CN115645756A - 具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法，直线加速器包括：固定机架、设置于固定机架上的旋转机架以及设置于旋转机架上的治疗头，治疗头包括：治疗头支架、加速管、准直组件和伸缩驱动装置；加速管设置于治疗头支架上，加速管用于将电子加速到MeV级能量；准直组件设置于加速管的出射口处，加速管的出射口与准直组件的入射口通过伸缩管连接，伸缩管内具有用于电子通过的封闭腔体，准直组件用于将加速管的出射电子准直后，照射到指定位置；伸缩驱动装置用于驱动伸缩管伸缩。本发明采用单一的X射线治疗头实现Flash放疗功能，能够有效降低加速器设备成本，利于Flash放疗加速器的普及使用。

Description

具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法

技术领域

本发明属于放射治疗技术领域，具体涉及一种具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法。

背景技术

FLASH放射疗法是以非常高的剂量率进行放射治疗，其实现方式是在极短时间内通过超高剂量率(约≥40Gy/秒)输送超高剂量的射线到治疗部位，从而实现常规剂量率治疗无法实现的优势。它能在保持常规放射疗法所见的肿瘤杀伤力的同时保留正常组织。由于其独特的放射生物学优势，Flash放疗正受到学术界和工业界越来越多的关注，成为了当前放疗领域研究的热点。

迄今为止，大多数Flash放疗研究都是用电子束和质子束进行的。由于常规的直线加速器输出的剂量率太低，无法满足Flash放疗的需求，需要对加速器进行改造才能满足要求，通过增加电子枪发射电流和提高微波功率从而得到高剂量率的电子线用于Flash治疗，或者是使用质子加速器，将质子束流强度提高来获得超高的剂量率。由于X线转换效率很低，通常需要很多个常规的X射线治疗头同时出束才能满足Flash放疗的超高剂量率要求，使得这样的X线Flash放疗设备成本非常高，无法进行普及。

综上述，现有的直线加速器存在以下问题：

第一，电子线Flash放疗装置容易实现但由于只能治疗浅表的靶区肿瘤而限制其应用范围。

第二，质子加速器虽然比较容易实现Flash放疗所需的超高剂量率，但是质子加速器的设备成本非常高，无法进行有效普及。

第三，多治疗头的X射线Flash放疗加速器是通过增加射线源而达到超高剂量率的要求，但同样大幅增加了设备成本，同样无法进行有效普及。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明公开一种具备可伸缩治疗头的直线加速器，包括：固定机架、设置于固定机架上的旋转机架以及设置于旋转机架上的治疗头，治疗头包括：

治疗头支架；

加速管，加速管设置于治疗头支架上，加速管用于将电子加速到MeV级能量；

准直组件，准直组件设置于加速管的出射口处，加速管的出射口与准直组件的入射口通过伸缩管连接，伸缩管内具有用于电子通过的封闭腔体，准直组件用于将加速管的出射电子准直后，照射到指定位置；

伸缩驱动装置，伸缩驱动装置用于驱动伸缩管伸缩。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，准直组件包括：X射线靶、初级准直器以及二级准直器，伸缩管的两端分别连接加速管的出射口和X射线靶的入射口，初级准直器用于将X射线靶射出的高能X射线进行初次准直，二级准直器用于将初级准直器射出的高能X射线进行二次准直。

作为优选的方案，伸缩驱动装置安装于治疗头支架上，且伸缩驱动装置的伸缩端与准直组件连接。

作为优选的方案，伸缩驱动装置为伸缩导轨机构和/或传动丝杆机构。

作为优选的方案，伸缩管内的封闭腔体呈真空状态。

另一方面，本发明还公开一种放疗设备，包括上述任一种直线加速器、与直线加速器通信连接的加速器控制装置以及治疗床。

此外，本发明还公开一种放疗设备的工作方法，利用上述放疗设备进行工作，具体包括以下步骤：

步骤一：加速器控制装置接收治疗计划；

步骤二：加速器控制装置根据治疗计划的要求，计算出初始角度对应的剂量率并调整治疗头的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管伸缩；

步骤三：加速器控制装置控制直线加速器启动照射治疗；

步骤四：旋转机架带动治疗头旋转，到达下一个治疗角度；

步骤五：加速器控制装置计算出该治疗角度下对应的剂量率并调整治疗头的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管伸缩；

