CN213159024U - 一种质子加速器束流配送机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种质子加速器束流配送机构，包括依次经过一个环形台阶式第一吸收体、一个环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体B、一个双向扫描磁铁、一组圆形第二散射体A、一组矩形第二吸收体和一个双聚焦多叶准直器后，与等中心平面垂直相较于等中心；本实用新型中：所述的环形台阶式第一吸收体、环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体A、一组矩形第二吸收体和一个双聚焦多叶准直器组成一个随射野变化纵向拉动布拉格峰的宽束照射系统；所述的环形台阶式第一吸收体、环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体B、一个双向扫描磁铁和一个双聚焦多叶准直器组成一个逐点纵向拉动布拉格峰的窄束照射系统。

Description

一种质子加速器束流配送机构

技术领域

本实用新型涉及一种质子加速器束流配送机构。

背景技术

束流配送机构是在加速器和靶之间设置的一系列粒子传输元件的组合，又称束流输运系统。广义的，可以把从加速器粒子发射装置和靶之间的所有元件统称为束流输运系统。

束流配送机构中最常用的传输元件有二极磁铁，开关磁铁,四极电磁透镜, 六极、八极等多极磁铁,螺线管,聚束器，能散调节器等。有的束流配送机构还配置有粒子分离器、束流导向器、束流准直器或光阑、冲击磁铁、扭曲磁铁、切割磁铁、聚束磁铁以及废流收集器等专用传输元件。通常，这些元件按照其对粒子运动的作用，可以分为三大类。①横向聚焦元件，如四极透镜和螺线管等；②纵向变换元件，如聚束器和能散调节器等；③偏转元件，如二极磁铁、静电偏转器和高频扫描偏转器等。这些传输元件的组合，不仅可实现束流的传输，还能根据需要改变束流的性能和参量，如束流几何形状、脉冲宽度、发散度匹配、能量分辨率以及时间结构等。

目前，医用质子加速器配送系统一般可提供两种照射方法，一种是主动式扫描照射方法，另一种是被动式扩束照射方法。

中国实用新型专利授权公告号CN106879158B公开了一种医用质子直线加速器，该医用质子直线加速器，包括：离子源、低能加速段从离子源中引出质子的喷射器和中能加速段将质子能量加速至固定能量值的漂移管直线加速器；还包括:RF功率源和高能加速段的行波质子加速器，所述RF功率源为所述行波质子加速器提供高频功率，使得所述行波质子加速器腔体内形成高频电磁场；所述行波质子加速器连接于漂移管直线加速器之后，当质子束进入所述行波质子加速器腔体时受到高频电场的作用而加速，通过改变输入的所述高频功率的大小，可改变高频电场的强度，使得经过所述行波质子加速器加速后出射的质子束能量值连续可调节，获得不同能量值的质子束，满足癌症治疗的需要。所述行波质子加速器包括：多段依次连接的行波质子加速腔和周期性排列的耦合盘片；所述行波质子加速器为圆柱形腔体或方形腔体，包括多段依次连通的行波质子加速腔。所述耦合盘片设置于所述行波质子加速腔腔体内侧，耦合盘片呈周期性排列；所述耦合盘片上设置有径向通道，相邻的耦合盘片之间为加速隙，所述径向通道用于保证相邻加速隙间的磁场耦合；所述RF功率源有多个，每个RF功率源单独向每段加速腔提供高频功率，每个RF功率源的高频功率独立可调；所述周期性排列耦合盘片用于降低高频电场的相速度和保证相邻单元的高频磁场耦合。所述漂移管直线加速器为分离型漂移管直线加速器，所述分离型漂移管直线加速器包括：多个短腔，放置于短腔腔体内的漂移管，以及设置在相邻腔之间的磁铁聚焦装置。

目前，上述医用质子加速器配送系统不是以逐点拉峰照射为特征，就是以变野拉峰照射为特征；不能满足用户对将两种拉峰照射方法集成到一个质子加速器束流配送机构中，实现一机两用，可视肿瘤的具体情况，采用不同的拉峰照射方法的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前医用质子加速器配送系统不是以逐点拉峰照射为特征，就是以变野拉峰照射为特征；不能满足用户对将两种拉峰照射方法集成到一个质子加速器束流配送机构中，实现一机两用，可视肿瘤的具体情况，采用不同的拉峰照射方法的需要，提供一种质子加速器束流配送机构。

