CN102256434A - 同源双能igrt医用电子直线加速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种肿瘤放射治疗用医疗器械，具体涉及一种同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于加速管直立安装，与下方的移动靶相连接，加速管上设置有能量开关，移动靶设置有X射线重金属靶和低原子序数靶，该X射线重金属靶和低原子序数靶均与移动靶的驱动机构相连接。本发明的优点在于同源双能IGRT医用电子直线加速器，通过能量开关实现加速管产生电子束能量的降低，利用电子束撞击低原子序数靶产生更多低能成分射束的特性，获得射野成像清晰的X射线，具有模式转换容易、同源、射束稳定、图像清晰、经济可靠、临床使用简单方便等特点。

Description

同源双能IGRT医用电子直线加速器

技术领域

本发明涉及一种肿瘤放射治疗用医疗器械，具体涉及一种同源双能IGRT医用电子直线加速器。

背景技术

放射治疗的一个关键要求是准确的日常治疗摆位。研究报道，日常治疗摆位的随机及系统误差可以高达6mm。现临床解决该问题的方法有三种，分别是胶片验证、电子射野影像系统(EPID)、KV级图像引导系统。这三种方法各有特点，胶片验证由于胶片冲洗和分析耗时较多，效率低，因此实时性差、容易在此过程中患者再次发生移动；EPID是直接采集MV级射线(通常为6MV)穿透人体的射线量，利用计算机成像，该方法具有治疗与验证射线源位置相同(即同源)、实时采集、并可提供量化参数的优点，缺点是图像不够清晰(从成像原理上，由于不同组织衰减能力差异较小，MV级X线采集的影像质量先天不如KV级的)；KV级图像引导系统的优点是利用另外附加的KV射线装置进行成像，具有图像清晰的优点，但是由于增加一套KV级射线系统，存在投资较大，占用操作空间较多，并且治疗与验证射线源位置不相同(非同源)，不能直接验证等缺点。从发展趋势上，EPID、KV级图像引导系统已逐渐取代胶片验证，但这两种技术都不够成熟。

美国Tomotherapy系统利用一个加速管切换3MeV/6MeV输出的方法来分别实现成像和治疗。从物理和几何的根本原理上说，只有Tomotherapy这种放射源的“同轴”结构，才能最大限度地保证治疗空间坐标和成像空间坐标的一致性、减小系统误差，因此目前只能做到3MeV，还不能提供KV级射线的产品，成像质量也不够好。

最近清华大学在研制一种同源双束加速管，它利用加速管处于正常工作模式，获取6MV能量的治疗用X射线，利用一种失谐状态(非正常工作)，获得能量低的X射线，进行射野验证用，但是该工作状态不稳定，带来射束特性的不一稳定，需要进一步研究，还无法进入临床应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同源双能IGRT医用电子直线加速器，具有模式转换容易、同源、射束稳定、图像清晰、经济可靠、临床使用简单方便等特点，该系统不仅可以产生MV级均整、未均整两种射束，也可以产生更适合成像用的低能量射束。

本发明所述的一种同源双能IGRT医用电子直线加速器，包括底座，底座上设置有固定机架，固定机架的一侧设置有旋转机架，旋转机架上从上往下依次设置有治疗头和电子射野影像装置，治疗头内从上往下依次设置有加速管、移动靶、初级准直器、均整转盘、电离室、反光镜、野灯和二级准直器，加速管直立安装，与下方的移动靶相连接，加速管上设置有能量开关，移动靶设置有X射线重金属靶和低原子序数靶，该X射线重金属靶和低原子序数靶均与移动靶的驱动机构相连接。

其中，移动靶的驱动机构能够将X射线重金属靶和低原子序数靶分别送至射束路径上。

所述的低原子序数靶优选为碳靶；固定机架和旋转机架优选采用等中心设计，旋转机架可绕中心线360度旋转；均整转盘上设置有治疗用X射线均整器、验证用X射线均整器和模式空位，模式空位即在相应位置不安装均整器；治疗头内二级准直器下方优选安装有多叶准直器；电子射野影像装置设置有可平行运动的探测器。

本发明的工作过程包括验证和治疗，具体工作过程如下：

完成患者治疗摆位后，开始摆位验证工作：先将电子射野影像装置的探测器送出、平行运动至射束下，然后能量开关插入，加速管下部的加速腔列微波电场实现短路，不再具有加速能力，从而可以获得低能量的电子束，该能量开关设置的越靠近上部的加速腔，电子束能量越低。移动靶由驱动机构带动将X射线重金属靶移出射束路径，将低原子序数靶移入到射束路径内，电子束撞击低原子序数靶，可以产生低能成分更多的X射线。由于能量开关带来的电子束能量的降低和低原子序数靶的双重作用，产生的X射线平均能量降低，低能成分更多。均整转盘由电机带动将验证用X射线均整器送之射束路径，对射束均匀性进行修整调节，射线穿透患者照射部位后，被探测器接受，利用计算机成像，获取同源实时射野验证图像，与治疗计划系统产生的DRR图比较，完成射野验证。利用正位和侧位两幅验证图像，与治疗计划系统产生的DRR图(正位和侧位)比较，完成IGRT(影像引导)的摆位验证。如果计算机给出的摆位偏差超出设定的误差限值，通过治疗床、多叶准直器的移动，完成误差纠正。

当需要患者照射治疗时：先将电子射野影像装置的探测器收回，避免不必要的射线直接照射，然后能量开关拔出，加速管的所有加速腔建立微波加速电场，均恢复加速能力，产生MV级能量的电子束。移动靶由驱动机构带动将低原子序数靶移出射束路径，将X射线重金属靶移入射束路径内，电子束撞击X射线重金属靶，产生MV级能量的治疗用X射线，均整转盘由电机带动将治疗用X射线均整器送之射束路径，对射束均匀性进行修整调节。如果需要非均整射束，均整转盘由电机带动将治疗用X射线均整器移出射束路径，将均整转盘上的模式空位对准射束路径即可。

