CN114849084A - 一种基于90度旋转束线的治疗床及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于90度旋转束线的治疗床及其操作方法，包括：转轮，所述转轮包括围绕旋转轴共轴设置的主动轮和从动轮；治疗床，通过铰链与所述从动轮连接；90度旋转束线，安装于所述从动轮上；高能固定束运线，通过磁流体密封装置与所述90度旋转束线连接。所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述高能固定束运线通过90度二极磁铁偏转成所述90度旋转束线。该治疗床结构简单，安装简便，旋转质量小，单条90度旋转束线结合治疗床可以实现0‑360度任意角度的治疗，相比等中心点旋转机架，该90度旋转束线和治疗床占地小，投资少，旋转重量仅为重离子gantry的30％，治疗角度覆盖全，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于90度旋转束线的治疗床及其操作方法，属于医疗设备技术领域。
背景技术
由于离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布和较高的相对生物学效应，在杀死肿瘤细胞的同时能够更好的避免对正常细胞的伤害，使得离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。目前离子治癌最常用的离子是质子和碳离子。
碳离子线性能量密度、相对生物效应、侧向散射优势更为显著，能够产生难以修复的DNA双链断裂(DSB)，通常用作癌症治疗的最优选择，但是目前投入运行的碳离子加速器的规模大，装置占地面积大，造价昂贵。而且，为了提供不同的放射治疗角度以满足不同的病灶，一台加速器需要配置不同固定角度的治疗终端，通常有水平终端、垂直终端和45度终端，为了配置这些固定角度的治疗终端，通常传输线设计的很长，采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，这使得装置占地面积增大，设备费用大幅增加，设备安装难度提高，整体投资高。
为了实现多角度照射，也可以使用旋转机架(gantry)技术，但由于碳离子磁刚度高，旋转机架规模过大，如德国海德堡重离子研究中心研制的重离子旋转机架重量达630吨，其中旋转部分重量达570吨，而且体积很大，加工和运行成本很高，同时为了实现束流的准确定位，要求机架转动着不同角度下其中心点的位置变化小于1.5mm，对于630吨360度可旋转的大型结构难度很高。即使国际上正在研制的超导碳离子旋转机架重量也超过200吨。而质子治疗装置磁刚度仅为碳离子磁刚度的1/3，Gantry重量和体积大幅缩小。最早的质子治疗装置用Gantry由美国Loma Linda国立医院Gantry，由费米实验室在1991年基于同步加速器研制，为满足等中心点治疗，束线设计的非常复杂，即使常规质子旋转机架旋转质量也在150吨左右。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于90度旋转束线的治疗床及其操作方法，该治疗床结构简单，安装简便，旋转质量小，单条90度旋转束线结合治疗床可以实现0-360度任意角度的照射，相比等中心点旋转机架，该90度旋转束线和治疗床占地小，投资少，旋转重量仅为重离子gantry的30％，治疗角度覆盖全，效率高。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于90度旋转束线的治疗床，包括：
转轮，所述转轮包括旋转轴以及围绕旋转轴共轴设置的主动轮和从动轮；
治疗床，通过铰链与所述从动轮连接；
90度旋转束线，安装于所述从动轮上；
高能固定束运线，通过磁流体密封装置与所述90度旋转束线连接。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述高能固定束运线通过90度二极磁铁偏转成所述90度旋转束线。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述主动轮和所述从动轮之间设置有锥形筒，所述锥形筒内安装有束线设备。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述主动轮上设置有齿轮，用于实现所述90度旋转束线和所述转轮任意角度的旋转。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述从动轮支撑在支撑体上，所述支撑体对所述从动轮起支撑、导向作用。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述从动轮上与所述90度旋转束线对称的位置设置有配重，用于实现转动系统的平衡。
