CN102000399B

CN102000399B - 微束x射线治疗谱仪、多毛细管x射线聚束系统及方法

Info

Publication number: CN102000399B
Application number: CN2010106058262A
Authority: CN
Inventors: 刘志国; 孙天希; 袁灏; 刘鹤贺
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102000399A

Abstract

本发明公开了一种微束X射线治疗谱仪，包括：X射线光源、多毛细管X射线聚束系统；X射线光源位于多毛细管X射线聚束系统的入口端；多毛细管X射线聚束系统由多根单通道玻璃毛细管排列组成；其中，多毛细管X射线聚束系统的入口端接收X射线光源发出的X射线，会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列。本发明还公开一种多毛细管X射线聚束系统及方法，该系统包括：350～500万根单通道玻璃毛细管。因此，本发明可通过普通X射线光源获得符合要求的X射线微束系列，且不需要另外添加低能X射线过滤器，使微束X射线治疗谱仪的结构紧凑，使用方便。

Description

微束X射线治疗谱仪、多毛细管X射线聚束系统及方法

技术领域

本发明涉及X射线治疗技术领域，特别涉及一种基于多毛细管X射线聚束系统的微束X射线治疗谱仪、多毛细管X射线聚束系统及方法。

背景技术

目前，X射线在肿瘤治疗中有着广泛的应用，但在利用毫米量级的X射线束治疗肿瘤时，会破坏皮肤免除效应。为了不破坏皮肤免除效应，人们采用微束X射线对肿瘤进行治疗，因为微束X射线对非病灶区的损伤可以通过细胞再生而得到修复，所以不会破坏皮肤免除效应。

X射线光源中，同步辐射X射线光源可以提供高强度X射线。并且，随着同步辐射技术的成熟，已开始建立基于同步辐射源的微束X射线治疗设备。利用同步辐射X射线光源建立微束X射线治疗设备时，由于同步辐射X射线光源的强度很高，所以只需利用多狭缝准直器即可得到适用于微束X射线治疗的X射线束，而这种多狭缝准直器对X射线没有会聚效果，只是将大面积的同步辐射光分割为线形微束X射线系列。同时，因为同步辐射装置体积庞大，运行成本昂贵，所以在使用基于同步辐射X射线光源的微束X射线治疗设备时，受到很大的限制。

这样，领域内的研究者们正在寻求一种利用实验室普通X射线光源建立微束X射线治疗设备的方法。但是，在利用普通X射线光源建立微束X射线治疗设备时，如果仍然采用上述多狭缝准直器来获得微束X射线系列，那么得到的X射线微束处的X射线功率密度即单位面积上的X射线强度就会很低，因此就不能满足微束X射线治疗的要求。

可见，如何通过普通X射线光源获得符合微束X射线治疗设备要求的X射线微束系列，进而建立基于普通X射线光源的微束X射线治疗谱仪，是本领域人员亟须解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微束X射线治疗谱仪，通过采用普通X射线光源和多毛细管X射线聚束系统，获得符合治疗要求的X射线微束系列。

本发明的另一目的在于提供一种微束X射线治疗谱仪所采用的多毛细管X射线聚束系统及多毛细管X射线聚束方法，能够实现对普通X射线光源进行会聚，从而获得形成X射线微束系列。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开一种微束X射线治疗谱仪，包括：X射线光源、多毛细管X射线聚束系统；X射线光源位于多毛细管X射线聚束系统的入口端的入口焦距处；多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；其中，多毛细管X射线聚束系统的入口端接收X射线光源发出的X射线，会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列。

其中，所述单通道玻璃毛细管为350～500万根。所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out。

优选地，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。

优选地，所述微束X射线治疗谱仪还包括：三维支撑台，位于所述多毛细管X射线聚束系统的出口端，支撑并调整病人相对于X射线微束系列的位置。

此外，本发明还公开一种多毛细管X射线聚束系统，该多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；其中，位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源发出的X射线自多毛细管X射线聚束系统的入口端射入，会聚后从其出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out、所述入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。