本发明的优点在于同源双能IGRT医用电子直线加速器，通过能量开关实现加速管产生电子束能量的降低，利用电子束撞击低原子序数靶产生更多低能成分射束的特性，获得射野成像清晰的X射线，具有模式转换容易、同源、射束稳定、图像清晰、经济可靠、临床使用简单方便等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中4的结构示意图；

图3为图2中8的结构示意图；

图4为图2中11的结构示意图；

图中，1、底座2、固定机架3、旋转机架4、治疗头5、电子射野影像装置6、治疗床7、加速管8、移动靶9、初级准直器10、电离室11、均整转盘12、反光镜13、野灯14、二级准直器15、多叶准直器16、能量开关17、X射线重金属靶18、低原子序数靶19、驱动机构20、治疗用X射线均整器21、验证用X射线均整器22、模式空位23、探测器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明所述的一种同源双能IGRT医用电子直线加速器，包括底座1，底座1上设置有固定机架2，固定机架2的一侧设置有旋转机架3，旋转机架3上从上往下依次设置有治疗头4和电子射野影像装置5，治疗头4内从上往下依次设置有加速管7、移动靶8、初级准直器9、均整转盘11、电离室10、反光镜12、野灯13和二级准直器14，加速管7直立安装，与下方的移动靶8相连接，加速管7上设置有能量开关16，移动靶8设置有X射线重金属靶17和低原子序数靶18，该X射线重金属靶17和低原子序数靶18均与移动靶8的驱动机构19相连接。

其中，移动靶8的驱动机构19能够将X射线重金属靶17和低原子序数靶18分别送至射束路径上。

本实施例中所述的低原子序数靶18采用碳靶；固定机架2和旋转机架3采用等中心设计，旋转机架3可绕中心线360度旋转；均整转盘11上设置有治疗用X射线均整器20、验证用X射线均整器21和模式空位22，模式空位22即在相应位置不安装均整器；治疗头4内二级准直器14下方安装有多叶准直器15；电子射野影像装置5设置有可平行运动的探测器23。

本发明的工作过程包括验证和治疗，具体工作过程如下：

完成患者治疗摆位后，开始摆位验证工作：先将电子射野影像装置5的探测器23送出、平行运动至射束下，然后能量开关16插入，加速管7下部的加速腔列微波电场实现短路，不再具有加速能力，从而可以获得低能量的电子束。移动靶8由驱动机构19带动将X射线重金属靶17移出射束路径，将低原子序数靶18移入到射束路径内，电子束撞击低原子序数靶18，可以产生低能成分更多的X射线。由于能量开关16带来的电子束能量的降低和低原子序数靶18的双重作用，产生的X射线平均能量降低，低能成分更多。均整转盘11由电机带动将验证用X射线均整器21送之射束路径，对射束均匀性进行修整调节，射线穿透患者照射部位后，被探测器23接受，利用计算机成像，获取同源实时射野验证图像，与治疗计划系统产生的DRR图比较，完成射野验证。利用正位和侧位两幅验证图像，与治疗计划系统产生的DRR图(正位和侧位)比较，完成IGRT(影像引导)的摆位验证。如果计算机给出的摆位偏差超出设定的误差限值，通过治疗床6、多叶准直器15的移动，完成误差纠正。

当需要患者照射治疗时：先将电子射野影像装置5的探测器23收回，避免不必要的射线直接照射，然后能量开关16拔出，加速管7的所有加速腔建立微波加速电场，均恢复加速能力，产生MV级能量的电子束。移动靶8由驱动机构19带动将低原子序数靶18移出射束路径，将X射线重金属靶17移入射束路径内，电子束撞击X射线重金属靶17，产生MV级能量的治疗用X射线，均整转盘11由电机带动将治疗用X射线均整器20送之射束路径，对射束均匀性进行修整调节。如果需要非均整射束，均整转盘11由电机带动将治疗用X射线均整器20移出射束路径，将均整转盘11上的模式空位22对准射束路径即可。

本实施例通过能量开关16实现加速管7产生电子束能量的降低，利用电子束撞击低原子序数靶18产生更多低能成分射束的特性，获得射野成像清晰的X射线，具有模式转换容易、同源、射束稳定、图像清晰、经济可靠、临床使用简单方便等特点。

Claims (6)

1.一种同源双能IGRT医用电子直线加速器，包括底座，底座上设置有固定机架，固定机架的一侧设置有旋转机架，旋转机架上从上往下依次设置有治疗头和电子射野影像装置，治疗头内从上往下依次设置有加速管、移动靶、初级准直器、均整转盘、电离室、反光镜、野灯和二级准直器，其特征在于加速管直立安装，与下方的移动靶相连接，加速管上设置有能量开关，移动靶设置有X射线重金属靶和低原子序数靶，该X射线重金属靶和低原子序数靶均与移动靶的驱动机构相连接。

2.根据权利要求1所述的同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于低原子序数靶为碳靶。

3.根据权利要求1所述的同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于固定机架和旋转机架采用等中心设计，旋转机架可绕中心线360度旋转。

4.根据权利要求1所述的同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于均整转盘上设置有治疗用X射线均整器、验证用X射线均整器和模式空位。

5.根据权利要求1所述的同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于治疗头内二级准直器下方安装有多叶准直器。

6.根据权利要求1所述的同源双能IGRT医用电子直线加速器，其特征在于电子射野影像装置设置有可平行运动的探测器。

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