本实用新型中液压储能器充气装置的技术方案是：一种质子加速器束流配送机构，包括吸收体、散射体和准直器；质子加速器束流输运系统终端发出的圆柱形射束的轴心线依次经过一个环形台阶式第一吸收体、一个环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体B、一个双向扫描磁铁、一组圆形第二散射体A、一组矩形第二吸收体和一个双聚焦多叶准直器后，与等中心平面垂直相较于等中心；

从等中心平面算起，沿射束轴心线，取环形台阶式第一吸收体底面高度为第一虚拟射线源所在位置；

取双向扫描磁铁中上方X方向扫描磁铁上表面的高度为第二虚拟射线源的位置，取双向扫描磁铁中下方Y方向扫描磁铁上表面的高度为第三虚拟射线源的位置。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构，所述环形台阶式第一吸收体底面朝下，通过其内侧的过度环与圆形吸收体托盘的上表面连接；环形台阶式第一吸收体的底面和台阶表面及圆形吸收体托盘的上下表面均与圆柱形射束轴心线垂直；圆柱形射束轴心线穿过环形台阶式第一吸收体内外环之间的中间位置；圆柱形射束轴心线与经过圆形吸收体托盘圆心的旋转轴心线平行。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述环形台阶式第一散射体底面朝上，与环形台阶式第一吸收体的底面连接；其内环和外环直径分别与环形台阶式第一吸收体的内环和外环直径相等；其台阶表面与圆柱形射束轴心线垂直；其台阶升高方向与环形台阶式第一吸收体的台阶升高方向相反；其最低台阶与环形台阶式第一吸收体最高台阶部位对应，其最高台阶与环形台阶式第一吸收体最低台阶部位对应。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述的一组圆形第二散射体B的轴心线相互平行，且与圆柱形射束轴心线平行；所述的一组圆形第二散射体B经一个屏蔽块与一个直线机构连接，所述的直线机构的移动方向与圆柱形射束轴心线垂直，与一组圆形第二散射体B的轴心线连线平行；一组圆形第二散射体B的轴心线连线与圆柱形射束轴心线垂直相交。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述双向扫描磁铁包括上方一对与一个直线反向连动机构X连接的X方向扫描磁铁和下方一对与一个直线反向连动机构Y连接的Y方向扫描磁铁，X方向扫描磁铁相向的表面相互平行，且与圆柱形射束轴心线平行，并距圆柱形射束轴心线的距离相等；上表面与圆柱形射束轴心线垂直；直线反向连动机构X的移动方向与X方向扫描磁铁相向的表面垂直，与圆柱形射束轴心线垂直；所述Y方向扫描磁铁相向的表面相互平行，且与X方向扫描磁铁相向的表面相垂直；Y方向扫描磁铁的上表面、相向表面和侧面相互垂直，侧面与射束轴心线平行；直线反向连动机构Y与Y方向扫描磁铁相向的表面垂直，与直线反向连动机构X的移动方向垂直；直线反向连动机构Y与一个摆动机构相连，摆动机构的摆动轴心线与圆柱形射束轴心线垂直相交于第二虚拟射线源，摆动轴心线与直线反向连动机构X的移动方向平行。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述一组圆形第二散射体 A分别嵌入圆形散射体托盘周边的圆形通孔中，所述的圆形第二散射体A的底面和圆形散射体托盘的上下表面均与圆柱形射束轴心线垂直；每个圆形第二散射体A的圆心分布在与圆形散射体托盘圆心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线与圆形第二散射体A圆心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线与经过圆形散射体托盘圆心的旋转轴心线平行。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述一组矩形第二吸收体从侧向插入到一个多边形吸收体托盘中，其中，每个矩形第二吸收体的底面和多边形吸收体托盘上下表面均与圆柱形射束轴心线垂直；每个矩形第二吸收体矩形几何中心分布在与多边形吸收体托盘几何中心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线与矩形第二吸收体几何中心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线与经过多边形吸收体托盘几何中心的旋转轴心线平行。

