CN107320859A - 45°医用回旋加速器输运线元件 - Google Patents

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宋云涛
郑金星
韩曼芬
曾宪虎
沈俊松
江峰
张午权
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Abstract

本发明提供了45°医用回旋加速器输运线元件，用于将回旋加速器产生的质子束流输送到各个治疗室，其包括回旋加速器引出段、能量选择段(A段)、旋转机架段(D段)、与旋转机架段相连的耦合匹配段(C段)、固定治疗室段(E段)、与固定治疗室段相连的周期段(B段)。本发明提供的45°医用回旋加速器输运线元件在回旋加速器输出固定能量的质子重离子时，输运线可实现在较小的空间范围内获得可变能量的质子束流，按需求分别转入不同的支束线进入旋转机架和固定治疗室，并能根据上层控制命令启动或停止束流。

Description

45°医用回旋加速器输运线元件
技术领域
本发明专利涉及一种质子重离子医疗装置，具体为回旋加速器输运线各部件的布局，其中二极铁的偏转角度均为45°。其主要应用在医疗及工业等领域。
背景技术
癌症是严重威胁人类生命的疾病。在诸多放射治疗中，质子重离子具有更好的剂量分布和生物学效应，使得质子重离子治疗成为近些年来较为先进优越的癌症治疗方法。
在实施质子重离子束治疗时，输运线的主要任务是将从回旋加速器引出的固定能量质子重离子束流，变成治疗所需要的质量参数并安全高效送到旋转机架及固定治疗室，这些质量参数包括束流截面、束流强度、发散度和能散度等。因此在设计输运线时通常将其分成若干个不同的段，每段都有特定的功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种45°医用回旋加速器输运线元件，用于将回旋加速器产生的质子束流输送到各个治疗室，其包括回旋加速器引出段、能量选择段(A段)、旋转机架段(D段)、与旋转机架段相连的耦合匹配段(C段)、固定治疗室段(E段)、与固定治疗室段相连的周期段(B段)；
所述的回旋加速器引出段用于匹配加速器引出的固定能量束流到降能器的中心，同时形成一个束腰，使降能器处于最佳工作状态；
所述能量选择段(A段)用于控制束流的发散度和能量选择，能量选择段输出的束流直接进入耦合匹配段(C段)和周期段(B段)；
所述耦合匹配段用于偏转束流和消除偏转产生的色散，然后将束流匹配进入旋转机架段(D段)；
所述旋转机架段(D段)用于从不同方向照射肿瘤以减少肿瘤周围正常组织的伤害，可以旋转360度；
所述周期段(B段)用于将能选段输出束流参数完整的传输到下一个周期段，以这种串接方式，将束流相继送向其他治疗室；
所述固定治疗室段(E段)用于偏转束流，先偏转再通过三合一聚焦磁铁和一个偏转磁铁，进入固定治疗头。
较佳地，所述回旋加速器引出段包括依次连接的束流阻断器STA1、四个四极磁铁(QMA1、QMA2、QMA3及QMA4)，所述束流阻断器安装在回旋加速器的引出口处，用于束流的调试和运行安全。
较佳地，所述能量选择段包括依次连接的降能器DE、准直器(KMA1和KMA2)、第一个四极磁铁QMA5、第二个四极磁铁QMA6、第一个Y向校正磁铁SMA1Y、第三个四极磁铁QMA7、第一个X向校正磁铁SMA1X、第一个二极铁DMA1、第四个四极磁铁QMA8、第五个四极磁铁QMA9、选择狭缝LSA1、第六个四极磁铁QMA10、第七个四极磁铁QMA11、第二个二极铁DMA2、第八个四极磁铁QMA12、第九个四极磁铁QMA13、束流阻断器STA3、第十个四极磁铁QMA14、第二个Y向校正磁铁SMA2Y、第二个X向校正磁铁SMA2X；
所述的准直器(KMA1和KMA2)用于控制束流发散度，当束流位置偏离中心时，位置偏离信号经控制器处理后，自动控制第一个Y向校正磁铁SMA1Y及第一个X向校正磁铁SMA1X，使束流位置自动稳定在中心点，从第一个X向校正磁铁SMA1X出来的束流通过第一个二极铁DMA1后偏转45°进入第四个四极磁铁QMA8，通过调节LSA1的狭缝宽度来调节束流能散度大小。
