CN105792891B - 保持束导引的刚性设备 - Google Patents

Abstract

一种质子束递送系统，包括：质子束喷嘴，其用于将质子束发射到患者的目标区域；机架轮，其用于支撑质子束喷嘴，机架轮构造为围绕机架轮的转动轴线旋转质子束喷嘴，使得质子束喷嘴将质子束发射到机架轮的与目标区域对应的等中心点；束线偏转器，其构造为由机架轮驱动旋转，以利用束线偏转器的预定功率设置沿着曲线路径将质子束从转动轴线传送至质子束喷嘴；以及刚性支撑结构件，其用于当机架轮转动成质子束喷嘴利用相同的预定功率设置将质子束从多个径向方向引导到等中心点时支撑束线偏转器。

Description

保持束导引的刚性设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年9月20日递交的美国临时专利申请No.61/880,327的优先权，该申请的全部内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明一般性构思涉及一种用于癌症治疗的质子疗法，并且更具体地涉及一种具有超导束线的转动机架系统。

背景技术

质子疗法(PT)是一种癌症治疗技术，其使用高能质子来穿透患者的身体，并且将能量沉积到诸如癌性肿瘤等治疗区域中。PT系统常常采用转动机架轮，该转动机架轮以零度至360度之间的任何角度将质子束引导到患者。这允许医师设计治疗计划，该治疗计划从不同的角度攻击癌性肿瘤，并且减少对重要器官和/或健康组织的辐射伤害。

可以在通称为回旋加速器和/或同步加速器的粒子加速器中产生带电质子，并且利用一系列磁体将带电质子以束线的形式引导到患者，一系列磁体引导并定形粒子束线，使得粒子在选定位置穿透患者身体并且沉积到治疗区的部位上。粒子疗法利用了带电粒子的布拉格峰性质，使得大部分能量沉积在沿着束线的行程的最后几毫米内，即沉积在通称为等中心点的点处，这与常规的调强放射治疗(即，光子)不同，在该调强放射治疗中大部分能量沉积在行程的前几毫米内，从而不期望地损伤健康组织。

粒子疗法治疗设施通常由单个回旋加速器和多个治疗室组成。因此，单个回旋加速器通常适于生成随后被选择性地引导到各种治疗室之一的粒子束线。粒子疗法治疗可以包括选择束线的所需能量水平，使得粒子的能量基本上沉积在患者体内的所需位置(即，治疗区)。因此，能量水平选择直接关系到患者体内的治疗区的位置和形状。通常，回旋加速器将产生标准的高能束线，然后高能束线可以根据需要被选择性地修改以用于特定治疗方案。

束线可以被立即引导到患者，而无需任何重定向。然而，更常见的方法是使用一系列协同的弯曲磁体重定向束线，磁体将束线引导到安装在机架上的质子喷嘴。图1示出了示例性实施例的现有技术粒子疗法机架，该机架被设计成接收粒子束线并将粒子束线重新引导到患者。如图所示，粒子疗法机架21包括至少三个弯曲磁体11A-11C，将粒子束线15重新引导到机架的治疗喷嘴13，并最终引导到定位在治疗床17上的患者9。这允许束线15被选择性地从任何角度引导到患者9，并允许医师设计能够最大限度地减少对健康组织造成不希望的影响的治疗计划。换言之，如图1中的方向箭头19'所示那样，机架通常适于围绕患者转动，并且将束线重定向为与机架的转动轴线19垂直。因此，治疗喷嘴13和束线15可以围绕患者9转动，使得束线15能够在多个位置穿透患者的身体并从多个方向遇到治疗区。这最大限度地减少了对健康组织造成的不利影响，并增加了治疗的功效。