步骤六，重复步骤三至五，直至执行完成整个治疗计划。

作为优选的方案，加速器控制装置通过下式得到治疗头的伸缩长度；

DR＝DR₀*(L₀/L)²；

其中，DR为距离射线靶点L长度处的剂量率；

DR₀为距离射线靶点L₀长度处的剂量率；

L₀为参考治疗位置距离射线靶点的长度；

L为实际治疗位置治疗距离射线靶点的长度。

本发明公开一种具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法，具有以下有益效果：

第一，不增加直线加速器输入功率的情况下得到Flash治疗所需的超高剂量率。

第二，保留了常规直线加速器的主体结构不变的情况实现Flash治疗，使X射线Flash加速器的生产制造易于实现。

第三，采用单一的X射线治疗头实现Flash放疗功能，能够有效降低加速器设备成本，利于Flash放疗加速器的普及使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的直线加速器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的治疗头的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的放疗设备的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的放疗设备中治疗头拉伸后的过程图。

图5为本发明实施例提供的放疗设备的工作流程图。

其中：1-固定机架，2-旋转机架，3-治疗头，31-治疗头支架，32-加速管，33-伸缩导轨机构，34-伸缩管，35-X射线靶，36-初级准直器，37-二级准直器，4-患者，5-治疗床。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

为了达到本发明的目的，具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法的其中一些实施例中，如图1-2所示，直线加速器包括：固定机架1、设置于固定机架1上的旋转机架2以及设置于旋转机架2上的治疗头3，旋转机架2能够围绕固定轴线进行±180°的正反旋转运动。

治疗头3包括：治疗头支架31、加速管32、准直组件以及伸缩驱动装置。

加速管32设置于治疗头支架31上，加速管32用于将电子加速到MeV级能量。准直组件设置于加速管32的出射口处，加速管32的出射口与准直组件的入射口通过伸缩管34连接，伸缩管34内具有用于电子通过的封闭腔体，准直组件用于将加速管32的出射电子准直后，照射到指定位置。伸缩驱动装置用于驱动伸缩管34伸缩。

准直组件包括：X射线靶35、初级准直器36以及二级准直器37，伸缩管34的两端分别连接加速管32的出射口和X射线靶35的入射口，初级准直器36用于将X射线靶35射出的高能X射线进行初次准直，二级准直器37用于将初级准直器36射出的高能X射线进行二次准直。

发明人经过创造性思维的前提下发现，由于金属靶产生的X射线剂量率与从靶点到治疗目标的距离平方成反比，常规直线加速器的治疗距离通常为1米，因此缩小治疗距离就可以大幅增加X射线的剂量率，如果1米治疗距离时的剂量率为2400cGy/分钟，根据平方反比关系，如果缩小治疗距离到0.1米，得到的剂量率即可达到原来的100倍，即40Gy/秒，满足了Flash治疗所需的超高剂量率的要求。如果进一步缩短治疗距离，还可以得到更高的剂量率。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，伸缩驱动装置安装于治疗头支架31上，且伸缩驱动装置的伸缩端与准直组件连接。

其中，伸缩驱动装置为伸缩导轨机构33。但是在其它实施例中，伸缩驱动装置也可以为传动丝杆机构。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，伸缩管34内的封闭腔体呈真空状态。

伸缩管34内呈真空状态能够保证加速的高能电子束在射出加速管32腔体后内能维持高速运动并撞击末端的X射线靶35，从而产生治疗所需的高能X射线。

如图3所示，另一方面，本发明实施例还公开一种放疗设备，包括上述任一实施例公开的直线加速器、与直线加速器通信连接的加速器控制装置以及治疗床5。患者4躺在治疗床5上，利用直线加速器上的可伸缩治疗头3进行治疗。

当加速器控制装置控制伸缩导轨33拉伸时，其过程图如图4所示。

如图5所示，此外，本发明实施例还公开一种放疗设备的工作方法，利用上述实施例公开的放疗设备进行工作，具体包括以下步骤：

步骤一：加速器控制装置接收治疗计划；

步骤二：加速器控制装置根据治疗计划的要求，计算出初始角度对应的剂量率并调整治疗头3的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管34伸缩；

