CN115645761B - 肿瘤放射治疗设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种肿瘤放射治疗设备及其控制方法，所述设备包括：激光器，电子加速腔室；其中，电子加速腔室的首端连接激光器，电子加速腔室设置为真空状态；激光器向电子加速腔室输入激光光束，激光光束在电子加速腔室内与导入的气体靶相互作用，在靠近肿瘤部位产生准直的高能电子束；高能电子束快速运动至电子加速腔室的末端，电子加速腔室的末端插入到肿瘤部位，作用于肿瘤部位；该技术方案，在肿瘤部位处或附近位置产生准直的高能电子束，降低了激光器设备要求条件，从而极大地降低了设备成本，而且所产生的高能电子束能够满足闪疗的要求，减少治疗次数，降低治疗周期。

Description

肿瘤放射治疗设备及其控制方法

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种肿瘤放射治疗设备及其控制方法。

背景技术

肿瘤放射治疗是利用高能射线杀死癌症肿瘤细胞的技术，是目前治疗癌症的主要手段之一，一般放射治疗使用的高能射线是依赖于加速器技术产生的X/伽马射线、电子束和离子束等；X/伽马射线和离子束由于穿透能量强，可以从体外直接穿透并进入体内进行治疗，被称为外照射放疗，能量约100MeV 的电子束传统能力类似X射线，也可用于外照射放疗，但是外照射放疗不可避免的对射线穿过的正常组织产生一定程度的放射伤害。

电子束常用于治疗皮肤和浅表层肿瘤；也可在外科手术中辅助手术手段清除残余肿瘤细胞，被称为术中放疗，一般利用能量约10MeV的穿透能力低的电子束；此外，也可以通过介入人体的很细的真空管道直接到达肿瘤进行放射治疗，被称为介入放疗。

目前，癌症放疗设备开始使用新型激光等离子体加速技术，通过产生能量约100MeV 的电子束进行外照射放疗，通常是利用激光器加速电子束，然后通过细导管导入到肿瘤部位，但是这种技术所需要的激光器的条件较高，因此整体放疗设备的成本高，而且对射线穿过的正常组织会产生放射伤害；由于外照射放疗方法是利用多次数、低剂量的放疗来杀死肿瘤细胞，必须精确控制放射剂量分布，而且对正常组织伤害大，治疗次数多、周期长。

由此可见，现有的基于激光加速技术的肿瘤放射治疗技术方案，存在设备成本较高、效果不足以及治疗周期长等的缺陷。

发明内容

本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，提供一种肿瘤放射治疗设备及其控制方法，从而降低设备成本，提升治疗效果和降低治疗周期。

