CN111167019B - 一种束流线偏转磁铁组件、安装方法、该组件的旋转机架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转机架束流线偏转磁铁组件，该组件的法兰设于多个四级透镜组件内部，该偏转磁铁组件以一定倾斜角度安装在旋转机架的外支撑体上且设有定位的垫板；还公开了该偏转磁铁组件的安装方法：将垫板放置到旋转机架外支撑板上；完成半个四级透镜和真空管道的同心对位；将垫板从多个四级透镜组件下半部分下面抽出后将法兰1与法兰2连接；将多个四级透镜组件下半部分抬起且恢复到连接法兰前的高度位置，再将多个四级透镜组件垫板插入到多个四级透镜组件下半部分下面；还公开了用于该偏转磁铁的旋转机架，该机架外支撑体的长度与该偏转磁铁的长度相配合且该偏转磁铁与机架倾斜15度角安装。本发明使得旋转机架外支撑体重量减少了五分之一。

Description

一种束流线偏转磁铁组件、安装方法、该组件的旋转机架

技术领域

本发明属于质子治疗技术领域，具体涉及一种束流线偏转磁铁组件、安装方法、该组件的旋转机架。

背景技术

质子治疗是放射线治疗的一种。质子进入人体后，在射程终点处形成一个尖锐的剂量峰，称为Bragg峰。通过调制能量展宽Bragg峰可以使Bragg峰覆盖肿瘤。

如图1所示，旋转机架是质子治疗设备的重要组成部分。旋转机架壳体包括两端贯通且横卧的圆柱形壳体躯干、以及圆柱形壳体躯干上表面凸起的外支撑体和壳体内部凹陷的内支撑体。从加速器引出的束流经过束流线的传输，进入旋转机架，通过旋转机架将束流线输运到治疗室。

偏转磁铁组件是旋转机架上的重要元件，其主要布设在旋转机架凸起的旋转机架外支撑体上；旋转机架外支撑体上的偏转磁铁组件包括两侧的偏转磁铁组件和中间的多个四级透镜组件；其中，偏转磁铁组件用于在控制粒子轨道时给粒子一个弯转力，使粒子沿给定的中心轨道运动；多个四级透镜组件用于给粒子一种聚焦力使之避免偏离中心轨道，返回到中心轨道中来而不致丢失。

由于偏转磁铁组件主要布设在旋转机架凸起的外支撑体上、因此对于旋转机架外支撑体的钢才厚度和重量有相应的要求，据调查，如果除去旋转机架上所有偏转磁铁组件和四级透镜组件，仅仅旋转机架本身重量已经足够200吨。其中，旋转机架外支撑体旋转机架外支撑体承重至少100吨。如果加上旋转机架上所有的偏转磁铁组件和四级透镜组件总重量大约220吨，

由于旋转机架工作状态下需要沿着旋转机架转轴方向做360旋转用以扫描到患者的不同部位进行质子治疗，如果旋转机架的重量超重则使得旋转困难、致使旋转机架不够灵便而降低治疗效果。因此，减轻旋转机架重量问题已迫在眉睫。

由于旋转机架外支撑体占有整个旋转机架一半的重量，因此首先要减轻旋转机架外支撑体的重量，减轻旋转机架外支撑体的重量需要从缩短旋转机架外支撑体长度入手，因为长度和重量成正比。由于旋转机架外支撑体的长度与偏转磁铁组件的长度相匹配，因此，缩短旋转机架外支撑体长度必须首先算短偏转磁铁组件的长度。

现有技术偏转磁铁组件如图2a所示：偏转磁铁组件长度很长，长度很长的原因：第一是多个四级透镜组件两端分别设有一组法兰现有技术设计每组法兰进行连接所需要的操作长度空间为100毫米，两组法兰总的操作长度空间为200毫米。第二，如图2a所示，现有技术偏转磁铁是水平方向的姿态安装在旋转机架外支撑体上的，沿水平方向安装和沿倾斜方向安装，前者在水平方向占用的空间更长。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提出一种束流线偏转磁铁组件、安装方法、该组件的旋转机架，目的在于解决现有偏转磁铁组件总长度不能被缩减，致使旋转机架整体由于重量过重而旋转困难、不便于医疗诊断的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案。

