CN105879246B - 医用加速器高强度射束治疗装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用加速器高强度射束治疗装置及治疗方法，属于医疗器械领域，包括加速管(6)，加速管(6)底部设置靶(1)，对应靶(1)在下方设置准直器(2)，准直器(2)下方设置电离室(4)，电离室(4)下方设置与照射头相对应的钨门(5)，加速管(6)的输入端链接电子枪(14)，电子枪(14)连接电子枪电源(15)，功率源(22)通过微波传输系统(13)连接加速管(6)的波导窗(16)。本发明结构简单合理，能够缩短患者治疗时间，提高治疗效率，能有效提高肿瘤的局部控制率，减少正常组织的并发症，改善了患者疗后的生存质量。

Description

医用加速器高强度射束治疗装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种医用加速器高强度射束治疗装置及控制方法，属于医疗器械领域。

背景技术

恶性肿瘤是人类的第一大杀手，目前肿瘤治疗方式主要有放疗、化疗和手术治疗三种主要方式，而放射治疗是目前肿瘤治疗中最常用的方法之一。

常规的放射治疗是要求对野内剂量分布进行均整，即是需要将加速管电子打靶产生的X射线穿过均整器从而得到临床上所需要的剂量分布均匀的射线束，同时国标对均整度也有一定的标准要求。这种治疗模式的优点是射野内剂量分布均匀，有利于治疗过程中的剂量计算及控制，缺点是经过均整块均整后，会损失大部分的剂量，均整后的剂量率会比均整前降低很多，其产生的直接后果是造成治疗时间过长。治疗时间是评估放射外科技术的一个重要临床因数.因为治疗时间过长,增加患者身体负担，同时会对正常的组织细胞造成损坏，产生二次致癌的可能性。近年来随着精确放疗的发展，精确放疗追求高剂量少分次模式，在提高靶区照射剂量的同时，有效降低靶区外剂量已经成为当今需要迫切解决的难题。

随着加速器技术的发展，取消均整过滤器的研究逐年增多，通过技术的研究，可以发现医用FFF模式(取消均整过滤器)对加速器整机的辐射性能有较好的影响。近年来国外厂家Varian、Accury等公司都发展了类似FFF模式(取消均整过滤器)的商业化加速器产品，Varian公司的TrueBeam产品有X射线提供FFF模式,即6MV FFF模式，其6MV FFF深度剂量分布特性类似于4MV FF模式，Accury公司的Tomotherapy和Cyberknife产品的6MV FFF模式深度剂量分布特性同样类似于4MV FF模式X射线，这是TrueBeam，Tomotherapy和Cyberknife不足之处，本公司所研究的高强度射束治疗模式不仅具有FFF模式的高剂量率而且有与均整模式相似的射束深度剂量特性，有效解决了以上FFF模式的不足，并且比以上产品有更高的剂量率。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构简单合理，能够缩短患者治疗时间，提高治疗效率，能有效提高肿瘤的局部控制率，减少正常组织的并发症，改善患者疗后的生存质量的医用加速器高强度射束治疗装置及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的医用加速器高强度射束治疗装置，包括加速管，加速管底部设置靶，对应靶在下方设置准直器，准直器下方设置电离室，电离室下方设置与照射头相对应的钨门，加速管的输入端连接电子枪，电子枪连接电子枪电源，功率源通过微波传输系统连接加速管的波导窗。

在医用加速器的X射线治疗模式下，去除了安装于加速器治疗头内部的均整过滤器，加速管的入口微波功率和电子枪的输入参数均可控可调，并通过提高系统的微波功率或调整加速管电子枪的注入参数，或通过提高系统的微波功率和调整加速管电子枪的注入参数两种方式组合，使最终医用加速器所产生的X射线射束的深度剂量特性与常规加速器有均整器均整后的常规射束的深度剂量特性基本一致。同时由于微波功率和电子枪注入参数的变化，使得X射线输出剂量率较单独去掉均整器而不改变系统微波功率和电子枪的注入参数条件下有更大幅度地提高，能够有效服务于临床肿瘤患者放疗。

进一步的优选，靶采用单一材质的钨靶或金靶，使用方便。

进一步的优选，加速管直立安装于加速器治疗头内，靶安装在加速管的末端。电子线加速到加速管末端直接打靶产生X射线。

进一步的优选，加速管卧式安装于机架内，加速管末端连接偏转磁铁，偏转磁铁底部安装靶。电子束加速到加速管末端经过临床需要的角度进行磁偏转后打靶产生X射线，该角度不限于0°至360°任意范围。

