CN109085193B - 一种自动快速检测硼浓度的质子应用***及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于治疗技术领域，公开了一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，包括低能直线加速器***，用于产生质子束并加速质子束能量；含硼样品硼浓度自动快速检测***，用于批量含硼样品的自动快速硼浓度定量测量，包括检测传输段、中子照射装置、含硼样品自动进样装置、瞬发伽马检测分析装置、束流捕集装置、检测控制***。本发明的质子应用***不仅能实现自动、快速检测含硼样品中的硼浓度，而且还可以同时连接中子俘获治疗***和/或放射性核素生产***，装置功能强、集成度高。同时，本发明还提供一种含硼样品快速硼浓度检测方法，有效提高了大量含硼样品硼浓度检测的效率，并极大地降低了此类检测的成本费用。
Description
技术领域
本发明涉及放射治疗技术领域，尤其涉及一种自动快速检测硼浓度的质子应用***。
背景技术
硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy，BNCT)是一种“药械联用”、安全性更好的生物靶向二元放射治疗模式，从原理上具有放疗、化疗、重离子治疗等手段的优点，最有希望实现人类根治肿瘤的美好愿望。BNCT治疗首先通过将具有亲肿瘤组织的无毒的携硼药物注入人体血液，待携硼(硼-10)药物富集在肿瘤组织后，采用超热中子多方向适形照射肿瘤部位，中子和癌细胞中的硼-10核素相遇并发生核反应，放出的阿尔法粒子和锂-7粒子对细胞具有很强的杀伤力，杀伤效果高于现有的X射线、伽马射线放疗和质子放疗。BNCT的副作用比较小，而且随着携硼药物亲肿瘤效果的进一步提高，BNCT对正常组织的损伤将进一步降低。BNCT的肿瘤适应症范围广泛，并且可以治疗质子、重离子治疗不了的扩散型恶性肿瘤或治疗后再次复发的肿瘤病例，比如在多形性胶质母细胞瘤(恶性脑癌)、复发性头颈癌、恶性黑色素皮肤癌、肝转移癌等，治疗效果明显好于现有的治疗技术。
BNCT治疗过程中，在患者接受照射前的掺硼药物输注期间，需间隔一段时间采集患者血样，并进行血样中硼浓度的定量测量。目前在临床上，通常采用电感耦合等离子体谱仪(ICP-AES、OES、MS)进行含硼样品的硼浓度快速检测；对于布置一台BNCT治疗***的BNCT医疗中心，采用ICP谱仪是可以满足硼浓度定量测量需求的。中国的大型城市人口庞大，对于建在大城市的未来BNCT中心，可通过布置数台，甚至数十台BNCT设备，每年治疗患者的人数提高到数万人，通过集约化管理及运营，将治疗成本大幅降低。这样的BNCT中心，在治疗过程中需对大批量的含硼血样进行快速硼浓度定量测量，现有的采用ICP谱仪进行含硼血样硼浓度检测的方法是不能满足检测需求的。原因主要有：1)一台ICP谱仪同时只能检测一个含硼血样，且需要数分钟时间；上述的BNCT中心就需配置多台ICP谱仪，同时需配置多人来操作检测设备，投资成本巨大，检测费用高昂；2)检测过程主要靠人力，采用手工操作，效率低、易出错，而且这种检测方法没法改造成自动化、流水线模式的检测作业。
基于上述情况，我们有必要设计一种能够实现快速检测含硼血样的检测设备。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本发明的目的在于：一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，不仅能实现自动、快速检测含硼样品中的硼浓度，而且还可以同时连接中子俘获治疗***和/或放射性核素生产***，装置功能强、集成度高。
本发明的另一目的在于，提供一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法，有效提高了大量含硼样品硼浓度检测的效率，并极大地降低了此类检测的成本费用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，包括：
低能直线加速器***，用于产生质子束并加速质子束能量；
含硼样品硼浓度自动快速检测***，用于批量含硼样品的自动快速硼浓度定量测量；包括检测传输段、中子照射装置、含硼样品自动进样装置、瞬发伽马检测分析装置、束流捕集装置、检测控制***；所述检测传输段与所述低能直线加速器***连接，所述中子照射装置与所述检测传输段连接，所述中子照射装置、含硼样品自动进样装置、瞬发伽马检测分析装置均与所述检测控制***电信号连接。