一种旋转机架束流线偏转磁铁组件，其特征在于：该偏转磁铁组件包括布设在靠近医用质子治疗头一侧的偏转磁铁一、布设在远离医用质子治疗头一侧的偏转磁铁二、布设在偏转磁铁一和二中间的多个四级透镜组件，所述偏转磁铁一和偏转磁铁二内还一体化设置有各自的真空管道，该一体化设置的各自的真空管道通过法兰进行连接；其特征在于：用于连接偏转磁铁一和偏转磁铁二真空管道的法兰设于多个四级透镜组件内部、所述偏转磁铁组件以一定倾斜角度安装在旋转机架的外支撑体上、所述多个四级透镜组件底部和旋转机架外支撑板之间设有用于将真空管道和四级透镜进行同心定位的垫板。

所述垫板的高度为能够让法兰组件被连接时脱离四级透镜组件线圈遮挡的高度；所述一定角度包括15度的倾斜角度，该倾斜角度用于将偏转磁铁组件在水平方向的长度缩短。

所述设于多个四级透镜组件内部的一组法兰设于轴向排列的多个四级透镜组件其中两个相邻四级透镜的衔接处、该衔接处相邻两个四级透镜线圈之间的空隙为线圈之间的最小间隙。

所述多个四级透镜组件包括三四级透镜组件，所述三四级透镜组件即是三个四级透镜组件相连接；所述偏转磁铁一包括第一75度偏转磁铁；所述偏转磁铁二包括第二75度偏转磁铁。

一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将垫板放置到旋转机架外支撑板上；

步骤2、将多个四级透镜组件下半部分放置到垫板上；

步骤3、将偏转磁铁二安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁二的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

步骤4、将偏转磁铁一安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁一的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

步骤5、将垫板从多个四级透镜组件下半部分下面抽出，多个四级透镜组件下半部分垂直落到旋转机架外支撑板上；

步骤6、将法兰1与法兰2连接；

步骤7、将多个四级透镜组件下半部分抬起且恢复到连接法兰前的高度位置，再将多个四级透镜组件垫板插入到多个四级透镜组件下半部分下面；

步骤8、通过多个四级透镜组件与旋转机架间安装螺栓，将多个四级透镜组件下半部分安装到旋转机架外支撑板上；

步骤9、将多个四级透镜组件上半部分安装到多个四级透镜组件下半部分上，通过定位销进行定位；

步骤10、完成安装。

所述步骤五的具体过程如下：

用吊车将压在垫板上的多个四级透镜组件下半部分垂直向上抬起，使得垫板被 抽出；

用吊车将多个四级透镜组件下半部分原地垂直下降到旋转机架外支撑板上，此 时法兰1和法兰2的下半部分完全脱离四级透镜组件下半部分的遮挡、从而能够将法兰1和 法兰2进行连接；所述法兰1为偏转磁铁一真空管道法兰，所述法兰2为偏转磁铁二真空管道 法兰。

所述四级透镜组件下半部分包括角度对称倾斜摆放的两个磁极和缠绕在每个磁极周围的线圈、包围在四级透镜组件下半部分的半圈磁轭、以及磁轭底部的垫板。

一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的旋转机架，其特征在于：该旋转机架包括两端贯通且横卧的柱状壳体、布设在两端贯通且横卧的柱状壳体上表面的多边形凸起的外支撑体、布设在横卧的柱状壳体内部的多边形凹陷的内支撑体，其特征在于：所述多边形凸起的外支撑体的水平方向长度与权利要求1所述偏转磁铁组件水平方向的长度相配合；

所述多边形凸起的外支撑体上支撑多个四级透镜组件的平面与水平方向设有一定的夹角，该夹角与所述偏转磁铁组件与水平方向的夹角相配合，该夹角包括15度角，由此使得旋转机架外支撑体在水平方向的长度缩短。

本发明的优点效果

1、本发明通过将法兰布设在四级透镜组件内部且利用线圈和线圈之间原有的最小间隙、以及通过在偏转磁铁底部增加垫板，保证了连接法兰前后的真空管道和四级透镜之间的横向同心定位不变，从而保证了在四级透镜内部最小间隙内安装法兰的可行性，进一步使得偏转磁铁两个偏转磁极之间的长度空间缩短了近三分之一、进一步使得用于支撑偏转磁铁的外支撑体的长度也相应得到缩短；同时，通过设计倾斜15度支撑偏转磁铁的旋转机架再次缩短了外支撑体水平方向的长度，最终使得外支撑体的总重量降低五分之一。

2、本发明克服了传统的偏见，即现有技术布设真空管道的法兰一般均布设在四级透镜的两端的偏见，虽然将法兰布设在四级透镜两端使得操作简单，但因此而付出的代价是偏转磁铁占用较长的空间使得外支撑体的长度不得不随着偏转磁铁长度加长而加长、最后导致旋转机架超重、影响治疗效果。本发明采用本领域技术人员不曾想到的利用线圈和线圈之间的最小间隙（只有24毫米）安装法兰、并且采用本领域技术人员不曾想到的利用垫板解决最小间隙下安装法兰空间不足的问题，取得了预料不到的效果，具有突出的实质性特点和显著进步。

