CN115569309A - 紧凑型固定多角度治疗装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紧凑型固定多角度治疗装置及其应用，涉及离子加速器设备技术领域。该装置包括水平方向依次设置的至少一个第一四级磁铁和偏转磁铁，第一四级磁铁用于对输入束流进行会聚，偏转磁铁的出口束流分别偏转至水平束线、第一角度束线和第二角度束线；其中，水平束线直线通往等中心点；第一角度束线上依次设置有第二四级磁铁和第一超导组合型磁铁；第二角度束线上设置有第二超导组合型磁铁，第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁的出口束流共同汇聚至等中心点。和常规的固定多角度照射终端方案相比，本发明占地空间大大缩小，所用的磁铁数量也大幅减少。和可旋转式治疗机架方案相比，本发明结构简单且造价低。

Description

紧凑型固定多角度治疗装置及其应用

技术领域

本发明涉及离子加速器设备技术领域，尤其涉及一种紧凑型固定多角度治疗装置及其应用。

背景技术

医用离子加速器是指利用电磁场对离子进行加速和约束，把离子加速到比较高的能量，从而使离子可以穿透人的表皮，到达肿瘤位置，对肿瘤进行治疗的装置。这里的离子，是指元素周期表中从氢到氖的离子，如质子、氦离子、碳离子等，通常最为常见的为质子和碳离子。

带电离子经过人体正常细胞时会损失一部分能量，对正常细胞产生破坏，对于一些关键部位，如脊椎等，造成的伤害影响非常严重，所以要尽量避免。肿瘤在人体中的位置通常变化多变，所以要避开这些关键部位，通常需要几种不同角度的束流。而且通过不同角度对肿瘤进行照射，也可以减少对正常组织的影响。

目前市面上实现多角度照射主要有以下两种方法：

(1)固定多角度照射终端：这种方案需要很大的空间和很多台二极磁铁来实现束流的偏转。以某型号碳离子治疗装置为例，整个装置的高度大概在15m左右，要实现三个角度方向的治疗，在长度方向上有将近30m的长度。可见这种方案通常需要比较大的空间。

(2)可旋转式治疗机架：是把最后一段束线和治疗终端固定在可旋转的支架上面，使束线和治疗终端可以随着支架的旋转而旋转，从而可以实现不同角度的照射。这种方案比多角度固定治疗机架的优势在于灵活，可以实现多种不同角度的照射。缺点是装置复杂，建造困难，整个旋转机架包括上面的磁铁和终端束诊设备，重量可达几十吨至上百吨，而且造价很高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种紧凑型固定多角度治疗装置及其应用。

本发明一方面提供了一种紧凑型固定多角度治疗装置，包括：水平方向依次设置的至少一个第一四级磁铁和偏转磁铁，所述第一四级磁铁用于对输入束流进行会聚，所述偏转磁铁的出口束流分别偏转至水平束线、第一角度束线和第二角度束线；其中，所述水平束线直线通往等中心点；所述第一角度束线上依次设置有第二四级磁铁和第一超导组合型磁铁；所述第二角度束线上设置有第二超导组合型磁铁，所述第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁的出口束流共同汇聚至所述等中心点。

根据本发明的实施例，所述偏转磁铁为二极磁铁。

根据本发明的实施例，所述水平束线、第一角度束线和第二角度束线中的相邻两条角度束线间隔45度。

根据本发明的实施例，所述偏转磁铁的出口束流还偏转至第三角度束线，其中：所述水平束线、第一角度束线、第二角度束线和第三角度束线中的相邻两条角度束线间隔30度。

根据本发明的实施例，所述第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁均是在二极磁铁的线圈上绕制四极磁铁形成的。

根据本发明的实施例，所述第一角度束线和第二角度束线之间满足如下关系：

phi1+phi3＝phi2

其中，L为所述偏转磁铁的中心到所述等中心点的距离；L₁为所述偏转磁铁的中心到超导组合型磁铁入口的距离；R为超导组合型磁铁的半径；L₂为超导组合型磁铁的出口到所述等中心点的距离；phi1为所述偏转磁铁对束流的偏转角度；phi2为超导组合型磁铁的偏转角度；phi3为束线在所述等中心点的角度；所述超导组合型磁铁包括所述第一超导组合型磁铁或者第二超导组合型磁铁中的任意一种。

