CN108785874A - 一种紧凑型单室质子治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种紧凑型单室质子治疗系统，包括超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统、患者支撑系统和治疗厂房；超导回旋加速器系统产生固定能量、一定流强范围的质子束流，经降能器系统将质子能量在70‑200MeV范围内连续可调；束流输运系统将质子束流从降能器系统引导至扫描治疗头系统；扫描治疗头系统根据治疗计划实施扫描方案，调节质子束流的横向位置，实现束流的二维扫描。患者支撑系统对患者进行支撑、固定和定位，协同超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统实现三维适形、剂量调强的质子治疗。本发明创新性好，实用性强，结构紧凑，在保证治疗效果的同时，可降低质子治疗系统的建造场地和费用。

Description

一种紧凑型单室质子治疗系统

技术领域

本发明属于医用放射治疗领域，涉及到一种利用质子束流进行放射治疗的单室治疗系统及其实现方法，以实现三维适型调强放射治疗。

背景技术

质子治疗作为精准放疗的代表具有优越的剂量分布、突出的生物效应、相对短的治疗时间等特点。通过将质子加速到光速的40％-60％后，轰击肿瘤病灶，集中释放能量和剂量，形成“布拉格峰”，实现肿瘤病灶的剂量最大化和周围正常组织器官的剂量最小化，以达到治疗效果最大化。质子治疗的治疗范围广、治愈率和治疗后存活率高。

目前质子治疗系统主要依赖于国外进口，采购、运维成本高，而且占地面积大，建造成本高。申请号CN201480022491.8公开了一种机载于可转动龙门架上的具有能量选择的紧凑的质子治疗系统，其说明书附图记载了根据现有技术的适应提供用于多个治疗台的质子射束的质子放射系统的医疗设施的配置；以及配备有单室质子治疗系统的医疗设施的示例性配置。申请号CN201610616075.1公开了一种基于回旋加速器的质子治疗系统，包括质子回旋加速器及用于输送质子回旋加速器内质子的主质子束流输运系统，主质子束流输运系统通过开关磁铁将所需能量的质子分别传输给三条不同路径的治疗室，三条不同路径上的治疗室分别为旋转机架治疗室及设置在旋转机架治疗室两侧的水平束及垂直束双固定束治疗室和水平束及倾斜束双固定束治疗室。申请号CN201610617089.5公开了一种错位布置的双固定室双束照射的质子治疗系统，所述质子治疗系统包括顺序连接的如下装置：质子回旋加速器、质子束流输运系统、双固定束治疗室。上述公开技术在体积和占地面积及建造成本上仍存在优化的空间。

发明内容

为解决当前质子治疗系统占地面积大，建造成本高等问题，本发明提出一种紧凑型单室质子治疗系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于一种紧凑型单室质子治疗系统，包括超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统、患者支撑系统和治疗厂房；所述超导回旋加速器系统产生固定能量、一定流强范围的质子束流，经降能器系统将质子能量在70-200MeV范围内连续可调，以满足患者病灶不同深度的治疗需求；所述束流输运系统将质子束流从降能器系统引导至扫描治疗头系统，并对束流能量、剖面、发射度等参数进行调整；所述扫描治疗头系统根据治疗计划实施扫描方案，调节质子束流的横向位置，实现束流的二维扫描。所述患者支撑系统对患者进行支撑、固定和定位，可以进行多维度移动和旋转，协同超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统实现三维适形、剂量调强的质子治疗。所述治疗厂房为治疗设备和治疗区域提供场地和环境，并提供辐射屏蔽等功能。

所述超导回旋加速器系统包括超导回旋加速器和相位探针。超导回旋加速器产生流强可调的质子束流，并通过超导等时性磁场和射频加速电场的共同作用将质子加速到200MeV。相位探针位于超导回旋加速器的出束端口，测量并反馈质子束流与射频加速电场的相位关系，用于超导等时性磁场和射频加速电场的锁相控制，为超导回旋加速器系统稳定出束提供保障。

所述降能器系统包括第一聚焦磁铁、第二聚焦磁铁、第一XY导向磁铁、第一束测探针、第一束流关断器、降能器、第一准直器。第一聚焦磁铁和第二聚焦磁铁将束流聚焦在降能器的中心，第一束测探针测量质子束流的位置和剖面信息，反馈给第一XY导向磁铁调节束流横向位置，使质子束流稳定在中心位置。第一束流关断器根据调试和运行需要关断和打开质子束流。降能器采用若干对楔形石墨块结构，通过楔形石墨块相对位置的调节改变降能厚度，实现质子束流能量在70-200MeV范围内的连续调节，以满足患者病灶不同深度的治疗需求。降能器之后的第一准直器吸收降能后的杂散束流。

