CN1046861C - 质子治疗装置的能量调节系统 - Google Patents

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本发明公开了一种对质子束流散射度影响极小的质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间它主要由厚度可调的充满水(3)的容器(59)和厚度驱动调节机构(4)组成，由于水对质子束流的散射影响小、易实现连续可调，又是做治疗计划时人体组织的模拟替代物，因此，在适形扫描治疗方式和旋转治疗方式中能减少因散射而带来的相应设备的增加或增大以及治疗计划系统所进行的复杂的中间运算，从而降低成本和提高治疗精度。

Description

质子治疗装置的能量调节系统
本发明属A61类中的医疗器械，它具体涉及质子治疗装置的能量调节系统。
质子治疗装置主要由加速器、能量调节系统、束流输运线、治疗头等组成，能量调节系统是根据病灶在人体深度和所需剂量来降低经加速器加速产生的高能质子的能量，目前，吸能物质大多采用片状石墨或铝，如比利时IBA公司生产的质子治疗装置就采用石墨做吸能物质，石墨和铝的散射系数较大，在适形散射治疗中，可利用束流降能后产生的散射使束流初步扩展，但在适形扫描和旋转治疗方式中要求束流发散度小，采用石墨或铝做降能物质，在治疗头就需要有精度较高的准直器，从而使治疗头复杂而笨重，另外，为提高质子的利用效率，降能后的束流管道的管径也常常做得大一些，而制造束流管道的费用近似与管道半径的平方成正比，因此，又增加了制造成本。
本发明的目的是克服以上现有技术的不足，提供一种既能起到调能作用又对束流发散度影响极小的质子治疗装置的能量调节系统。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，包括吸能物质(3)和厚度驱动调节机构(4)，其特征在于：吸能物质(3)为水，放置并充满于容器中，容器在两传输管道(1)、(2)口之间的沿传输管道(1)、(2)方向的厚度在厚度驱动调节机构(4)的作用下可调。
在采用上述技术方案后，因为水的散射系数很小，不仅能起到降能作用，还减小了对束流发散度的影响，因此降低了对准直器的要求甚至可省去准直器；束流降能后的传输管道的管径也不需做大，从而降低成本和提高质子利用率；另外，因为降能物质采用了水，而在做治疗计划时，人体组织也是以水代替的，因此减少了复杂的中间运算，使治疗精度进一步提高；由于水为液体，其厚度可实现连续可调，与片状石墨和铝的档位调节相比，更能提高精度。
下面结合附图和实施例做进一步说明：
图1是实施例一的结构示意图。
图2是实施例一中环形台阶状水箱的立体示意图。
图3是实施例二的结构示意图。
图4是实施例三的结构示意图。
图5是实施例四的结构示意图。
图6是实施例五的结构示意图。
图7是实施例六的结构示意图。
图8是实施例七的结构示意图。
图9是实施例八的结构示意图。
图10是实施例九的结构示意图。
图11是实施例十的结构示意图。
图12是实施例十一的结构示意图。
图13是实施例十二的结构示意图。
图14是实施例十三的结构示意图。
实施例一
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，两传输管道(1)、(2)间的距离不小于水箱的最大厚度，为30.2厘米吸能物质(3)水充满于沿圆环每17度分布的台阶状水箱，台阶状水箱厚度由0～30厘米按每个台阶1.5厘米递增，厚度驱动调节机构(4)有步进电机，以驱动圆环的转动来调节水箱在两传输管道(1)、(2)口之间的厚度。实施例二
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，两传输管道(1)、(2)间的距离不小于楔子的最大厚度，吸能物质(3)水充满于两只顶端夹角相等的直角型楔子，两只楔子斜边相对位于两传输管道(1)(2)口之间并垂直于两传输管道(1)、(2)，厚度驱动调节机构(4)通过驱动两只楔子沿其所在的直线方向做相对运动以调节在两传输管道(1)、(2)口之间楔子的厚度。实施例三
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于袋状胶囊中，在外力作用下袋状胶囊的形状可改变，袋状胶囊两端分别与两传输管道(1)、(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并目在螺纹后远离袋状胶囊方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)：厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(43)、齿形带(44)和两限位板(45)、(46)组成，主动齿形带轮(42)固定在步进电机(41)上，并通过齿形带(44)与从动齿形带轮(43)连接，从动齿形带轮(43)内环有与传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动齿形带轮(43)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动齿形带轮(43)转动时不能沿传输管道方向移动，限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动齿形带轮(43)之间均有滚珠。实施例四
