CN106110522A - 利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及装置 - Google Patents

利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及装置，该方法包括如下步骤：首先，通过聚焦元件(1)将发散的质子束流(10)进行汇聚；其次，将汇聚后的质子束流(10)通过可调电压的旋转扫描磁铁(3)散开、使其围绕质子中心周期性旋转，形成一个大范围不同半径的均匀束流(11)；然后，将该均匀束流(11)通过肿瘤前段设置的准直器(9)进行调整，将肿瘤区域外的质子束流卡掉，得到一个与肿瘤形状一致的均匀束斑(12)。采用本发明的质子治疗方法和装置，可以得到大照射视野、均匀度高的束斑，该束斑与病人肿瘤区域一致，且在肿瘤上的剂量可方便调节，从而最大程度上保护病人的正常组织；该方法大大降低了控制的难度，且对肿瘤的位置移动不敏感。

Description

利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及 装置
技术领域
本发明属于医疗技术领域，具体涉及一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及装置。
背景技术
质子治疗主要利用加速器产生一定能量的质子束，通过各电磁元件将束流传输到靶区，轰击肿瘤细胞，达到治疗的效果。由于质子在物质中的能量损失呈现出尖锐的Bragg峰，因此可以在杀死癌变细胞的同时最大程度的保护正常组织，这使得质子治疗成为目前国际上最先进的恶性肿瘤治疗手段之一。
传统的质子治疗装置使用的治疗头有两种基本方式：散射和扫描。其中，散射方式是利用质子穿过散射板时受到多次小角度弹性库伦散射，达到横向束流扩展的目的，该装置的缺点是难以获得大照射野及高均匀度的质子束流，且结构复杂，造成旋转机架过于笨重；扫描的方式是在治疗头安装一对扫描磁铁，通过控制扫描磁铁的磁场变化来得到剂量均匀的照射野，该装置的缺点是对肿瘤本身位移敏感，控制难度大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，可得到大照射野的均匀束流，照射视野内质子剂量分布可调；降低了束斑的控制难度，不会对正常的组织造成破坏；装置简单，控制方便。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，包括如下步骤：首先，通过聚焦元件将发散的质子束流进行汇聚；其次，将汇聚后的质子束流通过可调电压的旋转扫描磁铁散开、使其围绕质子中心周期性旋转，形成一个大范围的半径可调的均匀束流；然后，将均匀束流通过肿瘤前段的准直器进行调整，将肿瘤区域外的质子束流卡掉；最后，得到一个与肿瘤形状一致的均匀束斑。
进一步，通过聚焦元件汇聚后的质子束流，在进入可调电压的旋转扫描磁铁之前，通过第一质子束流诊断装置对其截面和流强进行测量。
进一步，通过可调电压的旋转扫描磁铁扫描后的质子束流，再依次通过能量调制器和量程位移器分别对质子束流能量展宽和范围进行调整后，进入准直器。
进一步，通过能量调制器和量程位移器调整后的质子束流，再分别通过多叶光栅和患者补偿器调整目标靶上束斑形状、将肿瘤区域外的质子束流卡掉、并根据患者肿瘤的深度和形状调整束流能量后，进入准直器。
进一步，在量程位移器与多叶光栅之间还设有用于对质子束流截面和流强进行测量的第二质子束流诊断装置。
本发明还提供一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的装置，包括用于将发散的质子束流进行汇聚的聚焦元件，用于将汇聚后的质子束流散开、使其围绕质子中心周期性旋转、形成一个大范围的均匀束流的可调电压的旋转扫描磁铁，用于可调电压的将旋转扫描磁铁处理后的均匀束流进行调整、将肿瘤区域外的质子束流卡掉的准直器。
进一步，所述聚焦元件与旋转扫描磁铁之间设有用于对汇聚后的质子束流进行截面和流强测量的第一质子束流诊断装置。