所述束流输运系统包括第二聚焦磁铁、第三聚焦磁铁、第四聚焦磁铁、第一准直狭缝、第二束测探针、第一偏转二极铁、第二偏转二极铁、第五聚焦磁铁、第二准直器、第六聚焦磁铁、第二XY导向磁铁、第七聚焦磁铁。质子束流经第二聚焦磁铁、第三聚焦磁铁、第四聚焦磁铁聚焦后，通过第一准直狭缝调节其发散度，然后在第二束测探针中测量质子束流的位置和剖面信息。第一偏转二极铁、第二偏转二极铁再将质子束流偏转，并配合第二准直器对质子束流的能量进行选择，调节其能散度，然后用第五聚焦磁铁、第六聚焦磁铁、第七聚焦磁铁对质子束流聚焦，第二XY导向磁铁根据第三束测探针测量的位置和剖面信息，调节偏转后质子束流的横向位置。

所述扫描治疗头系统包括第二束流关断器、X偏转磁铁、Y偏转磁铁、能量调制器、第二准直狭缝、第四束测探针、射程调节器。第二束流关断器根据调试和运行需要关断和打开质子束流，以保障人员和设备的安全。X偏转磁铁和Y偏转磁铁实现质子束流的二维扫描。质子束流经能量调制器调制成扩展布拉格峰(SOBP)，然后由第二准直狭缝去除其散射部分，第四束测探针测量其位置、剖面和剂量信息，并反馈控制质子束流的通断。射程调节器由若干块不同厚度的有机玻璃板组成，根据患者的治疗深度，调节质子束流的射程。最后质子束流照射在患者身上进行治疗。

所述患者支撑系统对患者进行支撑、固定和定位，可以采用治疗椅或治疗床，通过多维度移动和旋转。定位过程可采用激光定位和/或CT扫描定位等方法。

所述治疗厂房为治疗设备和诊疗区域提供场地和环境，包括设备用地、诊疗区域用地、治疗准备用地、用电、用水、用气、温湿度控制、辐射安全监测等，并提供辐射屏蔽等功能。治疗厂房设置地坑，所述超导回旋加速器系统、降能器系统束流和束流输运系统的部分位于地坑内，束流输运系统的另一部分、扫描治疗头系统、患者支撑系统置于地面。治疗室内放置患者支撑系统，单独隔开，作辐射屏蔽。通过地坑设计将超导回旋加速器、第一束流关断器、降能器等质子束流损失的主要位置有效隔离，起到很好地辐射屏蔽效果，可实现更紧凑的屏蔽设计，节约建筑用地需求。

本发明的有益效果：本发明创新性好，实用性强，超导回旋加速器束流强度可调节，可实现剂量调强治疗；超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统、患者支撑系统协同工作，可实现三维适形扫描，整套系统结构紧凑，功能齐全，可降低建造场地和费用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明紧凑型单室质子治疗系统的布局示意图；

附图1中，各标号所代表的部件列表如下：1-超导回旋加速器系统，2-降能器系统束流，3-束流输运系统，4-扫描治疗头系统，5-质子束流，6-患者支撑系统，7-治疗厂房，8-患者，101-超导回旋加速器，102-相位探针，201-第一聚焦磁铁，202-第二聚焦磁铁，203-第一XY导向磁铁，204-第一束测探针，205-第一束流关断器，206-降能器，207-第一准直器，301-第二聚焦磁铁，302-第三聚焦磁铁，303-第四聚焦磁铁，304-第一准直狭缝，305-第二束测探针，306-第一偏转二极铁，307-第二偏转二极铁，308-第五聚焦磁铁，309-第二准直器，310-第六聚焦磁铁，311-第二XY导向磁铁，312-第七聚焦磁铁，313-第三束测探针，401-第二束流关断器，402-X偏转磁铁，403-Y偏转磁铁，404-能量调制器，405-第二准直狭缝，406-第四束测探针，407-射程调节器，701-地坑，702-治疗室。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