因此，相比于标准的X射线疗法，质子疗法能够通过增加递送到目标区的剂量，同时最大限度地减少递送到周围组织的剂量来显著改善剂量定位。这些改进基于治疗质子束在目标材料中的有限穿透范围。此外，沉积到目标材料上的能量随着质子束减慢而增加，并到达穿透范围的端部附近的最大能量。穿透深度与能量沉积峰(布拉格峰)的位置由质子束的能量限定。因此，给定能量的质子束以特定治疗深度递送能量的治疗剂量。为了将该治疗剂量递送到给定深度范围内的目标，可以使用具有多个不同能量的质子束。

为了提供这些多个不同的能量，先前的质子治疗系统通常通过插入能够将质子束能量衰减指定量的材料的板来改变治疗喷嘴中的质子束能量。更先进的常规系统改变质子加速器本身附近的更上游的束能量。这种常规系统通常需要改变束流传输线，以匹配各个后续的质子束能量。因此，需要一种这样的质子疗法系统：可以在没有这种结构变化和如上所述的调节的情况下改变质子束能量。

PT系统所面临的另一个难点在于：当机架转动到不同治疗角度时，保持质子递送喷嘴与转动机架系统的等中心点之间的正确对准。例如，期望的是，当机架设备转动到不同位置时，保持质子束相对于机架中心的精确度，以便将质子束精确地聚焦到所关注的目标区域。由于机架设备及其各种部件的固有制造公差以及极端尺寸和重量，而使得结构在以不同角度转动时可能发生偏转，从而使得系统的中心可能漂移到超出目标精确度。

已知的是，移动患者的床来补偿系统在不同转动角度下的微小漂移。然而，移动患者以补偿束不对准可能变得非常耗时且复杂，尤其是在治疗计划对于每个患者而言要求多于一个的应用角度的情况下。因此，需要提供一种具有更小和更轻的机架轮的质子治疗系统来避免一些基于结构的偏转。

发明内容

在各种示例性实施例中，本发明一般性构思包括一种设置有超导束线的质子疗法系统。这种更轻的束线允许各种示例性实施例包括更小和/或更轻的机架，和/或允许在机架转动期间减少束线的偏转。超导束线偏转器可以设置有壳体，以在机架转动期间保持超导束线偏转器的各种组件相对于彼此的位置。

可以通过提供一种用于质子治疗系统的质子束递送系统来实现本发明一般性构思的示例性实施例，该质子束递送系统包括：质子束喷嘴，其用于将具有预定能量水平的质子束发射到患者的目标区域；机架轮，其将所述质子束喷嘴支撑在所述机架轮的周面近侧，所述机架轮构造为围绕所述机架轮的转动轴线旋转所述质子束喷嘴，使得所述质子束喷嘴将所述质子束发射到所述机架轮的与所述目标区域对应的等中心点；束线偏转器，其构造为由所述机架轮驱动旋转，以利用所述束线偏转器的预定功率设置沿着所述束线偏转器的曲线路径将所述质子束从所述转动轴线传送至所述质子束喷嘴；以及刚性支撑结构件，其支撑所述束线偏转器，使得当所述机架轮围绕所述等中心点旋转至多个位置时，在各个位置处所述刚性支撑结构件保持所述束线偏转器的曲线路径，使得在各个位置处所述质子束喷嘴利用相同的预定功率设置和能量水平将具有所述预定能量水平的所述质子束引导到所述等中心点。

所述束线偏转器可以包括用于沿着所述曲线路径的弯曲部分传送所述质子束的两个或更多个弯曲磁体。

所述束线偏转器可以包括用于沿着所述曲线路径的直线部分传送所述质子束的一个或更多个导引磁体。

所述束线偏转器可以包括第一端部，所述第一端部设置有用于弯曲所述质子束的第一弯曲磁体，并且所述质子递送系统还可以包括后支承件，所述束线偏转器的所述第一端部与所述后支承件联接，并且所述质子束从质子束源通过所述后支承件被递送到所述束线偏转器。