进一步，所述可调电压的旋转扫描磁铁与准直器之间依次设有用于对质子束流的能量展宽的能量调制器、用于对质子束流能量范围进行调整的量程位移器、用于对调整后的质子束流截面和流强进行测量的第二质子束流诊断装置、用于调整目标靶上束斑形状、将肿瘤区域外的质子束流卡掉的多叶光栅、用于根据患者肿瘤的深度和形状调整束流能量的患者补偿器。
本发明的有益技术效果在于：
本发明的治疗方法，利用可调电压的旋转扫描磁铁产生的垂直于质子束的周期变化磁场，该磁场大小不变，方向周期性变化，质子束流经过该磁场后，将围绕束流中心周期性旋转，形成一个大范围高均匀度的束斑，该均匀束斑通过病患前面的准直器后，最终得到一个和病人肿瘤区域一致的均匀束斑，从而保护病人的正常组织；该方法大大降低了控制的难度，且对肿瘤位置的移动不敏感；当加载在磁铁上的电压发生变化时，质子束流偏转半径r也会发生变化，从而在磁铁后形成尺寸不同的均匀束流，这些均匀束流的叠加，可在肿瘤区域得到所需的剂量分布，由此，均匀束斑内的剂量分布可调；本发明提供的治疗装置，结构简单，控制方便。
附图说明
图1是本发明质子治疗肿瘤装置的结构示意图；
图2是本发明旋转扫描磁铁与准直器的配合使用的原理图；
图3是本发明旋转扫描磁铁的工作原理图。
图中：
1-聚焦元件 2-第一质子束流诊断装置 3-可调电压的旋转扫描磁铁 4-能量调制器 5-量程位移器 6-第二质子束流诊断装置 7-多叶光栅 8-患者补偿器 9-准直器 10-质子束流 11-均匀束流 12-均匀束斑
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1、2所示，是本发明提出利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的装置，该装置依次包括聚焦元件1、第一质子束流诊断装置2、可调电压的旋转扫描磁铁3、能量调制器4、量程位移器5、第二质子束流诊断装置6、多叶光栅7、患者补偿器8、准直器9，上述各部件均通过束流管道相连通。其中，第一质子束流诊断装置2和第二质子束流诊断装置6采用电离室。
本发明通过质子回旋加速器传输到治疗头部发散的质子束流10，经聚焦元件1汇聚后，通过质子束流诊断装置2对其截面和流强进行测量诊断，测量诊断后的质子束流输送给可调电压的旋转扫描磁铁3，可调电压的旋转扫描磁铁3将会产生垂直于质子束流的周期变化的磁场，质子束在该旋转扫描磁铁的作用下，将会围绕束流中心周期性旋转，同时通过调节加载在该磁铁上额电压强度的时间比，可有效调节肿瘤区域质子的剂量分布。展开的均匀束流11通过能量调制器4和量程位移器5进行能量展宽和调制；再通过第二质子束流诊断装置6诊断其截面和流强；然后通过患者补偿器8，根据患者肿瘤的深度和形状调整质子束流能量，防止肿瘤后部正常组织受损；最后通过多叶光栅7和准直器9的结合，可以将病灶边缘的质子束流卡掉，得到与病灶形状一致的均匀束斑12，用以轰击肿瘤进行治疗。
可调电压的旋转扫描磁铁3由一个三相电源供电，当改变三相电源的电压时，可调电压的旋转扫描磁铁的磁场将发生改变，通过该磁铁的质子受力会产生相应的变化，从而改变质子束流的偏移半径，通过控制旋转磁铁电压的时间结构，可控制质子束流在不同半径上的扫描时间，进一步控制质子束流在不同区域内的剂量，由此，可在肿瘤区域得到所需的剂量分布。
如图3所示，该磁铁利用垂直于质子束流的、方向周期性变化的磁场，使通过该磁铁的束流受到方向周期性变化的作用力，在该力的作用下，束流将围绕磁铁中心以半径r进行周期性旋转；当加载在磁铁上的电压发生变化时，束流偏转半径r也会发生变化，从而在磁铁后形成尺寸不同的均匀束斑，这些束斑的叠加，将可在肿瘤区域得到所需的剂量分布。图中：横坐标r/mm为质子束流的旋转半径；纵坐标Beam profile为质子束流的旋转轮廓。
本发明还提供一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，包括如下步骤：
1)通过聚焦元件1将发散的质子束流10汇聚起来，然后将汇聚后的质子束流10通过第一质子束流诊断装置2对其进行截面和流强进行测量；