请参阅图1所示，本发明为一种紧凑型单室质子治疗系统，包括超导回旋加速器系统1、降能器系统2、束流输运系统3、扫描治疗头系统4、患者支撑系统6和治疗厂房7；

所述超导回旋加速器系统1产生固定能量(200MeV)、一定流强(0-300nA)范围的质子束流5，包括超导回旋加速器101和相位探针102。超导回旋加速器101中产生流强可调的质子束流5，并通过超导等时性磁场和射频加速电场的共同作用将质子加速到200MeV。相位探针102位于超导回旋加速器101的出束端口，测量并反馈质子束流5与射频加速电场的相位关系，用于超导等时性磁场和射频加速电场的锁相控制，为超导回旋加速器系统1稳定出束提供保障。

所述降能器系统2实现质子能量的调节，包括第一聚焦磁铁201、第二聚焦磁铁202、第一XY导向磁铁203、第一束测探针204、第一束流关断器205、降能器206、第一准直器207。第一聚焦磁铁201和第二聚焦磁铁202将束流聚焦在降能器206的中心，第一束测探针204测量质子束流5的位置和剖面信息，反馈给第一XY导向磁铁203调节束流横向位置，使质子束流5稳定在中心位置。第一束流关断器205根据调试和运行需要关断和打开质子束流5。降能器206采用若干对楔形石墨块结构，通过楔形石墨块相对位置调节改变降能厚度，实现质子束流5能量在70-200MeV范围内的连续调节，以满足患者病灶不同深度的治疗需求。降能器206之后的第一准直器207吸收降能后的杂散束流。

所述束流输运系统3将质子束流5从降能器系统2引导至扫描治疗头系统4，包括第二聚焦磁铁301、第三聚焦磁铁302、第四聚焦磁铁303、第一准直狭缝304、第二束测探针305、第一偏转二极铁306、第二偏转二极铁307、第五聚焦磁铁308、第二准直器309、第六聚焦磁铁310、第二XY导向磁铁311、第七聚焦磁铁312。质子束流5经第二聚焦磁铁301、第三聚焦磁铁302、第四聚焦磁铁303聚焦后，通过第一准直狭缝304调节其发散度，然后在第二束测探针305中测量质子束流5的位置和剖面信息。第一偏转二极铁306、第二偏转二极铁307再将质子束流5转向，并配合第二准直器309对质子束流5的能量进行选择，调节其能散度，然后用第五聚焦磁铁308、第六聚焦磁铁310、第七聚焦磁铁312对质子束流5聚焦，第二XY导向磁铁311根据第三束测探针313测量的位置和剖面信息，调节偏转后质子束流5的横向位置。

所述扫描治疗头系统4根据治疗计划实施扫描方案，包括第二束流关断器401、X偏转磁铁402、Y偏转磁铁403、能量调制器404、第二准直狭缝405、第四束测探针406、射程调节器407。第二束流关断器401根据调试和运行需要关断和打开质子束流5，以保障人员和设备的安全。X偏转磁铁402和Y偏转磁铁403实现质子束流5的二维扫描。质子束流5经能量调制器404调制成扩展布拉格峰(SOBP)，然后由第二准直狭缝405去除其散射部分，第四束测探针406测量其位置、剖面和剂量信息，并反馈控制质子束流5的通断。射程调节器407由若干块不同厚度(0-128mm)的有机玻璃板组成，根据患者8的治疗深度，调节质子束流5的射程。最后质子束流5照射在患者8身上进行治疗。

所述患者支撑系统6对患者8进行支撑、固定和定位，可以采用治疗椅或治疗床，通过多维度移动和旋转，协同超导回旋加速器系统1、降能器系统2、束流输运系统3、扫描治疗头系统4实现三维适形、剂量调强的质子治疗。定位过程可采用激光定位和/或CT扫描定位等方法。

所述治疗厂房7为治疗设备和诊疗区域提供场地和环境，包括设备用地、诊疗区域用地、治疗准备用地、用电、用水、用气、温湿度控制、辐射安全监测等，并提供辐射屏蔽等功能。治疗厂房7设置地坑701，所述超导回旋加速器系统1、降能器系统束流2和束流输运系统3的部分位于地坑内，束流输运系统3的另一部分、扫描治疗头系统4、患者支撑系统6置于地面。治疗室702内安置患者支撑系统6，单独隔开，作辐射屏蔽。通过地坑701设计将超导回旋加速器101、第一束流关断器205、降能器206等质子束流5损失的主要位置有效隔离，起到很好地辐射屏蔽效果，可实现更紧凑的屏蔽设计，节约建筑用地需求。