一种肿瘤放射治疗设备，包括：激光器，电子加速腔室；其中，所述电子加速腔室的首端连接激光器；

所述电子加速腔室的末端用于插入到肿瘤部位；

所述激光器用于产生高能激光光束；

所述电子加速腔室设置为真空状态；

所述激光器向电子加速腔室输入激光光束，所述激光光束在所述电子加速腔室内与导入的气体靶相互作用，在靠近肿瘤部位产生准直的高能电子束；

所述高能电子束快速运动至所述电子加速腔室的末端，作用于肿瘤部位。

在一个实施例中，所述电子加速腔室在连接激光器的首端上设有激光注入孔，所述电子加速腔室内在激光光束之后的位置处还设有电子滤窗；

其中，所述激光器产生的激光光束由所述激光注入孔进入所述电子加速腔室，所述电子滤窗用于阻挡激光光束和气体分子，并使所述高能电子束通过。

在一个实施例中，所述电子滤窗包括低原子序数的金属滤网。

在一个实施例中，所述电子加速腔室的末端还设有适形部；

其中，所述适形部为基于所述高能电子束的运动规律进行设计，用于控制输入肿瘤部位的高能电子束与肿瘤部位的形状相匹配。

在一个实施例中，所述适形部包括设于所述电子加速腔室末端内部的一段填充物；

其中，所述填充物为固体水或蜡。

在一个实施例中，所述电子加速腔室为空心管状结构设计，在所述电子加速腔室外部还设有套管；

其中，所述套管用于插入到人体组织的肿瘤部位，所述电子加速腔室的末端套入所述套管并插入到肿瘤部位。

在一个实施例中，所述电子加速腔室为金属管结构设计，所述套管为塑料管结构设计。

在一个实施例中，所述的肿瘤放射治疗设备，还包括：设于所述电子加速腔室内部的气体喷嘴；

其中，所述气体喷嘴位于所述激光器产生激光光束的焦点位置，用于向电子加速腔室高速喷射适量工作气体形成气体靶，所述激光光束与气体靶相互作用产生等离子体和电子束流。

在一个实施例中，所述电子加速腔室包括可拆卸的气体靶室和电子束导管两部分；其中，所述气体靶室和电子束导管以所述电子滤窗出射面为分割位置；

在一次放射治疗完成后，更换导管进行下一次治疗，直至完成全部治疗。

一种肿瘤放射治疗设备的控制方法，包括如下步骤：

在所述电子加速腔室的首端接上所述激光器；

将所述电子加速腔室抽真空为真空状态，并向所述电子加速腔室中导入适量工作气体形成气体靶；

启动所述激光器向电子加速腔室输入激光光束；其中，所述激光光束与所述气体靶相互作用产生准直的高能电子束，所述高能电子束快速运动至所述电子加速腔室的末端；

控制所述激光器的功率和导入的工作气体流量。

在一个实施例中，在所述电子加速腔室的首端接上所述激光器之前，还包括：

根据肿瘤部位的形状设计相匹配的适形部结构；

根据所述适形部结构设计所需的填充物及其分布位置；

在电子加速腔室的末端嵌入填充物，制作与肿瘤部位的形状相匹配的适形部。

在一个实施例中，将所述电子加速腔室的末端插入到肿瘤部位，包括：

将所述套管插入到人体组织的肿瘤部位；将所述电子加速腔室的末端插入所述套管内，直至到达所述肿瘤部位。

上述肿瘤放射治疗设备及其控制方法，激光器从电子加速腔室的首端输入激光光束，与导入的气体靶相互作用，在靠近肿瘤部位产生准直的高能电子束，其快速运动至电子加速腔室插入到肿瘤部位的末端，作用于肿瘤部位进行放射治疗；该技术方案，可以在肿瘤部位处或附近位置产生准直的高能电子束，降低了激光器设备要求条件，从而极大地降低了设备成本，而且所产生的高能电子束能够满足闪疗的要求，减少治疗次数，降低治疗周期。

进一步的，在电子加速腔室内设置电子滤窗，阻挡激光光束和气体分子，并使高能电子束通过，从而确保了激光光束效能，避免了工作气体分子污染高能电子束流，提升了放射治疗的安全性和治疗效果。

进一步的，通过设计高能电子束的运动规律相匹配的适形部，从而可以控制输入肿瘤部位的高能电子束与肿瘤部位的形状相匹配，便于肿瘤部位进行精确的放射治疗，减少对正常组织产生的放射伤害，治疗过程更加安全有效，具有更好的治疗效果。

进一步的，将电子加速腔室设计为空心管状结构，并在电子加速腔室外部配套设计了套管，在使用时，将套管插入到人体组织的肿瘤部位，再将电子加速腔室的末端套入套管并插入到肿瘤部位，从而便于进行多次放射治疗和更换设备部件。

进一步的，通过气体喷嘴在激光光束的焦点位置高速喷射工作气体，从而提高了激光光束与气体靶相互作用效果，提升高能电子束的效能。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是一个实施例的肿瘤放射治疗设备示意图；

