具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

中子捕获治疗作为一种有效的治疗癌症的手段近年来的应用逐渐增加，其中以硼中子捕获治疗最为常见，供应硼中子捕获治疗的中子可以由核反应堆或加速器供应。硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼(¹⁰B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获及核分裂反应产生⁴He和⁷Li两种重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获核反应方程式，两种重荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,LET)和短射程的特征，α粒子的线性能量与射程分别为150keV/μm、8μm，而⁷Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两种粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级。当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中时，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到精准杀死肿瘤细胞的目的。

无论硼中子捕获治疗的中子源来自核反应堆或带电粒子与靶材的核反应，产生的皆为混合辐射场，即射束包含了低能至高能的中子、光子；对于深部肿瘤的硼中子捕获治疗，除了超热中子外，其余的辐射线含量越多，造成正常组织非选择性剂量沉积的比例越大，因此这些会造成不必要剂量沉积的辐射应尽量降低。为更了解中子在人体中的剂量分布，除了空气射束品质因素之外，本发明的实施例中使用人体头部组织假体进行剂量分布计算，并以假体射束品质因素来作为中子射束的设计参考。

国际原子能机构(IAEA)针对临床硼中子捕获治疗用的中子源，给定了五项空气射束品质因素建议，此五项建议可用于比较不同中子源的优劣，并供以作为挑选中子产生途径、设计射束整形体时的参考依据。这五项建议分别如下：

超热中子射束通量Epithermal neutron flux>1x 10⁹n/cm²s

快中子污染Fast neutron contamination<2x 10^-13Gy-cm²/n

光子污染Photon contamination<2x 10^-13Gy-cm²/n

热中子与超热中子通量比值thermal to epithermal neutron flux ratio<0.05中子电流与通量比值epithermal neutron current to flux ratio>0.7

注：超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV。

1、超热中子射束通量：

中子射束通量和肿瘤中含硼药物浓度共同决定了临床治疗时间。若肿瘤含硼药物浓度够高，对于中子射束通量的要求便可降低；反之，若肿瘤中含硼药物浓度低，则需高通量超热中子来给予肿瘤足够的剂量。IAEA对于超热中子射束通量的要求为每秒每平方厘米的超热中子个数大于10⁹，此通量下的中子射束对于目前的含硼药物而言可大致控制治疗时间在一小时内，短治疗时间除了对病人定位和舒适度有优势外，也可较有效利用含硼药物在肿瘤内有限的滞留时间。

2、快中子污染：

由于快中子会造成不必要的正常组织剂量，因此视之为污染，此剂量大小和中子能量呈正相关，因此在中子射束设计上应尽量减少快中子的含量。快中子污染定义为单位超热中子通量伴随的快中子剂量，IAEA对快中子污染的建议为小于2x 10^-13Gy-cm²/n。

3、光子污染(γ射线污染)：

γ射线属于强穿辐射，会非选择性地造成中子射束路径上所有组织的剂量沉积，因此降低γ射线含量也是射束设计的必要要求，γ射线污染定义为单位超热中子通量伴随的γ射线剂量，IAEA对γ射线污染的建议为小于2x 10^-13Gy-cm²/n。

4、热中子与超热中子通量比值：

由于热中子衰减速度快、穿透能力差，进入人体后大部分能量沉积在皮肤组织，除黑色素细胞瘤等表皮肿瘤需用热中子作为硼中子捕获治疗的中子源外，针对脑瘤等深层肿瘤应降低热中子含量。IAEA对热中子与超热中子通量比值建议为小于0.05。

5、中子电流与通量比值：

中子电流与通量比值代表了射束的方向性，比值越大表示射束前向性佳，高前向性的中自射束可减少因中子发散造成的周围正常组织剂量，另外也提高了可治疗深度及摆位姿势弹性。IAEA对中子电流与通量比值建议为大于0.7。