所述的基于90度旋转束线的治疗床，优选地，所述从动轮上还设置有连接装置，用于实现所述90度旋转束线和所述配重的连接固定。
基于上述治疗床，本发明第二方面还提供该治疗床的操作方法，包括如下步骤：
当用户需要进行使用时，通过所述主动轮将所述90度旋转束线旋转到需要的照射角度；
精确定位后，当所需束流到达所述高能固定束运线，然后经过所述磁流体密封装置，最终所述90度旋转束线接收束流；
所述90度旋转束线中的束流在所述转轮的转动下，实现360度对用户进行照射。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、90度旋转束线固定在转轮上随转轮一起旋转，治疗床结合在从动轮上，绕从动轮一起旋转，通过铰链连接，治疗床随从动轮旋转的同时一直保持水平姿态，实现治疗头绕着治疗床旋转，可以达到跟gantry同等的治疗效果。
2、磁流体密封装置在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“O型密封圈”，从而达到密封的效果，真空度可以达到10-6Pa量级，完全满足离子在真空管道传输所需的真空度要求。
3、相比现有的gantry，减小了旋转质量的尺寸和重量，降低占用空间，大大降低了整体系统的占地面积和束线研制费用，束线规模可以缩小70％。传统的旋转机架主要包含45度束线+45度束线+90度束线共3段束线，机架规模大，而本发明仅有一条90度束线，总体旋转质量小，旋转束线质量仅为100吨，相比常规束线质量减小了70％，造价和建造难度也大幅降低，相比等中心点旋转机架，该90度旋转束线和治疗床占地小，投资少，旋转重量仅为重离子gantry的30％，治疗角度覆盖全，效率高，这对于放射治疗(质子、重离子)具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于90度旋转束线的治疗床的示意图；
图2为本发明该实施例提供的90度二极磁铁将束线偏转为90度旋转束线的示意图；
图3a和图3b为本发明该实施例提供的基于90度旋转束线的治疗床的不同角度的示意图；
图4为传统的旋转机架中的45度束线+45度束线+90度束线偏转示意图；
图中各标记如下：
1-高能固定束运线；2-磁流体密封装置；3-主动轮；4-从动轮；5-锥形筒；6-旋转轴；7-90度旋转束线；8-齿轮；9-支撑体；10-治疗床；11-90度二极磁铁。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1所示，本发明所提供的基于90度旋转束线7的治疗床10，包括高能固定束运线1(最高能量430MeV/u)和90度旋转束线7，以及将二者连接的磁流体密封装置2，磁流体密封装置2用于实现旋转过程中的真空保持。将90度旋转束线7固定在从动轮4上，从动轮4支撑在支撑体9上，支撑体9对从动轮4起支撑、导向作用。90度旋转束线7随从动轮4一起做360度旋转运动。主动轮3作为驱动轮，在主动轮3和从动轮4之间设置锥形筒5，锥形筒5内安装束线设备，在主动轮3上设置有齿轮8，用于实现90度旋转束线7和转轮任意角度的旋转，在从动轮4上安装治疗床10，用于配合90度束线进行照射治疗，系统绕定轴6旋转运动。
本发明所提供的基于90度旋转束线7的治疗床10，90度旋转束线7固定在转轮上随转轮一起旋转，治疗床10结合在从动轮4上，绕从动轮4一起旋转，通过铰链连接，治疗床10随从动轮4旋转的同时一直保持水平姿态，实现治疗头绕着治疗床10旋转，从而实现治疗头绕着治疗床10(即病灶)360度照射治疗。为了实现治疗床10随转轮旋转的过程中，始终保持水平姿势，治疗床体与转轮固定在一起，床身通过铰链与转轮连接，保证治疗床10随转轮旋转的过程中，床身相对地面平行且旋转角度与转轮大小相等，方向相反。该治疗床10的特点是：随从动轮4、90度旋转束线7一起转动，治疗床10在绕定轴转动的同时，病人姿态保持水平不变。为扩大对人体照射范围，治疗床10可以沿着从动轮4的轴线方向移动。
传输线旋转部分和固定部分连接处采用磁流体密封装置2，磁流体密封装置在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“O型密封圈”，从而达到密封的效果，是广泛公认的“零泄漏”动密封先进技术，真空度可以达到10-6Pa量级，完全满足离子在真空管道传输所需的真空度要求。90度旋转束线7通过所述磁流体密封装置与高能固定束运线1连接，90度旋转束线7用于实现360度任意不同角度的放射治疗，使束流精确到达肿瘤细胞所在位置和入射角度，本发明所提供的90度旋转束线7可以实现水平、垂直、45°等0-360度全角度的治疗。
