CN106304606A - 一种双直排插入式降能器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双直排插入式降能器及其使用方法。所述降能器包括：一对双直排插入式运动机构，其紧贴对称安装，每个运动机构具有一个台阶式厚度变化的物体块，所述台阶位于对称两侧。确保两个物体块之间气隙小，并在插入运动中保持不变，依据能量细分要求，每组台阶数量可为10‑20个，两个物体块紧贴，两套独立直线推进装置和支撑机构，通过各自独立运动，可实现100‑400种不同厚度组合。本发明利用两个不同台阶厚度的物体块排列组合方式实现了粒子束能量的改变，在降低运动定位精度的同时，提高了能量的细分精度，确保了降能器能量变化的控制可靠性。

Description

一种双直排插入式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4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，目前常用的降能器技术方案有两种，一种基于旋转机构装置，利用多个物体块围绕旋转机构排列，实现降能功能，一种基于插入式机构装置，利用两个厚度变化的锲形物体块组合实现降能功能。其中一种插入式机构装置采用两个或多个对称的锲形块结构，利用对称插入的重合度不同，实现不同物体块的厚度变化，以改变粒子束的能量。

锲形结构的优点在于物体块厚度连续可变，缺点在于对位置精度要求过高，并且在初始降能阶段，即两个锲形块顶点相对重合位置附近，中心束流穿过的厚度要小于周围束流穿过的厚度，即中心束流和两侧束流在能量上会产生较大的差异。两个锲形块由于厚度原因，在运动过程中两个锲形块中间会有较大的气隙间隔，粒子束穿过两个有气隙的锲形块时，束流包络会明显的增大。并且锲形块的夹角和运动步进精度对能量变化的间隔影响很大。如保证气隙较小，则需要对锲形块增加运动方向，使得气隙能够保持不变。这就增加了运动控制部件。

发明内容

本发明的目的在于提供一个更为可靠，简单的改变加速器引出粒子束能量的装置。利用双直排插入式降能器结构，两个不同厚度变化的物体块来实现对粒子束能量的改变。以提高不同厚度物体块的定位精度和可靠性。

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，本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：一对双直排插入式运动机构，紧贴对称安装，每个运动机构上安放一个台阶式厚度变化的物体块，通常采用石墨材料，台阶位于对称两侧，确保两个物体块之间气隙小，并在插入运动中保持不变，依据能量细分要求，每组台阶数量可为10-20个，两个物体块紧贴，两套独立直线推进装置和支撑机构(未图示)，通过各自独立运动，可实现100-400种不同厚度组合，每组物体块可为单一物体加工而成，也可由多个物体块组合而成。在装置上安放有相应的位置测量和定位装置(未图示)。

本发明提供了一种双直排插入式降能器装置。利用两个不同台阶厚度的物体块排列组合方式实现了粒子束能量的改变，在降低运动定位精度的同时，提高了能量的细分精度，确保了降能器能量变化的控制可靠性。

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直排插入式降能器结构示意图。

图2是粒子束穿过最薄组合物体块的示意图。

图3是粒子束穿过最厚组合物体块的示意图。

图4为现有技术中质子治疗系统的结构示意图。

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直排插入式降能器，包括：第一插入电机1，第一插入推进机构2，第一物体块3，第二插入电机4，第二插入推进机构5，第二物体块6；第一插入电机通过第一插入推进机构连接并驱动第一物体块，第二插入电机通过第二插入推进机构连接并驱动第二物体块；上述两个物体块紧贴对称安装，每个物体块具有台阶式变化的厚度，所述台阶位于对称两侧，确保两个物体块之间气隙小，并在插入运动中保持不变，依据能量细分要求，每组台阶数量可为10-20个。

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，第一插入电机启动，将所需厚度物体块运动至束流经过位置，停止后，第二插入电机启动，将所需厚度物体块移动至束流经过位置，利用两个物体块不同台阶厚度实现对粒子束的能量细分。在连续降能过程中，利用两个物体块组合方式，第一插入电机到达位置后，停止，第二插入电机采用直线运动，从最小厚度台阶一直运动到最大厚度台阶，实现一个量程变化，然后第一插入电机转动一个物体块，停止，第二插入电机撤回后再连续插入，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。整个降能器只有单一X方向插入运动。

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 (9)

1.一种双直排插入式降能器，其特征在于：

所述降能器包括：一对双直排插入式运动机构，其紧贴对称安装，每个运动机构具有一个台阶式厚度变化的物体块，所述台阶位于对称两侧。

2.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述物体块的材料为石墨。

3.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述物体块为单一物体加工而成，或由多个物体块组合而成。

4.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述降能器进一步包括位置测量和定位装置。

5.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述台阶数量为10-20个。

6.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述降能器进一步包括支撑机构，以安装并支撑所述一对双直排插入式运动机构。

7.如权利要求1所述的双直排插入式降能器，其特征在于：

所述双直排插入式运动机构包括如下结构：第一插入电机，第一插入推进机构，第一物体块，第二插入电机，第二插入推进机构，第二物体块；第一插入电机通过第一插入推进机构连接并驱动第一物体块，第二插入电机通过第二插入推进机构连接并驱动第二物体块。

8.一种根据权利要求7所述的双直排插入式降能器的使用方法，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，第一插入电机启动，将所需厚度物体块运动至束流经过位置，停止后，第二插入电机启动，将所需厚度物体块移动至束流经过位置，利用两个物体块不同台阶厚度实现对粒子束的能量细分；

(3)在连续降能过程中，利用两个物体块组合方式，第一插入电机到达位置后，停止，第二插入电机采用直线运动，从最小厚度台阶一直运动到最大厚度台阶，实现一个量程变化，然后第一插入电机转动一个物体块，停止，第二插入电机撤回后再连续插入，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。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

整个降能器只有单一方向的插入运动。