CN106267584B - 一种双盘旋转式紧凑型降能器及其使用方法 - Google Patents

一种双盘旋转式紧凑型降能器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双盘旋转式紧凑型降能器及其使用方法。所述降能器包括：一对紧凑型双盘螺旋式旋转机构，双盘采用等直径、等中心结构方式，紧凑型对称安装，每个盘上安装一组不同厚度的物体块，依据能量细分要求，每组数量可为10‑20个，两组物体块数量可相同，也可不同。两组物体块紧贴，采用两套独立电机旋转和支撑机构，通过独立旋转两个盘式机构，可实现100‑400种不同厚度物理块的组合。本发明利用双盘排列组合方式，显著的降低了物体块的个数，并提高了能量的细分精度，物体块个数减少，旋转机构和支撑机构也相应变小，使得整个降能器尺寸更小，为今后开发更紧凑的质子或重离子癌症治疗装置提供小型化解决方案。

Description

一种双盘旋转式紧凑型降能器及其使用方法
技术领域
本发明属于粒子加速器技术和粒子治疗领域，具体涉及一种用于改变从加速器引出的粒子束的能量的装置。
背景技术
在粒子加速器领域，尤其是用于质子和重离子治疗的加速器技术领域，为了降低设备造价成本，多数采用紧凑型固定能量加速器作为粒子源，为了改变从加速器引出的粒子束的能量，实现粒子束在人体内病灶的不同照射深度，通常利用降能器装置来实现。如图5所示，一套质子治疗系统包括1回旋加速器，2降能器，3束流线，4旋转机架治疗头等四个部分组成。粒子束改变能量通常采用物体块阻挡方式，目前一种常用的降能器技术方案是基于一种旋转机构装置，如图6所示，在旋转装置上安装有150多个不同厚度的物体块，来实现对粒子束的能量改变，物体块个数根据所需要的能量细分来决定。
由于物体块数量多，要求每个物体块要比穿过它的粒子束直径稍大，整个旋转机构要求有一个较大的旋转盘来安放物体块，每个物体块大小受到空间限制，对束流包络大小也有较高要求，并且对物体块结构要求较高。对于不同能量，需要对应不同厚度物体块，因此，对于物体块的位置机械定位要求也比较高，整个装置比较庞大。
发明内容
本发明的目的在于提供一个可连续改变加速器引出粒子束能量的，结构更为紧凑的、小型的降能器装置。利用双盘旋转式紧凑型结构，有效的减少物体块的数量，使得每个物体块相对束流包络来说尺寸更大，更容易加工和安装。不同物体块的位置定位也更为可靠。
本发明涉及一种为固定能量粒子加速器引出粒子束提供能量连续变化的装置，可用于质子和重离子治疗时，提供不同能量的粒子束。为了实现这个目的，需将降能器安放在加速器引出口后的束流输运线中，本发明装置包括：一对紧凑型双盘螺旋式旋转机构，双盘采用等直径、等中心结构方式，紧凑型对称安装，每个盘上安放一组不同厚度的物体块，通常采用石墨等低Z值材料，依据能量细分要求，每组数量可为10-20个，两组物体块数量可相同，也可不同。两组物体块紧贴，采用两套独立电机旋转和支撑机构，通过独立旋转两个盘式机构，可实现100-400种不同厚度物理块的组合，在显著降低物体块个数的同时，极大的提高了能量细分精度，在装置上安放有相应的位置测量和定位装置(未图示)。
本发明提供了一种紧凑型、小型化的降能器装置。利用双盘排列组合方式，显著的降低了物体块的个数，并提高了能量的细分精度，物体块个数减少，旋转机构和支撑机构也相应变小，使得整个降能器尺寸更小，为今后开发更紧凑的质子或重离子癌症治疗装置提供小型化解决方案。
附图说明
图1是一种用于改变加速器引出粒子束能量的双盘旋转式紧凑型降能器结构示意图。
图2是两组不同厚度物体块示意图。
图3是粒子束穿过最薄组合物体块的示意图。
图4是粒子束穿过最厚组合物体块的示意图。