进一步的，上述的质子加速器束流配送机构：所述双聚焦多叶准直器包括上下两组弧形叶片和上下各一组弧形屏蔽块；所述的弧形叶片的移动方向相互垂直，上方一组叶片为X方向，其叶片前端面与由第二虚拟射线源发出射线的发散方向平行；下面一组叶片为Y方向，其叶片前端面与由第三虚拟射线源发出射线的发散方向平行；上方每个X方向叶片可分别沿以第二虚拟射线源为圆心的弧线移动；下方每个Y方向叶片可分别沿以第三虚拟射线源为圆心的弧线移动；上方每个X方向叶片和下方每个Y方向叶片的侧面均与第一虚拟射线源发出射线的发散方向平行；上下各一组弧形屏蔽块分别位于上下两组弧形叶片的两侧，并与外侧叶片的表面结构配合。

本实用新型中：所述的环形台阶式第一吸收体、环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体A、一组矩形第二吸收体和一个双聚焦多叶准直器组成一个随射野变化纵向拉动布拉格峰的宽束照射系统；所述的环形台阶式第一吸收体、环形台阶式第一散射体、一组圆形第二散射体B、一个双向扫描磁铁和一个双聚焦多叶准直器组成一个逐点纵向拉动布拉格峰的窄束照射系统。

本实用新型中采用的环形台阶式第一吸收体由低原子序数材料制成，通过调节射线的能量调节射线在人体内的射程。在旋转机构的驱动下，环形台阶式第一吸收体可以圆形吸收体托盘的旋转轴心线为轴心旋转，改变射线穿过环形台阶式第一吸收体的厚度，从而改变射束的能量，进而改变射线在人体内的射程。

本实施例中，环形台阶式第一吸收体和台阶式第一散射体设计成台阶升高方向相反，是想让射束穿过圆周变化的复合式第一散射体不同部位时呈现的高斯分布大致相同。

本实施例中，圆形第二散射体是窄束照射系统的专用部件，与复合式第一散射体一起组成一个供窄束照射系统使用的双散射扩束机构。

本实施例中，两对扫描磁铁拉近距离可大幅度增加磁力，从而可相对缩小扫描磁铁的几何尺寸。以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1、质子加速器的束流配送机构核心部件

图2、随射野变化纵向拉动布拉格峰的宽束照射系统

图3、逐点纵向拉动布拉格峰的窄束照射系统

图4、环形台阶式第一吸收体

图5、环形台阶式第一散射体

图6、一组圆形第二散射体B

图7、双向扫描磁铁

图8、一组圆形第二散射体A

图9、一组矩形第二吸收体

图10、双聚焦多叶准直器

图11、双向扫描磁铁与上下各一组弧形屏蔽块

图12、双向扫描磁铁与上下两组弧形叶片

图13、宽束照射方法1

图14、宽束照射方法2

图15、宽束照射方法3

图16、宽束照射方法4

图17、窄束照射方法1

图18、窄束照射方法2

图19、窄束照射方法3

图20、窄束照射方法4

附图中各数字含义说明：

1、环形台阶式第一吸收体

11、环形台阶式第一吸收体的过度环

12、圆形吸收体托盘

13、圆形吸收体托盘的旋转轴心线

2、环形台阶式第一散射体

3、一组圆形第二散射体B

31、屏蔽块

32、直线机构

4、一个双向扫描磁铁

41、一对X方向扫描磁铁

411、直线反向连动机构X

42、一对Y方向扫描磁铁

421、直线反向连动机构Y

422、摆动机构

5、一组圆形第二散射体A

51、圆形散射体托盘

52、圆形散射体托盘的旋转轴心线

6、一组矩形第二吸收体

61、多边形吸收体托盘

62、多边形吸收体托盘的旋转轴心线

7、双聚焦多叶准直器

71、上下两组弧形叶片

72、上下各一组弧形屏蔽块

101、圆柱形射束轴心线

102、等中心平面

103、等中心

104、第一虚拟射线源

105、第二虚拟射线源

106、第三虚拟射线源

107、锥形射束

108、矩形射束

1001、射束

1002、人体刨面

1003、肿瘤刨面

1004、标志线

1005、布拉格峰高剂量区

1006、加工后的矩形第二吸收体

1007、肿瘤在等中心平面上的投影

1008、窄矩形射束在等中心平面上的投影

具体实施方式

如图1所示，本实施例是一种质子加速器束流配送机构，在一个质子加速器束流配送机构，将逐点拉峰照射和变野拉峰照射两种拉峰照射方法集成到一个质子加速器束流配送机构中，实现一机两用，可视肿瘤的具体情况，采用不同的拉峰照射方法。以下以质子加速器束流输运系统终端发出的圆柱形射束的轴心线101为参照进行描述。