所述束线偏转器还可以包括第二端部，所述第二端部与所述质子束喷嘴联接并设置有用于弯曲所述质子束的第二弯曲磁体，所述第二端部与所述机架轮联接。

所述束线偏转器还可以包括中间部分，所述中间部分的两端分别与所述第一端部和所述第二端部联接，并且所述中间部分设置有用于沿着所述曲线路径的直线部分导引所述质子束的一个或更多个导引磁体。

所述刚性支撑结构件可以构造为壳体，所述壳体至少将所述束线偏转器的所述第一端部、所述中间部分和所述第二端部的表面积的大部分包围。

所述刚性支撑结构件可以构造为骨架结构，所述骨架结构包封不足所述束线偏转器的所述第一端部、所述中间部分和所述第二端部的表面积的大部分，以提供对所述束线偏转器的一个或更多个组件的方便访问。

所述刚性支撑结构件可以包括多个刚性部件，所述多个刚性部件中的每一个刚性部件均联接至与之相邻的至少一个刚性部件，以形成所述刚性支撑结构件。

所述束线偏转器的两个或更多个组件可以都分别与至少一个所述刚性部件联接。

所述刚性支撑结构件可以设置有能够延伸到所述超导束线偏转器下方的支撑表面的一个或更多个附加支撑部件。

束线偏转器可以是超导束线偏转器。

所述束线偏转器可以包括偏转部件，所述偏转部件构造为：所述质子束在所述偏转部件的入口点和出口点处的偏转量小于1mm。

所述入口点和所述出口点中的每一者均可以限定了具有预定斜度的拐点，并且当所述机架轮旋转时，所述刚性支撑结构件可以支撑所述偏转部件，使得所述预定斜度始终在小于或等于0.3mm/m的范围内。

还可以通过提供一种用于质子治疗系统的质子束递送系统来实现本发明一般性构思的示例性实施例，该质子束递送系统包括：质子束喷嘴，其用于将质子束发射到患者的目标区域；以及束线偏转器，其具有多个偏转部件，均具有由刚性结构保持的不同线性斜度的所述偏转部件用于限定曲线路径，以利用所述束线偏转器的预定功率设置经由所述曲线路径将具有预定能量水平的质子束传送到所述质子束喷嘴。

所述偏转部件可以构造为：所述质子束在所述偏转部件的入口点和出口点处的偏转量小于1mm。

所述刚性结构件可以包含碳纤维、碳纳米管、石墨烯、复合材料、上述材料的任何组合、和/或具有是30E6N/m2的至少三倍的弹性模量的其他材料。

在所述束线偏转器的端部近侧可以设置有接收来自所述质子束发生器的所述质子束的后支承件，以支撑所述束线偏转器的重量的至少一部分。

还可以通过提供一种在质子治疗系统中递送质子束的方法来实现本发明一般性构思的示例性实施例，该方法包括：转动机架轮，所述机架轮构造为围绕所述机架轮的转动轴线旋转支撑在所述机架轮的周面近侧的质子束喷嘴，使得质子束喷嘴定位成将质子束发射到所述机架轮的与患者的目标区域对应的等中心点；由束线偏转器利用所述束线偏转器的预定功率设置来沿着从所述转动轴线到所述质子束喷嘴的曲线路径传送所述质子束，以沿着所述曲线路径引导具有预定能量水平的所述质子束，所述束线偏转器由刚性支撑结构件支撑，使得当所述机架轮围绕所述等中心点旋转到多个位置时，所述质子束喷嘴将所述质子束从各个位置引导到所述等中心点；利用相同的预定功率设置经由所述束线偏转器将具有所述预定能量水平的所述质子束发射到所述患者的所述目标区域。

本发明一般性构思的其他特征和实施例将在下面的说明书中部分地阐述，并且部分地将从说明书中变得显而易见，或者可通过实践本发明总构思而获知。

附图说明

下面的示例性实施例表示设计成用以实施本发明一般性构思的目标的示例性技术和结构，但是本发明一般性构思不限于这些示例性实施例。在附图和图示中，为清晰起见，线、实体和区域的尺寸和相对尺寸、形状、数量和质量可能被夸大。参考附图，通过阅读示例性实施例的以下详细描述，将会更容易理解和领会各种各样的其他实施例，在附图中：

