CN106267585A - 一种用于粒子治疗的能量调制装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于粒子治疗的能量调制装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于粒子治疗的能量调制装置及其使用方法。所述装置包括：水平运动电机，水平运动支撑机构，调制器支撑机构，旋转电机，扇形能量调制器盘；其中，水平运动电机安装在水平运动支撑机构的一侧并能够驱动水平运动支撑机构进行水平运动；扇形能量调制器盘和旋转电机分别安装在调制器支撑机构的上下两侧，并且旋转电机能够驱动所述扇形能量调制器盘旋转。本发明利用一个径向和轴向均匀变化曲面的扇形物体块，实现了粒子束不同宽度的布拉格峰扩展，仅用一个装置取代了以往需要多个调制器的缺陷，不需要频繁更换不同厚度调制器，简化了治疗程序，缩短了治疗时间，降低了造价。

Description

一种用于粒子治疗的能量调制装置及其使用方法
技术领域
本发明属于粒子加速器、肿瘤治疗技术领域，具体涉及一种用于质子或重离子治疗的，可以扩展粒子束布拉格峰宽度的装置。
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，是利用质子和重离子特有的布拉格峰技术，来开展肿瘤治疗。目前，粒子治疗技术有散射束和扫描束两种主要的粒子束治疗方式，散射束的优势在于不需要快速扫描磁铁，结构简单，治疗速度快，粒子束能量分布均匀等优点。在散射束治疗方式中，需要用到降能器将粒子束进行能量改变，同时需要用到一种能量调制装置，该装置作用在于某一能量的粒子束，通过调制变成某一个能量段的粒子束，即把粒子束的布拉格峰扩展。以实现散射束对肿瘤的覆盖。
能量调制器主要有扇形转动式能量调制器结构，脊型能量调制结构，其主要原理都是利用不同厚度的物体块连续变化来阻挡粒子束，使得同一束团内的粒子束能量不同的方式，实现布拉格峰扩展。
扇形转动式能量调制器是一种常用的粒子布拉格峰扩展装置，为了满足不同患者对于粒子治疗的需求，通常需要多种不同厚度的扇形物体块来实现。这样对于不同的患者，有时需要更换不同的能量调制器，因此，需要准备多个能量调制装置，更换费时，更换时操作人员不断的暴露在残余射线剂量下。
发明内容
本发明的目的在于提供一个可变布拉格峰扩展宽度的扇形转动式能量调制装置，利用一个轴向和径向均匀变化物体块来实现，其中轴向变化的物体块提供在某个能量下的布拉格峰扩展，径向变化可实现布拉格峰扩展的宽度变化。利用一个装置解决了需要多个扇形能量调制器的缺陷。装置简单可靠，易于加工。
本发明涉及一种用于粒子治疗的能量调制装置，可用于质子和重离子治疗时，提供不同能量下的布拉格峰扩展。为了实现这个目的，需将能量调制器安放在治疗头接近患者的位置，本发明装置包括：五个径向和轴向双斜面的扇形物体块，通常采用有机玻璃或铍等低Z值材料。扇形块采用对称安装在支架上，也可采用一个完成的物体块整体加工而成，每个扇形块的结构尺寸相同。扇形结构由边缘向中心呈连续曲面分布。扇形块之间有空隙，粒子束可直接穿过。实现某一时刻对粒子束的无能量损失穿过。利用扇形块围绕中心旋转实现粒子束的布拉格峰扩展，通过水平移动能量调制装置，使得粒子束穿过不同半径处的扇形块，实现不同宽度的布拉格峰扩展。本发明不仅限于连续曲面，还可采用连续台阶变化的扇形物体块加工而成。
本发明提供了一种用于粒子治疗的能量调制装置。利用一个径向和轴向均匀变化曲面的扇形物体块，实现了粒子束不同宽度的布拉格峰扩展，仅用一个装置取代了以往需要多个调制器的缺陷，不需要频繁更换不同厚度调制器，简化了治疗程序，缩短了治疗时间，降低了造价。
附图说明
图1是本发明一种用于粒子治疗的能量调制装置的侧视图。
图2是本发明一种用于粒子治疗的能量调制装置及粒子束位置俯视图。
图3是采用连续台阶变化的能量调制装置示意图。
图4是扇形物体块径向曲面变化示意图。
图5是扇形物体块轴向曲面变化示意图。
图6是粒子束穿过较薄能量调制器示意图。
图7是粒子束穿过较厚能量调制器示意图。
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粒子治疗的能量调制装置，主要组成部件，主要有水平运动电机1，水平运动支撑机构2，调制器支撑机构3，旋转电机4，扇形能量调制器盘5。其中，水平运动电机1安装在水平运动支撑机构2的一侧并能够驱动水平运动支撑机构2进行水平运动；扇形能量调制器盘5和旋转电机4分别安装在调制器支撑机构3的上下两侧，并且旋转电机4能够驱动所述扇形能量调制器盘5旋转。图4是扇形能量调制器盘5的扇形物体块径向曲面变化示意图。图5是扇形能量调制器盘5的扇形物体块轴向曲面变化示意图。
工作时，在初始状态，如图2所示，束流穿过路径位于能量调制器侧方，粒子束没有能量损失，进入工作状态，根据粒子束布拉格峰扩展宽度需要，水平运动电机工作，将能量调制装置整体水平推进至指定位置，停止后，旋转电机连续转动，带动扇形能量调制器盘旋转运动，粒子束循环反复穿过不同厚度的物体块，实现布拉格峰扩展。水平运动整个能量调制装置位置，可实现不同宽度尺寸布拉格峰扩展能力，如图6、7所示。
扇形能量调制盘可如图1所示采用连续曲面方式，也可如图3所示采用连续台阶状变化方式。每个扇叶之间有一定空隙，确保布拉格峰扩展过程中的某个时间粒子束能量没有损失，调制盘利用对称结构实现装置转动稳定性。
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 (10)

1.一种用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
所述装置包括：水平运动电机，水平运动支撑机构，调制器支撑机构，旋转电机，扇形能量调制器盘；
其中，所述水平运动电机安装在水平运动支撑机构的一侧并能够驱动水平运动支撑机构进行水平运动；所述扇形能量调制器盘和旋转电机分别安装在调制器支撑机构的上下两侧，并且旋转电机能够驱动所述扇形能量调制器盘旋转。
2.如权利要求1所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
所述扇形能量调制器盘包括：五个径向和轴向双斜面的扇形物体块，所述扇形物体块采用对称安装在扇形能量调制器盘的支架上。
3.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
所述扇形物体块采用有机玻璃或铍制成。
4.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
所述五个扇形物体块采用一个完成的物体块整体加工而成。
5.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
每个扇形物体块的结构尺寸相同。
6.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
每个所述扇形物体块由边缘向中心呈连续曲面分布。
7.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
每个所述扇形物体块由边缘向中心呈连续台阶变化分布。
8.如权利要求2所述的用于粒子治疗的能量调制装置，其特征在于：
所述五个扇形物体块之间有空隙。
9.一种根据权利要求1-8任意一项所述装置的使用方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
(1)在初始状态，束流穿过路径位于所述能量调制装置的侧方，粒子束没有能量损失；
(2)进入工作状态后，根据粒子束布拉格峰扩展宽度需要，水平运动电机工作，将能量调制装置整体水平推进至指定位置并停止；
(3)旋转电机连续转动，带动扇形能量调制器盘旋转运动，粒子束循环反复穿过不同厚度的物体块，实现布拉格峰扩展。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述方法进一步包括如下步骤：
水平运动整个能量调制装置的位置，以实现不同宽度尺寸布拉格峰扩展。
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