进一步的优选，功率源采用磁控管或速调管。

进一步的优选，电子枪采用三极栅控电子枪。

进一步的优选，靶固定安装在加速管末端或靶通过移动部件安装在加速管的末端；

进一步的优选，移动部件包括安装座，安装座上设置轨道，轨道内设置靶托，靶托连接设置在安装座上的驱动装置，安装座上设置位置检测装置，靶固定在靶托上。

一种采用医用加速器高强度射束治疗装置的控制方法包括：

1)功率源通过微波传输系统向加速管内注入微波功率，形成驻波电场；

2)电子枪向加速管内发射电子；

3)电子束在驻波电场中加速，加速到一定能量后，依次通过靶、准直器、电离室和钨门输出，形成高强度射束，高强度射束的形成通过单独提高微波功率或单独调整电子枪的注入参数，或提高微波功率和调整电子枪的注入参数两种组合的方式实现。

本发明所具有的有益效果是：

本发明所述的医用加速器高强度射束治疗装置及控制方法能够大幅度的提高射束的剂量率，同时能得到与常规均整射束一样的深度剂量特性，该技术能够应用于精确放疗，进一步缩短患者治疗时间，提高治疗效率，从而达到能有效提高肿瘤的局部控制率，减少正常组织的并发症，改善患者疗后的生存质量的目的，结构简单，具有较强的实用性。

附图说明

图1是现有技术结构示意图

图2是本发明的结构示意图；

图3是直立安装加速管结构示意图；

图4是卧式安装加速管结构示意图；

图5是固定靶结构示意图；

图6是移动靶结构示意图；

图7为移动部件的结构示意图；

图8为高强度模式加速器系统组成框图；

图9为加速器治疗头均整转盘系统示意图

图中，1、靶；2、准直器；3、均整过滤器；4、电离室；5、钨门；6、加速管；7、偏转磁铁；8、安装座；9、轨道；10、驱动装置；11、位置检测装置；12、靶托；13、微波传输系统；14、电子枪；15、电子枪电源；16、波导窗；17、移动部件；18、固定盘；19、档位检测及固定组件；20、转动盘；21、驱动组件；22、功率源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，现有技术为加速管6底部设置靶1，对应靶1在下方设置准直器2，准直器2下方对应均整过滤器3，均整过滤器3下方设置电离室4，电离室4下方设置与照射头相对应的钨门5，

如图2-图8所示，本发明所述的医用加速器高强度射束治疗装置，包括加速管6，加速管6底部设置靶1，对应靶1在下方设置准直器2，准直器2下方设置电离室4，电离室4下方设置与照射头相对应的钨门5，加速管6的输入端连接电子枪14，电子枪14连接电子枪电源15，功率源22通过微波传输系统13连接加速管6的波导窗16。

所述的靶1采用单一材质的钨靶或金靶。所述的功率源22采用磁控管或速调管，电子枪14采用三极栅控电子枪。

如图3-图4所示，所述的加速管6直立安装于加速器治疗头内，靶1安装在加速管6的末端，电子线加速到加速管末端直接打靶产生X射线；加速管6卧式安装于机架内，加速管6末端连接偏转磁铁7，偏转磁铁7底部安装靶1，电子束加速到加速管末端经过临床需要的角度进行磁偏转后打靶产生X射线，该角度不限于0°至360°任意范围。

如图5-图7所示，所述的靶1固定安装在加速管6末端或靶1通过移动部件17安装在加速管6的末端；移动部件17包括安装座8，安装座8上设置轨道9，轨道9内设置靶托12，靶托12连接设置在安装座8上的驱动装置10，安装座8上设置位置检测装置11，靶1固定在靶托12上。

所述的医用加速器高强度射束治疗装置的控制方法包括：

1)功率源22通过微波传输系统13向加速管6内注入微波功率，形成驻波电场；

2)电子枪14向加速管6内发射电子；

3)电子束在驻波电场中加速，加速到一定能量后(通常达到4MV-25MV)，依次通过靶1、准直器2、电离室4和钨门5输出，形成高强度射束。高强度射束的形成通过单独提高微波功率或单独调整电子枪14的注入参数，或提高微波功率和调整电子枪14的注入参数两种组合的方式实现。