步骤三：加速器控制装置控制直线加速器启动照射治疗；

步骤四：旋转机架2带动治疗头3旋转，到达下一个治疗角度；

步骤五：加速器控制装置计算出该治疗角度下对应的剂量率并调整治疗头3的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管34伸缩；

步骤六，重复步骤三至五，直至执行完成整个治疗计划。

加速器控制装置根据治疗计划参数的需要动态实时调整伸缩的长度，控制伸缩导轨33伸缩，从而调整加速管32的出射口与X射线靶35的入射口之间的距离。

加速器控制装置通过下式得到治疗头的伸缩长度；

DR＝DR₀*(L₀/L)²；

其中，DR为距离射线靶点L长度处的剂量率；

DR₀为距离射线靶点L₀(参考点)长度处的剂量率；

L₀为参考治疗位置距离射线靶点的长度；

L为实际治疗位置治疗距离射线靶点的长度。

注：参考点L0处的剂量率是事先标定过的已知量。

本发明公开一种具备可伸缩治疗头的直线加速器、放疗设备及其工作方法，具有以下有益效果：

第一，不增加直线加速器输入功率的情况下得到Flash治疗所需的超高剂量率。

第二，保留了常规直线加速器的主体结构不变的情况实现Flash治疗，使X射线Flash加速器的生产制造易于实现。

第三，采用单一的X射线治疗头实现Flash放疗功能，能够有效降低加速器设备成本，利于Flash放疗加速器的普及使用。

以上多种实施方式可交叉并行实现。

应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.具备可伸缩治疗头的直线加速器，包括：固定机架、设置于所述固定机架上的旋转机架以及设置于所述旋转机架上的治疗头，其特征在于，所述治疗头包括：

治疗头支架；

加速管，所述加速管设置于所述治疗头支架上，所述加速管用于将电子加速到MeV级能量；

准直组件，所述准直组件设置于所述加速管的出射口处，所述加速管的出射口与所述准直组件的入射口通过伸缩管连接，所述伸缩管内具有用于电子通过的封闭腔体，所述准直组件用于将所述加速管的出射电子准直后，照射到指定位置；

伸缩驱动装置，所述伸缩驱动装置用于驱动所述伸缩管伸缩。

2.根据权利要求1所述的直线加速器，其特征在于，所述准直组件包括：X射线靶、初级准直器以及二级准直器，所述伸缩管的两端分别连接加速管的出射口和X射线靶的入射口，所述初级准直器用于将所述X射线靶射出的高能X射线进行初次准直，所述二级准直器用于将所述初级准直器射出的高能X射线进行二次准直。

3.根据权利要求1所述的直线加速器，其特征在于，所述伸缩驱动装置安装于所述治疗头支架上，且所述伸缩驱动装置的伸缩端与所述准直组件连接。

4.根据权利要求1所述的直线加速器，其特征在于，所述伸缩驱动装置为伸缩导轨机构和/或传动丝杆机构。

5.根据权利要求1所述的直线加速器，其特征在于，所述伸缩管内的封闭腔体呈真空状态。

6.放疗设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的直线加速器、与所述直线加速器通信连接的加速器控制装置以及治疗床。

7.放疗设备的工作方法，其特征在于，利用如权利要求6所述的放疗设备进行工作，具体包括以下步骤：

步骤一：加速器控制装置接收治疗计划；

步骤二：加速器控制装置根据治疗计划的要求，计算出初始角度对应的剂量率并调整治疗头的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管伸缩；

步骤三：加速器控制装置控制直线加速器启动照射治疗；

步骤四：旋转机架带动治疗头旋转，到达下一个治疗角度；

步骤五：加速器控制装置计算出该治疗角度下对应的剂量率并调整治疗头的伸缩长度，伸缩驱动装置驱动伸缩管伸缩；

步骤六，重复步骤三至五，直至执行完成整个治疗计划。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述加速器控制装置通过下式得到治疗头的伸缩长度；

DR＝DR₀*(L₀/L)²；

其中，DR为距离射线靶点L长度处的剂量率；

DR₀为距离射线靶点L₀长度处的剂量率；

L₀为参考治疗位置距离射线靶点的长度；

L为实际治疗位置治疗距离射线靶点的长度。

Images