优选地，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。

相应地，本发明公开一种多毛细管X射线聚束方法，包括：由350～500万根单通道玻璃毛细管排列构成的多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源的X射线；所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列。其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out、所述入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。

由以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：

本发明的微束X射线治疗谱仪采用了具有高功率密度增益的多毛细管X射线聚束系统，从而能够使用低功率X射线光源来达到治疗目的，这大大降低了微束X射线治疗谱仪的成本，这非常有利于推广该微束X射线治疗谱仪。

而且，本发明的微束X射线治疗谱仪采用的多毛细管X射线聚束系统对低能X射线起到过滤低能X射线的作用，充当了过滤器作用，因此不需要另外添加低能X射线过滤器，使微束X射线治疗谱仪的结构紧凑，这使得本实施例的微束X射线治疗谱仪使用起来非常方便。

此外，本发明的微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源为实验室普通X射线光源，结构简单，便于使用，而且可根据实际情况设置为固定单一光源、可选光源或者可更换光源。这样，便于根据不同的使用需要选择相应配置的微束X射线治疗谱仪。

附图说明

图1为本发明微束X射线治疗谱仪的示意图；

图2为本发明多毛细管X射线聚束系统的示意图；

图3为本发明多毛细管X射线聚束系统的横截面示意图；

图4为本发明X射线微束系列的横截面示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想在于：通过一定数量的单通道玻璃毛细管(简称单毛细管)建立一种多毛细管X射线聚束系统，该多毛细管X射线聚束系统将普通X射线光源发出的X射线会聚成具有高功率密度的X射线微束系列，如此，得到本发明的微束X射线治疗谱仪。

为使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，示出了一种微束X射线治疗谱仪，该微束X射线治疗谱仪包括：X射线光源1和多毛细管X射线聚束系统2。其中：

X射线光源1为实验室普通X射线光源，其功率范围为0.5kW～20kW。X射线光源1位于多毛细管X射线聚束系统2的入口端。

这里，当功率为0.5kW时，X射线光源1的焦斑直径为16微米左右，当功率为20kW时，X射线光源1的焦斑直径为1500微米左右。优选地，功率为5kW时较为理想，此时，X射线光源1的焦斑直径为100微米左右，这种尺寸的X射线光源1便于提高多毛细管X射线聚束系统的传输效率。

需要强调的是，本实施例的微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源1结构简单，根据实际情况，可以改变X射线光源1的能量。例如，对于皮肤附近的病灶采用较低能量的X射线进行治疗，对于远离皮肤的病灶，采用高能量的X射线进行治疗。

本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2由350～500万根单毛细管构成。其中，所有单毛细管的入口都指向X射线光源1。多毛细管X射线聚束系统2的入口端接收X射线光源1发出的X射线，经多毛细管X射线聚束系统2会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列3。

微束X射线治疗谱仪工作过程中，X射线光源1发出的X射线，经多毛细管X射线聚束系统2会聚后，形成具有高功率密度的X射线微束系列3。该X射线微束系列3用于照射于病人的病灶。

此外，该微束X射线治疗谱仪还可包括三维支撑台4，三维支撑台4位于多毛细管X射线聚束系统2的出口端，支撑并调整病人相对于X射线微束系列3的位置，以使X射线微束系列3准确地照射在病人的病灶上，以达到有效治疗的目的。

下面结合图2至图4，对本实施例多毛细管X射线聚束系统2的主要参数进行说明：

1、能量范围

本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2适用的能量范围为100keV～200keV。通常，对于位于靠近皮肤的病灶，采用低能量的X射线进行治疗，对于远离皮肤的病灶，采用高能量的X射线进行治疗。例如，对于皮肤下1cm的病灶，采用100keV的X射线进行治疗，此时的治疗效果较佳；对于皮肤下10cm的病灶，采用200keV的X射线进行治疗，此时的治疗效果较佳；对于一般深度的病灶，采用150keV的X射线治疗，此时的治疗效果较佳。