具体的，所述检测传输段可以对低能直线加速器***产生的质子束流进行调节，经过调节的质子束进入所述中子照射装置并转化为中子束，所述含硼样品自动进样装置将含硼样品传送至与所述中子照射装置相匹配位置以接受中子束照射，中子束照射含硼样品会放出伽马射线，所述瞬发伽马检测分析装置可以检测到所产生的伽马射线的信号，并通过分析后得到相对应的硼浓度，所述束流捕集装置可以吸收剩余的中子射线或其他杂质射线，以确保设施的使用安全。
优选的，所述中子照射装置，包括束流孔道、扩束段、靶装置、中子束调节装置、准直体、束流闸门、照射装置辐射屏蔽体。
优选的，所述含硼样品自动进样装置，包括样品承载部、样品传送部、驱动机构。
优选的，所述瞬发伽马检测分析装置，包括辐射探测部、信号处理部、检测装置辐射屏蔽体、计算部。
作为一种优选的技术方案，所述自动快速检测硼浓度的质子应用***还包括：
束流切换***，用于将质子束流切换于不同的应用***中；
中子俘获治疗***，用于治疗符合BNCT治疗筛查条件的肿瘤患者；
和/或放射性核素生产***，用于放射性核素生产及提取。
具体地，当低能直线加速器***通过束流切换***分别与硼样品硼浓度自动快速检测***和中子俘获治疗***相连接，本发明的质子应用***既能进行硼样品的浓度检测，又能进行BNCT治疗；当低能直线加速器***通过束流切换***分别与硼样品硼浓度自动快速检测***和放射性核素生产***相连接，本发明的质子应用***既能进行硼样品的浓度检测，又能进行放射性核素生产及提取；当低能直线加速器***通过束流切换***分别与硼样品硼浓度自动快速检测***、中子俘获治疗***和放射性核素生产***相连接，本发明的质子应用***既能进行硼样品的浓度检测，又能进行BNCT治疗，还能进行放射性核素生产及提取。
一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法，包括以下步骤：
S100：中子束品质参数测量；
S200：检测已知硼浓度的标准含硼样品；
S300：校准瞬发伽马检测分析装置；
S400：检测未知硼浓度的待测试含硼样品；
S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，并重复执行步骤S400，处理下一个待测含硼样品，直至所有待测样品检测完毕。
优选的，在步骤S200：检测已知硼浓度的标准含硼样品中，包括：
S210：检测控制***将中子照射装置的束流闸门关闭；
S220：使用含硼样品自动进样装置，将一份已知硼浓度的标准含硼样品传送至中子照射装置的束流闸门端口处；
S230：检测控制***将中子照射装置的束流闸门打开；
S240：中子束照射该已知硼浓度的标准含硼样品，并获得合格的伽马能谱或者到达检测时限。
优选的，在步骤S300：校准瞬发伽马检测分析装置中，包括：
S310：对瞬发伽马检测分析装置计算部的检测参数进行初始化；
S320：瞬发伽马检测分析装置接收中子与样品发生核反应放出的瞬发伽马射线，获得合格的伽马能谱或者到达检测时限，检测控制***将中子照射装置的束流闸门关闭；
S330：瞬发伽马检测分析装置使用获得的代表该标准硼样品硼浓度的检测信号信息以及该标准硼样品已知的硼浓度信息对瞬发伽马检测分析装置进行刻度。
作为一种优选的技术方案，在步骤S100：中子束品质参数测量之前，还包括：
利用束流切换***将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***。
作为一种优选的技术方案，在S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，并重复执行步骤S400，处理下一个待测含硼样品，直到所有待测含硼样品处理完毕之后，还包括步骤：
利用束流切换***将质子束流切换至中子俘获治疗***，进行BNCT治疗。
作为一种优选的技术方案，在步骤S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，并重复执行步骤S400，处理下一个待测含硼样品，直到所有待测含硼样品处理完毕之后，还包括：
利用束流切换***将质子束流切换至放射性核素生产***，进行放射性核素生产及提取。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，一方面，本发明可以实现自动、快速、批量化检测含硼样品，且检测时间短、检测结果精度高；另一方面，本发明的自动快速检测硼浓度的质子应用***可以与中子俘获治疗***和/或放射性核素生产***相连接，装置功能强、集成度高，可实现肿瘤患者硼中子俘获治疗、短寿命放射性核素生产与提取、以及含硼样品硼浓度自动化、流水线模式的快速检测，有效提高中子俘获疗法******的性能和经济性，降低了中子俘获疗法***过程的综合成本费用。