图1示出了现有技术的粒子疗法系统的示例性实施例，该粒子疗法系统被设计成接收粒子束线并将粒子束线重新引导到患者；

图2示出了根据本发明一般性构思的示例性实施例的超导束线偏转器；

图3至图6示出了本发明一般性构思的示例性实施例中的在机架系统的四个不同转动位置处的偏转量值的测试结果；

图7至图10示出了本发明一般性构思的示例性实施例中的在机架系统的四个不同转动位置处的机架斜度值的测试结果；以及

图11示出了根据本发明一般性构思的示例性实施例的质子束递送系统。

具体实施方式

现在参考本发明一般性构思的示例性实施例，在附图和说明书中对这些实施例的实例进行了说明。为了通过参考附图来解释本发明的总构思，本文描述了示例性实施例。

以下的详细描述用来帮助读者获得对本文所述的结构和制造技术的全面理解。因此，本领域普通技术人员能够想到本文所述的结构和制造技术的各种改变、修改和等同形式。然而，所述的制造操作的进度仅仅是示例性的，操作顺序类型并不限于本文所列举的操作顺序，并且可以进行本领域中已知的改变，除了必须以一定的顺序进行的操作之外。另外，为了清楚和简明起见，可以省略众所周知的功能和构造的描述。

要注意的是，为了易于说明，在本文中可以采用空间相关的术语，例如“向上”、“向下”、“右”、“左”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等，以便如图所示那样描述一个元件或特征与其他元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相关的术语旨在涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果图中的装置翻转或转动，那么描述为处于其他元件或特征“下方”或“下部”的元件将取向为处于该其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的取向。装置可以以其他方式取向(转动90度或者处于其他取向)，并且本文所用的空间相关描述术语将做相应的解释。

根据本发明一般性构思的各种实例，一种质子疗法系统设置有超导束线。这种更轻的束线允许各种示例性实施例包括更小和/或更轻的机架，和/或允许在机架转动期间减少束线的偏转。超导束线偏转器可以设置有壳体，以在机架转动期间保持超导束线偏转器的各种组件相对于彼此的位置。通过这种用于超导束线偏转器的刚性支撑结构件，可以避免通常与常规质子疗法系统中的机架转动相关联的束导引，并因此通过在整个机架的转动中保持相同的束线偏转设置可以消除诸如热量增加、涡流等各种这样的相应问题。

超导束线所提供的一个优点是显著减少了束线的重量。由于具有更容易转动超导束线的较轻组件和减小系统各点处的重力应力的能力，因此本发明一般性构思的各种示例性实施例在与束线联接的机架的旋转期间能够通过降低束线的总偏转来利用这种低重量。通常，在常规质子疗法系统中，利用导引磁体来在机架围绕患者旋转至不同点时校正束路径中的偏差。通过超导束线，根据本发明一般性构思的各种示例性实施例的质子疗法系统可以设计成具有刚性机架，该刚性机架具有允许在全程转动时导引束的单组束传送设置。换言之，由于超导束线的刚度和/或降低的重量，可以使用相同的束线设置来将束线递送至位于机架的360度转动中的任意点处的给定目标区域。

为了导引粒子束线通过机架系统，在各种组件和弯曲磁体的若干入口点和出口点处偏转束线。为确定在机架系统的不同设置和/或不同位置处的偏转量和允许偏差，可以在束传送模拟(例如，TURTLE)中使用计算出的偏转量。在测试过程中，可以确定的是，根据本发明一般性构思的实施例的机架可以偏转所提供数字的16倍(16x)，而不影响束点尺寸。当在本发明一般性构思的实际构造实施例中(不是在模拟中)测试偏转量和束传送这两者时，可以增加这样的余量。