图2是另一个实施例的肿瘤放射治疗设备示意图；

图3是一个实施例的肿瘤放射治疗设备的控制方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参考图1所示，图1是一个实施例的肿瘤放射治疗设备示意图，如图示，本申请提供的肿瘤放射治疗设备，区别于大型激光设备产生电子束进行外照射放疗的技术，包括：激光器10，电子加速腔室20；

其中电子加速腔室20的首端连接激光器10，激光器10用于产生高能激光光束，电子加速腔室20的末端用于插入到肿瘤部位30，电子加速腔室20可以设置为真空状态，具体真空度可以根据实际使用需求而定。

本实施例的肿瘤放射治疗设备，在放射治疗使用时，电子加速腔室20的末端插入到肿瘤部位30，电子加速腔室20内置为一定真空度，并导入适量的气体靶21，激光器10向电子加速腔室20输入激光光束11，激光光束11在电子加速腔室20内与导入的气体靶21相互作用，在靠近肿瘤部位30产生准直的高能电子束22；如图中所示，在激光光束11焦斑范围内，激光光束11与气体靶21相互作用下能够在电子加速腔室20形成等离子体和高能电子束22。

在激光光束11产生高能电子束22后，高能电子束22快速运动至电子加速腔室20的末端，且在向末端运动过程中保持准直性，输出高能电子束22作用于肿瘤部位30，从而对肿瘤部位30进行治疗。

对于电子加速腔室20，优选的，可以设计成管道形状，据此，高能电子束22流中发散角较小的电子可以快速传输到末端，对肿瘤部位30进行治疗。

与常规的电子束放射治疗技术不同，本实施例的高能电子束22在接近于肿瘤部位30或者附近位置处产生，电子数目多，电子能量介于5MeV到50MeV之间，需要的电子束能量小，对角发散度要求不高，可以显著降低对激光器的要求，从而便于设备小型化，体积可以做得更小，降低了整体设备成本，便于普及。

另外，高能电子束22流直接导入到肿瘤部位30产生治疗作用，电子束亮度高，可以满足闪疗的要求，治疗过程更加安全有效，可以减少治疗次数，降低了治疗周期。

为了更加清晰本申请的技术方案，参考图2所示，图2另一个实施例的肿瘤放射治疗设备结构示意图，下面阐述更多实施例。

在一个实施例中，如图2所示，电子加速腔室20在连接激光器10的首端上设有激光注入孔，电子加速腔室20内在激光光束11之后的位置处还设有电子滤窗201；其中，激光器10产生的激光光束11由激光注入孔进入电子加速腔室20，电子滤窗201用于阻挡激光光束11并使高能电子束22通过；优选的，电子滤窗201可以用薄而低原子序数的金属（如钛或铍）所制作的金属滤网。

上述实施例的技术方案，通过在电子加速腔室内设置电子滤窗，可以通过高能电子束，一方面阻挡激光光束，从而确保了激光光束效能，另一方面也可以过滤高能电子束；由于使用时需要通入工作气体作为气体靶，部分残留的气体分子有可能会被传输到肿瘤部位，设计了电子滤窗之后，避免了工作气体分子污染高能电子束流，提升了放射治疗的安全性和治疗效果。

在一个实施例中，如图2所示，电子加速腔室20的末端还设有适形部204；其中，适形部204为基于高能电子束22的运动规律进行设计，用于控制输入肿瘤部位30的高能电子束22与肿瘤部位30的形状相匹配；优选的，适形部204可以包括设于电子加速腔室20末端内部的一段填充物，填充物可以为固体水或蜡等。

上述实施例的技术方案，通过设计高能电子束的运动规律相匹配的适形部，控制输入肿瘤部位的高能电子束与肿瘤部位的形状相匹配，便于对高能电子束进行适形，以匹配肿瘤形状，可以有针对性的对各种不同形状肿瘤部位进行精确的放射治疗，充分发挥精确放射治疗的优势，避免了对射线穿过的正常组织产生的放射伤害，治疗过程更加安全有效，有利于病人术后恢复，具有更好的治疗效果；而且，采用固体水或蜡等作为填充物，具有固态物质的物理特征，在高能电子束流下能够保持较高稳定性，也具有便于制作的优点。

