CN1186408A - 动态束流传输线及其在术中放疗中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种动态的束流传输线及其在术中放疗中的应用。这种动态束流传输线,包括多个治疗臂,相邻两个治疗臂之间的联接即是一个关节,在每一个关节处有一对90°偏转磁铁对接,两个90°偏转磁铁均可绕其束流孔的中轴线旋转。将加速器产生的电子线引入所述动态束流传输线中,通过各个治疗臂的多维转动即可任意调节束流方向,在手术室中使用非常便利。采用该治疗臂系统的加速器装置重量轻、体积小、自屏蔽,无需特殊防护。
Description
本发明涉及一种束流传输线及其在术中放疗领域的应用。
带电粒子流在加速器中加速并引出后进入束流传输线，经各个方向的偏转及传输，再从辐射头(即治疗头)中射出，照射到被辐射物体上。束流传输元件一般包括偏转磁铁、漂移管、四极透镜、束流导向线圈、束流探测器等，它们具有使带电粒子流在管道中前进、偏转、聚焦等功能。束流传输线设计多是采用固定方式，带电粒子束在静止的束流传输线中传输，通常从漂移管经过偏转磁铁，偏转一定角度后进入另一漂移管，偏转的角度不可随时更改，最后从静止的辐射头中射出；辐射头最多能有一个旋转自由度，即机架绕等中心轴的转动，例如美国瓦里安(Varian)公司生产的医用电子直线加速器和美国罗马林达(Loma Linda)大学质子医疗中心的质子同步加速器，均是机架绕中心轴旋转，由于固定传输线的原因，治疗头不能灵活地在空间自由定位，极为笨拙。
由于治疗头的笨拙和加速器的庞大体积，必须有专门的治疗室提供放置，医生在对病人进行术中放疗时，对加速器的操作尤其显得不方便。
经手术切除肿瘤病灶之后，或借助手术暴露不能切除的瘤灶，对术后瘤床、残存灶、淋巴引流区，或原发瘤灶，在直视下大剂量照射，称之为术中放疗(Intraoperative Radiation Therapy，IORT)。从广义上讲，在手术的时候完成放疗，这种技术属于术中放疗。假如肿瘤附近有敏感组织或器官，外照射不可能给予肿瘤致死量；另一方面，外科根治手术后，仍有肉眼看不见的残存和亚临床病灶，为了克服放疗外照射和手术的局限性，因此开展术中放疗。此种方法应用时，重要敏感组织和器官可以移于照射野外，在直视下一次大剂量精确地直接照射外科无法切除的残存病变，从而达到根治。
手术切除肿瘤后，病人盖以无菌大单保持伤口及周围无菌条件下，将手术台连同病人推到放疗室进行照射，照射毕，再推回手术室完成手术。在放疗室中，医生要对病人进行摆位，调整加速器治疗头的角度，由于机器体积大，结构复杂，治疗头灵活性又不够高，常常造成医生操作上的不方便。
本发明的第一个目的就是为了克服现有技术的上述缺陷，提出一种动态的束流传输线装置，使治疗头可以灵活地在空间定位。
本发明的第二个目的是将上述动态的束流传输系统应用于束中放疗，以方便医生的操作。
为了实现上述第一个目的，本发明采用以下技术方案：一种束流传输线，包括多个治疗臂，相邻两个治疗臂之间的联接即是一个关节，在每一个联接关节处有一对90°偏转磁铁对接，带电粒子流由其中一个90°偏转磁铁输出进入另一90°偏转磁铁，两个90°偏转磁铁均可绕束流孔的中轴线旋转，以随意改变两个治疗臂之间的夹角。
本发明实现上述第二个目的的方案是：将上述动态束流线用于术中放疗装置，其包括：将加速器产生的粒子束线引入所述动态束流传输线中；通过各个治疗臂的多维转动任意调节束流方向；使束流照射到病灶区域以进行术中放疗。
由于采用了上述方案，只需两个90°偏转磁铁就可实现束流方向的灵活调节，几个关节就可以实现束流方向的任意偏转。因此，治疗臂灵活多变，具有多个空间自由度。可以根据病灶位置的不同相当灵活方便的改变治疗头的位置。具有多自由度的治疗臂结构，使用非常灵活，无需特殊防护，在手术室中使用非常便利。
图1是本发明一个实施例的剖面结构示意图；
图2是图1中关节6的B-B剖面结构展开示意图。
下面结合附图并通过具体的实施例对本发明做更进一步详细的描述。