图2示出了根据本发明一般性构思的示例性实施例的包括束线偏转器200的质子递送系统，束线偏转器200可以为超导束线偏转器，并限定了从转动轴线99到出口268的一点的曲线路径，以将质子束传送到质子束喷嘴。超导束线偏转器200的第一端部210被支撑在后支承件215处，以限定曲线路径的弯曲部分，并且第一端部210包括弯曲磁体，以使入射的质子束相对于质子束到达的入口线99弯曲。第二端部230被支持在机架轮299(以举例的方式而非限制的方式用虚线示出)的从机架轮的前表面延伸的周面299c的近侧(例如，与周面299c相邻)，第二端部230包括一个或多个弯曲磁体，以将质子束弯曲到与超导束线偏转器200的转动轴线99垂直的径向线99p，使得质子束朝向机架轮的与患者的目标区域对应的等中心点999。中间部分220沿着曲线路径的直线部分在第一端部210与第二端部230之间导引束线。

在图2所示的示例性实施例中，中间部分220包括三个导引磁体222、224、226。然而，应当注意的是，本发明一般性构思的各个示例性实施例可以包括比图2所示的弯曲磁体和/或转向磁体的个数更多或更少的弯曲磁体和/或转向磁体，以及可以包括各种不同的取向和/或连接。第一端部210、中间部分220和第二端部230共用同一壳体205，壳体205对支撑在其内部的组件提供刚性支撑，使得能够在机架轮的360度转动的所有点处保持超导束线偏转器200的形状和曲线路径。为便于理解，图2的壳体205被示出为连续的外壳，该外壳围绕第一端部210、中间部分220和第二端部230所有的组件，但是可以理解的是，本发明一般性构思的各种示例性实施例可以提供任意数量的壳体构造。例如，各种示例性实施例可以包括以下壳体205：壳体205带有通过公知的各种联接方法联接在一起的两个以上部分，壳体205可以具有基本上连续的表面，壳体205可以具有骨架表面，以提供对容纳在壳体中的组件的方便访问等。壳体205的各种示例性实施例的共同特点是用于在机架转动期间保持超导束线偏转器200的形状的刚性结构件。刚度从承载束线偏转器200的重量的载荷路径的设计中获得。此外，刚度来源于所选择的材料的杨氏模量。当下的钢材因其成本、可加工性、强度和杨氏模量的组合优点而被使用，但是碳纤维、碳纳米管和石墨烯都是提供更大刚度的选项，因为这些材料的杨氏模量是钢材的杨氏模量的3至4倍。

在开发包括超导束线偏转器200的机架期间，要注意的是，将束线支撑在后支承件215和前壁处可能会导致束线偏转器200中的“鞍形形状”。在可以实现的偏转斜度确定期间，示例性理论机架束线斜度被建议为0.1mm/m。后支承件215与机架轮之间的机架桁架然后优化地偏转，以实现目标值。

在机架制造期间，这些设计数字被提供给测试者，以评估偏转结果是否符合测试要求。可以确定的是，偏转安全系数超过16。因此，可以确定的是，根据本发明一般性构思的该示例性实施例的机架应足以将转动束线保持为足够稳定，以实现整个360度转动的单束传送设置。换言之，壳体205的刚度提供了结构支撑，该结构支撑足够稳定地将机架转动到360度的可转动的任意点，而无需在使用相同质子束能量的同时调节提供给弯曲磁体和/或导引磁体的功率。

图3至图6示出了本发明一般性构思的示例性实施例中的在机架系统的四个不同转动位置处的偏转量值的测试结果。在本发明一般性构思的该示例性实施例的有限元(FEA)模拟过程中，该模拟每次使用重力作为机架系统的超导束线偏转器上的唯一载荷条件。在0度(12点钟方向)下模拟机架载荷，其结果在图3中示出，在-45度(10:30方向)下模拟机架载荷，其结果在图4中示出，在-90度(9点钟方向)下模拟机架载荷，其结果在图5中示出，以及在180度(6点钟方向)下模拟机架载荷，其结果在图6中示出。每个模型尺寸将等中心点控制为具有可以忽略不计的偏移。