在一个实施例中，如图2所示，电子加速腔室20为空心管状结构设计，在电子加速腔室20外部还设有套管202；其中，套管202用于插入到人体组织的肿瘤部位30，电子加速腔室20的末端套入套管202并插入到肿瘤部位30；优选的，电子加速腔室20为金属管结构设计，套管202为塑料管结构设计，即电子加速腔室20采用空心的金属管，套管202采用塑料管，优选的，金属管的直径小于2cm。

为了使得肿瘤放射治疗设备能够更好地适应于治疗需求，如图2所示，电子加速腔室20可以设计为包括可拆卸的气体靶室20A和电子束导管20B两部分；其中气体靶室20A和电子束导管20B以电子滤窗201出射面为分割位置；另外，对于气体靶室20A和电子束导管20B，可以采用直径大小一致的设计，也可以设计不同直径大小，如气体靶室20A可以设计为更大直径。

通过上述设计方案，在一次放射治疗完成后，更换电子束导管20B部分即可进行下一次放射治疗，直至完成全部治疗。

上述实施例的技术方案，在电子加速腔室外增加一个套管，并将电子加速腔室设计为可拆卸的气体靶室和电子束导管两部分，成本可控，在治疗过程中，在进行完一次治疗时，将电子束导管从套管中取出并拆卸更换即可，更换过程更加安全便捷，一次插管、多次治疗，能明显降低治疗复杂，提高治疗效果。

在一个实施例中，如图2所示，肿瘤放射治疗设备还包括设于电子加速腔室20内部的气体喷嘴203；其中气体喷嘴203位于激光器10产生激光光束11的焦点位置，用于向电子加速腔室20高速喷射工作气体形成气体靶21，激光光束11与气体靶21相互作用产生等离子体和电子束流；另外，也可以将工作气体预先装入气囊中，并在使用时导入。

对于所使用的工作气体，可以是氢气或其他种类的气体，不同的气体原子产生的电子数目不同，在实际使用之前，可以根据气体种类设置合适的密度或压强范围，从而得到更好的效果，例如，对于氢气体可以设置为常温下标准大气压。

上述实施例的技术方案，通过气体喷嘴在激光光束的焦点位置高速喷射工作气体，从而提高了激光光束与气体靶相互作用效果，提升高能电子束的效能。

下面阐述本申请的肿瘤放射治疗设备的控制方法的实施例。

参考图3所示，图3是一个实施例的肿瘤放射治疗设备的控制方法流程图，包括如下步骤：

（1）在所述电子加速腔室20的首端接上所述激光器10。

在一个实施例中，在使用之前，还可以根据肿瘤部位30的形状设计相匹配的适形部204结构，根据适形部204结构设计所需的填充物及其分布位置，然后在电子加速腔室20的末端嵌入填充物，制作与肿瘤部位30的形状相匹配的适形部204。

具体的，可以根据肿瘤诊断结果可以得到肿瘤形状，然后进行适形设计，形成有效的适形作用。

将所述电子加速腔室20的末端插入到肿瘤部位30时，可以首先将套管202插入到人体组织的肿瘤部位30，然后将电子加速腔室20的末端插入套管202内，直至到达所述肿瘤部位30。

（2）将所述电子加速腔室20抽真空为真空状态，并向所述电子加速腔室20中导入适量工作气体形成气体靶21。

此过程中，可以根据所治疗的肿瘤情况，设定通入电子加速腔室20的工作气体类型、密度或压强等参数并通入相应流量的工作气体。

（3）启动所述激光器10向电子加速腔室20输入激光光束11；其中，所述激光光束11与所述气体靶21相互作用产生准直的高能电子束22，所述高能电子束22快速运动至所述电子加速腔室20的末端。