2)将通过测量后的质子束流10，进入可调电压的旋转扫描磁铁3，可调电压的旋转扫描磁铁3利用其产生的大小不变，方向周期性变化的二极磁场来驱动质子束流在靶上旋转，得到大范围高均匀度的均匀束流11；
3)获得的均匀束流11通过能量调制器4和量程位移器5分别对其能量展宽和调制；
4)然后再通过第二质子束流诊断装置6对调制后均匀束流的截面和流强测量；
5)通过多叶光栅7，调整目标靶上束斑形状，将肿瘤区域外的质子束流卡掉；
6)通过患者补偿器8，根据患者肿瘤的深度和形状调整束流能量，防止肿瘤后部正常组织受损；
7)准直器9与多叶光栅7配合，得到与病灶形状一致的均匀束斑12。
本发明利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法及装置并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，包括如下步骤：首先，通过聚焦元件(1)将发散的质子束流(10)进行汇聚；其次，将汇聚后的质子束流(10)通过可调电压的旋转扫描磁铁(3)散开、使其围绕质子中心周期性旋转，形成一个大范围的半径可调的均匀束流(11)；然后，将均匀束流(11)通过肿瘤前段设置的准直器(9)进行调整，将肿瘤区域外的质子束流卡掉；最后，得到一个与肿瘤形状一致的均匀束斑(12)。
2.如权利要求1所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，其特征是：通过聚焦元件(1)汇聚后的质子束流(10)，在进入旋转扫描磁铁(3)之前，通过第一质子束流诊断装置(2)对其进行截面和流强进行测量。
3.如权利要求2所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，其特征是：通过可调电压的旋转扫描磁铁(3)扫描后的质子束流(10)，再依次通过能量调制器(4)和量程位移器(5)分别对质子束流能量展宽和范围进行调整后，进入准直器(9)。
4.如权利要求3所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，其特征是：通过能量调制器(4)和量程位移器(5)调整后的质子束流(10)，再分别通过多叶光栅(7)和患者补偿器(8)调整目标靶上束斑形状、将肿瘤区域外的质子束流卡掉、并根据患者肿瘤的深度和形状调整束流能量后，进入准直器(9)。
5.如权利要求4所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的方法，其特征是：在量程位移器(5)与多叶光栅(7)之间还设有用于对质子束流截面和流强进行测量的第二质子束流诊断装置(6)。
6.一种利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的装置，其特征是：该装置包括用于将发散的质子束流(10)进行汇聚的聚焦元件(1)，用于将汇聚后的质子束流(10)散开、使其围绕质子中心周期性旋转、形成一个大范围不同半径的均匀束流(11)的可调电压的旋转扫描磁铁(3)，用于扫描处理后的均匀束流(11)进行调整、并将肿瘤区域外的质子束流卡掉的准直器(9)。
7.如权利要求6所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的装置，其特征是：所述聚焦元件(1)与可调电压的旋转扫描磁铁(3)之间设有用于对汇聚后的质子束流进行截面和流强测量的第一质子束流诊断装置(2)。
8.如权利要求7所述的利用可变电压的旋转扫描磁铁扩散质子束治疗肿瘤的装置，其特征是：所述可调电压的旋转扫描磁铁(3)与准直器(9)之间依次设有用于对质子束流的能量展宽的能量调制器(4)、用于对质子束流的能量范围进行调整的量程位移器(5)、用于对调整后的质子束流截面和流强进行测量的第二质子束流诊断装置(6)、用于调整目标靶上束斑形状、将肿瘤区域外的质子束流卡掉的多叶光栅(7)、用于根据患者肿瘤的深度和形状调整束流能量的患者补偿器(8)。
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