参见图1，所示为一种用于术中放疗的电子回旋加速器装置，它包括：电子回旋加速器1、手推式小车2、动态束流传输线3和治疗头4，电子回旋加速器1固定安装在手推式小车2上，其电子能量7～10.6MeV可调，脉冲电流强度10mA，由电子回旋加速器1引出的束流品质优良，能散度约为±0.05/n(n为圈数)；治疗头4装在动态束流传输线3的末端；动态束流传输线3包括四个治疗臂301、302、303、304，该动态束流传输线3是一个关节式机械手，它具有四个自由度，即躯体的回转(α1)，治疗臂的俯仰和伸缩(α2、α3)，治疗头4的弯转(α4)；治疗臂301与治疗臂302用关节5来联接，治疗臂302与治疗臂303用关节6来联接，治疗臂303与治疗臂304用关节7来联接。电子束流从电子回旋加速器1中引出后，进入动态束流传输线3中，再从治疗头4中射出。如图1电子束流经过的路径是：回旋加速器1→治疗臂301→关节5→治疗臂302→关节6→治疗臂303→关节7→治疗臂304→治疗头4。
关节6处并不是只有一个偏转磁铁，而是具有两个90°偏转磁铁，关节5、7处同样各有两个90°偏转磁铁。如图1，电子束流并不是直接从漂移管8流向漂移管11，从图1的A向视图中可以清楚地看出，电子束流是从漂移管8经过90°偏转磁铁12、漂移管9、10和漂移管13才进入漂移管11的(其中漂移管9、10也可不要)。更详细的结构如图2所示关节6的B-B剖面结构展开示意图，漂移管8安装在治疗臂302中，漂移管11安装在治疗臂303中，电子束流由漂移管8进入90°偏转磁铁12，偏转90°后经漂移管9、10，再经90°偏转磁铁13进入漂移管11。在治疗臂302、303的联接关节6处除有两个90°偏转磁铁12、13，和两段断开的漂移管9、10外，还有内套筒14、外套筒15；漂移管9、10其间间隙1～2mm，均用薄钛片封口，这样既保持管道内真空，又不影响电子束流的穿透，也使关节的转动成为可能。漂移管9、10的中轴线即是关节6的关节轴x-x；内套筒14固定在漂移管10上，外套简15固定在漂移管9上，内、外套筒14、15之间由两个轴承16、17联接，其轴线都是x-x轴；因此通过内外套筒14、15和轴承16、17就可实现漂移管9、10绕x-x轴相对转动，即是关节6绕关节轴的转动，也就是治疗臂302、303的相对转动，因此，可以随意改变治疗臂302、303之间的角度。另外，关节5、7也具有关节6同样的结构。这样，整个动态束流传输线3的三个关节总共使用六个90°偏转磁铁极其相应机构，就实现了治疗头4在空间位置里的四个自由度。电子束流始终沿漂移管运动，不受治疗臂空间运动的影响。
电子回旋加速器在同样的微波功率源下，可以比电子直线加速器获得更高的能量，剂量率则比同样能量的电子感应加速器高得多，且体积更小，兼有了前两种加速器的优点。本实施例的电子回旋加速器1输出束流的束斑约在2×3mm2范围；引出束流发射度很小(垂直方向1mmmrad，水平方向10mmmrad)，能散度也很小，为0.4％左右，而一般直线加速器可大到10％上下；因此在束流偏转时只需考虑空间聚焦即可，而不必采用消色散系统。根据上述数据，当束流自由漂移距离不超过500mm，其束斑尺寸增大不超过数毫米，因此安排束流传输元件在间距200～400mm之间即单个治疗臂长度在200～400mm范围，治疗空间也已足够大，而且束流元件及漂移管的接收孔径都可以取得较小。这样既可以节省功率，降低造价，还可以使结构紧凑，装置体积小。漂移管采用φ25mm无磁不锈钢管，外加铍-镆合金电磁屏蔽。整个设备无需额外的屏蔽装置，使重量减轻。而且由于引出的束流品质优良，发散极小，可将该设备直接安放于手术室内而不必单独安放，医生可直接在手术室内操作该设备，在直视下一次大剂量精确地直接照射病变组织，既灵活方便，也节省时间。
由于以上所述的特点，整个电子回旋加速器装置重量轻、体积小、自屏蔽，电子束能量可调，适于各种形状和大小的靶区扫描照射，可推入手术室作术中放疗，简化程序避免搬动，减少了伤口污染的机会，既具有经济性又有高输出的特点，大大推动术中放疗的发展。