附图说明

图1为本发明偏转磁铁组件结构应用效果图 ；

图2a为改进前现有技术的三四级透镜组件结构图；

图2b为本申请改进后长度缩短的三四级透镜组件结构图；

图3a为图2b立剖剖线示意图；

图3b为图2b的立剖效果图；

图4a为图2b的安装方法第一视角图；

图4b为图2b的安装方法第二视角图：图4a的C_C剖面图；

图4c为图2b的安装方法第三视角图：

图5为图4b和四级透镜上半部分整体效果图。

图中，0：旋转机架上的束流线；

1：偏转磁铁一；1-1：真空管道1；1-2：法兰1；1-3：法兰3；

2：偏转磁铁二；2-1：真空管道2；2-2：法兰2；2-3：法兰4；

3：多个四级透镜组件；3-1：多个四级透镜组件上半部分；3-2：多个四级透镜组件下半部分；4：垫板；4-1：紧固螺钉；5：旋转机架；5-0：旋转机架转轴；5-1：旋转支架外支撑体；5-2：旋转支架内支撑板；5-3：柱状壳体；5-4：导轨；6：医用质子治疗头；7：双双四极透镜组模块；8：60度偏转磁铁模块；9：双四极透镜组模块。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明

本发明设计原理

1、内部安装法兰的优势和弱势。本实施例将法兰组件布设在多个四级透镜组件内部，其优势在于法兰组件仅占用原有线圈和线圈之间的最小间隙空间，这个最小间隙是保证线圈与线圈不发生相碰撞的最小间隙，该最小间隙只有24毫米，24毫米的间隙仅仅能够容纳两个法兰端盖的宽度，若将两个法兰端盖连接一起必须在法兰端盖两端留有足够的空间安装连接两个法兰端盖的紧固装置，例如现有技术在给每组法兰留有100毫米的安装空间用于连接两个法兰，显然，当法兰组件布设在多个四级透镜组件内部时，线圈与线圈之间只有24毫米的间隙远远不能达到连接法兰时操作空间的要求。

2、内部安装法兰遇到的难点。难点在于：连接法兰和定位四级透镜（四级透镜和偏转磁铁的真空管道之间的定位）并非同时操作而是分时操作，分时操作容易产生横向错位。因为吊车最简单的轨迹是垂直方向的轨迹，吊车垂直方向的轨迹可以保证四级透镜在垂直方向恢复原位但不能保证四级透镜组件在横向恢复原位，吊车最简单的方法就是将四级透镜原地放下和原地抬起。由于连接法兰时要先把周围的四个磁极拿掉，如果拿掉四个磁极时不同时进行四个磁极和法兰的横向定位，也即拿掉四个磁极时如果法兰的圆心和四级透镜的圆心不在同一条垂线上，当法兰连接完成以后吊车恢复四级透镜位置时也一定是法兰的圆心和磁极透镜的圆心不在一条垂线上，导致横向定位失败。

3、内部安装法兰解决方案。垫板的作用就是保证法兰连接以前和法兰连接以后，使得真空管道的圆心和四级透镜的圆心都在同一条垂线上。具体方法为法兰连接以前先安装垫板，然后在垫板上安装半个四级透镜（半个四级透镜包括两个磁极和半圈磁轭）、再安装两侧的磁极（第一75度偏转磁铁、第二75度偏转磁铁），由于真空管道与磁极是一体化的，安装两侧磁极的同时也同时进行真空管道与四级透镜的定位，这一切完成后就完成了法兰连接前的定位，即真空管道和四级透镜的定位。此时仅仅是完成了定位还没有连接法兰，接下来进行法兰连接时必须拿掉已经定位好的半个四级透镜，由于吊车是垂直方向的操作轨迹，吊车将半个四级透镜先微微抬起，将垫板抽掉以后再原地放下，当法兰连接的操作完成后，吊车再原地将半个四级透镜抬起回复原位，从而保证了横向定位成功。

垫板的作用就是保证法兰被连接以前和以后四级透镜和真空管道的定位不变，如果没有垫板，虽然法兰被连接前能够将真空管道和四级透镜定位，但连接法兰时由于没有垫板就没有垂直下降的空间，只能采取移动吊车吊具的方法将两侧的偏转磁铁和四级透镜进行横向错位才能使得四级透镜不再对法兰安装操作进行遮挡，但是这样做，法兰连接以后还需要重新进行所述横向定位。