较佳地，所述耦合匹配段用于消除色差匹配，包括依次连接的第一个二极铁DMC1、三合一四极聚焦磁铁(QMC1、QMC2、QMC3)、第二个二极铁DMC2、第一个四极磁铁QMC4、第二个四极磁铁QMC5、Y向校正磁铁SMC1Y、X向校正磁铁SMC1X以及束流阻断器STC1，用于安全调试以及校正质子束流轨迹。
较佳地，所述的旋转机架段可旋转360°，用于将质子束流传输到等中心点，从耦合匹配段引出的束流依次经过第一个Y校正磁铁SMD1Y、第一个四极聚焦磁铁QMD1、第二个四极聚焦磁铁QMD2后进入第一块60°二极铁DMD1，再依次经过第三个四极聚焦磁铁QMD3、第四个四极聚焦磁铁QMD4、第二个Y方向的校正磁铁SMD2Y及第一个X方向的校正磁铁SMD2X、第一个四极磁铁QMD5、第二个四极磁铁QMD6后进入第二块60°二极铁DMD2，完成束流在垂直方向的平移，此后束流依次通过第三个四极磁铁QMD7、第三个Y向校正磁铁SMD3Y后进入最后一块90°二极铁DMD3，垂直向下到达治疗靶区。
较佳地，所述的周期段由第一个四极磁铁QMB1、第二个四极磁铁QMB2、第三个四极磁铁QMB3、Y向校正磁铁SMB1Y及X向校正磁铁SMB1X、束流阻断器STB1、第四个四极磁铁QMB4、第五个四极磁铁QMB5顺序连接组成。
较佳地，所述的固定治疗室段前部分包括两个二极铁DMB1、DME1，所述两二级铁之间设有三合一四极聚焦磁铁(QME1、QME2、QME3)及位置检测器PME1，用于消除色散；后部分由四极磁铁(QME4、QME5、QME6、QME7)顺序连接将束流导入固定治疗室。
较佳地，各二极铁的偏转角度均为45°。
较佳地，当所述第一个二极铁DMC1通电流时，质子束流偏转到旋转机架支束线；当电流断开时，束流按直线方向直接进入周期段。
较佳地，各部件通过真空管道连接，同时在各个二极铁处均设有真空抽气口。
本发明具有以下有益效果：
当回旋加速器输出固定能量的质子重离子时，输运线可实现在较小的空间范围内获得可变能量的质子束流，按需求分别转入不同的支束线进入旋转机架和固定治疗室，并能根据上层控制命令启动或停止束流。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的45°医用回旋加速器输运线元件示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了本发明提供了一种45°医用回旋加速器输运线元件，用于将回旋加速器产生的质子束流输送到各个治疗室，其包括回旋加速器引出段、能量选择段(A段)、旋转机架段(D段)、与旋转机架段相连的耦合匹配段(C段)、固定治疗室段(E段)、与固定治疗室段相连的周期段(B段)；
所述的回旋加速器引出段用于匹配加速器引出的固定能量束流到降能器的中心，同时形成一个束腰，使降能器处于最佳工作状态；
所述能量选择段(A段)用于控制束流的发散度和能量选择，能量选择段输出的束流直接进入耦合匹配段(C段)和周期段(B段)；
所述耦合匹配段用于偏转束流和消除偏转产生的色散，然后将束流匹配进入旋转机架段(D段)；
所述旋转机架段(D段)用于从不同方向照射肿瘤以减少肿瘤周围正常组织的伤害，可以旋转360度；
所述周期段(B段)用于将能选段输出束流参数完整的传输到下一个周期段，以这种串接方式，将束流相继送向其他治疗室；
所述固定治疗室段(E段)用于偏转束流，先偏转再通过三合一聚焦磁铁和一个偏转磁铁，进入固定治疗头。
本实施例中，所述回旋加速器引出段包括依次连接的束流阻断器STA1、四个四极磁铁(QMA1、QMA2、QMA3及QMA4)，所述束流阻断器安装在回旋加速器的引出口处，用于束流的调试和运行安全。
其中所述能量选择段包括依次连接的降能器DE、准直器(KMA1和KMA2)、第一个四极磁铁QMA5、第二个四极磁铁QMA6、第一个Y向校正磁铁SMA1Y、第三个四极磁铁QMA7、第一个X向校正磁铁SMA1X、第一个二极铁DMA1、第四个四极磁铁QMA8、第五个四极磁铁QMA9、选择狭缝LSA1、第六个四极磁铁QMA10、第七个四极磁铁QMA11、第二个二极铁DMA2、第八个四极磁铁QMA12、第九个四极磁铁QMA13、束流阻断器STA3、第十个四极磁铁QMA14、第二个Y向校正磁铁SMA2Y、第二个X向校正磁铁SMA2X；