Claims (8)
1.一种束流传输线，其特征是：包括两个或两个以上治疗臂，相邻两个治疗臂(301，302)(302，303)(303，304)之间的联接即是一个关节(5)(6)(7)，在每一个联接关节(5)(6)(7)处有一对90°偏转磁铁(12，13)对接，带电粒子流由其中一个90°偏转磁铁(12)输出进入另一90°偏转磁铁(13)，两个90°偏转磁铁(12，13)均可绕束流孔的中轴线旋转，以随意改变两个治疗臂(301，302)(302，303)(303，304)之间的夹角。
2.如权利要求1所述的一种束流传输线，其特征是：所述两个90°偏转磁铁(12，13)之间装有两段漂移管(9，10)，两段漂移管(9，10)的中轴线重合。
3.如权利要求2所述的一种束流传输线，其特征是：所述两段漂移管(9，10)的对接端均用薄钛片封口。
4.如权利要求1或2所述的一种束流传输线，其特征是：所述两个90°偏转磁铁(12，13)的相对转动是通过内套筒(14)、外套筒(15)和轴承(16，17)来实现的。
5.如权利要求3所述的一种束流传输线，其特征是：所述两个90°偏转磁铁(12，13)的相对转动是通过内套筒(14)、外套筒(15)和轴承(16，17)来实现的。
6.一种将上述束流传输线用于术中放疗装置的方法，包括：将加速器(1)产生的电子线引入所述束流传输线(3)中；通过各个治疗臂(301，302，303，304)的多维转动任意调节束流方向；使束流照射到病灶区域以进行术中放疗。
7.如权利要求6所述的一种将上述束流传输线用于术中放疗装置的方法，其特征是：所述加速器(1)采用电子回旋加速器。
8.如权利要求6或7所述的一种将上述束流传输线用于术中放疗装置的方法，其特征是：所述加速器(1)固定在手推式小车(2)上。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN97119478A CN1186408A (zh) | 1997-11-22 | 1997-11-22 | 动态束流传输线及其在术中放疗中的应用 |
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| CN97119478A CN1186408A (zh) | 1997-11-22 | 1997-11-22 | 动态束流传输线及其在术中放疗中的应用 |
Publications (1)
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| CN97119478A Pending CN1186408A (zh) | 1997-11-22 | 1997-11-22 | 动态束流传输线及其在术中放疗中的应用 |
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| CN (1) | CN1186408A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102456423A (zh) * | 2010-10-18 | 2012-05-16 | 中国科学院高能物理研究所 | 车载式移动辐照设备 |
-
1997
- 1997-11-22 CN CN97119478A patent/CN1186408A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN102456423A (zh) * | 2010-10-18 | 2012-05-16 | 中国科学院高能物理研究所 | 车载式移动辐照设备 |
| CN102456423B (zh) * | 2010-10-18 | 2016-08-03 | 中国科学院高能物理研究所 | 车载式移动辐照设备 |
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