附图说明
图1A为本发明实施例一的结构示意图；
图1B为本发明实施例一的结构示意图；
图1C为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图；
图3为本发明实施例三的结构示意图；
图4为本发明实施例四的结构示意图；
图5A为本发明实施例五的流程示意图；
图5B为本发明实施例五的流程示意图；
图5C为本发明实施例五的流程示意图；
图5D为本发明实施例五的流程示意图；
图5E为本发明实施例五的流程示意图。
其中，低能直线加速器***100；束流切换***200；含硼样品硼浓度自动快速检测***300，检测传输段301，中子照射装置302，束流孔道3021，扩束段3022，靶装置3023，中子束调节装置3024，准直体3025，圆锥状准直体30251，圆柱状准直体30252，束流闸门3026，照射装置辐射屏蔽体3027，含硼样品自动进样装置303，样品承载部3031，样品传送部3032，驱动机构3033，瞬发伽马检测分析装置304，辐射探测部3041，信号处理部3042，检测装置辐射屏蔽体3043，计算部3044，束流捕集装置305，检测控制***306；中子俘获治疗***400；放射性核素生产***500。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在相关技术中，硼中子俘获***的方法作为当前最新的一种放射线疗法，已经在杀死癌细胞的过程中表现出较好的治疗效果。但是，为了保证治疗的效果，在照射治疗前必须间隔一段时间采集患者血样，并确定血样中的硼药浓度，以制定合适的治疗计划。而现有技术对于血样中的硼药浓度的检测无法实现批量检测，且需要配备额外的检测设备，增加设备的投入成本，耽误病人治疗时间，因此，本发明实施例提供了一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，用于提高检测效率和降低设备的投入成本，具体结构和使用方法如下：
实施例一：
如图1A所示，一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，包括：低能直线加速器***100、含硼样品硼浓度自动快速检测***300。
由于中子束与硼元素发生中子捕获核反应时能产生瞬发的伽马射线，且探测装置对所产生的伽马射线的探测信号与硼-10元素的浓度呈一定的数量关系，因此，通过检测样品产生的伽马射线的信息，并经过换算，即可得出待测样品的硼浓度。同时，中子束的产生需要用高速运行的质子束打在一定的靶材上发生核反应而得到。
低能直线加速器***100，可以产生质子束并将质子束能量加速，一般将质子束能量加速到3.5-20MeV之间，为含硼样品硼浓度自动快速检测***300提供稳定的质子束流。
含硼样品硼浓度自动快速检测***300，用于批量含硼样品的自动快速硼浓度定量测量。如图1B所示，包括检测传输段301、中子照射装置302、含硼样品自动进样装置303、瞬发伽马检测分析装置304、束流捕集装置305、检测控制***306。中子照射装置302、含硼样品自动进样装置303、瞬发伽马检测分析装置304均与检测控制***306电信号连接。
检测传输段301，与低能直线加速器***100连接。
检测传输段301可以对低能直线加速器***100产生的质子束流进行调节，以使质子束流符合检测应用的要求，即使质子束打在相关靶材上后能产生符合检测应用要求的中子束。
中子照射装置302，与检测传输段301连接。包括束流孔道3021、扩束段3022、靶装置3023、中子束调节装置3024、准直体3025、束流闸门3026、照射装置辐射屏蔽体3027。
中子照射装置302中的束流孔道3021、扩束段3022、靶装置3023、中子束调节装置3024、准直体3025、束流闸门3026依次连接，束流孔道3021、扩束段3022可以将经过检测传输段301调节的质子束引到靶材位置，并使质子束打在靶材上以产生中子束，中子束调节装置3024对产生的中子束进过调节，准直体3025对产生的中子束进行准直，之后中子束从束流闸门3026处射出以照射测试的样品，照射装置辐射屏蔽体3027包围在中子照射装置302外周，可以屏蔽掉打靶时产生的其他杂质射线或有害射线，以保证检测的精确度与使用安全。
靶装置3023包括靶材、靶材承载体、冷却***；靶材的材料选自固体金属锂、液态金属锂、锂的化合物、金属铍中的任意一种或其组合。
准直体3025包括圆锥状准直体30251和圆柱状准直体30252，以确保能达到更好的准直效果。
