон-захватная терапия, основанная на ускорителе, включает ускоритель 1; пучок заряженных частиц, ускоренных ускорителем 1; вход для пучка для пучка заряженных частиц, проходящего через него; часть, генерирующую нейтроны, 7 для генерации пучка нейтронов за счет ядерной реакции с пучком заряженных частиц; блок формирования пучка 3 для регулировки потока пучка и качества пучка нейтронов, образованного частью, генерирующей нейтроны, 7; и выход для пучка, примыкающий к блоку формирования пучка 3, где часть, генерирующая пучок, 7, размещена внутри блока формирования пучка 3.

Эксперименты свидетельствуют о том, что материал, содержащий три элемента Al, Mg и F, в качестве материала, замедляющего нейтроны, блока формирования пучка 3 при БНЗТ может эффективно улучшать качество пучка в протезе. Существует несколько типов состава материала, который содержит эти три элемента, не ограниченных следующим: 1. Al и MgF₂; 2. AlF₃ и MgF₂; 3. Al, AlF₃ и MgF₂; 4. пек, содержащий три элемента Al, Mg и F. Данные вещества, содержащие три элемента Al, Mg и F, могут быть смешаны равномерно или быть уложенными посредством различных веществ. Следующие примеры 1, 2, 3 и 6 выполнены на основе материала, замедляющего нейтроны, толщиной 72,5 см, и остальные примеры выполнены на основе материала, замедляющего нейтроны, толщиной 60 см. В данном документе ссылка на толщину материала, замедляющего нейтроны, приведена лишь для иллюстрации положительного эффекта материала, замедляющего нейтроны, но не предназначена для ограничения толщины материала, замедляющего нейтроны.

Примеры

Пример 1

Выбор различных массовых долей Al и MgF₂. В случае, когда плотность смешанного прессованного порошка составляет 60 % от теоретической плотности, эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-Гр глубину опухоли вычисляют при помощи симуляции MCNP (Monte Carlo N-Particle Transport Code). Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1: качество пучка в протезе, когда плотность смешанного прессованного порошка Al и MgF₂ составляет 60 % от теоретической плотности.

Массовое отношение Al к MgF₂ Содержание трех элементов Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли
(см) Al Mg F 5:95 5,0 % 37,1 % 57,9 % 12,13 5,61 10:90 10,0 % 35,1 % 54,9 % 12,35 6,17 15:85 15,0 % 33,2 % 51,8 % 12,50 6,30 20:80 20,0 % 31,2 % 48,8 % 12,57 6,60 25:75 25,0 % 29,3 % 45,7 % 12,66 6,79 30:70 30,0 % 27,3 % 42,7 % 12,72 6,94 35:65 35,0 % 25,4 % 39,6 % 12,61 7,17 40:60 40,0 % 23,4 % 36,6 % 12,85 7,16 45:55 45,0 % 21,5 % 33,5 % 12,98 7,20 50:50 50,0 % 19,5 % 30,5 % 12,82 7,15 55:45 55,0 % 17,6 % 27,4 % 12,96 7,34 60:40 60,0 % 15,6 % 24,4 % 13,05 7,23 65:35 65,0 % 13,7 % 21,3 % 12,86 7,24 70:30 70,0 % 11,7 % 18,3 % 13,05 7,05 75:25 75,0 % 9,8 % 15,2 % 13,09 6,88 80:20 80,0 % 7,8 % 12,2 % 13,11 6,31 85:15 85,0 % 5,9 % 9,1 % 12,83 5,73 90:10 90,0 % 3,9 % 6,1 % 12,78 4,95

Пример 2

Выбор различных массовых долей Al и MgF₂. Эффективные глубины лечения и 30,0ОБЭ-Гр глубины опухолей материала, замедляющего нейтроны, смешанного прессованного порошка Al и MgF₂ с плотностью, составляющей 80 % от теоретической плотности, и смешанного порошкового пека Al и MgF₂ с плотностью, составляющей 80 % от теоретической плотности, вычисляют при помощи симуляции MCNP, соответственно. В случае одинаковой состава смеси и соотношения, различия в качестве пучка в протезе между равномерно смешанным порошковым пеком и равномерно смешанным прессованным порошком отсутствуют. Результаты глубины воздействия и глубины 30,0 ОБЭ-Гр приведены в Таблице 2.

