束流整形体（Beam Shaping Assembly，BSA）的作用是慢化快中子到超热中子，屏蔽吸收γ污染、快中子污染、热中子污染，使超热中子通量达到IAEA的最低参数，同时减少对患者不必要剂量。BSA一般由慢化体、过虑体、反射体组成，也包括用于会聚中子束、定位肿瘤区的准直器。BSA对BNCT有着非常重要的作用，但其材料和尺寸没有统一的要求，需通过模拟进行BSA最优化设计，使中子束品质和通量达到IAEA的推荐值。因此，本文进调研了BNCT的BSA设计。

　　中子束在空气中的参数

　　中子源产生的中子包含热中子、超热中子和快中子，同时还有γ射线。而BNCT治疗需要的是超热中子，为了满足治疗要求，混合束中须有最小的快中子、热中子和γ射线含量，同时最大地增加超热中子通量。表1是IAEA推荐的BNCT中子束在空气中的参数。

　　表1中给出了在空气中超热中子通量需满足的最低值，因为超热中子通量大，治疗时间将减少；给出了束流中快中子、γ射线、热中子的最大值，即通过BSA（慢化、过滤吸收、反射）后的束流污染物含量不能超过的限值；Φth/Φepi代表了束流的方向性，比值越大表示中子束流向前性越好，高向前性的中子束可减少因中子发散造成的周围正常组织剂量，也可提高治疗深度，IAEA推荐值，Φth/Φepi>0.7。

　　主要物理剂量

　　经过BSA的束流包含3种能量的热中子、超热中子、快中子以及与BSA材料俘获和弹性作用的γ射线，束流照射进入组织时，有4种主要的物理剂量：

　　快中子剂量Dfn。也称“氢剂量”，由1H（n，n’）1H反应产生的反冲质子给的剂量。反冲质子在局部沉积能量，在皮肤和浅组织达到最大值，然后指数下降。Dfn的减少则皮肤的损伤也将会减小。

　　热中子剂量DN，是14N（n，p）14C的热中子俘获反应产生的剂量，该反应产生的粒子，即600keV质子和14C粒子是组织的热中子剂量。

　　硼剂量DB，来自10B（n，α）7Li反应产生的剂量。

　　剂量Dγ，主要是来自BSA的入射质子以及中子与组织的反应发射的光子产生的剂量。对后者剂量，如1H（n，γ）2H，发射2.2MeV光子。

　　为了考虑相关相对生物效应（RBE），4种物理剂量用合适的权重因子相乘得到总剂量：

　　式中Wfn，Dfn，CBE和Wr分别代表快中子权重因子、热中子权重因子、硼的复合生物效应和γ权重因子。一般Wfn=3.2，Wn=3.2，Wr=1对于脑肿瘤，CBE=3.8，对正常组织，CBE=1.35。

　　正常组织的剂量限值为12.5Gy，在照射过程中应该提高Dtumor /Dmax.health tissue值。同时应该避免皮肤的剂量超过11Gy，尽量减小Dskin /Dmax.health tissue值。

　　中子束在体模中的参数

　　体模参数是研究中子束在患者体内的治疗效果，是决定治疗限制的参数，如对正常组织的最大允许剂量。在体模中的参数一般有：

　　有效深度（Advantage Depth，AD）：肿瘤的总治疗剂量等于正常组织中的最大允许剂量时的深度。在此深度之后的位置，肿瘤剂量小于正常组织最大允许剂量时，失去BNCT优势。AD表示束流的穿透能力，AD越大，表示治疗的肿瘤深度越深，单位为cm。

　　有效比（Advantage Ratio，AR）：是在给定深度（一般从表面到AD），肿瘤与正常组织受到的平均剂量之比。平均剂量可由剂量-深度曲线积分可得到，AR越大，代表中子束的治疗效益越好。一般要滶AR≥4。

　　治疗深度（Therapeutic Depth，TD）：肿瘤剂量下降到健康组织最大剂量的两倍的深度。

　　有效深度剂量率（AD Dose Rate，ADDR）：即有效治疗深度的肿瘤剂量率，也等于正常组织的最大剂量率。正常组织受到的总剂量是影响可给予的肿瘤剂量大小的因素，所以该参数影响治疗时间的长短，ADDR越大表示给予一定肿瘤剂量的照射时间越短。单位为cGy/mA-min。