中子束调节装置3024，包括中子减速体、中子反射体、伽马射线过滤体。
含硼样品自动进样装置303，包括样品承载部3031、样品传送部3032、驱动机构3033。
样品承载部3031为放置含待检测样品的容器，样品传送部3032上均匀布置多个样品承载部3031，样品传送部3032通过循环的方式将不同样品承载部3031传送至中子照射装置302的束流闸门3026端口处，以接受中子束照射与检测分析，驱动机构3033可以驱动样品传送部3032的动作，根据所接收到的指令，驱动机构3033驱动样品传送部3032将相关样品传送至束流闸门3026端口处进行中子束照射，检测完成后将此样品移开，再将下一个待检测样品传送至束流闸门3026端口处以接受中子束照射与检测分析。
含硼样品自动进样装置303将当前待检测样品传送至中子照射装置302的束流闸门3026端口处接受中子束照射，瞬发伽马检测分析装置304接受并分析中子照射产生的瞬发伽马射线，在本实施例中，瞬发伽马检测分析装置304沿着中子束束流线垂直方向布置，未照射到样品的废弃束流穿过检测区域被束流捕集装置305所收集及容纳。
瞬发伽马检测分析装置304，包括辐射探测部3041、信号处理部3042、检测装置辐射屏蔽体3043、计算部3044。
辐射探测部3041可以将准直后的伽马射线转化成光电信号，并对光电信号进行放大。包括探测晶体、信号收集与放大部，探测晶体、信号收集与放大部依次连接，布置在检测装置辐射屏蔽体3043内部。
作为本发明进一步的改进，本实施例中，如图1C所示，辐射探测部3041的数量为双数，以对称的方式布置，以确保能更有效的探测到伽马射线。
信号处理部3042可以对探测转换的光电信号进行数字化，并生成与入射伽马射线能量相对应的多道能谱数据。
具体的，通过辐射探测部3041的对称布置方式，结合信号处理部3042的反符合线路，可以高效甄别并去除噪音伽马光子。具体的，在中子束进行照射时，会与硼反应产生伽马光子，一般是能量为478keV的伽马光子，是需要检测的伽马光子信号，但除此外在检测过程中中子束还会与其他物质反应产生伽马光子，如正负电子对湮灭反应放出的，能量为511keV、方向相反的两束伽马光子，对判别478keV伽马光子位置和信号存在一定程度干扰，称为噪音伽马光子，会对检测结果造成影响，是需要去除的。本实施例中，设置对称方式布置的成对辐射探测部411，可同时检测到并判别此两束噪音伽马光子，再减除此噪音伽马光子信号，即可消除此噪音伽马光子。由此提高检测的灵敏度和精确度。
实施例二：
图2为本发明实施例二提供的一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的结构示意图，本实施例与实施例一的区别在于：
还包括：
束流切换***200，用于切换质子束流；
中子俘获治疗***400，用于治疗符合BNCT治疗筛查条件的肿瘤患者。
束流切换***200可以在含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400之间切换质子束流；当束流切换***200将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300时，开始执行自动快速检测含硼样品，当束流切换***200将质子束流切换至中子俘获治疗***400时，开始执行BNCT治疗。
由于含硼样品硼浓度自动快速检测***300需要用中子束照射样品，而中子束的产生需要有高速运行的质子束流轰击靶材，一般情况下可以使用低能直线加速器***100产生高速运行的质子束流；同样的，中子俘获治疗***400需要用中子束照射患者，而中子束的产生需要有高速运行的质子束流轰击靶材，因此，低能直线加速器***100既能联合含硼样品硼浓度自动快速检测***300，也能联合中子俘获治疗***400一起使用。
由于低能直线加速器***100是昂贵且庞大的设备，其启动运行到保持输出稳定质子束流的时间也较长，一般情况下，在开启低能直线加速器***100稳定工作后，无异常情况时均不关机，以保证质子束流能稳定输出，即低能直线加速器***100会一天24小时不间断的输出稳定的质子束流，而含硼样品硼浓度自动快速检测***300并不需要一天24小时不间断的进行含硼样品的检测，同样的，中子俘获治疗***400也并不需要一天24小时不间断的进行BNCT治疗。如果低能直线加速器***100只和含硼样品硼浓度自动快速检测***300配合使用，或者低能直线加速器***100只和中子俘获治疗***400配合使用，都会使低能直线加速器***100不能得到充分利用，造成资源的浪费。