本发明创新性好，实用性强。超导回旋加速器1束流强度可调节，可实现剂量调强治疗；超导回旋加速器系统1、降能器系统2、束流输运系统3、扫描治疗头系统4、患者支撑系统6协同工作，可实现三维适形扫描。整套系统结构紧凑，功能齐全，可降低建造场地和费用。

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 (8)

1.一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，该系统包括超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统、患者支撑系统和治疗厂房；

所述超导回旋加速器系统产生固定能量、一定流强范围的质子束流，经降能器系统将质子能量在70-200MeV范围内连续可调；所述束流输运系统将质子束流从降能器系统引导至扫描治疗头系统，并对束流能量、剖面、发射度参数进行调整；所述扫描治疗头系统根据治疗计划实施扫描方案，调节质子束流的横向位置，实现束流的二维扫描；所述患者支撑系统对患者进行支撑、固定和定位，进行多维度移动和旋转，协同超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统实现三维适形、剂量调强的质子治疗。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述超导回旋加速器系统包括超导回旋加速器和相位探针；超导回旋加速器产生流强可调的质子束流，并通过超导等时性磁场和射频加速电场的共同作用将质子加速到200MeV；相位探针位于超导回旋加速器的出束端口，测量并反馈质子束流与射频加速电场的相位关系，用于超导等时性磁场和射频加速电场的锁相控制。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述降能器系统包括第一聚焦磁铁、第二聚焦磁铁、第一XY导向磁铁、第一束测探针、第一束流关断器、降能器、第一准直器；第一聚焦磁铁和第二聚焦磁铁将束流聚焦在降能器的中心，第一束测探针测量质子束流的位置和剖面信息，反馈给第一XY导向磁铁调节束流横向位置，使质子束流稳定在中心位置；第一束流关断器根据调试和运行需要关断和打开质子束流；降能器采用若干对楔形石墨块结构，通过楔形石墨块相对位置的调节改变降能厚度，实现质子束流能量在70-200MeV范围内的连续调节；降能器之后的第一准直器吸收降能后的杂散束流。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述束流输运系统包括第二聚焦磁铁、第三聚焦磁铁、第四聚焦磁铁、第一准直狭缝、第二束测探针、第一偏转二极铁、第二偏转二极铁、第五聚焦磁铁、第二准直器、第六聚焦磁铁、第二XY导向磁铁、第七聚焦磁铁；质子束流经第二聚焦磁铁、第三聚焦磁铁、第四聚焦磁铁聚焦后，通过第一准直狭缝调节其发散度，然后在第二束测探针中测量质子束流的位置和剖面信息；第一偏转二极铁、第二偏转二极铁再将质子束流偏转，并配合第二准直器对质子束流的能量进行选择，调节其能散度，然后用第五聚焦磁铁、第六聚焦磁铁、第七聚焦磁铁对质子束流聚焦，第二XY导向磁铁根据第三束测探针测量的位置和剖面信息，调节偏转后质子束流的横向位置。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述扫描治疗头系统包括第二束流关断器、X偏转磁铁、Y偏转磁铁、能量调制器、第二准直狭缝、第四束测探针、射程调节器；第二束流关断器根据调试和运行需要关断和打开质子束流；X偏转磁铁和Y偏转磁铁实现质子束流的二维扫描；质子束流经能量调制器调制成扩展布拉格峰，然后由第二准直狭缝去除其散射部分，第四束测探针测量其位置、剖面和剂量信息，并反馈控制质子束流的通断；射程调节器由若干块不同厚度的有机玻璃板组成，根据患者的治疗深度，调节质子束流的射程。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述患者支撑系统对患者进行支撑、固定和定位，采用治疗椅或治疗床，通过多维度移动和旋转，定位采用激光定位和/或CT扫描定位方法。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述治疗厂房包括地坑、治疗室，所述超导回旋加速器系统、降能器系统束流和束流输运系统的部分位于地坑内，束流输运系统的另一部分、扫描治疗头系统、患者支撑系统置于地面；治疗室内放置患者支撑系统，单独隔开，作辐射屏蔽。

8.根据权利要求1-6所述的一种紧凑型单室质子治疗系统，其特征在于，所述超导回旋加速器束流强度可调节，可实现剂量调强治疗；超导回旋加速器系统、降能器系统、束流输运系统、扫描治疗头系统、患者支撑系统协同工作，实现三维适形扫描。