根据本发明的实施例，所述偏转磁铁的中心到等中心点的距离L的长度不超过6m，高度不超过4m。

根据本发明的实施例，所述第一四级磁铁有四个。

本发明另一方面提供了一种上述紧凑型固定多角度治疗装置在肿瘤治疗以及工业辐照中的应用。

与现有技术相比，本发明提供的紧凑型固定多角度治疗装置及其应用，至少具有以下有益效果：

(1)和常规的固定多角度照射终端方案相比，本发明的占地空间大大缩小，所用的磁铁数量也大幅减少；

(2)和可旋转式治疗机架方案相比，本发明结构简单，而且造价低。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置的结构图；

图2示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置的几何关系图；

图3示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在水平束线上的光学参数图；

图4示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在45度束线上的光学参数图；

图5示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在90度束线上的光学参数图。

【附图标记说明】

101、102、103、104-第一四极磁铁；105-偏转磁铁；111-第二四极磁铁；112-第一超导组合型磁铁；121-第二超导组合型磁铁。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。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，本领域普通技术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。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本发明一实施例提供一种紧凑型固定多角度治疗装置，占用的空间没有常规的固定角度治疗终端大，也比可旋转治疗机架方案简单，造价低。

图1示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置的结构图。

如图1所示，根据该实施例的紧凑型固定多角度治疗装置，包括：水平方向依次设置的至少一个第一四级磁铁101、102、103、104和偏转磁铁105，第一四级磁铁101、102、103、104均用于对输入束流进行会聚，偏转磁铁105的出口束流分别偏转至水平束线、第一角度束线和第二角度束线。

其中，水平束线直线通往等中心点；第一角度束线上依次设置有第二四级磁铁111和第一超导组合型磁铁112，第二四级磁铁111用于匹配色散；第二角度束线上设置有第二超导组合型磁铁121，第一超导组合型磁铁112和第二超导组合型磁铁121的出口束流共同汇聚至等中心点。

通过上述实施例，该装置共用三条偏转束线，分别是水平束线、第一角度束线和第二角度束线。第一四级磁铁101、102、103、104提供横向有一定梯度的磁场，用来对输入束流进行会聚。偏转磁铁105用来把束流偏转到不同方向的终端。第一角度束线上的第二四级磁铁111用于匹配色散。第一超导组合型磁铁112是第一角度束线上的最后一个二极磁铁，第二超导组合型磁铁121是第二角度束线上的最后一个二极磁铁。

在本发明的一些实施例中，水平束线、第一角度束线和第二角度束线中的相邻两条角度束线间隔45度。例如，第一角度束线和第二角度束线分别为45度束线和90度束线。

在本发明的另外实施例中，偏转磁铁的出口束流还偏转至第三角度束线，其中：水平束线、第一角度束线、第二角度束线和第三角度束线中的相邻两条角度束线间隔间隔30度。例如，第一角度束线、第二角度束线和第三角度束线分别为30度束线、60度束线和90度束线。

本发明实施例中，偏转磁铁为二极磁铁。

为了减少空间，第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁均是在二极磁铁的线圈上绕制四极磁铁形成的。

可选地，在水平方向上的第一四级磁铁有四个，也即第一四级磁铁101、102、103、104。

为了使不同方向的束线可以汇聚到同一个等中心点，偏转磁铁105偏转的角度、之后漂移节的长度和最后的超导组合型磁铁112或者121的偏转角度需要满足特定的关系。

图2示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置的几何关系图。

如图2所示，本发明实施例中，第一角度束线和第二角度束线之间满足如下关系：

phi1+phi3＝phi2

其中，L为偏转磁铁105的中心到等中心点的距离；L₁为偏转磁铁105的中心到超导组合型磁铁入口的距离；R为超导组合型磁铁的半径；L₂为超导组合型磁铁的出口到等中心点的距离；phi1为偏转磁铁105对束流的偏转角度；phi2为超导组合型磁铁的偏转角度；phi3为束线在等中心点的角度；该超导组合型磁铁包括第一超导组合型磁铁112或者第二超导组合型磁铁121中的任意一种。