本实施例中，将低能直线加速器***100同时与含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400配合使用，一方面，可以使低能直线加速器***100能得到更充分的利用，减少了资源浪费；另一方面，将含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400设备集成在一起，使设备功能强、集成度高，且中子俘获治疗***400不需要再配备额外的检测设备，减少了设备投入成本。
具体的，低能直线加速器***100通过束流切换***200分别与含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400相连接。束流切换***200可以对低能直线加速器***100产生的质子束流的方向进行调整，例如，当需要进行硼样品检测时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到含硼样品硼浓度自动快速检测***300，当需要进行BNCT治疗时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到中子俘获治疗***400。
本实施例中，通过含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400的切换，可以提高低能直线加速器***100的利用率。例如，可以在白天的时候，将质子束流切换至中子俘获治疗***400进行BNCT治疗，在晚上的时候将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行硼样品检测。例如，可以在中子俘获治疗***400的空闲时间使用含硼样品硼浓度自动快速检测***，因BNCT治疗前需要做患者摆位、给患者注入硼药、定时检查患者体内血硼浓度等准备工作，耗时较长，因此在进行BNCT治疗前准备工作时，可以将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行硼样品检测，当BNCT治疗前准备工作完成后，再将质子束流切换至中子俘获治疗***400进行BNCT治疗，当BNCT治疗结束后，再将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行含硼样品检测，并进行下一患者的BNCT治疗前准备工作，如此反复循环。
同理，只要对伽马检测装置进行恰当的刻度，含硼样品硼浓度自动快速检测***300也可以用于其他微量或痕量元素的快速自动检测与分析。
实施例三：
图3为本发明实施例三提供的一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的结构示意图，本实施例与实施例一的区别在于：
还包括：
束流切换***200，用于切换质子束流；
放射性核素生产***500，用于放射性核素生产及提取。
束流切换***200可以在含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500之间切换质子束流；当束流切换***200将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300时，开始执行自动快速检测含硼样品，当束流切换***200将质子束流切换至放射性核素生产***500时，开始执行放射性核素生产及提取。
由于含硼样品硼浓度自动快速检测***300需要用中子束照射样品，而中子束的产生需要有高速运行的质子束流轰击靶材，一般情况下可以使用低能直线加速器***100产生高速运行的质子束流；同样的，放射性核素生产***500需要用高速运行的质子束流轰击特定的靶核，因此，低能直线加速器***100既能联合含硼样品硼浓度自动快速检测***300，也能联合放射性核素生产***500一起使用。
由于低能直线加速器***100是昂贵且庞大的设备，其启动运行到保持输出稳定质子束流的时间也较长，一般情况下，在开启低能直线加速器***100稳定工作后，无异常情况时均不关机，以保证质子束流能稳定输出，即低能直线加速器***100会一天24小时不间断的输出稳定的质子束流，而含硼样品硼浓度自动快速检测***300并不需要一天24小时不间断的进行含硼样品的检测，同样的，放射性核素生产***500也并不需要一天24小时不间断运行。如果低能直线加速器***100只和含硼样品硼浓度自动快速检测***300配合使用，或者低能直线加速器***100只和放射性核素生产***500配合使用，都会使低能直线加速器***100不能得到充分利用，造成资源的浪费。