图5为现有技术中质子治疗系统的结构示意图。
图6为现有技术中降能器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明所提供的一种用于改变加速器引出粒子束能量的双盘旋转式紧凑型降能器，包括：第一旋转电机1，第一旋转支撑盘2，第一组物体块3，第二旋转电机4，第二旋转支撑盘5，第二组物体块6，降能器支撑装置7组成。所述第一组物体块安装在第一旋转支撑盘上，第一旋转电机连接并驱动第一旋转支撑盘的转动；所述第二组物体块安装在第二旋转支撑盘上，第二旋转电机连接并驱动第二旋转支撑盘的转动。所述第一、二旋转支撑盘均安装在降能器支撑装置上。
工作时，在初始状态，如图1所示，两组电机位于初始状态，束流穿过路径位于降能器无物体块位置，粒子束没有能量损失，进入工作状态，根据粒子束降能需要，第一旋转电机启动，将所需厚度物体块运动至束流经过位置，停止后，第二旋转电机启动，将所需厚度物体块移动至束流经过位置，利用两组物体块实现对粒子束的能量细分。在连续降能过程中，利用两组旋转盘组合方式，第一旋转电机到达位置后，停止，第二旋转电机连续运动一周，实现一个量程变化，然后第一旋转电机转动一个物体块，停止，第二旋转电机再连续旋转一周，实现下一个量程变化，依次运动，实现粒子束的连续降能过程。两组电机也可以采用同时运动的方式，使得不同厚度物体块能够更快到达指定位置。降能器支撑装置用于保持降能器在旋转过程中的稳定支撑。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种双盘旋转式紧凑型降能器，其特征在于：
所述降能器包括：一对紧凑型双盘螺旋式旋转机构，双盘采用等直径、等中心结构方式，紧凑型对称安装，每个盘上安装一组不同厚度的物体块；
所述一对紧凑型双盘螺旋式旋转机构包括如下结构：第一旋转电机，第一旋转支撑盘，第一组物体块，第二旋转电机，第二旋转支撑盘，第二组物体块，降能器支撑装置；
所述第一组物体块安装在第一旋转支撑盘上，第一旋转电机连接并驱动第一旋转支撑盘的转动；所述第二组物体块安装在第二旋转支撑盘上，第二旋转电机连接并驱动第二旋转支撑盘的转动。
2.如权利要求1所述的双盘旋转式紧凑型降能器，其特征在于：
所述物体块的材料为石墨。
3.如权利要求1所述的双盘旋转式紧凑型降能器，其特征在于：
所述降能器进一步包括位置测量和定位装置。
4.如权利要求1所述的双盘旋转式紧凑型降能器，其特征在于：
所述物体块的数量为10-20个。
5.如权利要求1所述的双盘旋转式紧凑型降能器，其特征在于：
所述第一、二旋转支撑盘均安装在降能器支撑装置上。
6.一种根据权利要求5所述的双盘旋转式紧凑型降能器的使用方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
(1)两组电机位于初始状态，束流穿过路径位于降能器无物体块位置，粒子束没有能量损失，进入工作状态；
(2)根据粒子束降能需要，第一旋转电机启动，将所需厚度物体块运动至束流经过位置，停止后，第二旋转电机启动，将所需厚度物体块移动至束流经过位置，利用两组物体块实现对粒子束的能量细分；
(3)在连续降能过程中，利用两组旋转盘组合方式，第一旋转电机到达位置后，停止，第二旋转电机连续运动一周，实现一个量程变化，然后第一旋转电机转动一个物体块，停止，第二旋转电机再连续旋转一周，实现下一个量程变化，依次运动，实现粒子束的连续降能过程。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述第一、二旋转电机可同时运动。
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