本发明的具体实施例：

医用电子加速器，加速管6中的电子枪14发射电子，在驻波加速腔链中加速，加速到一定能量后打靶产生X线。常规治疗模式下，射线经均整过滤器均整后做各种技术的放射治疗，常规加速器此时经均整后的剂量率一般在400cGy/min.m左右。当需要高强度治疗模式时，移走均整过滤器3，此时打靶产生的X射线未经均整直接引出，剂量率大约是经均整后剂量率的2.5倍左右，但此时6MV未经均整射线的深度剂量偏低，与4MV常规均整射束的深度剂量特性相似，因此要达到与均整后6MVX射束相似的深度剂量，需提高射线的能量。此时可以通过提高磁控管的输出微波功率，调整加速管6的电子枪14的输入参数，使加速管出口输出射线能量在7MV左右，同时剂量率较调整前又有了较大幅度的提高，可达1600cGy/min.m以上，并且此时未均整射束的深度剂量与均整后6MV X射束的深度剂量一致甚至更高。

本发明所述的加速器具备均整转盘运动系统，可提供两个或多个工位和治疗模式选择，均整过滤器可根据治疗模式的需求进行位置移动或切换；具体参见图9，包括固定盘18、档位检测及固定组件19、转动盘20和驱动组件21；该机构也可以不采取转盘机构，也可以采取直线位移等可以进行位置转换的任意结构；

本发明所述的高强度治疗模式可适用于单光子低能加速器的单一能量(例如单一6MV)或者中高能双光子加速器的任意能量档位(例如6MV、10MV、15MV等)。高强度射束治疗模式是自然剂量分布,离轴剂量跌落较快，野外剂量较小，该治疗模式通过配套专门的TPS治疗计划系统，可用于实现3D-CRT(三维适形放射治疗)、SRS(立体定向放射外科手术)、SBRT(体部立体定向放射治疗)、IMRT(调强放射治疗)、VMAT(容积调强放射治疗)等。

本发明能够大幅度的提高射束的剂量率，同时能得到与常规均整射束一样的深度剂量特性，该技术能够应用于精确放疗，进一步缩短患者治疗时间，提高治疗效率，从而达到能有效提高肿瘤的局部控制率，减少正常组织的并发症，改善患者疗后的生存质量的目的，结构简单，具有较强的实用性。

本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种医用加速器高强度射束治疗装置，包括加速管(6)，其特征在于：加速管(6)底部设置靶(1)，靶(1)通过移动部件(17)安装在加速管(6)的末端，对应靶(1)在下方设置准直器(2)，准直器(2)下方设置电离室(4)，电离室(4)下方设置与照射头相对应的钨门(5)，加速管(6)的输入端连接电子枪(14)，电子枪(14)连接电子枪电源(15)，功率源(22)通过微波传输系统(13)连接加速管(6)的波导窗(16)；

所述的移动部件(17)包括安装座(8)，安装座(8)上设置轨道(9)，轨道(9)内设置靶托(12)，靶托(12)连接设置在安装座(8)上的驱动装置(10)，安装座(8)上设置位置检测装置(11)，靶(1)固定在靶托(12)上。

2.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的靶(1)采用单一材质的钨靶或金靶。

3.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的加速管(6)直立安装于加速器治疗头内，靶(1)安装在加速管(6)的末端。

4.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的加速管(6)卧式安装于机架内，加速管(6)末端连接偏转磁铁(7)，偏转磁铁(7)底部安装靶(1)。

5.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的功率源(22)采用磁控管或速调管。

6.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的电子枪(14)采用三极栅控电子枪。

7.根据权利要求1所述的医用加速器高强度射束治疗装置，其特征在于：所述的靶(1)固定安装在加速管(6)末端。

8.一种如权利要求1所述医用加速器高强度射束治疗装置的控制方法，其特征在于方法包括：

1)功率源(22)通过微波传输系统(13)向加速管(6)内注入微波功率，形成驻波电场；

2)电子枪(14)向加速管(6)内发射电子；

3)电子束在驻波电场中加速，加速到一定能量后，依次通过靶(1)、准直器(2)、电离室(4)和钨门(5)输出，形成高强度射束。

9.根据权利要求8所述的医用加速器高强度射束治疗装置的控制方法，其特征在于：所述的高强度射束的形成通过单独提高微波功率或单独调整电子枪(14)的注入参数，或提高微波功率和调整电子枪(14)的注入参数两种组合的方式实现。