本实施例中，将低能直线加速器***100同时与含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500配合使用，一方面，可以使低能直线加速器***100能得到更充分的利用，减少了资源浪费；另一方面，将含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500设备集成在一起，使设备功能强、集成度高。
具体的，低能直线加速器***100通过束流切换***200分别与含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500相连接。束流切换***200可以对低能直线加速器***100产生的质子束流的方向进行调整，例如，当需要进行硼样品检测时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到含硼样品硼浓度自动快速检测***300，当需要进行放射性核素生产及提取时，束流切换***200可以将质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到放射性核素生产***500。
本实施例中，通过含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500的切换，可以提高低能直线加速器***100的利用率。例如，可以是在白天的时候将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行硼样品检测，在晚上的时候，将质子束流切换至放射性核素生产***500进行放射性核素生产及提取。
实施例四：
图4为本发明实施例四提供的一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的结构示意图，本实施例与实施例一的区别在于：
还包括：
束流切换***200，用于切换质子束流；
中子俘获治疗***400，用于治疗符合BNCT治疗筛查条件的肿瘤患者；
放射性核素生产***500，用于放射性核素生产及提取。
束流切换***200可以在含硼样品硼浓度自动快速检测***300、中子俘获治疗***400和放射性核素生产***500之间切换质子束流；当束流切换***200将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300时，开始执行自动快速检测硼样品，当束流切换***200将质子束流切换至中子俘获治疗***400时，开始执行BNCT治疗，当束流切换***200将质子束流切换至放射性核素生产***500时，开始执行放射性核素生产及提取。
具体的，低能直线加速器***100通过束流切换***200分别与含硼样品硼浓度自动快速检测***300、中子俘获治疗***400和放射性核素生产***500相连接。束流切换***200可以对低能直线加速器***100产生的质子束流的方向进行调整，例如，当需要进行含硼样品检测时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到含硼样品硼浓度自动快速检测***300，当需要进行BNCT治疗时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到中子俘获治疗***400，当需要进行放射性核素生产及提取时，束流切换***200可以对质子束流的方向进行调整，使质子束流能以平直方向入射到放射性核素生产***500。
本实施例中，通过含硼样品硼浓度自动快速检测***300、中子俘获治疗***400和放射性核素生产***500的切换，可以提高低能直线加速器***100的利用率。例如，可以在白天的时候将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300或者中子俘获治疗***400，当在进行BNCT治疗前准备工作时，可以将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行硼样品检测，当BNCT治疗前准备工作完成后，再将质子束流切换至中子俘获治疗***400进行BNCT治疗，当BNCT治疗结束后，再将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300进行硼样品检测；在晚上的时候，将质子束流切换至放射性核素生产***500进行放射性核素生产及提取。
实施例五：