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)，(2)之间，吸能物质(3)水充满于缸筒(51)中，缸筒(51)与传输管道(1)固定连接的一端有一与传输管道(2)口径相匹配的突起(52)，突起(52)中空：靠近传输管道(1)与缸筒(51)连接处不超过突起(52)有一出入水口(53)，出入水口(53)通过一连接管(54)与位于缸筒(51)上方的水箱(55)连接并相通，水箱(55)充有适量水，当缸筒(51)厚度调至最大时水箱(55)剩余容积不小于缸筒(51)的厚度调至最大时的容量；缸筒(51)另一端为活塞(56)与传输管道(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并且在螺纹后远离缸筒(51)方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(43)、齿形带(44)和两限位板(45)、(46)组成，主动齿形带轮(42)固定在步进电机(41)上，并通过齿形带(44)与从动齿形带轮(43)连接，从动齿形带轮(43)内环有与传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动齿形带轮(43)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动齿形带轮(43)转动时不能沿传输管道方向移动，限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动齿形带轮(43)之间均有滚珠。实施例五
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于袋状胶囊中，在外力作用下袋状胶囊的形状可改变，袋状胶囊两端分别与两传输管道(1)、(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并且在螺纹后远离袋状胶囊方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动啮合轮(47)、从动啮合轮(48)和两限位板(45)、(46)组成，主动啮合轮(47)与步进电机(41)固定连接，并通过与从动啮合轮(48)啮合，从动啮合轮(48)内环有与传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动啮合轮(48)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动啮合轮(48)转动时不能沿传输管道方向移动，限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动啮合轮(48)之间均有滚珠。实施例六
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于缸筒(51)中，缸筒(51)与传输管道(1)固定连接的一端有一与传输管道(2)口径相匹配的突起(52)，突起(52)中空；靠近传输管道(1)与缸筒(51)连接处不超过突起(52)有一出入水口(53)，出入水口(53)通过一连接管(54)与位于缸筒(51)上方的水箱(55)连接并相通，水箱(55)充有适量水且剩余容积不小于缸筒(51)的厚度调至最大时的容量；缸筒(51)另一端为活塞(56)与传输管道(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并且在螺纹后远离缸筒(51)方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动啮合轮(47)、从动啮合轮(48)和两限位板(45)、(46)组成，主动啮合轮(47)与步进电机(41)固定连接，并通过与从动啮合轮(48)啮合，从动啮合轮(48)内环有与传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动啮合轮(48)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动啮合轮(48)转动时不能沿传输管道方向移动，限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动啮合轮(48)之间均有滚珠。实施例七
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于袋状胶囊中，在外力作用下袋状胶囊的形状可改变，袋状胶囊两端分别与两传输管道(1)、(2)固定连接，在传输管道(2)与厚度驱动调节机构(4)固定连接的固定块(413)后远离袋状胶囊的传输管道(2)上有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、传动杆(49)、轴套(410)、丝母(411)、压杆(412)和固定块(413)组成，步进电机(41)通过轴套(410)与传动杆(49)一端固定连接，传动杆(49)与两传输管道(1)、(2)平行，传动杆(49)另一端有螺纹并与丝母(411)螺纹连接，丝母(411)与压杆(412)一端固定连接，压杆(411)通过固定块(413)垂直固定在传输管道(2)上，从而将步进电机(41)通过传动杆(49)、压杆(412)转化为传输管道(2)沿其所在直线方向的运动，以调节)在两传输管道(1)、(2)口之间容器的厚度。实施例八
在实施例七的基础上，厚度驱动调节机构(4)还有主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(414)、齿形带(44)、传动杆(415)和丝母(416)；主动齿形带轮(42)代替轴套(410)将步进电机(41)和传动杆(49)固定连接，并通过齿形带(44)与在传输管道(1)、(2)对侧的从动齿形带轮(414)连接，从动齿形带轮(414)以传动杆(415)为转轴并与传动杆(415)一端固定连接，传动杆(415)与两传输管道(1)、(2)平行，传动杆(415)另一端有螺纹并与丝母(416)螺纹连接，丝母(416)再与压杆(412)固定连接。实施例九