在图2所示的各磁体的入口和出口处探测偏转量。如图2所示，探测点包括：设置在第一端部210中的弯曲磁体的入口250和出口252；设置在中间部分220中的导引磁体222、224、226的各个入口254、258、262和出口256、260、264；以及设置在第二端部230中的弯曲磁体的入口266和出口268。仿真的目的是分析束线偏转量的FEA模拟结果，并且预期的结果是表现出亚毫米级的偏转。模拟中的假设包括：屈服应力为36ksi，低应力区的材料属性为标准A36SW，并且整个主要结构部件的屈服应力为更高级别的60-80ksi。该模拟包括SolidWorks模拟和Alpha机架模型。

图3示出了当机架定位成超导束线偏转器200位于0度处时得到的束线偏转量，并示出了在图2所示的十个磁体入口和出口中的每一个处的dx'、dy'、dz'和合成偏转量值。在图3中示出：在0度位置处，全部所评估的磁体入口点和出口点的机架偏转量远小于1mm。约为0.4mm的最大合成机架偏转量出现在设置于第二端部230或超导束线偏转器200中的弯曲磁体的入口266处，入口266为束线中的最后一个磁体的入口点。分别在图4至图6中类似地示出了在超导束线偏转器200定位在-45度、-90度和180度处时得到的机架偏转量值。

图7至图10示出了本发明一般性构思的示例性实施例中的在机架系统的四个不同转动位置处的机架斜度值的测试结果。图7示出了当机架定位成超导束线偏转器200位于0度处时的机架斜度，并示出了在图2所示的十个磁体入口和出口中的每一个处的dx/dL值、dy/dL值、dz/dL值和dres/dL值。如图7所示，最大所得斜度为超导束线偏转器200的中间部分220的第一导引磁体222的出口点256处的0.3mm/m。分别在图8至图10中类似地示出了在超导束线偏转器200定位在-45度、-90度和180度处时得到的机架斜度值。这种始终在小于或等于0.3mm/m的范围内的斜度值不会出现在常规机架系统中，因为在常规机架系统中，非常大和非常重的组件转动时会造成大的应力和组件的松垂，并且曲线路径的拐点的斜度变化超过0.3mm/m。

从这些模拟中可以推断出，机架偏转量由以下三个不同的线性斜度构成：从后支承件到中间部分的斜度，从中间部分到机架轮的斜度，从机架轮到等中心点的斜度。在弯曲磁体和导引磁体的入口点和出口点处的所有偏转量值均小于1mm，并且斜度始终在拐点之间。结果表明，如果是板载的，则这些拐点对于束导引而言可能是最佳的。另外，可以确定的是，通过在超导束线检测器的一个或更多个部分与支撑表面之间设置额外的支撑件，可以进一步降低机架的偏转量。

图11示出了根据本发明一般性构思的示例性实施例的用于在质子疗法系统中使用的质子束递送系统。如图11所示，质子递送系统400包括一个或更多个弯曲磁体420a、420b(或消色差弯曲件)和中间部分450，以利用质子递送系统400的预定功率设置经由曲线路径将质子束490从质子源480重新引导到患者的目标区域430。中间部分450限定了曲线路径的直线部分，而弯曲磁体420a、420b限定了曲线路径的弯曲部分。中间部分450可以包括经由直线部分引导质子束的一个或多个导引磁体。刚性壳体410设置为支撑弯曲磁体420a、420b和中间部分450，以便随着质子束递送系统的机架转动经过360度以下的转动而保持所容纳组件的相同结构位置。弯曲磁体420a、420b和中间部分450的一个或更多个导引磁体与电源440连接，以向弯曲磁体420a、420b和一个或更多个导引磁体提供功率设置。控制器460(也称为功率变更单元)可以设置为改变施加在弯曲磁体和导引磁体上的功率设置。动力变换单元460也可以与质子源480连接，以改变质子源480所产生的质子束490的能量水平。尽管未在图11中示出，但也可以在支撑表面与质子递送系统之间设置额外的支撑件，以在机架旋转期间辅助保持组件相对于彼此的结构位置。例如，可以设置可延伸部件，以提供支撑表面与超导束线偏转器之间的额外支撑。根据各种示例性实施例，可延伸部件可以一端连接到超导束线偏转器并以各种不同的构造(例如，可伸缩支撑部件、枢转部件、滑动部件等等)延伸到支撑表面。根据本发明一般性构思的各种示例性实施例，可以向超导束线偏转器提供两个或更多个这样的支撑部件。