如图1所示，本实施例中的质子加速器束流输运系统终端发出的圆柱形射束的轴心线101依次经过一个环形台阶式第一吸收体1、一个环形台阶式第一散射体2、一组圆形第二散射体B3、一个双向扫描磁铁4、一组圆形第二散射体A5、一组矩形第二吸收体6和一个双聚焦多叶准直器7后，与等中心平面102垂直相较于等中心103。

如图2所示，本实施例中，去掉一组圆形第二散射体B3、一个双向扫描磁铁4后，剩余的一个环形台阶式第一吸收体1、一个环形台阶式第一散射体 2、一组圆形第二散射体A5、一组矩形第二吸收体6和一个双聚焦多叶准直器 7组成一个随射野变化纵向拉动布拉格峰的宽束照射系统，从等中心平面102 算起，沿圆柱形射束轴心线101，取环形台阶式第一吸收体1底面高度为第一虚拟射线源104所在位置。

如图3所示，如果本实施例中去掉一组圆形第二散射体A5、一组矩形第二吸收体6，剩余的一个环形台阶式第一吸收体1、一个环形台阶式第一散射体2、一组圆形第二散射体B3、一个双向扫描磁铁4和一个双聚焦多叶准直器7组成一个逐点纵向拉动布拉格峰的窄束照射系统，从等中心平面102算起，沿圆柱形射束轴心线101，取双向扫描磁铁4中上方X方向偏转磁铁41 上表面的高度为第二虚拟射线源105的位置，取双向扫描磁铁4中下方Y方向扫描磁铁42上表面的高度为第三虚拟射线源106的位置。

本实施例的宽束照射系统和窄束照射系统中，环形台阶式第一吸收体1 和环形台阶式第一散射体2是通用部件，这决定了沿射束方向纵向拉动布拉格峰的照射方法是两种照射系统的共同特征。

环形台阶式第一吸收体1和环形台阶式第一散射体2组成一个复合式第一散射体，与一组圆形第二散射体A5组合形成一个宽束扩束机构；与一组圆形第二散射体B3组合形成一个窄束扩束机构，一组矩形第二吸收体6与宽束扩束机构配套使用；双向扫描磁铁4与窄束扩束机构配套使用。

双聚焦多叶准直器7是两个照射系统的通用部件，但在两个系统中发挥不同的作用。

如图4所示，本实施例中，环形台阶式第一吸收体1底面朝下，通过其内侧的过度环11与圆形吸收体托盘12的上表面连接；环形台阶式第一吸收体1的底面和台阶表面及圆形吸收体托盘12的上下表面均与圆柱形射束轴心线11垂直；圆柱形射束轴心线101穿过环形台阶式第一吸收体1内外环之间的中间位置；圆柱形射束轴心线101与经过圆形吸收体托盘12圆心的旋转轴心线13平行。

环形台阶式第一吸收体1由低原子序数材料制成，通过调节射线的能量调节射线在人体内的射程。在旋转机构的驱动下，环形台阶式第一吸收体1 可以圆形吸收体托盘的旋转轴心线13为轴心旋转，改变射线穿过环形台阶式第一吸收体1的厚度，从而改变射束的能量，进而改变射线在人体内的射程。

环形台阶式第一散射体2底面朝上，如图5所示，环形台阶式第一散射体2与环形台阶式第一吸收体1的底面连接；其内环和外环直径分别与环形台阶式第一吸收体1的内环和外环直径相等；其台阶表面与圆柱形射束轴心线101垂直；其台阶升高方向与环形台阶式第一吸收体1的台阶升高方向相反，并保证沿圆柱形射束轴心线101方向；其最低台阶与环形台阶式第一吸收体1最高台阶部位对应，其最高台阶与环形台阶式第一吸收体1最低台阶部位对应；环形台阶式第一吸收体1和环形台阶式第一散射体2的台阶数目可以相同也可以不同。