利用假体得到组织内的剂量分布，根据正常组织及肿瘤的剂量-深度曲线，推得假体射束品质因素。如下三个参数可用于进行不同中子射束治疗效益的比较。

1、有效治疗深度：

肿瘤剂量等于正常组织最大剂量的深度，在此深度之后的位置，肿瘤细胞得到的剂量小于正常组织最大剂量，即失去了硼中子捕获的优势。此参数代表射束的穿透能力，有效治疗深度越大表示可治疗的肿瘤深度越深，单位为cm。

2、有效治疗深度剂量率：

即有效治疗深度的肿瘤剂量率，亦等于正常组织的最大剂量率。因正常组织接收总剂量为影响可给予肿瘤总剂量大小的因素，因此参数影响治疗时间的长短，有效治疗深度剂量率越大表示给予肿瘤一定剂量所需的照射时间越短，单位为Gy/mA-min。

3、有效治疗剂量比：

从大脑表面到有效治疗深度，肿瘤和正常组织接收的平均剂量比值，称之为有效治疗剂量比；平均剂量的计算，可由剂量-深度曲线积分得到。有效治疗剂量比值越大，代表该射束的治疗效益越好。

为了使射束整形体在设计上有比较依据，除了五项IAEA建议的空气中射束品质因素和上述的三个参数，本发明实施例中也利用如下的用于评估射束剂量表现优劣的参数：

1、照射时间≤30min(加速器使用的质子电流为10mA)

2、30.0RBE-Gy可治疗深度≥7cm

3、肿瘤最大剂量≥60.0RBE-Gy

4、正常脑组织最大剂量≤12.5RBE-Gy

5、皮肤最大剂量≤11.0RBE-Gy

注：RBE(Relative Biological Effectiveness)为相对生物效应，由于光子、中子会造成的生物效应不同，所以如上的剂量项均分别乘上不同组织的相对生物效应以求得等效剂量。

如图3所示，实现中子捕获治疗的中子捕获治疗设备100具备中子束产生组件1、用于向被照射体，例如患者，照射中子束的照射室2、用于进行照射前准备工作的准备室3、连通照射室2与准备室3的联络室4、用于实施照射控制的管理室5、用于对患者进行定位的定位装置(未图示)、用于载置患者的在准备室3和照射室2内移动的载置台6及用于对治疗过程进行控制、管理的控制系统7。

中子束产生组件1构成为在照射室2外产生中子束并能够向放置于照射室2内的患者照射中子束，照射室2内设有准直器20。准备室3为用于实施向患者照射中子束前所需的准备的工作的房间，准备室3内设有模拟准直器30，准备工作包括将患者固定于载置台6、对患者的肿瘤进行定位并做好三维定位标记等。管理室5为用于管理、控制硼中子捕捉疗法设备100实施的整体治疗工序的房间，例如，管理人员从管理室5的室内肉眼确认准备室3中的准备工作的状况、管理人员操作控制系统7来控制中子束的照射的开始、停止、载置台6的位置调整等，载置台6用于承载患者一起做旋转、平移和升降运动。控制系统7在此处仅是一个总称，其可以是一套总的控制系统，即中子束的照射的开始、停止、载置台6的位置调整等都由一套系统控制，也可以是多套控制系统，即中子束的照射的开始、停止、载置台6的位置调整等分别由一套控制系统进行控制。

下文针对不同实施例进行详述，相同的构件在不同的实施例中为了简化采用了相同的数字标识，相似的构件在不同实施例中分别以相同数字标识加“’”或“””以示区别。

参图4所示，在进行硼中子捕获治疗之前，管理人员需要明确中子束从何种角度照射患者能最大限度的杀死肿瘤细胞并尽可能能的降低辐射线对周围正常组织的损伤，确定最佳照射点和照射角度之后将载置患者的载置台6调整到对应位置。具体地，控制系统7包括选取最佳照射点和照射角度的照射参数选取装置71、71’、71”、将优选的照射参数转换为载置台6的坐标参数的转换部72、将载置台6调整到预定位置的调整部73及控制中子束的照射的开始、停止的启停部74。