进一步地，本发明实施例中，偏转磁铁105的中心到等中心点的距离L的长度不超过6m，高度不超过4m。

以下具体以第一角度束线和第二角度束线分别为45度束线和90度束线为例，说明在图1所示的布局下的紧凑型固定多角度治疗装置的束流光学参数。

图3示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在水平束线上的光学参数图。图4示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在45度束线上的光学参数图。图5示意性示出了根据本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置在90度束线上的光学参数图。

如图3-图5所示，可以看到本发明实施例的紧凑型固定多角度治疗装置，将45度束线和90度束线上的色散值在终端匹配到了0。

可以看出，本发明实施例所用到的二级磁铁和四级磁铁的数量都相对较少。由此，本发明和常规的固定多角度照射终端和可旋转式治疗机架技术方案相较而言都有优势，占用的空间没有常规的固定角度治疗终端大，也比可旋转治疗机架结构简单，造价低。

基于上述公开内容，本发明另一实施例提供了一种上述紧凑型固定多角度治疗装置在肿瘤治疗以及工业辐照中的应用。例如，上述紧凑型固定多角度治疗装置可以应用于医疗粒子加速器，同位素生产加速器，核孔膜生产加速器，材料辐照加速器，缪子产生加速器，中子源等，同时为多个不同的应用终端提供束流。

综上所述，本发明实施例提供了一种紧凑型固定多角度治疗装置及其应用，该装置包括水平方向依次设置的至少一个第一四级磁铁和偏转磁铁，第一四级磁铁用于对输入束流进行会聚，偏转磁铁的出口束流分别偏转至水平束线、第一角度束线和第二角度束线；其中，水平束线直线通往等中心点；第一角度束线上依次设置有第二四级磁铁和第一超导组合型磁铁；第二角度束线上设置有第二超导组合型磁铁，第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁的出口束流共同汇聚至等中心点。和常规的固定多角度照射终端方案相比，本发明的占地空间大大缩小，所用的磁铁数量也大幅减少。和可旋转式治疗机架方案相比，本发明结构简单，而且造价低。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。

类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。除非另有说明，否则表述“大约”、“约”、“基本上”和“左右”表示在10％以内，优选地，在5％以内。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，包括：

水平方向依次设置的至少一个第一四级磁铁和偏转磁铁，所述第一四级磁铁用于对输入束流进行会聚，所述偏转磁铁的出口束流分别偏转至水平束线、第一角度束线和第二角度束线；

其中，所述水平束线直线通往等中心点；

所述第一角度束线上依次设置有第二四级磁铁和第一超导组合型磁铁；

所述第二角度束线上设置有第二超导组合型磁铁，所述第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁的出口束流共同汇聚至所述等中心点。

2.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述偏转磁铁为二极磁铁。

3.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述水平束线、第一角度束线和第二角度束线中的相邻两条角度束线间隔45度。

4.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述偏转磁铁的出口束流还偏转至第三角度束线，其中：

所述水平束线、第一角度束线、第二角度束线和第三角度束线中的相邻两条角度束线间隔30度。

5.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述第一超导组合型磁铁和第二超导组合型磁铁均是在二极磁铁的线圈上绕制四极磁铁形成的。

6.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述第一角度束线和第二角度束线之间满足如下关系：

phi1+phi3＝phi2

其中，L为所述偏转磁铁的中心到所述等中心点的距离；L₁为所述偏转磁铁的中心到超导组合型磁铁入口的距离；R为超导组合型磁铁的半径；L₂为超导组合型磁铁的出口到所述等中心点的距离；phi1为所述偏转磁铁对束流的偏转角度；phi2为超导组合型磁铁的偏转角度；phi3为束线在所述等中心点的角度；

所述超导组合型磁铁包括所述第一超导组合型磁铁或者第二超导组合型磁铁中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述偏转磁铁的中心到等中心点的距离L的长度不超过6m，高度不超过4m。

8.根据权利要求1所述的紧凑型固定多角度治疗装置，其特征在于，所述第一四级磁铁有四个。

9.一种如权利要求1-8任一项所述紧凑型固定多角度治疗装置在肿瘤治疗以及工业辐照中的应用。

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