为观察方便，图5中左侧的圆环是将环形台阶式第一散射体2翻过来底面朝下时的情况。

虽然环形台阶式第一吸收体1发挥调节射线能量的作用，但射线经过吸收体1时也会发生一定散射效应，经过吸收体1的路径越长散射效应越明显。第一散射体2由高原子序数的材料制成，用于射线散射，第一散射体2厚度越后散射效应越明显。质子加速器束流配送系统中的扩束机构一般由上面的第一散射体和下面的第二散射体构成，称为双散射机构。本实施例中，环形台阶式第一吸收体1和台阶式第一散射体2组合成了一个“复合式第一散射体”。射线束经过复合式第一散射体后射线会发散，射束截面剂量从射束轴心线101沿径向呈高斯分布，环形台阶式第一吸收体1和台阶式第一散射体2 设计成台阶升高方向相反，是想让射束穿过圆周变化的复合式第一散射体不同部位时呈现的高斯分布大致相同。

一组圆形第二散射体B3的轴心线相互平行，且与圆柱形射束轴心线101 平行；如图6所示：圆形第二散射体B3经一个屏蔽块31与一个直线机构32 连接，直线机构32的移动方向与射束轴心线101垂直，与一组圆形第二散射体B3的轴心线连线平行；一组圆形第二散射体B3的轴心线连线与射束轴心线101垂直相交。本实施例中，由于存在几个吸收体和散射体，为了区别，取名时采用吸收体或者散射体本身的形状进行限制，同时为民说明方便，还采用第一、第二等区别名称。

为看清细部结构，将屏蔽块31、圆形第二散射体B3和直线机构32纵向拉开。圆形第二散射体B3安装在屏蔽块31的底面。在每个圆形第二散射体 B3上方的屏蔽块31上，加工有轴心线与圆形第二散射体B3轴心线重合的锥形孔；屏蔽块31上还加工有一个轴心线可与射束轴心线101重合的锥形孔。圆形第二散射体B3是窄束照射系统的专用部件，与复合式第一散射体一起组成一个供窄束照射系统使用的双散射扩束机构，由于扩束后的射束在等中心平面投影的斑点很小，故称为窄束扩束机构。

窄束照射时，直线机构32可切换圆形第二散射体B3，使其轴心线与圆柱形射束轴心线101重合；宽束照射时，可使未配第二散射体B3的锥形孔的轴心线与射束轴心线101重合。

如图7、11和12所示，本实施例中，双向扫描磁铁4包括上方一对X方向扫描磁铁41和下方一对Y方向扫描磁铁42，上方一对X方向扫描磁铁41 相向的表面相互平行，且与圆柱形射束轴心线101平行，并距圆柱形射束轴心线101的距离相等；上方一对X方向扫描磁铁41的上表面与圆柱形射束轴心线101垂直；上方一对X方向扫描磁铁41与一个直线反向连动机构X411 连接，直线反向连动机构X411的移动方向与上方一对X方向扫描磁铁41相向的表面垂直，与圆柱形射束轴心线101垂直；下方一对Y方向扫描磁铁42 相向的表面相互平行，且与上方一对X方向扫描磁铁41相向的表面相垂直；下方一对Y方向扫描磁铁42的上表面、相向表面和侧面相互垂直，侧面与圆柱形射束轴心线101平行；下方一对Y方向扫描磁铁42与一个直线反向连动机构Y421连接，直线反向连动机构Y421与下方一对Y方向扫描磁铁42相向的表面垂直，与直线反向连动机构X411的移动方向垂直；直线反向连动机构 Y421与一个摆动机构422相连，摆动机构422的摆动轴心线与圆柱形射束轴心线101垂直相交于第二虚拟射线源105，摆动轴心线与直线反向连动机构 X411的移动方向平行。

为看清细部结构，将直线反向连动机构X411的安装板和摆动机构422的安装版移开一定距离。

在执行宽束照射模式下，通过直线反向连动机构X411和直线反向连动机构Y421将一对X方向扫描磁铁41和下方一对Y方向扫描磁铁42拉开，允许扩束范围较大的宽锥形射束1007通过；在执行窄束照射模式时，拉近两对扫描磁铁的距离，刚好允许发散角较小的窄锥形射束1007通过。针对一对Y方向扫描磁铁42加装摆动机构，是为避免因射束经过X方向扫描磁铁41发生偏转而增加一对Y方向扫描磁铁42之间的距离。

两对扫描磁铁拉近距离可大幅度增加磁力，从而可相对缩小扫描磁铁的几何尺寸。

如图8所示，一组圆形第二散射体A5分别嵌入圆形散射体托盘51周边的圆形通孔中，其中，每个圆形第二散射体A5的底面和圆形散射体托盘51 的上下表面均与圆柱形射束轴心线101垂直；每个圆形第二散射体A5的圆心分布在与圆形散射体托盘51圆心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线101与圆形第二散射体A5圆心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线101与经过圆形散射体托盘51圆心的旋转轴心线52平行。