本发明一般性构思的各种示例性实施例提供了一种具有允许在全程转动时导引束的单组束传送设置的超导束线偏转器和机架。超导束线偏转器可以设置有壳体，以在机架转动期间保持超导束线偏转器的各种组件相对于彼此的位置。

许多变型例、修改例和额外实施例是可能的，并且因此，所有这样的变型例、修改例和实施例应视为在本发明一般性构思的精神和范围内。例如，除非存在清楚的相反指示，否则不管本申请的任何部分的内容，都不要求在本文的任何权利要求或者要求优先权的任何申请中包含任何特别描述或图示的动作或元件、这些动作的任何特定的顺序或者这些元件任何特定的相互关系。此外，任何动作可以重复，任何动作可以由多个实体执行，和/或任何元件可以是可复制的。

应注意的是，包括在本申请中的简化图解和附图没有示出各个部件的全部各种连接和组件，然而，基于本文提供的图示部件、图和说明，利用合理的工程判断，本领域技术人员将理解如何实现这些连接和组件。许多变型、修改和额外实施例是可能的，并且因此，所有这样的变型、修改和实施例应视为在本发明一般性构思的精神和范围内。

虽然已经通过多个示例性实施例的描述来说明了本发明一般性构思，并且同时已经详细描述了示例性实施例，但是本申请人的目的并不是将本发明的构思限制或以任何方式限定为这样的描述和图示。相反，本文的说明书、附图和权利要求应视为本质上是示例性的，而不是限制性的，并且在理解了上述说明和附图后，额外的实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。其他修改将容易为本领域技术人员所熟知。因此，在不脱离申请人的总发明构思的精神或范围的情况下，可以对这些细节进行变更。

Claims (15)

1.一种用于质子治疗系统的质子束递送系统，包括：

质子束喷嘴，其用于将具有预定能量水平的质子束发射到患者的目标区域；

机架轮，其将所述质子束喷嘴支撑在所述机架轮的周面近侧，所述机架轮构造为围绕所述机架轮的转动轴线旋转所述质子束喷嘴，使得所述质子束喷嘴将所述质子束发射到所述机架轮的与所述目标区域对应的等中心点；

束线偏转器，其构造为由所述机架轮驱动旋转，以利用所述束线偏转器的预定功率设置沿着所述束线偏转器的曲线路径将所述质子束从所述转动轴线传送至所述质子束喷嘴；以及

共用壳体刚性支撑结构件，其支撑并围绕所述束线偏转器，使得当所述机架轮围绕所述等中心点旋转至多个位置时，在每个位置处所述共用壳体刚性支撑结构件保持所述束线偏转器的所述曲线路径，使得在每个位置处所述质子束喷嘴利用相同的预定功率设置和能量水平将具有所述预定能量水平的所述质子束引导到所述等中心点，

其中，所述束线偏转器包括偏转部件，所述偏转部件构造为：所述质子束在所述偏转部件的入口点和出口点处的偏转量小于1mm，

其中，所述偏转部件在所述束线偏转器的所述曲线路径中串联连接，使得所述曲线路径在所述机架轮旋转的所有点处都被保持，并且

其中，所述入口点和所述出口点中的每一者均限定了具有预定斜度的拐点，并且当所述机架轮旋转时，所述共用壳体刚性支撑结构件支撑并围绕所述偏转部件，使得所述预定斜度始终在小于或等于0.3mm/m的范围内。