Таблица 2: качество пучка в протезе, когда плотность смеси Al и MgF₂ составляет 80 % от теоретической плотности

Массовое отношение Al к MgF₂ Содержание трех элементов Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли (см) Al Mg F 5:95 5,0 % 37,1 % 57,9 % 11,90 4,00 10:90 10,0 % 35,1 % 54,9 % 11,72 4,28 15:85 15,0 % 33,2 % 51,8 % 11,72 4,95 20:80 20,0 % 31,2 % 48,8 % 12,05 5,23 25:75 25,0 % 29,3 % 45,7 % 12,17 5,54 30:70 30,0 % 27,3 % 42,7 % 12,23 5,75 35:65 35,0 % 25,4 % 39,6 % 12,42 6,17 40:60 40,0 % 23,4 % 36,6 % 12,34 6,55 45:55 45,0 % 21,5 % 33,5 % 12,50 6,85 50:50 50,0 % 19,5 % 30,5 % 12,78 7,24 55:45 55,0 % 17,6 % 27,4 % 12,78 7,20 60:40 60,0 % 15,6 % 24,4 % 12,76 7,33 65:35 65,0 % 13,7 % 21,3 % 12,94 7,53 70:30 70,0 % 11,7 % 18,3 % 12,96 7,44 75:25 75,0 % 9,8 % 15,2 % 12,97 7,34 80:20 80,0 % 7,8 % 12,2 % 13,25 7,34 85:15 85,0 % 5,9 % 9,1 % 13,17 6,92 90:10 90,0 % 3,9 % 6,1 % 13,26 6,67

Пример 3

Выбор различных массовых долей Al и MgF₂. В случае, когда плотность смешанного порошкового пека представляет собой теоретическую плотность, эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-Гр глубину опухоли вычисляют с помощью симуляции MCNP. Результаты приведены в Таблице 3.

Таблица 3: качество пучка в протезе, когда плотность смешанного порошкового пека Al и MgF₂ представляет собой теоретическую плотность

Массовое отношение Al к MgF₂ Содержание трех элементов Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли (см) Al Mg F 5:95 5,0 % 37,1 % 57,9 % 10,93 2,34 10:90 10,0 % 35,1 % 54,9 % 10,83 2,78 15:85 15,0 % 33,2 % 51,8 % 11,31 3,38 20:80 20,0 % 31,2 % 48,8 % 11,43 3,88 25:75 25,0 % 29,3 % 45,7 % 11,60 4,19 30:70 30,0 % 27,3 % 42,7 % 11,92 4,47 35:65 35,0 % 25,4 % 39,6 % 11,97 5,33 40:60 40,0 % 23,4 % 36,6 % 12,19 5,63 45:55 45,0 % 21,5 % 33,5 % 12,08 5,94 50:50 50,0 % 19,5 % 30,5 % 12,52 6,40 55:45 55,0 % 17,6 % 27,4 % 12,58 6,96 60:40 60,0 % 15,6 % 24,4 % 12,49 6,89 65:35 65,0 % 13,7 % 21,3 % 12,64 7,29 70:30 70,0 % 11,7 % 18,3 % 12,84 7,26 75:25 75,0 % 9,8 % 15,2 % 12,99 7,45 80:20 80,0 % 7,8 % 12,2 % 13,06 7,93 85:15 85,0 % 5,9 % 9,1 % 13,09 7,45 90:10 90,0 % 3,9 % 6,1 % 13,10 7,26

Пример 4

При выборе различных массовых долей Al и MgF₂. Al и MgF₂ комбинируют с формированием материала, замедляющего нейтроны, в уложенной форме. В случае, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность, эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-Гр глубину опухоли вычисляют с помощью симуляции MCNP. Результаты приведены в Таблице 4.