在旋转束线载荷集中的位置作为旋转轴6，整体转动惯量小。为了实现动平衡，在转轮上布置相应的配重，90度旋转束线7和转轮一起可以实现360度旋转，治疗床10在旋转过程中保持水平，绕旋转轴6转动，相比现有的gantry，减小了旋转质量的尺寸和重量，可将治疗终端占用面积从900m2降低到400m2，大大降低了整体系统的占地面积和束线研制费用，束线规模可以缩小70％，如图1所示。
传统的治疗装置包括无旋转机架的治疗系统和有旋转机架的治疗系统。
传统的无旋转机架的治疗系统(多个治疗室和多个固定的治疗终端)，一台加速器需要配置不同固定角度的治疗终端，通常有水平终端、垂直终端，45度终端，为了配置这些固定角度的治疗终端，通常传输线设计的很长，采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，这使得装置占地面积增大，设备费用大幅增加，设备安装难度提高，整体投资高(以现有的投入使用的甘肃武威市治疗终端为例，束线需要爬到20米高的高度再下穿形成治疗终端，整体占地面积为900m2，投资金额700万元，本发明可降低至300万元。而本发明仅需一条90度旋转束线7即可实现多条常规固定束线的所有功能，治疗床10直接结合在转轮上，不再单独设置治疗室，束线规模可以缩小70％，占地面积大大缩小，如图1、3a、3b所示。
而传统的有旋转机架的治疗系统主要包含45度束线+45度束线+90度束线(分别采用2块45度二极磁铁和1块90度二极磁铁将束线进行偏转)共3段束线，机架规模大，如图4所示。而本发明仅有一条90度旋转束线7，总体旋转质量小，旋转束线质量仅为100吨，相比常规束线质量减小了70％，造价和建造难度也大幅降低，相比等中心点旋转机架，该90度旋转束线7和治疗床10占地小，投资少，旋转重量仅为重离子gantry的30％，治疗角度覆盖全，效率高，这对于放射治疗(质子、重离子)具有重要意义。
基于上述治疗床，本发明第二方面还提供该治疗床的操作方法，包括如下步骤：
当用户需要进行使用时，通过所述主动轮将所述90度旋转束线旋转到需要的照射角度；
精确定位后，当所需束流到达所述高能固定束运线，然后经过所述磁流体密封装置，最终所述90度旋转束线接收束流；
所述90度旋转束线中的束流在所述转轮的转动下，实现360度对用户进行照射。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，包括：
转轮，所述转轮包括旋转轴(6)以及围绕旋转轴(6)共轴设置的主动轮(3)和从动轮(4)；
治疗床(10)，通过铰链与所述从动轮(4)连接；
90度旋转束线(7)，安装于所述从动轮(4)上；
高能固定束运线(1)，通过磁流体密封装置(2)与所述90度旋转束线(7)连接。
2.根据权利要求1所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述高能固定束运线(1)通过90度二极磁铁(11)偏转成所述90度旋转束线(7)。
3.根据权利要求1所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述主动轮(3)和所述从动轮(4)之间设置有锥形筒(5)，所述锥形筒(5)内安装有束线设备。
4.根据权利要求1所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述主动轮(3)上设置有齿轮(8)，用于实现所述90度旋转束线(7)和所述转轮任意角度的旋转。
5.根据权利要求1所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述从动轮(4)支撑在支撑体(9)上，所述支撑体(9)对所述从动轮(4)起支撑、导向作用。
6.根据权利要求1所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述从动轮(4)上与所述90度旋转束线(7)对称的位置设置有配重，用于实现转动系统的平衡。
7.根据权利要求6所述的基于90度旋转束线的治疗床，其特征在于，所述从动轮(4)上还设置有连接装置，用于实现所述90度旋转束线(7)和所述配重的连接固定。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的治疗床的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
当用户需要进行使用时，通过所述主动轮(3)将所述90度旋转束线(7)旋转到需要的照射角度；
定位后，当所需束流到达所述高能固定束运线(1)，然后经过所述磁流体密封装置(2)，最终所述90度旋转束线(7)接收束流；
所述90度旋转束线(7)中的束流在所述转轮的转动下，实现360度对用户进行照射。
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