所述的准直器(KMA1和KMA2)用于控制束流发散度，当束流位置偏离中心时，位置偏离信号经控制器处理后，自动控制第一个Y向校正磁铁SMA1Y及第一个X向校正磁铁SMA1X，使束流位置自动稳定在中心点，从第一个X向校正磁铁SMA1X出来的束流通过第一个二极铁DMA1后偏转45°进入第四个四极磁铁QMA8，通过调节LSA1的狭缝宽度来调节束流能散度大小。
本实施例中所述耦合匹配段用于消除色差匹配，包括依次连接的第一个二极铁DMC1、三合一四极聚焦磁铁(QMC1、QMC2、QMC3)、第二个二极铁DMC2、第一个四极磁铁QMC4、第二个四极磁铁QMC5、Y向校正磁铁SMC1Y、X向校正磁铁SMC1X以及束流阻断器STC1，用于安全调试以及校正质子束流轨迹。
其中所述的旋转机架段可旋转360°，用于将质子束流传输到等中心点，从耦合匹配段引出的束流依次经过第一个Y校正磁铁SMD1Y、第一个四极聚焦磁铁QMD1、第二个四极聚焦磁铁QMD2后进入第一块60°二极铁DMD1，再依次经过第三个四极聚焦磁铁QMD3、第四个四极聚焦磁铁QMD4、第二个Y方向的校正磁铁SMD2Y及第一个X方向的校正磁铁SMD2X、第一个四极磁铁QMD5、第二个四极磁铁QMD6后进入第二块60°二极铁DMD2，完成束流在垂直方向的平移，此后束流依次通过第三个四极磁铁QMD7、第三个Y向校正磁铁SMD3Y后进入最后一块90°二极铁DMD3，垂直向下到达治疗靶区。
所述的周期段由第一个四极磁铁QMB1、第二个四极磁铁QMB2、第三个四极磁铁QMB3、Y向校正磁铁SMB1Y及X向校正磁铁SMB1X、束流阻断器STB1、第四个四极磁铁QMB4、第五个四极磁铁QMB5顺序连接组成。
其中所述的固定治疗室段前部分包括两个二极铁DMB1、DME1，所述两二级铁之间设有三合一四极聚焦磁铁(QME1、QME2、QME3)及位置检测器PME1，用于消除色散；后部分由四极磁铁(QME4、QME5、QME6、QME7)顺序连接将束流导入固定治疗室。
本实施例中所述的固定治疗室段前部分包括两个二极铁DMB1、DME1，所述两二级铁之间设有三合一四极聚焦磁铁(QME1、QME2、QME3)及位置检测器PME1，用于消除色散；后部分由四极磁铁(QME4、QME5、QME6、QME7)顺序连接将束流导入固定治疗室。
在本实施例中除旋转机架段外，所有的二极铁的偏转角度均为45°。当所述第一个二极铁DMC1通电流时，质子束流偏转到旋转机架支束线；当电流断开时，束流按直线方向直接进入周期段。
各部件通过真空管道连接，同时在各个二极铁处均设有真空抽气口VP。
本发明提供的45°医用回旋加速器输运线元件在回旋加速器输出固定能量的质子重离子时，输运线可实现在较小的空间范围内获得可变能量的质子束流，按需求分别转入不同的支束线进入旋转机架和固定治疗室，并能根据上层控制命令启动或停止束流。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.45°医用回旋加速器输运线元件，用于将回旋加速器产生的质子束流输送到各个治疗室，其特征在于，包括回旋加速器引出段、能量选择段(A段)、旋转机架段(D段)、与旋转机架段相连的耦合匹配段(C段)、固定治疗室段(E段)、与固定治疗室段相连的周期段(B段)；
所述的回旋加速器引出段用于匹配加速器引出的固定能量束流到降能器的中心，同时形成一个束腰，使降能器处于最佳工作状态；
所述能量选择段(A段)用于控制束流的发散度和能量选择，能量选择段输出的束流直接进入耦合匹配段(C段)和周期段(B段)；
所述耦合匹配段用于偏转束流和消除偏转产生的色散，然后将束流匹配进入旋转机架段(D段)；
所述旋转机架段(D段)用于从不同方向照射肿瘤以减少肿瘤周围正常组织的伤害，可以旋转360度；
所述周期段(B段)用于将能选段输出束流参数完整的传输到下一个周期段，以这种串接方式，将束流相继送向其他治疗室；
所述固定治疗室段(E段)用于偏转束流，先偏转再通过三合一聚焦磁铁和一个偏转磁铁，进入固定治疗头。