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于缸筒(51)中，缸筒(51)与传输管道(1)固定连接的一端有一与传输管道(2)口径相匹配的突起(52)，突起(52)中空；靠近传输管道(1)与缸筒(51)连接处不超过突起(52)有一出入水口(53)，出入水口(53)通过一连接管(54)与位于缸筒(51)上方的水箱(55)连接并相通，水箱(55)充有适量水且剩余容积不小于缸筒(51)的厚度调至最大时的容量；缸筒(51)另一端为活塞(56)与传输管道(2)固定连接，在传输管道(2)与厚度驱动调节机构(4)固定连接的固定块(413)后远离缸筒(51)方向的传输管道(2)上有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、传动杆(49)、轴套(410)、丝母(411)、压杆(412)和固定块(413)组成，步进电机(41)通过轴套(410)与传动杆(49)一端固定连接，传动杆(49)与两传输管道(1)、(2)平行，传动杆(49)另一端有螺纹，并与丝母(411)螺纹连接，丝母(411)与压杆(412)一端固定连接，压杆(411)通过固定块(413)垂直固定在传输管道(2)上，从而将步进电机(41)通过传动杆(49)、压杆(412)转化为传输管道(2)沿其所在直线方向的运动，以调节)在两传输管道(1)、(2)口之间容器的厚度。实施例十
在实施例九的基础上，厚度驱动调节机构(4)还有主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(414)、齿形带(44)、传动杆(415)和丝母(416)；主动齿形带轮(42)代替轴套(410)将步进电机(41)和传动杆固定连接，并通过齿形带(44)与在传输管道(1)、(2)对侧的从动齿形带轮(414)连接，从动齿形带轮(414)以传动杆(415)为转轴并与传动杆(415)一端固定连接，传动杆(415)与在传输管道(1)、(2)平行，传动杆(415)另一端有螺纹并与丝母(416)螺纹连接，丝母(416)再与压杆(412)固定连接。实施例十一
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于密封缸筒(57)，密封缸筒(57)一端与传输管道(1)固定连接，密封缸筒(57)内有活塞(58)，活塞(58)上有通孔以将充满水的密封缸筒(57)的两部分连通，活塞(58)与穿过密封缸筒(57)另一端的传输管道(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并且在螺纹后远离缸筒(57)方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(43)、齿形带(44)和两限位板(45)、(46)组成，主动齿形带轮(42)固定在步进电机(41)上，并通过齿形带(44)与从动齿形带轮(43)连接，从动齿形带轮(43)内环有与传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动齿形带轮(43)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动齿形带轮(43)转动时不能沿传输管道方同移动，限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动齿形带轮(43)之间均有滚珠。实施例十二
质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，吸能物质(3)水充满于密封缸筒(57)，密封缸筒(57)一端与传输管道(1)固定连接，密封缸筒(57)内有活塞(58)，活塞(58)上有通孔以将充满水的密封缸筒(57)的两部分连通，活塞(58)与穿过密封缸筒(57)另一端的传输管道(2)固定连接，传输管道(2)上有螺纹，并且在螺纹后远离缸筒(57)方向有一段为具有可收缩性的波纹管(6)；厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、传动杆(49)、轴套(410)、丝母(411)、压杆(412)和固定块(413)组成，步进电机(41)通过轴套(410)与传动杆(49)一端固定连接，传动杆(49)与两传输管道(1)、(2)平行，传动杆(49)另一端有螺纹，并与丝母(411)螺纹连接，丝母(411)与压杆(412)一端固定连接，压杆(411)通过固定块(413)垂直固定在传输管道(2)上，从而将步进电机(41)通过传动杆(49)、压杆(412)转化为传输管道(2)沿其所在直线方向的运动，以调节)在两传输管道(1)、(2)口之间容器的厚度。实施例十三
在实施例十二的基础上，厚度驱动调节机构(4)还有主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(414)、齿形带(44)、传动杆(415)和丝母(416)：主动齿形带轮(42)代替轴套(410)将步进电机(41)固定和传动杆(49)连接，并通过齿形带(44)与在传输管道(1)、(2)对侧的从动齿形带轮(414)连接，从动齿形带轮(414)以传动杆(415)为转轴并与传动杆(415)一端固定连接，传动杆(415)与传输管道(1)、(2)平行，传动杆(415)另一端有螺纹并与丝母(416)螺纹连接，丝母(416)再与压杆(412)固定连接。
在以上所有实施例中，所涉及的容器和厚度驱动调节机构一般均放置于真空中。

Claims (13)

1、质子治疗装置的能量调节系统，位于两传输管道(1)、(2)之间，包括：吸能物质(3)和厚度驱动调节机构(4)，其特征在于：所述吸能物质(3)为水，放置并充满于容器中，容器在两传输管道(1)、(2)口之间的沿传输管道方向的厚度在厚度驱动调节机构(4)的作用下可调。
2，根据权利要求1所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述容器为沿圆环均匀分布的台阶状水箱(59)；所述两传输管道(1)、(2)间的距离不小于水箱(59)的最大厚度；所述厚度驱动调节机构(4)通过驱动圆环的转动来调节台阶状水箱(59)在两传输管道(1)(2)口之间的厚度。