此过程中，主要是基于激光电子加速的物理原理实现高能电子束22产生和加速过程。

（4）控制所述激光器10的功率和导入的工作气体流量。

在治疗过程中，在一次放射治疗完成后，将电子束导管20B从套管202中取出并更换，然后进行下一次治疗，直至完成全部治疗疗程。

本申请的技术方案，基于激光等离子体加速技术的应用，在靠近肿瘤部位产生准直的高能电子束对肿瘤进行放射治疗，相对于常规的外放疗技术，无需大型激光设备，显著降低了对激光器的条件要求，整体设备成本更低，体积可以做得更小，更有利于普及和推广使用，对正常组织没有辐射伤害，有利于病人术后恢复；而且产生的电子束亮度高，满足闪疗的要求，只需进行一到两次的治疗，显著降低了病人的治疗周期和费用。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种肿瘤放射治疗设备，其特征在于，包括：激光器，电子加速腔室；其中，所述电子加速腔室的首端连接激光器；

所述电子加速腔室为空心管状结构设计；

所述电子加速腔室内在激光光束之后的位置处还设有电子滤窗；

所述电子加速腔室的末端还设有适形部，包括设于所述电子加速腔室末端内部的一段填充物；

所述电子加速腔室的末端用于插入到肿瘤部位；

所述激光器用于产生高能激光光束；

所述电子加速腔室设置为真空状态，并导入适量的气体靶；

所述激光器向电子加速腔室输入激光光束，所述激光光束在所述电子加速腔室内与导入的气体靶相互作用，在靠近肿瘤部位产生准直的高能电子束；

所述电子滤窗用于阻挡激光光束和气体分子，并使所述高能电子束通过；

所述高能电子束快速运动至所述电子加速腔室的末端，作用于肿瘤部位，对肿瘤部位进行治疗；

所述适形部用于控制输入肿瘤部位的高能电子束与肿瘤部位的形状相匹配。

2.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，所述电子加速腔室在连接激光器的首端上设有激光注入孔；

其中，所述激光器产生的激光光束由所述激光注入孔进入所述电子加速腔室。

3.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，所述电子滤窗包括低原子序数的金属滤网。

4.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，所述适形部为基于所述高能电子束的运动规律进行设计。

5.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，所述填充物为固体水或蜡。

6.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，在所述电子加速腔室外部还设有套管；

其中，所述套管用于插入到人体组织的肿瘤部位，所述电子加速腔室的末端套入所述套管并插入到肿瘤部位。

7.根据权利要求6所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，所述电子加速腔室为金属管结构设计，所述套管为塑料管结构设计。

8.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗设备，其特征在于，还包括：设于所述电子加速腔室内部的气体喷嘴；

其中，所述气体喷嘴位于所述激光器产生激光光束的焦点位置，用于向电子加速腔室高速喷射适量工作气体形成气体靶，所述激光光束与气体靶相互作用产生等离子体和电子束流。

9.一种应用于权利要求1-8任一项所述的肿瘤放射治疗设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述电子加速腔室的首端接上所述激光器；

将所述电子加速腔室抽真空为真空状态，并向所述电子加速腔室中导入适量工作气体形成气体靶；

启动所述激光器向电子加速腔室输入激光光束；其中，所述激光光束与所述气体靶相互作用产生准直的高能电子束，所述高能电子束快速运动至所述电子加速腔室的末端；

控制所述激光器的功率和导入的工作气体流量。

10.根据权利要求9所述的肿瘤放射治疗设备的控制方法，其特征在于，在所述电子加速腔室的首端接上所述激光器之前，还包括：

根据肿瘤部位的形状设计相匹配的适形部结构；

根据所述适形部结构设计所需的填充物及其分布位置；

在电子加速腔室的末端嵌入填充物，制作与肿瘤部位的形状相匹配的适形部。

Images