基于以上发明原理，本发明设计了一种旋转机架束流线偏转磁铁组件，一种旋转机架束流线偏转磁铁组件如图2b所示，该偏转磁铁组件包括布设在靠近医用质子治疗头一侧的偏转磁铁一1、布设在远离医用质子治疗头一侧的偏转磁铁二2、布设在偏转磁铁一和二中间的多个四级透镜组件3，所述偏转磁铁一1和偏转磁铁二2内还一体化设置有各自的真空管道（1-1，2-1），该一体化设置的各自的真空管道通过法兰（1-2，2-2）进行连接；用于连接偏转磁铁一1和偏转磁铁二2真空管道的法兰（1-2，2-2）设于多个四级透镜组件3内部，如图1所示，所述偏转磁铁组件（1，2）以一定倾斜角度安装在旋转机架5的旋转机架外支撑体5-1上，如图5所示，所述多个四级透镜组件3底部和旋转机架外支撑体5-1之间设有用于将真空管道和四级透镜进行同心定位的垫板4。

如图5、图4c所示，所述垫板4的高度为能够让法兰组件被连接时脱离四级透镜组件线圈遮挡的高度；所述偏转磁铁组件以一定倾斜角度安装在旋转机架5上，该一定角度包括15度的倾斜角度，该倾斜角度用于将偏转磁铁组件在水平方向的长度缩短。

如图2b所示，所述设于多个四级透镜组件3内部的一组法兰（1-2，2-2）设于轴向排列的多个四级透镜组件3其中两个相邻四级透镜的衔接处、该衔接处相邻两个四级透镜线圈之间的空隙为线圈之间的最小间隙。

所述多个四级透镜组件3包括三四级透镜组件，所述三四级透镜组件即是三个四级透镜组件相连接；所述偏转磁铁一包括第一75度偏转磁铁；所述偏转磁铁二包括第二75度偏转磁铁。

一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的安装方法，包括以下步骤：

步骤1、将垫板放置到旋转机架外支撑板上；

步骤2、将多个四级透镜组件下半部分放置到垫板上；

步骤3、将偏转磁铁二安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁二的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

步骤4、将偏转磁铁一安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁一的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

所述四级透镜组件下半部分包括角度对称倾斜摆放的两个磁极和缠绕在每个磁极周围的线圈、包围在四级透镜组件下半部分的半圈磁轭、以及磁轭底部的垫板。

补充说明：步骤一到步骤四如图4b所示；

步骤5、将垫板从多个四级透镜组件下半部分下面抽出，多个四级透镜组件下半部分垂直落到旋转机架外支撑板上；具体过程如下：

用吊车将压在垫板上的多个四级透镜组件下半部分垂直向上抬起，使得垫板被 抽出；

用吊车将多个四级透镜组件下半部分原地垂直下降到旋转机架外支撑板上，此 时法兰1和法兰2的下半部分完全脱离四级透镜组件下半部分的遮挡、从而能够将法兰1和 法兰2进行连接；所述法兰1为偏转磁铁一真空管道法兰，所述法兰2为偏转磁铁二真空管道 法兰。

补充说明：步骤五如图4c所示；垫板被撤掉以后，法兰（1-2,2-2）脱离了左右两个磁极的遮挡。

步骤6、将法兰1与法兰2连接；

步骤7、将多个四级透镜组件下半部分抬起且恢复到连接法兰前的高度位置，再将多个四级透镜组件垫板插入到多个四级透镜组件下半部分下面；

步骤8、通过多个四级透镜组件与旋转机架间安装螺栓，将多个四级透镜组件下半部分安装到旋转机架外支撑板上；

步骤9、将多个四级透镜组件上半部分安装到多个四级透镜组件下半部分上，通过定位销进行定位；

步骤10、完成安装。

补充说明：步骤七到步骤九如图5所示，重新加上垫板以后，恢复了法兰连接以前的横向同心定位（真空管道和四级透镜之间的横向同心定位），再将多个四级透镜组件上半部分和下半部分通过销钉定位，从而完成了真空管道（1-1,2-1）和四级透镜组件的纵向同心定位（真空管道和四级透镜之间的纵向同心定位）。

如图1所示，一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的旋转机架5，该旋转机架5包括两端贯通且横卧的柱状壳体5-3、布设在两端贯通且横卧的柱状壳体5-3上表面的多边形凸起的旋转机架外支撑体5-1、布设在横卧的柱状壳体5-3内部的多边形凹陷的旋转支架内支撑板5-2，其特征在于：所述多边形凸起的旋转机架外支撑体5-1的水平方向长度与所述偏转磁铁组件（1,2）水平方向的长度相配合；