3、根据权利要求1所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述容器为两只顶端夹角相等的直角型楔子(510)、(511)，两只楔子(510)、(511)斜边相对、位于两传输管道(1)、(2)之间并垂直于两传输管道(1)、(2)，两传输管道(1)、(2)间的距离不小于直角型楔子的最大厚度；所述厚度驱动调节机构(4)通过驱动两只楔子沿其所在的直线方向做相对运动以调节在两传输管道(1)、(2)口之间楔子的厚度。
4、根据权利要求1所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述容器两端分别与两传输管道(1)、(2)固定连接，传输管道(2)在所述厚度驱动调节机构(4)的作用下可沿传输管道方向移动，传输管道(2)中有一段为具有可收缩性的具有可收缩性的波纹管(6)。
5、根据权利要求4所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述的传输管道(2)上有螺纹；所述厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(43)、齿形带(44)和两限位板(45)、(46)组成，主动齿形带轮(42)固定在步进电机(41)上，并通过齿形带(44)与从动齿形带轮(43)连接，从动齿形带轮(43)内环有与所述传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接、从动齿形带轮(43)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动齿形带轮(43)转动时不能沿传输管道方向移动。
6、根据权利要求4所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述的传输管道(2)上有螺纹；所述厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、主动啮合轮(47)、从动啮合轮(48)和两限位板(45)、(46)组成，主动啮合轮(47)与步进电机(41)固定连接、并通过与从动啮合轮(48)啮合，从动啮合轮(48)内环有与所述传输管道(2)上螺纹相匹配的螺纹，并与传输管道(2)螺纹连接，从动啮合轮(48)位于两限位板(45)、(46)之间，以使从动啮合轮(48)转动时不能沿传输管道方向移动。
7、根据权利要求4所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述厚度驱动调节机构(4)由步进电机(41)、传动杆(49)、轴套(410)、丝母(411)、压杆(412)和固定块(413)组成，步进电机(41)通过轴套(410)与传动杆(49)一端固定连接，传动杆(49)与两传输管道(1)、(2)平行，传动杆(49)另一端有螺纹并与丝母(411)螺纹连接，丝母(411)与压杆(412)一端固定连接，压杆(411)通过固定块(413)垂直固定在传输管道(2)上，从而将步进电机(41)通过传动杆(49)、压杆(412)转化为传输管道(2)沿其所在直线方向的运动，以调节在两传输管道(1)、(2)口之间容器的厚度。
8、根据权利要求5所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述的限位板(45)与从动齿形带轮(43)之间以及限位板(46)与从动齿形带轮(43)之间均有滚珠。
9、根据权利要求6所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述的限位板(45)与从动啮合轮(48)之间以及限位板(46)与从动啮合轮(48)之间均有滚珠。
10、根据权利要求7所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述厚度驱动调节机构(4)还有主动齿形带轮(42)、从动齿形带轮(414)、齿形带(44)、传动杆(415)和丝母(416)；主动齿形带轮(42)代替轴套(410)将步进电机(41)和传动杆(49)固定连接，并通过齿形带(44)与在传输管道(1)、(2)对侧的从动齿形带轮(414)连接，从动齿形带轮(414)以传动杆(415)为转轴并与传动杆(415)一端固定连接，传动杆(415)与传输管道(1)、(2)平行，传动杆(415)另一端有螺纹并与丝母(416)螺纹连接，丝母(416)再与压杆(412)固定连接。
11、根据权利要求4-10中任一个权利要求所述的质子治疗装置的能量调节系统、其特征在于：所述容器为袋状胶囊(512)，在外力作用下形状可以改变。
12、根据权利要求4-10中任一个权利要求所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述容器为缸筒(51)，与传输管道(1)固定连接的一端有一与传输管道(2)口径相匹配的突起(52)，突起(52)中空；靠近传输管道(1)与缸筒(51)连接处不超过突起(52)有一出入水口(53)、出入水口(53)通过一连接管(54)与位于缸筒(51)上方的水箱(55)连接并相通，水箱(55)充有适量水，当缸筒(51)厚度调至最大时水箱(55)剩余容积不小于缸筒(51)的厚度调至最大时的容量；缸筒(51)另一端为活塞(56)与传输管道(2)固定连接。
13、根据根据权利要求4-10中任一个权利要求所述的质子治疗装置的能量调节系统，其特征在于：所述容器为密封缸筒(57)的一部分，密封缸筒(57)一端与传输管道(1)固定连接，密封缸筒(57)内有活塞(58)，活塞(58)上有通孔以将充满水的密封缸筒(57)的两部分连通，活塞(58)与穿过密封缸筒(57)另一端的传输管道(2)固定连接。
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