2.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述回旋加速器引出段包括依次连接的束流阻断器STA1、四个四极磁铁(QMA1、QMA2、QMA3及QMA4)，所述束流阻断器安装在回旋加速器的引出口处，用于束流的调试和运行安全。
3.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述能量选择段包括依次连接的降能器DE、准直器(KMA1和KMA2)、第一个四极磁铁QMA5、第二个四极磁铁QMA6、第一个Y向校正磁铁SMA1Y、第三个四极磁铁QMA7、第一个X向校正磁铁SMA1X、第一个二极铁DMA1、第四个四极磁铁QMA8、第五个四极磁铁QMA9、选择狭缝LSA1、第六个四极磁铁QMA10、第七个四极磁铁QMA11、第二个二极铁DMA2、第八个四极磁铁QMA12、第九个四极磁铁QMA13、束流阻断器STA3、第十个四极磁铁QMA14、第二个Y向校正磁铁SMA2Y、第二个X向校正磁铁SMA2X；
所述的准直器(KMA1和KMA2)用于控制束流发散度，当束流位置偏离中心时，位置偏离信号经控制器处理后，自动控制第一个Y向校正磁铁SMA1Y及第一个X向校正磁铁SMA1X，使束流位置自动稳定在中心点，从第一个X向校正磁铁SMA1X出来的束流通过第一个二极铁DMA1后偏转45°进入第四个四极磁铁QMA8，通过调节LSA1的狭缝宽度来调节束流能散度大小。
4.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述耦合匹配段用于消除色差匹配，包括依次连接的第一个二极铁DMC1、三合一四极聚焦磁铁(QMC1、QMC2、QMC3)、第二个二极铁DMC2、第一个四极磁铁QMC4、第二个四极磁铁QMC5、Y向校正磁铁SMC1Y、X向校正磁铁SMC1X以及束流阻断器STC1，用于安全调试以及校正质子束流轨迹。
5.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述的旋转机架段可旋转360°，用于将质子束流传输到等中心点，从耦合匹配段引出的束流依次经过第一个Y校正磁铁SMD1Y、第一个四极聚焦磁铁QMD1、第二个四极聚焦磁铁QMD2后进入第一块60°二极铁DMD1，再依次经过第三个四极聚焦磁铁QMD3、第四个四极聚焦磁铁QMD4、第二个Y方向的校正磁铁SMD2Y及第一个X方向的校正磁铁SMD2X、第一个四极磁铁QMD5、第二个四极磁铁QMD6后进入第二块60°二极铁DMD2，完成束流在垂直方向的平移，此后束流依次通过第三个四极磁铁QMD7、第三个Y向校正磁铁SMD3Y后进入最后一块90°二极铁DMD3，垂直向下到达治疗靶区。
6.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述的周期段由第一个四极磁铁QMB1、第二个四极磁铁QMB2、第三个四极磁铁QMB3、Y向校正磁铁SMB1Y及X向校正磁铁SMB1X、束流阻断器STB1、第四个四极磁铁QMB4、第五个四极磁铁QMB5顺序连接组成。
7.如权利要求1所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，所述的固定治疗室段前部分包括两个二极铁DMB1、DME1，所述两二级铁之间设有三合一四极聚焦磁铁(QME1、QME2、QME3)及位置检测器PME1，用于消除色散；后部分由四极磁铁(QME4、QME5、QME6、QME7)顺序连接将束流导入固定治疗室。
8.如权利要求1-4及6-7中任一项所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，各二极铁的偏转角度均为45°。
9.如权利要求4所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，当所述第一个二极铁DMC1通电流时，质子束流偏转到旋转机架支束线；当电流断开时，束流按直线方向直接进入周期段。
10.如权利要求1-10任一项所述的45°医用回旋加速器输运线元件，其特征在于，各部件通过真空管道连接，同时在各个二极铁处均设有真空抽气口。
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