所述多边形凸起的外支撑体5上支撑多个四级透镜组件的平面与水平方向设有一定的夹角，该夹角与所述偏转磁铁组件（1,2）与水平方向的夹角相配合，该夹角包括15度角，由此使得旋转机架外支撑体在水平方向的长度缩短。

本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (7)

1.一种旋转机架束流线偏转磁铁组件，其特征在于：该偏转磁铁组件包括布设在靠近医用质子治疗头一侧的偏转磁铁一、布设在远离医用质子治疗头一侧的偏转磁铁二、布设在偏转磁铁一和二中间的多个四级透镜组件，所述偏转磁铁一和偏转磁铁二内还一体化设置有各自的真空管道，该一体化设置的各自的真空管道通过法兰进行连接；用于连接偏转磁铁一和偏转磁铁二真空管道的法兰设于多个四级透镜组件内部、所述偏转磁铁组件以一定倾斜角度安装在旋转机架的外支撑体上、所述多个四级透镜组件底部和旋转机架外支撑体之间设有用于将真空管道和四级透镜进行同心定位的垫板；

所述设于多个四级透镜组件内部的一组法兰设于轴向排列的多个四级透镜组件其中两个相邻四级透镜的衔接处、该衔接处相邻两个四级透镜线圈之间的空隙为线圈之间的最小间隙；

所述一定倾斜角度包括15度的倾斜角度，该倾斜角度用于将偏转磁铁组件在水平方向的长度缩短；

所述垫板的高度为能够让法兰组件被连接时脱离四级透镜组件线圈遮挡的高度。

2.根据权利要求1所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件，其特征在于：所述多个四级透镜组件包括三四级透镜组件，所述三四级透镜组件即是三个四级透镜组件相连接；所述偏转磁铁一包括第一75度偏转磁铁；所述偏转磁铁二包括第二75度偏转磁铁。

3.一种基于权利要求1所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将垫板放置到旋转机架外支撑板上；

步骤2、将多个四级透镜组件下半部分放置到垫板上；

步骤3、将偏转磁铁二安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁二的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

步骤4、将偏转磁铁一安装到旋转机架外支撑板上，并且将偏转磁铁一的真空管道与多个四级透镜组件下半部分进行同心定位；

步骤5、将垫板从多个四级透镜组件下半部分下面抽出，多个四级透镜组件下半部分垂直落到旋转机架外支撑板上；

步骤6、将法兰1与法兰2连接；所述法兰1为偏转磁铁一真空管道法兰，所述法兰2为偏转磁铁二真空管道法兰；

步骤7、将多个四级透镜组件下半部分抬起且恢复到连接法兰前的高度位置，再将多个四级透镜组件垫板插入到多个四级透镜组件下半部分下面；

步骤8、通过多个四级透镜组件与旋转机架间安装螺栓，将多个四级透镜组件下半部分安装到旋转机架外支撑板上；

步骤9、将多个四级透镜组件上半部分安装到多个四级透镜组件下半部分上，通过定位销进行定位；

步骤10、完成安装。

4.根据权利要求3所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的安装方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程如下：

用吊车将压在垫板上的多个四级透镜组件下半部分垂直向上抬起，使得垫板被抽出；

用吊车将多个四级透镜组件下半部分原地垂直下降到旋转机架外支撑板上，此时法兰1和法兰2的下半部分完全脱离四级透镜组件下半部分的遮挡、从而能够将法兰1和法兰2进行连接。

5.根据权利要求4所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的安装方法，其特征在于：所述四级透镜组件下半部分包括角度对称倾斜摆放的两个磁极和缠绕在每个磁极周围的线圈、包围在四级透镜组件下半部分的半圈磁轭、以及磁轭底部的垫板。

6.一种用于权利要求1所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的旋转机架，其特征在于：该旋转机架包括两端贯通且横卧的柱状壳体、布设在两端贯通且横卧的柱状壳体上表面的多边形凸起的外支撑体、布设在横卧的柱状壳体内部的多边形凹陷的内支撑体，其特征在于：所述多边形凸起的外支撑体的水平方向长度与权利要求1所述偏转磁铁组件水平方向的长度相配合。

7.根据权利要求6所述一种旋转机架束流线偏转磁铁组件的旋转机架，其特征在于：所述多边形凸起的外支撑体上支撑多个四级透镜组件的平面与水平方向设有一定的夹角，该夹角与所述偏转磁铁组件与水平方向的夹角相配合，该夹角包括15度角，由此使得旋转机架外支撑体在水平方向的长度缩短。

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