2、入口焦距F

入口焦距F是指X射线光源1到多毛细管X射线聚束系统2入口端的距离，如图2所示。一般地，入口焦距F取决于多毛细管X射线聚束系统2中的单毛细管的数量，当单毛细管的数量越大时，多毛细管X射线聚束系统2入口焦距F越大，这是因为要使大数量的单毛细管同时具有会聚功能，必须使它们的入口端远离光源，即增加多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F。

另外，入口焦距F还与多毛细管X射线聚束系统2的入口直径有关。一般地，入口直径越大，多毛细管X射线聚束系统2入口焦距F越大。这是因为，多毛细管X射线聚束系统2的入口直径越大，则必须使它们的入口端越远离光源，才能发挥每根单毛细管的功能，所以入口直径较大时，会相应地要求多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F也较大。

需要指出的是，X射线光源1位于入口焦距F处，有利于提高多毛细管X射线聚束系统2的传输效率，这是因为，此时光源发出的X射线便于在多毛细管X射线聚束系统发生全反射。

本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F的范围为：3厘米～40厘米。

3、长度

多毛细管X射线聚束系统2的长度L取决于其所采用的单通道玻璃毛细管的材料、X射线所采用的能量。多毛细管X射线聚束系统2的长度L的范围为10cm-50cm。

例如，当X射线采用100keV的能量时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L为10cm左右，此时便于发挥每根单毛细管的会聚功能；当X射线采用200keV的能量时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L为50cm左右，此时每根单毛细管的会聚功能最强。

又如，单通道玻璃毛细管采用由原子序数大的材料构成的重玻璃材料时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L约为30cm左右，此时的效果较好，因为此时便于减小由多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3中每条微束的尺寸，从而提高所述微束X射线治疗谱仪的治疗效果。

4、入口端直径D_in、出口端直径D_out及最大截面的直径D_max

(1)多毛细管X射线聚束系统2的最大截面的直径D_max分别大于入口端直径D_in和出口端直径D_out，这有利于多毛细管X射线聚束系统2高效率地收集来自X射线光源1的X射线，同时也便于将收集到的X射线会聚为X射线微束系列3。

(2)多毛细管X射线聚束系统2的入口端直径D_in大于出口端直径D_out，这便于提高多毛细管X射线聚束系统2的传输效率。

5、单毛细管

多毛细管X射线聚束系统2中的单毛细管的呈条状排列，形成一定数量的条状或近似条状的单毛细管组。来自X射线光源的X射线，经条状单毛细管组会聚后，形成一系列线状的X射线微束，即X射线微束系列3。例如，图3示所示出的多毛细管X射线聚束系统2包括四个单毛细管组，对应形成四束线焦斑(X射线微束系列3)，该多毛细管X射线聚束系统2大约由400万根单毛细管构成。

如图4所示，决定每个单毛细管组的宽度D₁和长度L₁、以及相邻单毛细管组之间的距离D₂的因素包括：构成多毛细管X射线聚束系统2的单毛细管的排列方式、单毛细管的材料、X射线光源斑点的大小等。例如，采用由重玻璃材料制成的单毛细管和功率约为4kW的小焦斑光源时，每个单毛细管组的宽度D₁和长度L₁、以及相邻单毛细管组之间的距离D₂会比较小；反之，采用由轻玻璃材料制成的单毛细管和功率约为15kW的大焦斑光源时，每个单毛细管组的宽度D₁和长度L₁、以及相邻单毛细管组之间的距离D₂则会比较大。其中，所述重玻璃材料由原子序数大的材料构成；所述轻玻璃材料由原子序数小的材料构成。

以上对多毛细管X射线聚束系统2的相关参数进行了说明，这里，结合图1～4对X射线微束系列3的特性进行如下说明：

本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3是线形的。参见图4，其示出了17条X射线微束。每条X射线微束的宽度D′₁和长度L′₁、以及相邻X射线微束之间的距离D′₂由构成多毛细管X射线聚束系统2的单毛细管的排列方式决定。

