CN208493023U - 一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架，具有带磁场梯度的偏转磁铁，该偏转磁铁由第一偏转磁铁和第二偏转磁铁组成，第一偏转磁铁之前安装有用于光学匹配的两块四极铁，第一偏转磁铁和第二偏转磁铁之间安装有用于光学匹配的四块四极铁，其中，至少第二偏转磁铁为分段式结构，每段梯度不同。根据本实用新型的用于质子治疗的紧凑型旋转机架减小了旋转机架尺寸，降低了旋转机架重量，使得制造和安装更加简单，降低了生产成本和运行功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及质子治疗，更具体地涉及一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架。
背景技术
使用质子的放射疗法被证实是精确且适形的放射治疗技术，其能够将高剂量质子输送到靶区，同时使围绕健康组织的剂量最小化。
质子治疗设备包括加速器和输运线，其中，该加速器用于产生高能质子，该输运线用于将质子束从多个放射方向输送到靶。旋转机架是一种已知的旋转束输运线的支撑机构，靶被定位在由旋转机架的旋转轴线与最后一块偏转磁铁的出口中心轴的交叉限定的固定位置，该交叉位置也被称为等中心。
传统的旋转机架结构如图1a和1b所示，其包括若干偏转磁铁1和四极铁2。显然，该传统的旋转机架的纵向长度较长，从而导致重量很大。目前国际上通用的旋转机架重量高达一百余吨。从旋转机架重量组成上分析，磁铁的重量占约1/5左右，其余大部分重量是支架本身的结构重量和配重。因此，通过改变输运线结构，虽然可能会增加磁铁的数量或者改变弯转磁铁的数量，也就是可能会增加磁铁重量，但是，由于磁铁重量仅占旋转机架总重量的1/5，旋转机架的总重量有可能减少。为了保证在转动过程中的束流中心离上述的等中心的误差保持在很小的范围内，也就是减少旋转造成的束流在靶区内位置的变化，在转动过程中整个支架的变形要求控制在很小范围内，而最后一块偏转磁铁离支撑轴的距离和重量决定了变形最大的力矩，因此减少支架重量有两个途径，其一是减少支架的旋转半径，其二是减少支架的纵向长度。
CN104105527A公开了一种小型、轻量架台和使用该架台的粒子线治疗装置，其通过减少支架的旋转半径来达到轻量化的目的。但是，由于该方案采用扫描磁铁安装在最后一块偏转磁铁之前，造成了最后一块偏转磁铁间隙很大，重量极重，这也就导致了整个旋转机架的总重量的减少并不明显。
CN201720221304.X提出了一种紧凑型旋转机架的优化结构，其采用三块偏转磁铁的结构，使得旋转部分重量较重，第二和第三偏转磁铁的间隙也会增加旋转机架的长度。此外，较长的治疗头使得其SAD较大，导致旋转半径较大，大大增加了旋转机架的重量。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架，通过减少支架的纵向长度来减轻整体旋转机架的总重量。
本实用新型所述的一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架，具有带磁场梯度的偏转磁铁，该偏转磁铁由第一偏转磁铁和第二偏转磁铁组成，第一偏转磁铁之前安装有用于光学匹配的两块四极铁，第一偏转磁铁和第二偏转磁铁之间安装有用于光学匹配的四块四极铁，其中，至少第二偏转磁铁为分段式结构，每段梯度不同。
用于扫描或散射的治疗头安装在第二偏转磁铁之后的位置。
该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁之间具有梯度。
该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁分别采用分段式结构。
该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁各自具有梯度。
该第一偏转磁铁为单段式结构，第二偏转磁铁为三段式结构。
该第一偏转磁铁为两段式结构，第二偏转磁铁为四段式结构。
第一偏转磁铁和第二偏转磁铁为将质子束流总计偏转90度的偏转磁铁。
本实用新型通过带梯度的偏转磁铁来缩短旋转机架的纵向长度，减少四极铁的数目，此外，带梯度偏转磁铁的采用，可以大大减小传输过程中的包络函数，从而使得偏转磁铁的孔径减小，重量降低。虽然带梯度偏转磁铁具有梯度与偏转磁铁场强锁定且不能随意调节的调节，但是，本实用新型通过设计偏转磁铁的梯度和四极铁强度的组合使其形成1:1传输要求的旋转机架(即《基于Geant4模拟的质子治疗束配系统的束流光学设计》文中设计的机架，参见《核技术》，2013，36(7)，21-25页)，由于传输矩阵M为1：1，在不同角度时不需要对聚焦强度进行调节，只需要传输不同能量时和偏转磁铁同步调节，完美地避免了带梯度偏转磁铁的弱点。而且，第一偏转磁铁和第二偏转磁铁采用总计90度，合理选择每块的旋转角度可以既减少旋转机架的纵向长度，又降低旋转机架的重量。采用更短的紧凑型扫描治疗头可以使从第二偏转磁铁出口到等中心的距离大大缩短，从而减小旋转机架的半径，达到减小力矩和支撑部分重量的目的。总之，根据本实用新型的用于质子治疗的紧凑型旋转机架减小了旋转机架尺寸，降低了旋转机架重量，使得制造和安装更加简单，降低了生产成本和运行功耗。
附图说明
图1a和图1b是现有技术中的旋转机架结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个优选实施例的旋转机架结构图；
图3是图2的旋转机架的包络函数示意图；
图4是根据本实用新型的另一个优选实施例的旋转机架结构图；
图5是图4的旋转机架的包络函数示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。
图2所示了处在垂直于水平面的角度的根据本实用新型的一个优选实施例的旋转机架，其具有第一偏转磁铁11和第二偏转磁铁12，该偏转磁铁带有磁场梯度。第一偏转磁铁11之前有用于光学匹配的两块四极铁21，22，这两块四极铁21，22不占用旋转重量，且位于旋转轴心上，并不增加旋转机架纵向长度，可以增加匹配的灵活性。第一偏转磁铁11和第二偏转磁铁12之间安装有用于光学匹配的四块四极铁23，24，25，26。用于扫描或散射的治疗头(未示出)安装在第二偏转磁铁12之后的位置，保证SAD(等效源距，稍小于第二偏转磁铁出口距等中心的距离)大于2.3米来获得较好的治疗效果。该机架无论采用桶式、框架式还是梁式结构，都可以得到较短的纵向长度和较小的旋转半径。其中，第二偏转磁铁12为分段式结构，每段具有不同的梯度。在本实施例中，该第二偏转磁铁12被分为3段。