一组圆形第二散射体A5是宽束照射系统专用部件，与复合式第一散射体一起组成一个供宽束照射系统使用的双散射扩束机构，由于扩束后的射束在等中心平面投影的面积很大，故称为宽束扩束机构。

图8中，在圆形散射体托盘51上保留一个通孔不安装圆形第二散射体A5，是为留给窄束照射模式使用。在宽束照射模式下，旋转圆形散射体托盘51，使某一圆形第二散射体A5的轴心线与圆柱形射束轴心线101重合。

如图9所示，一组矩形第二吸收体6从侧向插入到一个多边形吸收体托盘61中，其中，每个矩形第二吸收体6的底面和多边形吸收体托盘61上下表面均与圆柱形射束轴心线101垂直；每个矩形第二吸收体6矩形几何中心分布在与多边形吸收体托盘61几何中心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线101 与矩形第二吸收体6几何中心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线101 与经过多边形吸收体托盘61几何中心的旋转轴心线62平行。

图9中，多边形吸收体托盘61留下一个插孔不插入矩形第二吸收体6，是为留给窄束照射模式使用。在宽束照射模式下，旋转多边形吸收体托盘61，使某一矩形第二吸收体6的几何中心与圆柱形射束轴心线101重合。

如图10所示，双聚焦多叶准直器7由上下两组弧形叶片71和上下各一组弧形屏蔽块72组成，其中，上下两组弧形叶片71的移动方向相互垂直，上方一组叶片为X方向，其叶片前端面与由第二虚拟射线源105发出射线的发散方向平行；下面一组叶片为Y方向，其叶片前端面与由第三虚拟射线源 106发出射线的发散方向平行；上方每个X方向叶片可分别沿以第二虚拟射线源105为圆心的弧线移动；下方每个Y方向叶片可分别沿以第三虚拟射线源106为圆心的弧线移动；上方每个X方向叶片和下方每个Y方向叶片的侧面均与第一虚拟射线源104发出射线的发散方向平行；上下各一组弧形屏蔽块72 分别位于上下两组弧形叶片71的两侧，并与外侧叶片的表面结构配合。

叶片的前端面参照第二和第三虚拟射线源设计，是为重点保证窄束照射时的精度，宽束照射时，不能保证叶片端面与第一虚拟射线源发出射线的发散方向完全平行。

如图11所示，在宽束照射模式下，拉开双向扫描磁铁4中上方一对X方向扫描磁铁41和下方一对Y方向扫描磁铁42之间的距离，允许宽锥形射束 107通过，上下各一组弧形屏蔽块72再将从第一虚拟射线源104发出的宽锥形射束107约束成宽矩形射束108，其在等中心平面102上的投影为矩形，这时的矩形的几何中心与等中心103重合。本实施例中，上下两组弧形叶片71 再将矩形射束约束成截面适合肿瘤形状的射束。

如图12所示，在窄束照射模式下，拉近双向扫描磁铁4中上方一对X方向扫描磁铁41和下方一对Y方向扫描磁铁42之间的距离，开通磁场后，由第一虚拟射线源104发出的窄锥形射束107，经第二虚拟射线源105后发生第一次偏转，再经第三虚拟射线源106后发生第二次偏转，偏转后的窄锥形射束107经双聚焦准直器约束成截面为矩形的窄矩形射束108。窄锥形射束107 和窄矩形射束108可在扫描磁铁4和双聚焦准直器7的联合控制下双向摆动。

本实施例的使用方法包括窄束照射和宽束照射方式。

一、宽束照射方法

假设使用的是固定能量等时性回旋质子加速器。

第一步：如图13所示，依据治疗计划，通过固定能量等时性回旋质子加速器束流输运系统中的降能器，将射束1001在人体1002内的射程调至到刚好超过肿瘤1003底面的哪一档，用标志线1004表示其位置。这其中暗含了两个假设，一是在射束1001的入射方向，人体表面是平的，且与射束轴心线 1001垂直；二是人体内密度分布是均匀的。但实际上人体表面不一定是平的，如图13所示，在射束1001的入射方向，人体表面呈弧面，这样，射束1001在人体内的射程也长短不一。