Таблица 4: качество пучка в протезе, когда материал, замедляющий нейтроны, состоит из Al и MgF₂ в уложенной форме с плотностью, представляющей собой теоретическую плотность

Содержание трех элементов Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-ГР глубина опухоли (см) Al Mg F 7,2 % 36,2 % 56,6 % 10,82 2,74 14,6 % 33,3 % 52,1 % 11,58 3,42 22,2 % 37,3 % 47,4 % 11,59 3,67 30,0 % 27,3 % 42,7 % 12,15 4,35 38,0 % 24,2 % 37,8 % 12,01 5,04 46,2 % 21,0 % 32,8 % 12,40 5,50 54,6 % 17,7 % 27,7 % 12,97 6,17 63,2 % 14,4 % 22,5 % 12,71 6,87 72,0 % 10,9 % 17,1 % 13,12 7,11 81,1 % 7,4 % 11,5 % 13,13 7,18 90,4 % 3,7 % 5,8 % 13,11 6,83

Пример 5

При выборе различных массовых долей AlF₃ и MgF₂. AlF₃ и MgF₂ комбинируют с формированием материала, замедляющего нейтроны, в уложенной форме. В случае, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность, эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-Гр глубину опухоли вычисляют при помощи симуляции MCNP. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5: качество пучка в протезе, когда материал, замедляющий нейтроны, состоит из AlF₃ и MgF₂ в уложенной форме с плотностью, которая представляет собой теоретическую плотность

Содержание трех элементов Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-ГР глубина опухоли (см) Al Mg F 2,5 % 36,0 % 61,5 % 10,84 2,58 5,0 % 33,0 % 62,0 % 10,86 2,31 7,5 % 29,9 % 62,6 % 11,06 2,56 10,1 % 26,8 % 63,1 % 10,99 2,77 12,7 % 23,6 % 63,7 % 11,07 2,88 15,4 % 20,4 % 64,3 % 11,05 2,97 18,0 % 17,1 % 64,9 % 11,22 3,11 20,8 % 13,8 % 65,4 % 11,49 3,16 23,5 % 10,4 % 66,0 % 11,42 3,61 26,4 % 7,0 % 66,6 % 11,73 3,72 29,2 % 3,5 % 67,2 % 11,61 3,84

Пример 6

Загрязнение γ-лучами определяют как дозу γ-лучей, связанную с единичным потоком эпитермальных нейтронов, выраженную в Гр-см²/нейтрон. Исследования показывают, что ⁶Li-содержащие вещества могут эффективно снижать содержание γ-лучей в пучке нейтронов без снижения качества пучка в протезе. ⁶Li-содержащие вещества включают, но не ограничены ими, элементный ⁶Li, LiF, Li₂CO₃, Li₂O и Li₂C₂. В данном эксперименте природный LiF применяют в качестве примера для иллюстрации влияния ⁶Li-содержащих веществ на качество пучка в протезе и содержание γ-лучей. Специалистам в области техники хорошо известно, что авторы изобретения в данном документе применяют по существу природный LiF в качестве примера, и не ограничивают содержание ⁶Li в LiF. В дополнение к природному LiF также возможно применять другое содержания ⁶Li.

Таблица 6 показывает влияние добавления LiF в количестве 0,1 %, 5 % и 10 % материала, замедляющего нейтроны, в смешанном прессованном порошке Al и MgF₂ с плотностью, составляющей 80 % от теоретической плотности, в примере 2, на качество пучка в протезе и загрязнение γ-лучами, соответственно.

Таблица 6: Влияние добавления различных количеств LiF на качество пучка в протезе и содержание γ-лучей