　　治疗时间（Treatment Time，TT）：健康组织的允许最大剂量是12.5Gy，由此可以得出治疗时间，一般最好<1小时。

　　的构成

　　主要由慢化体、过滤体、反射体和准直器组成（见图1），每一层根据其作用需要选择合适的材料，然后优化尺寸等，同时要满足低成本、设计简单、易制造和安装等因素。

　　（1）慢化体

　　慢化体的作用是将高能量的快中子最大地慢化到超热中子。慢化材料应该具有小原子质量、低中子吸收截面，对快中子有高的散射截面而对超热中子有低散射截面的性质。同时，对于BNCT，慢化材料还应该具有低的辐射俘获截面（n，y）和低&gamma;发射率，从而避免对患者的&gamma;射线伤害。总而言之，若&sum;Sf/epi是快中子转化为超热中子的宏观截面（moderating power，慢化能力），&sum;r是发射&gamma;射线的宏观吸收截面，则好的慢化材料需要有大的比值&sum;Sf/epi/&sum;r（moderating ratio，慢化比）。慢化效果比较依赖材料几何尺寸，厚度增加，&Phi;epi/&Phi;fast会增加，但是最重要的参数&Phi;epi会减少，因此，需对厚度做一个优化。

　　质量数大的材料，中子在碰撞时，损失的能量太小而达不到慢化的效果。虽然质量数小的材料是第一选择，但是由于辐射俘获（n，y）会发射高&gamma;射线，而且质量数小的材料中子碰撞时能量损失快和大，热中子将会增多。因此，对于BNCT，将不考虑这些大和小质量数材料。BNCT的慢化材料一般选择中等质量数的材料，有Fluental（69%的AiF3+30%的Al+1%的LiF，其中LiF是吸收热中子和减少材料的多孔性），Fe，Al，AlF3，Al+AlF3（30%的Al+70%的AlF3），MgF2、D2O、石墨等慢化材料。通过优化慢化层厚度可获得高的，即，使更多的快中子慢化到超热中子。

　　和AlF3相比Fluental，有密度低的缺点，衰减相同的中子需要较厚的Al和AlF3，然而，在另一方面，Al和AlF3相对Fluental价格便宜的优点。MgF2对于产生超热中子也是较好的慢化材料，具有相对小的质量数、对快中子有较高的散射截面，且产生较少的&gamma;射线。

　　（2）过滤体

　　过滤体的主要作用是过滤热中子污染、&gamma;射线污染，&Phi;epi/&Phi;thermal会增加 、&Phi;epi/&Phi;fast会和&gamma;剂量减少，但一般快中子不应该被俘获而是被慢化到热中子，否则照射束流强度太低。过滤层材料具有低的超热中子吸收截面，具有高的热中子吸收截面和高的&gamma;射线吸收截面，具有低辐射俘获截面，对快中子也应有高的散射截面。

　　10B、6Li、14N和Cl是过滤热中子较好的材料。不过3He是稀有材料，也是一种具有潜力的能量燃料，因此不用于热中子过滤材料。过滤热中子较多的材料是6LiF。

　　可以过滤&gamma;射线，比Pb效果更好，俘获截面是Pb的约一半，而且Bi放射的&gamma;射线是319.7keV，比Pb放射的7367keV要&ldquo;软&rdquo;。

　　（3）反射体

　　反射体的作用是反射中子，避免中子的泄漏，增加超热中子通量，减少快中子通量；同时将中子引向束流出口窗口。反射层材料应该具有高的散射截面，对超热中子有低的吸收截面。增加反射层厚度可以提高反射中子，但是仪器的风险和治疗室的屏蔽成本将增加。一般反射层材料有Pb和Ni，增加超热中子通量 。

　　（4）准直器

　　直器的作用是使中子束会聚在治疗肿瘤区域，即聚焦和患者定位，对肿瘤能得到更好的治疗。其材料应该具有对超热中子有低的吸收截面。准直器材料一般有钨。