第二步：如图14所示，依据治疗计划按多个照射角度分别制作多个矩形第二吸收体6。制作第二吸收体6时，既要考虑人体1002表面的形状，也要考虑包括肿瘤1003在内的人体内的密度分布。射线通过某个加工过的矩形第二吸收体1006后，射束截面各处的射线在体内的射程被调节到标志线1004 所在的平面上。

第三步；如图15所示，依据治疗计划，转动环形台阶式第一吸收体1一定角度，增加射束穿过吸收体1的厚度，降低射线能量，减少射束射程，使实际射束射程由标志线1004的位置移动到肿瘤底面的位置。

如使用的是能量可调的同步质子加速器，可以省略第三步，直接将标志线1004的位置调节到肿瘤底面的位置。

第四步：变动射野照射。

如图16所示，开始照射前，用双聚焦多叶准直器7上下两组弧形叶片71 中对应某一肿瘤刨面的一对叶片将射野边界约束至肿瘤1003底部的射束布拉格峰高剂量区1005的上下边界。

照射开始后，再次转动环形台阶式第一吸收体1，使射束穿过环形台阶式第一吸收体1的厚度进一步增加，拉动布拉格峰高剂量区1005向肿瘤1003 左侧的顶部移动，直至达到肿瘤1003的顶部，至此，一个角度的照射完成。

图中的布拉格峰高剂量区1005用一个长方形表示，左右方向代表布拉格峰区1005的厚度，基本是窄布拉格峰前后沿的宽度；上下方向代表布拉格峰区1005的覆盖区域。

图中画了三个布拉格峰高剂量区1005，右侧的代表与肿瘤底部适形的布拉格峰高剂量区1005，左侧的代表与肿瘤顶部适形的布拉格峰高剂量区1005，中间的布拉格峰高剂量区1005代表从右至左动态变化的布拉格峰高剂量区 1005，并保持与该深度肿瘤的形状吻合。

二、窄束照射方法

仍然选用固定能量的等时性回旋质子加速器。

第一步:如图17所示，通过固定能量质子加速器的降能器将窄矩形射束的射程调节到刚好超过人体1002中肿瘤1003底部的哪一档，用深度标志线 1004表示。

第二步：如图18所示，旋转环形台阶式第一吸收体1，将射线射程由深度标志线1004的位置调节到沿射束轴心线肿瘤1003底端的位置。

第三步：矩形野拉峰照射。如图19所示，照射开始后，再次转动环形台阶式第一吸收体1，使射束穿过环形台阶式第一吸收体1的厚度进一步增加，拉动布拉格峰高剂量区1005从肿瘤1003右侧的底部向肿瘤左侧的顶部移动，直至达到肿瘤1003的顶部，至此，一个射野中一个点的照射完成。

第四步：逐点拉峰照射。如图20所示，图中的曲线1006为肿瘤在等中心平面上的投影，大小矩形1007为窄矩形射束在等中心平面上的投影。对每个矩形都按第三步的方法完成矩形野拉峰照射后，一个角度对应的射野照射完成。

矩形可以是正方形，也可以是长方形。在肿瘤边界处使用长方形射野可以提高射野的适形度。

Claims (8)

1.一种质子加速器束流配送机构，包括吸收体、散射体和准直器；其特征在于：质子加速器束流输运系统终端发出的圆柱形射束的轴心线(101)依次经过一个环形台阶式第一吸收体(1)、一个环形台阶式第一散射体(2)、一组圆形第二散射体B(3)、一个双向扫描磁铁(4)、一组圆形第二散射体A(5)、一组矩形第二吸收体(6)和一个双聚焦多叶准直器(7)后，与等中心平面(102)垂直相较于等中心(103)；

从等中心平面(102)算起，沿射束轴心线(101)，取环形台阶式第一吸收体(1)底面高度为第一虚拟射线源(104)所在位置；

取双向扫描磁铁(4)中上方X方向扫描磁铁(41)上表面的高度为第二虚拟射线源(105)的位置，取双向扫描磁铁(4)中下方Y方向扫描磁铁(42)上表面的高度为第三虚拟射线源(106)的位置。

2.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述环形台阶式第一吸收体(1)底面朝下，通过其内侧的过度环(11)与圆形吸收体托盘(12)的上表面连接；环形台阶式第一吸收体(1)的底面和台阶表面及圆形吸收体托盘(12)的上下表面均与圆柱形射束轴心线(101)垂直；圆柱形射束轴心线(101)穿过环形台阶式第一吸收体(1)内外环之间的中间位置；圆柱形射束轴心线(101)与经过圆形吸收体托盘(12)的旋转轴心线(13)平行。