参照图5所示，每一组照射参数包括中子束的照射点和照射角度，实施例一中，照射参数选取装置71包括输入部711、计算部712和显示部715。输入部711将多组照射参数依次输入到计算部712中，计算部712计算出每组照射参数对应的剂量分布，显示部715显示至少一组照射参数及其对应的剂量分布。显示部715可以将照射参数及其对应的剂量分布的数据以3D或2D图像的形式输出，这种情况下，医生或物理师可以更直观地判断出每组照射参数的优劣，从而，医生或物理师可以非常容易地选取至少一组优选的照射参数对患者实施治疗。

因准直器20的位置是固定的且照射室2内还设置对患者进行定位的定位装置等设备，存在患者的某些摆位无法实现和治疗床的某些运动位置受干涉的情况，另外，患者某些部位，例如眼睛等器官，不能被照射，因此某些照射点和照射角度是无法实施照射的，在实际治疗过程中，剔除部715即剔除这些无法实施的照射点和照射角度。所以，在进行实际治疗之前，医生或物理师需要根据自身经验或借助某些仪器结合患者的实际情况剔除不可实施的照射参数。

参照图6所示，实施例二中，为了更精确、快捷地剔除不可实施的照射参数，照射参数选取装置71’还包括剔除部713，剔除部713将输入输入部711的照射参数中不可实施的照射参数剔除。优选地，剔除部713在计算部712完成对输入输入部711的所有照射参数的剂量分布之前剔除无法实施的照射参数，如此，减少了需要进行剂量分布计算的照射参数的数量，避免不必要的时间浪费和对照射参数选取装置71的损耗。

当然，剔除部713也可以在计算部712完成对输入输入部711的所有照射参数的剂量分布之后剔除无法实施的照射参数，相较于前者，在完成输入输入部711的每组照射参数对应的剂量分布的计算之后再剔除不可实施的照射参数，产生了不必要的剂量分布计算造成的时间上的浪费。

参照图7所示，实施例三中，为了更快捷第选取优选的照射参数，照射参数选取装置71”还包括择优部714，择优部714根据计算部712计算出的每组照射参数对应的剂量分布选取至少一组优选的照射参。

优选地，择优部714在剔除部713剔除不可实施的照射参数之后在剩余的照射参数之中选择一组最优的照射参数，此时，显示部715仅显示一组照射参数。

当然，择优部714也可以在剔除部713未剔除不可实施的照射参数之前进行优选照射参数的选取，在这种情况下，择优部714需要选取多组优选的照射参数，之后，剔除部713在优选的多组照射参数中剔除不可实施的照射参数，此时，显示部715显示至少一组照射参数。

实施例三揭示的照射参数选取装置71”可以不包括剔除部713。在实施例三揭示的照射参数选取装置71”不包括剔除部713时，择优部714在计算部712完成对输入输入部711的所有照射参数的剂量分布之后选取多组优选的照射参数，此时，显示部715显示至少一组照射参数。然后，医生或物理师需要根据自身经验或借助某些仪器结合患者的实际情况在优选的多组照射参数中剔除不可实施的照射参数。

其中，从输入部711输入计算部712的照射参数可以是医生或物理师根据经验进行选取的，也可以通过软件随机或按照一定规律进行选取。

结合图5至图7所示，下面将详述照射参数选取装置71、71’、71”的使用方法。

实施例1揭示的照射参数选取装置71的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；计算部712计算每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；显示部715显示至少一组照射参数及其对应的剂量分布。

实施列二揭示的照射参数选取装置71’的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；剔除部713剔除不可实施的照射参数；计算部712计算剩余的每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；显示部715显示至少一组照射参数及其对应的剂量分布。

可选的，实施列二揭示的照射参数选取装置71’的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；计算部712计算每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；剔除部713剔除不可实施的照射参数；显示部715显示至少一组照射参数及其对应的剂量分布。