Содержание трех элементов LiF добавленный в количестве 0,1 % от массы материала, замедляющего нейтроны LiF, добавленный в количестве 5 % от массы материала, замедляющего нейтроны LiF, добавленный в количестве 10 % от массы материала, замедляющего нейтроны Al Mg F Эффективная глубина лечения(см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли (см) Загрязнение γ-лучами
(Гр-см²/нейтрон) Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли (см) Загрязнение γ-лучами
(Гр-см²/нейтрон) Эффективная глубина лечения (см) 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли (см) Загрязнение γ-лучами
(Гр-см²/нейтрон) 5 % 36,77 % 58,23 % 11,85 4,98 7,47E-13 13,16 8,66 7,85E-14 13,39 9,24 5,69E-14 10 % 34,84 % 55,16 % 12,14 5,23 8,03E-13 12,85 8,58 1,45E-13 13,43 9,23 9,71E-14 15 % 32,90 % 52,01 % 12,11 5,71 7,85E-13 13,05 9,30 9,73E-14 13,60 9,67 1,67E-13 20 % 30,97 % 49,03 % 12,08 5,91 7,08E-13 13,29 8,75 1,17E-13 13,41 9,63 9,83E-14 25 % 29,03 % 45,97 % 12,30 6,05 5,76E-13 13,03 8,98 1,51E-13 13,23 9,29 1,32E-13 30 % 27,10 % 2,90 % 12,77 6,35 6,07E-13 13,13 8,97 9,98E-14 13,45 9,40 1,05E-13 35 % 25,16 % 39,84 % 12,60 6,63 5,76E-13 13,24 9,27 8,44E-14 13,48 9,29 8,91E-14 40 % 23,23 % 36,77 % 12,55 7,17 5,34E-13 13,33 9,25 1,07E-13 13,31 9,22 1,1E-13 45 % 21,29 % 33,71 % 12,57 7,10 4,30E-13 13,07 9,24 1,06E-13 13,56 9,37 1,15E-13 50 % 19,35 % 30,65 % 12,84 7,37 3,54E-13 13,32 9,14 9,99E-14 13,40 9,50 7,37E-14 55 % 17,42 % 27,58 % 12,83 7,42 3,57E-13 13,10 9,05 1,67E-13 13,43 9,38 6,03E-14 60 % 15,48 % 24,52 % 12,95 7,68 3,62E-13 13,46 8,76 7,89E-14 13,44 9,34 6,04E-14 65 % 13,55 % 21,45 % 12,99 7,72 2,98E-13 13,33 8,88 1,09E-13 13,44 8,87 8,48E-14 70 % 11,61 % 18,39 % 13,08 7,58 3,23E-13 13,38 8,89 9,39E-14 13,30 8,91 7,33E-14 75 % 9,68 % 5,32 % 13,00 7,68 3,53E-13 13,22 8,54 7,72E-14 13,55 8,56 8,29E-14 80 % 7,74 % 12,26 % 13,19 7,48 2,69E-13 13,40 8,25 7,9E-14 13,46 8,47 9,04E-14 85 % 5,81 % 9,19 % 13,21 7,15 2,60E-13 13,38 7,93 9,12E-14 13,49 8,38 8,26E-14 90 % 3,87 % 6,13 % 13,18 6,77 2,95E-14 13,38 7,56 8,55E-14 13,50 7,91 8,82E-14

С целью иллюстрации эффектов настоящего изобретения авторы изобретения приводят сравнительные эксперименты в виде следующих:

Сравнительный пример 1

Как в примере 1, в случае, когда плотность прессованных веществ составляет 60 % от теоретической плотности и без добавления элемента Al, иными словами, массовая доля Al составляет 0 %, эффективная глубина лечения составляет 12,24 см и 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли составляет 5,39 см.

Сравнительный пример 2

Как в примере 2, в случае, когда плотность прессованных веществ составляет 80 % от теоретической плотности и без добавления элемента Al, иными словами, массовая доля Al составляет 0 %, эффективная глубина лечения составляет 11,39 см, и 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли составляет 3,73 см.

Сравнительный пример 3

Как в примере 3, в случае, когда плотность пека представляет собой теоретическую плотность и без добавления элемента Al, иными словами, массовая доля алюминия составляет 0 %, эффективная глубина лечения составляет 10,62 см, и 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли составляет 1,96 см.

Сравнительный пример 4

Как в примере 5, в случае, когда плотность уложенных веществ представляет собой теоретическую плотность и без добавления элемента Al, в тоже время массовая доля элемента Mg составляет 39 %, эффективная глубина лечения составляет 11,1 см, и 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли составляет 2,59 см.

Сравнительный пример 5

В случае, когда LiF не добавляют, при экспериментальных условиях примера 2, загрязнение γ-лучами при луче эпитермальных нейтронов, проходящем через материал, замедляющий нейтроны, приведено в таблице 7.