通过仔细优化偏转磁铁11，12的段数和每段的梯度和四极铁21，22，23，24，25，26的强度，获得了从旋转机架入口00到等中心01的传输矩阵为1:1的一套光学特性，并且满足等中心处消色散条件，整个传输过程中保证束流包络(3sigma)小于6mm，包络函数如图3所示，比《基于Geant4模拟的质子治疗束配系统的束流光学设计》文中的包络函数更小，从而大大减小了偏转磁铁11，12和四极铁21，22，23，24，25，26的孔径和重量。为了达到等中心01位置的束斑尺寸可调和在旋转机架各旋转角度保持不变，在旋转机架入口00处需要束斑尺寸为圆形，并根据治疗要求的形状和大小进行调节。这样排除旋转带来的水平和垂直的耦合后，且输运线上有更多的四极铁更容易匹配出治疗要求的束斑尺寸。相比于旧有的旋转机架需要满足水平和垂直的发射度相同、包络函数相同等条件极大放松。
图4给出了一种更优的布局，其具有第一偏转磁铁110和第二偏转磁铁120，该偏转磁铁带有磁场梯度。第一偏转磁铁110之前有用于光学匹配的两块四极铁210，220。第一偏转磁铁110和第二偏转磁铁120之间安装有用于光学匹配的四块四极铁230，240，250，260。区别在于第一偏转磁铁110分成了2段，第二偏转磁铁120分成了4段，获得比图3中的包络函数更小，意味着磁铁间隙和重量的降低。
总之，根据本实用新型的用于质子治疗的紧凑型旋转机架主轨迹由两块偏转磁铁组成，它们依次排列在束流传输平面上，第一和第二偏转磁铁利用相反的磁场方向，将束流偏转到与原束流垂直的轨道上。这两块偏转磁铁之间安装有四极铁辅助控制束流包络以便压缩磁铁间隙。该用于质子治疗的紧凑型旋转机架采用带梯度的超高场强偏转磁铁减少纵向尺寸；采用紧凑的扫描治疗头，降低旋转半径；降低磁铁重量；于此同时满足从入口到出口的1:1传输，减少调节量。其中，采用两块总计90度偏转磁铁使得纵向尺寸减少，磁铁总重量降低。通过设计偏转磁铁的梯度和四极铁强度的组合既实现1:1传输又压缩束流的包络函数，使得偏转磁铁需要的间隙降低，从而降低偏转磁铁的重量。偏转磁铁重量的降低又进一步使得保持同样等中心误差所需的机架重量降低。
以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化，如第一偏转铁采用一段而第二偏转铁采用四或者更多块。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (8)
1.一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该用于质子治疗的紧凑型旋转机架具有带磁场梯度的偏转磁铁，该偏转磁铁由第一偏转磁铁和第二偏转磁铁组成，第一偏转磁铁之前安装有用于光学匹配的两块四极铁，第一偏转磁铁和第二偏转磁铁之间安装有用于光学匹配的四块四极铁，其中，至少第二偏转磁铁为分段式结构，每段梯度不同。
2.根据权利要求1所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，用于扫描或散射的治疗头安装在第二偏转磁铁之后的位置。
3.根据权利要求1所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁之间具有梯度。
4.根据权利要求1所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁分别采用分段式结构。
5.根据权利要求4所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该第一偏转磁铁和第二偏转磁铁各自具有梯度。
6.根据权利要求4所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该第一偏转磁铁为单段式结构，第二偏转磁铁为三段式结构。
7.根据权利要求4所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，该第一偏转磁铁为两段式结构，第二偏转磁铁为四段式结构。
8.根据权利要求1所述的用于质子治疗的紧凑型旋转机架，其特征在于，第一偏转磁铁和第二偏转磁铁为将质子束流总计偏转90度的偏转磁铁。
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| CN201820123753.5U CN208493023U (zh) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | 一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架 |
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| CN201820123753.5U CN208493023U (zh) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | 一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架 |
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| CN201820123753.5U Active CN208493023U (zh) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | 一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108211137A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-06-29 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种用于质子治疗的紧凑型旋转机架 |
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2018
- 2018-01-25 CN CN201820123753.5U patent/CN208493023U/zh active Active
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