图5为本发明实施例五提供的一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法的流程示意图，本实施例的操作方法可以适用于通过中子束进行含硼样品检测的质子应用***，例如可以是实施例一的质子应用***、实施例二的质子应用***、实施例三的质子应用***、实施例四的质子应用***。具体包括以下步骤：
S100：中子束品质参数测量；
S200：检测已知硼浓度的标准含硼样品；
S300：校准瞬发伽马检测分析装置；
S400：检测未知硼浓度的待测试含硼样品；
S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，并重复执行步骤S400，处理下一个待测含硼样品，直至所有待测样品检测完毕。
具体的，在检测过程中，获得一个待测样品的硼浓度后，再重复步骤S400，用中子束照射下一个待测试含硼样品，即可获得下一个样品的硼浓度，如此循环，直至所有待测试硼样品检测完毕。
具体的，在步骤S200：检测已知硼浓度的标准含硼样品中，包括：
S210：检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026关闭；
S220：使用含硼样品自动进样装置303，将一份已知硼浓度的标准含硼样品传送至中子照射装置302的束流闸门3026端口处；
S230：检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026打开；
S240：中子束照射该已知硼浓度的标准含硼样品，并获得合格的伽马能谱或者到达检测时限。
具体的，S300：校准瞬发伽马检测分析装置，包括：
S310：对瞬发伽马检测分析装置304计算部3044的检测参数进行初始化；
S320：瞬发伽马检测分析装置接收中子束与样品发生核反应放出的瞬发伽马射线，直至获得合格的伽马能谱或者到达检测时限，检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026关闭；
S330：瞬发伽马检测分析装置304使用获得的代表该标准含硼样品硼浓度的检测信号信息以及该标准硼样品已知的硼浓度信息对瞬发伽马检测分析装置304进行刻度。
具体的，步骤S400：检测未知硼浓度的待测试含硼样品，包括：
S410：检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026关闭；
S420：使用含硼样品自动进样装置303，将待测试含硼样品传送至中子照射装置302的束流闸门3026端口处；
S430：检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026打开；
S440：中子束照射该待测试含硼样品。
具体的，S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，包括：
S510：伽马检测分析装置接收中子束与待测试含硼样品发生核反应放出的瞬发伽马射线，直至获得合格的伽马能谱或者到达检测时限；
S520：检测控制***306将中子照射装置302的束流闸门3026关闭；
S530：瞬发伽马检测分析装置304使用获得的代表该待测试含硼样品硼浓度的检测信号信息以及经过校正的伽马射线的探测响应信息与硼浓度关系的数量曲线，得到待测试含硼样品的硼浓度。
更具体的，检测标准含硼样品和检测待测试含硼样品时，其操作步骤基本相同，都是需要先关闭束流闸门3026，在无中子束照射状态下将含硼样品移动至照射位置，待样品摆放完成后，再打开束流闸门3026进行照射，确保操作过程中的安全性以及样品检测的准确性；但检测标准含硼样品和检测待测试含硼样品的目的不同，检测标准含硼样品是为了对瞬发伽马检测分析装置304进行校正，以消除设备、环境等条件的不同造成的检测装置响应误差；检测待测试含硼样品是为了得到待测试含硼样品的硼浓度信息。因样品经中子束照射后放出的伽马射线的信息与样品中的硼浓度呈一定的数量关系，其中，瞬发伽马检测分析装置304中内置有伽马射线的探测响应信息与硼浓度关系的数量曲线，但需要定期使用标准样品进行校正。
实施例六：
本实施例与实施例五的区别在于：
在检测中子束品质参数之前，还包括：
利用束流切换***200将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***300。
在所有待测含硼样品检测完毕之后，还包括：
利用束流切换***200将质子束流切换至中子俘获治疗***400，进行BNCT治疗；或者
利用束流切换***200将质子束流切换至放射性核素生产***500，进行放射性核素生产及提取。
具体地，当本发明的质子应用***包含硼样品硼浓度自动快速检测***300和中子俘获治疗***400时，在硼样品的浓度检测完成后，通过束流切换***200切换至中子俘获治疗***400，进行BNCT治疗；