一般而言，每个单毛细管组的宽度D₁和长度L₁、以及相邻单毛细管组之间的距离D₂都变小的情况下，每条X射线微束的宽度D′₁和长度L′₁、以及相邻X射线微束之间的距离D′₂也会变小，反之亦然。

值得一提的是，经多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3，具有如下特点：

A、包括200～600条的X射线微束；

B、每条X射线微束的宽度D₁范围为20微米～120微米；

C、每条X射线微束长度L₁为60毫米；

D、每条X射线微束处的X射线功率密度增益范围约为1000～5000；

E、相邻X射线微束的中心间隔范围为100～900微米。

至此可见，本实施例的微束X射线治疗谱仪主要是通过采用具有高功率密度增益的多毛细管X射线聚束系统和低功率X射线光源构建的，这大大降低了微束X射线治疗谱仪的成本，从而便于推广微束X射线治疗谱仪。

此外，本实施例微束X射线治疗谱仪所采用的多毛细管X射线聚束系统，起到过滤低能X射线的作用，因此不需要另外添加低能X射线过滤器，使微束X射线治疗谱仪的结构紧凑，这使得本实施例的微束X射线治疗谱仪使用起来非常方便。

下面结合一个具体实施例，说明本发明基于多毛细管X射线聚束系统的微束X射线治疗谱仪：

本实施例中，微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源能量为120keV，功率为5kW，所采用的多毛细管X射线聚束系统是由400万根单玻璃毛细管构成的，多毛细管X射线聚束系统的入口焦距20厘米。

其中，多毛细管X射线聚束系统将来自X射线光源的X射线会聚，并在其出口处形成X射线微束系列，所形成的X射线微束系列的X射线微束条数为400条，每条X射线微束的宽度为80微米，每条X射线微束的长度为60毫米，每条X射线微束形成处的X射线功率密度增益为3000，相邻X射线微束中心间隔的范围为600微米。

微束X射线治疗谱仪工作过程中，通过控制三维支撑台使位于三维支撑台上的病人进入微束X射线治疗谱仪的治疗区域，然后通过移动三维支撑台，使微束X射线治疗谱仪发出的X射线微束系列对准病灶，以进行治疗。

相应地，本发明还公开一种多毛细管X射线聚束方法，该方法包括：多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自X射线光源的X射线；所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列。

上述方法中，所述多毛细管X射线聚束系统包括：350～500万根单通道玻璃毛细管；其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out、所述入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。

需要说明的是，关于所述多毛细管X射线聚束系统、X射线微束系列的进一步描述，参照上文相关描述即可，本实施例在这里不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述即可。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，只是用来说明和解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种微束X射线治疗谱仪，其特征在于，包括：X射线光源、多毛细管X射线聚束系统；

X射线光源位于多毛细管X射线聚束系统的入口端的入口焦距处；

多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；

其中，多毛细管X射线聚束系统的入口端接收X射线光源发出的X射线，会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out。

2.根据权利要求1所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。

3.根据权利要求2所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；

所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。

4.根据权利要求2所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，该治疗谱仪还包括：

三维支撑台，位于所述多毛细管X射线聚束系统的出口端，支撑并调整病人相对于所述X射线微束系列的位置。

5.一种多毛细管X射线聚束系统，其特征在于，该多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；

其中，位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源发出的X射线自多毛细管X射线聚束系统的入口端射入，会聚后从其出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out、所述入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。

6.根据权利要求5所述的多毛细管X射线聚束系统，其特征在于，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。

7.一种多毛细管X射线聚束方法，其特征在于，包括：

由350～500万根单通道玻璃毛细管排列构成的多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源的X射线；

所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列；

其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径D_in大于出口端直径D_out、所述入口端直径D_in小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径D_max。