实施例三揭示的照射参数选取装置71”的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；剔除部713剔除不可实施的照射参数；计算部712计算剩余的每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；择优部714在剩余的照射参数之中选择一组最优的照射参数；显示部715显示一组最佳的照射参数及其对应的剂量分布。

可选的，实施例三揭示的照射参数选取装置71”的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；计算部712计算剩余的每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；择优部714选取多组优选的照射参数；显示部715显示多组优选的照射参数及其对应的剂量分布。

可选的，实施例三揭示的照射参数选取装置71”的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；计算部712计算剩余的每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；剔除部713剔除不可实施的照射参数；择优部714在剩余的照射参数之中选择一组最优的照射参数；显示部715显示一组最佳的照射参数及其对应的剂量分布。

可选的，实施例三揭示的照射参数选取装置71”的使用方法包括以下步骤：输入部711输入多组照射点和照射角度；计算部712计算剩余的每一组照射点和照射角度对应的剂量分布；择优部714在剩余的照射参数之中选择多组优选的照射参数；剔除部713剔除不可实施的照射参数；显示部715显示至少一组优选的照射参数及其对应的剂量分布。

在得到可实施的最佳照射点和照射角度之后，转换部72结合患者的CT/MRI/PET-CT信息、摆位信息、载置台6的结构信息等将该照射点和照射角度的参数转换为在照射过程中载置台6需要移动到位的坐标参数，然后调整部73根据从转换部72得到的坐标信息将载置台6调整到预定位置。将载置台6调整到预定位置之后，定位装置进一步确认中子束相对于患者肿瘤的照射点和照射角度是否与预先选取的可实施的最佳照射点和照射角度对应相同，若否，采用人工手动调整患者摆位或载置台6位置以确保中子中子束以最佳照射点和照射角度照射患者肿瘤，或驱动调整部73调整载置台6位置以确保中子中子束以最佳照射点和照射角度照射患者肿瘤。

为防止照射室2内的辐射散射到照射室2外，照射室2与联络室4之间设有第一屏蔽门21、联络室4与准备室3之间设有第二屏蔽门31。在其他实施方式中，可以采用设置迷道的屏蔽墙代替第一屏蔽门21和第二屏蔽门31，迷道的形状包括但不限于“Z”形、“弓”形、“己”形。本发明的计算部712采用蒙特卡罗方法或Collapsed Cone算法或笔形束算法中的一种计算每一组照射参数对应的剂量分布。蒙特卡罗方法通过逼真模拟大量粒子能量沉积的过程，模拟结果较精确。笔形束算法以笔形束核为模型的卷积叠加算法，它把连续的射束分成很多细小的射束，分别获得每个小射束在介质中的剂量沉积，将每个小射束的剂量贡献叠加，从而得到整个射束在体内沉积的总剂量，笔形束法算法简单、计算速度快。CollapsedCone算法是以点核为模型的卷积叠加算法，它将散射剂量的积分划分为具有一定立体角的同轴锥形筒串，位于筒串轴的散射体积单元释放的能量沿筒串轴线性传递、衰减、沉积。Collapsed Cone算法可以处理电子失衡区域的剂量分布获取问题。

本发明照射参数选取装置71、71’、71”的输入部711一次性输入多组照射参数供计算部计算每组照射参数对应的剂量分布，简化了选取用于对患者进行治疗的照射参数的步骤，一次性输入多组照射参数之后统一进行剂量分布的计算，最后从所有计算结果中选取合适的照射参数对患者进行治疗，舍去了多次循环输入、计算、判断的过程，将物理师或医生从重复性的劳动中解放，防止了多次重复性劳动可能带来的误操作，也避免物理师和医生需要长时间守候在设备旁边持续性的监控设备运行情况以在适当时机输入照射参数带来的人力损耗。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本发明要求保护的范围之内。