当本发明的质子应用***包含硼样品硼浓度自动快速检测***300和放射性核素生产***500时，在硼样品的浓度检测完成后，通过束流切换***200切换至放射性核素生产***500，进行放射性核素生产及提取；
当本发明的质子应用***包含硼样品硼浓度自动快速检测***300、中子俘获治疗***400和放射性核素生产***500时，在硼样品的浓度检测完成后，根据实际的需求和安排，既可以通过束流切换***200切换至中子俘获治疗***400，进行BNCT治疗；也可以通过束流切换***200切换至放射性核素生产***500，进行放射性核素生产及提取。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (4)
1.一种自动快速检测硼浓度的质子应用***，其特征在于，包括：
低能直线加速器***(100)，用于产生质子束并加速质子束能量；
含硼样品硼浓度自动快速检测***(300)，用于批量含硼样品的自动快速硼浓度定量测量，包括检测传输段(301)、中子照射装置(302)、含硼样品自动进样装置(303)、瞬发伽马检测分析装置(304)、束流捕集装置(305)、检测控制***；
所述中子照射装置(302)，包括束流孔道(3021)、扩束段(3022)、靶装置(3023)、中子束调节装置(3024)、准直体(3025)、束流闸门(3026)、照射装置辐射屏蔽体(3027)；
所述瞬发伽马检测分析装置(304)，包括辐射探测部(3041)、信号处理部(3042)、检测装置辐射屏蔽体(3043)、计算部(3044)；
束流切换***(200)，用于将质子束流切换至不同的应用***中；
中子俘获治疗***(400)，用于治疗符合BNCT治疗筛查条件的肿瘤患者；
和/或放射性核素生产***(500)，用于放射性核素生产及提取；
所述检测传输段(301)与所述低能直线加速器***(100)连接，所述中子照射装置(302)与所述检测传输段(301)连接，所述中子照射装置(302)、所述含硼样品自动进样装置(303)、所述瞬发伽马检测分析装置(304)均与所述检测控制***电信号连接；
所述含硼样品自动进样装置(303)，包括样品承载部(3031)、样品传送部(3032)、驱动机构(3033)。
2.一种自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：中子束品质参数测量；
S200：检测已知硼浓度的标准含硼样品；
检测已知硼浓度的标准含硼样品中，包括：
S210：检测控制***将中子照射装置(302)的束流闸门(3026)关闭；
S220：使用含硼样品自动进样装置(303)，将一份已知硼浓度的标准含硼样品传送至中子照射装置(302)的束流闸门(3026)端口处；
S230：检测控制***将中子照射装置(302)的束流闸门(3026)打开；
S240：中子束照射该已知硼浓度的标准含硼样品；
S300：校准瞬发伽马检测分析装置；
校准瞬发伽马检测分析装置中，包括：
S310：对瞬发伽马检测分析装置(304)的计算部(3044)的检测参数进行初始化；
S320：瞬发伽马检测分析装置(304)接收中子与样品发生核反应放出的瞬发伽马射线，直至获得合格的伽马能谱或者到达检测时限，检测控制***将中子照射装置(302)的束流闸门(3026)关闭；
S330：瞬发伽马检测分析装置(304)使用获得的代表该标准含硼样品硼浓度的检测信号强度信息以及该标准含硼样品已知的硼浓度信息对瞬发伽马检测分析装置(304)进行刻度；
S400：检测未知硼浓度的待测试含硼样品；
S500：获得待测含硼样品的硼浓度信息，并重复执行步骤S400，处理下一个待测含硼样品，直至所有待测样品检测完毕。
3.根据权利要求2所述的自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法，其特征在于，在中子束品质参数测量之前，还包括：
利用束流切换***(200)将质子束流切换至含硼样品硼浓度自动快速检测***(300)。
4.根据权利要求2所述的自动快速检测硼浓度的质子应用***的操作方法，其特征在于，在所有待测含硼样品处理完毕之后，还包括步骤：
利用束流切换***(200)将质子束流切换至中子俘获治疗***(400)，进行BNCT治疗；或者，
利用束流切换***(200)将质子束流切换至放射性核素生产***(500)，进行放射性核素生产及提取。
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