Таблица 7: загрязнение γ-лучами при луче эпитермальных нейтронов в случае, когда LiF не добавляют, в смеси Al и MgF₂ с плотностью, составляющей 80 % от теоретической плотности.

Содержание трех элементов Загрязнение γ-лучами (Гр-см²/нейтрон) Al Mg F 5 % 36,77 % 58,23 % 1,17E-12 10 % 4,84 % 55,16 % 1,13E-12 15 % 32,90 % 52,01 % 1,08E-12 20 % 30,97 % 49,03 % 1,01E-12 25 % 29,03 % 45,97 % 8,71E-13 30 % 27,10 % 42,90 % 8E-13 35 % 25,16 % 39,84 % 7,56E-13 40 % 23,23 % 36,77 % 6,15E-13 45 % 21,29 % 33,71 % 6,38E-13 50 % 19,35 % 30,65 % 5,3E-13 55 % 17,42 % 27,58 % 4,55E-13 60 % 15,48 % 24,52 % 4,26E-13 65 % 13,55 % 21,45 % 4,09E-13 70 % 11,61 % 18,39 % 4,05E-13 75 % 9,68 % 15,32 % 3,48E-13 80 % 7,74 % 12,26 % 3,24E-13 85 % 5,81 % 9,19 % 3,12E-13 90 % 3,87 % 6,13 % 2,93E-13

Из вышеописанных примеров и сравнительных примеров 1-4 можно увидеть, что добавление элемента Al явно улучшает качество пучка в протезе, техническая характеристика состоит в том, чтобы эффективно улучшить эффективную глубину лечения и 30,0 ОБЭ-ГР глубину опухоли. И с повышением содержания алюминия, эффективная глубина лечения увеличивается, и 30,0 ОБЭ-Гр глубина опухоли проявляет сначала тенденцию к увеличению, затем к снижению.

Из примера 1, примера 2 и примера 3 можно увидеть, что качества пучка в протезе являются различными при различных плотностях и одинаковом составе и содержании, и содержания алюминия, соответствующие максимальным значениям 30,0 ОБЭ-Гр глубины опухоли, являются различными при различных плотностях. Поэтому плотность материала, замедляющего нейтроны, также влияет на качество пучка в протезе.

Из примера 2 и примера 3 можно увидеть, что в случае одинакового состава материала, замедляющего нейтроны, и различной составной структуры материала, замедляющего нейтроны, улучшение качества пучка в протезе согласуется с повышением содержания алюминия. Поэтому различные композиционные формы (такие как гомогенно смешанные прессованные, уложенные и спеченные) не оказывают влияния на положительный эффект данного эксперимента.

Из сравнения примера 4 и примера 5 можно увидеть, что качества пучка в протезе очевидно улучшаются с повышением элемента алюминия в материале, замедляющем нейтроны, это свидетельствует о том, что, независимо от состава материала качество пучка в протезе может быть эффективно улучшено при условии, что материал, замедляющий нейтроны, состоит из трех элементов Mg, Al и F.

Пример 6 осуществляют на основе примера 2. Посредством сравнения двух примеров, можно увидеть, что качество пучка в протезе материала, замедляющего нейтроны, улучшается после добавления различных количеств LiF. И поскольку количество LiF увеличивается, степень улучшения качества пучка в протезе также увеличивается.

Из сравнения примера 6 и сравнительного примера 5 очевидно, что добавление LiF может эффективно снижать количество γ-лучей в луче эпитермальных нейтронов. Эксперименты подтверждают, что LiF может эффективно снижать содержание γ-лучей при улучшении качества пучка в протезе за счет наличия элемента ⁶Li. Поэтому добавление ⁶Li-содержащих веществ может улучшать качество пучка в протезе и снижать загрязнение γ-лучами луча эпитермальных нейтронов.

Приведенное выше иллюстрирует и описывает основные принципы, основные свойства и преимущества настоящего изобретения. Специалисты в области техники должны принимать во внимание, что вышеупомянутые варианты осуществления ни в какой форме не ограничивают настоящее изобретение. Технические решения, полученные посредством эквивалентных замен или эквивалентных вариаций, все подпадают под объем настоящего изобретения.