2.根据权利要求1所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器包括用于沿着所述曲线路径的弯曲部分传送所述质子束的两个或更多个弯曲磁体。

3.根据权利要求2所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器包括用于沿着所述曲线路径的直线部分传送所述质子束的一个或更多个导引磁体。

4.根据权利要求1所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器包括第一端部，所述第一端部设置有用于弯曲所述质子束的第一弯曲磁体；并且

所述束线偏转器还包括后支承件，所述束线偏转器的所述第一端部与所述后支承件联接，并且所述质子束从质子束源通过所述后支承件被递送到所述束线偏转器。

5.根据权利要求4所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器还包括第二端部，所述第二端部与所述质子束喷嘴联接并设置有用于弯曲所述质子束的第二弯曲磁体，所述第二端部与所述机架轮联接。

6.根据权利要求5所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器还包括中间部分，所述中间部分的两端分别与所述第一端部和所述第二端部联接，所述中间部分包括用于沿着所述曲线路径的直线部分导引所述质子束的一个或更多个导引磁体。

7.根据权利要求6所述的质子束递送系统，其中，所述共用壳体刚性支撑结构件构造为壳体，所述壳体至少将所述束线偏转器的所述第一端部、所述中间部分和所述第二端部的表面积的大部分包围。

8.根据权利要求6所述的质子束递送系统，其中，所述共用壳体刚性支撑结构件构造为骨架结构，所述骨架结构包封不足所述束线偏转器的所述第一端部、所述中间部分和所述第二端部的表面积的大部分，以提供对所述束线偏转器的一个或更多个组件的方便访问。

9.根据权利要求1所述的质子束递送系统，其中，所述共用壳体刚性支撑结构件包括多个刚性部件，所述多个刚性部件中的每一个刚性部件均联接至与之相邻的至少一个刚性部件，以形成所述共用壳体刚性支撑结构件。

10.根据权利要求9所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器的两个或更多个组件都分别与至少一个所述刚性部件联接。

11.根据权利要求9所述的质子束递送系统，其中，所述共用壳体刚性支撑结构件设置有能够延伸到所述束线偏转器下方的支撑表面的一个或更多个附加支撑部件。

12.根据权利要求1所述的质子束递送系统，其中，所述束线偏转器是超导束线偏转器。

13.一种用于质子治疗系统的质子束递送系统，包括：

质子束喷嘴，其用于将质子束发射到患者的目标区域；

束线偏转器，其具有用于沿着所述束线偏转器的曲线路径偏转所述质子束的多个偏转部件，所述偏转部件均具有不同的线性斜度，以利用所述束线偏转器的预定功率设置经由所述曲线路径将具有预定能量水平的质子束从质子束发生器传送到所述质子束喷嘴；以及

共用壳体刚性结构件，其与所述束线偏转器连接，以保持所述曲线路径的所述不同的线性斜度，

其中，所述偏转部件构造为：所述质子束在所述偏转部件的入口点和出口点处的偏转量小于1mm，并且

其中，所述入口点和所述出口点中的每一者均限定了具有预定斜度的拐点，并且当所述束线偏转器旋转时，所述共用壳体刚性结构件支撑并围绕所述偏转部件，使得所述预定斜度始终在小于或等于0.3mm/m的范围内。

14.根据权利要求13所述的质子束递送系统，其中，所述共用壳体刚性结构件包含碳纤维、碳纳米管、石墨烯、复合材料、上述材料的任何组合、和/或具有是30E6N/m²的至少三倍的弹性模量的其他材料。

15.根据权利要求13所述的质子束递送系统，其中，在所述束线偏转器的端部近侧设置有接收来自所述质子束发生器的所述质子束的后支承件，以支撑所述束线偏转器的重量的至少一部分。