Изобретение относится к материалу, ослабляющему радиацию, материалу, замедляющему нейтроны, для применения в блоке формирования пучка для бор-нейтрон-захватной терапии (БНЗТ). Материал, замедляющий нейтроны, содержит три элемента, т.е. Mg, Al и F, где массовая доля элемента Mg составляет от 3,5 до 37,1 мас.%, массовая доля элемента Al составляет от 5 до 90,4 мас.% и массовая доля элемента F составляет от 5,8 до 67,2 мас.%; сумма масс элементов Mg, Al и F составляет 100 мас.% от общей массы материала, замедляющего нейтроны. Изобретение обладает лучшей эффективной глубиной лечения опухоли. 9 з.п. ф-лы, 7 табл., 1 ил.

1. Материал, замедляющий нейтроны, содержащий:

элемент Mg;

элемент Al; и

элемент F;

где массовая доля элемента Mg, элемента Al и элемента F, приходящаяся на материал, замедляющий нейтроны, составляет в случае Mg от 3,5 до 37,1 мас.% включительно, в случае Al от 5,0 до 90,4 мас.% включительно, в случае F от 5,8 до 67,2 мас.% включительно, соответственно; и

сумма масс элементов Mg, Al и F составляет 100 мас.% от общей массы материала, замедляющего нейтроны.

2. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 1, который дополнен ⁶Li-содержащими веществами для снижения загрязнения γ-лучами, где добавленное количество ⁶Li-содержащих веществ составляет от 0,1 до 10 мас.% от материала, замедляющего нейтроны.

3. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 1, плотность которого составляет от 60 до 100 % от теоретической плотности.

4. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 1, вещественный состав которого представляет собой MgF₂ и Al.

5. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 1, где соотношение между отношением плотности материала, замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массовой долей элемента Al в материале, замедляющем нейтроны, выбрано из следующих групп:

массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 35 до 70 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности;

массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 50 до 80 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 80 % от теоретической плотности;

массовая доля элемента Al по отношению к материалу, замедляющему нейтроны, составляет от 65 до 90 мас.% включительно, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность.

6. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 4, где соотношение между отношением плотности материала, замедляющего нейтроны, к теоретической плотности и массовым отношением Al к MgF₂ выбрано из следующих групп:

массовое отношение Al к MgF₂ составляет 11:9, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 60 % от теоретической плотности;

массовое отношение Al к MgF₂ составляет 13:7, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, составляет 80 % от теоретической плотности;

массовое отношение Al к MgF₂ составляет 4:1, когда плотность материала, замедляющего нейтроны, представляет собой теоретическую плотность.

7. Материал, замедляющий нейтроны, по любому из пп. 1-6, который расположен в блоке формирования пучка в виде уложенного или смешанного прессованного порошка или смешанного порошкового пека, служащего в качестве замедлителя в блоке формирования пучка.

8. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 7, где блок формирования пучка дополнительно содержит отражатель, окружающий замедлитель, поглотитель термальных нейтронов, примыкающий к замедлителю, и защитный экран от излучения, расположенные внутри блока формирования пучка.

9. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 8, где блок формирования пучка применяют для нейтрон-захватной терапии, основанной на ускорителе, и нейтрон-захватная терапия, основанная на ускорителе, содержит ускоритель; пучок заряженных частиц, ускоренный посредством ускорителя; вход для пучка заряженных частиц, проходящего через него; часть, генерирующую нейтроны, для генерации нейтронного пучка посредством ядерной реакции с пучком заряженных частиц; блок формирования пучка для регулирования потока пучка и качества пучка нейтронов, сгенерированного частью, генерирующей нейтроны; и выход для пучка, примыкающий к блоку формирования пучка, где часть, генерирующая нейтроны, расположена в блоке формирования пучка.

10. Материал, замедляющий нейтроны, по п. 2, который дополнен LiF для снижения загрязнения γ-лучами и где добавленное количество LiF составляет от 0,1 до 10 % от общей массы материала, замедляющего нейтроны.