3.根据权利要求2所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述环形台阶式第一散射体(2)底面朝上，与环形台阶式第一吸收体(1)的底面连接；其内环和外环直径分别与环形台阶式第一吸收体(1)的内环和外环直径相等；其台阶表面与圆柱形射束轴心线(101)垂直；其台阶升高方向与环形台阶式第一吸收体(1)的台阶升高方向相反；其最低台阶与环形台阶式第一吸收体(1)最高台阶部位对应，其最高台阶与环形台阶式第一吸收体(1)最低台阶部位对应。

4.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述的一组圆形第二散射体B(3)的轴心线相互平行，且与圆柱形射束轴心线(101)平行；所述的一组圆形第二散射体B(3)经一个屏蔽块(31)与一个直线机构(32)连接，所述的直线机构(32)的移动方向与圆柱形射束轴心线(101)垂直，与一组圆形第二散射体B(3)的轴心线连线平行；一组圆形第二散射体B(3)的轴心线连线与圆柱形射束轴心线(101)垂直相交。

5.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述双向扫描磁铁(4)包括上方一对与一个直线反向连动机构X(411)连接的X方向扫描磁铁(41)和下方一对与一个直线反向连动机构Y(421)连接的Y方向扫描磁铁(42)，X方向扫描磁铁(41)相向的表面相互平行，且与圆柱形射束轴心线(101)平行，并距圆柱形射束轴心线(101)的距离相等；上表面与圆柱形射束轴心线(101)垂直；直线反向连动机构X(411)的移动方向与X方向扫描磁铁(41)相向的表面垂直，与圆柱形射束轴心线(101)垂直；所述Y方向扫描磁铁(42)相向的表面相互平行，且与X方向扫描磁铁(41)相向的表面相垂直；Y方向扫描磁铁(42)的上表面、相向表面和侧面相互垂直，侧面与射束轴心线(101)平行；直线反向连动机构Y(421)与Y方向扫描磁铁(42)相向的表面垂直，与直线反向连动机构X(411)的移动方向垂直；直线反向连动机构Y(421)与一个摆动机构(422)相连，摆动机构(422)的摆动轴心线与圆柱形射束轴心线(101)垂直相交于第二虚拟射线源(105)，摆动轴心线与直线反向连动机构X(411)的移动方向平行。

6.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述一组圆形第二散射体A(5)分别嵌入圆形散射体托盘(51)周边的圆形通孔中，所述的圆形第二散射体A(5)的底面和圆形散射体托盘(51)的上下表面均与圆柱形射束轴心线(101)垂直；每个圆形第二散射体A(5)的圆心分布在与圆形散射体托盘(51)圆心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线(101)与圆形第二散射体A(5)圆心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线(101)与经过圆形散射体托盘(51)的旋转轴心线(52)平行。

7.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述一组矩形第二吸收体(6)从侧向插入到一个多边形吸收体托盘(61)中，其中，每个矩形第二吸收体(6)的底面和多边形吸收体托盘(61)上下表面均与圆柱形射束轴心线(101)垂直；每个矩形第二吸收体(6)矩形几何中心分布在与多边形吸收体托盘(61)几何中心同心的圆周上；圆柱形射束轴心线(101)与矩形第二吸收体(6)几何中心分布其上的圆周线相交；圆柱形射束轴心线(101)与经过多边形吸收体托盘(61)的旋转轴心线(62)平行。

8.根据权利要求1所述的质子加速器束流配送机构，其特征在于：所述双聚焦多叶准直器(7)包括上下两组弧形叶片(71)和上下各一组弧形屏蔽块(72)；所述的弧形叶片(71)的移动方向相互垂直，上方一组叶片为X方向，其叶片前端面与由第二虚拟射线源(105)发出射线的发散方向平行；下面一组叶片为Y方向，其叶片前端面与由第三虚拟射线源(106)发出射线的发散方向平行；上方每个X方向叶片可分别沿以第二虚拟射线源(105)为圆心的弧线移动；下方每个Y方向叶片可分别沿以第三虚拟射线源(106)为圆心的弧线移动；上方每个X方向叶片和下方每个Y方向叶片的侧面均与第一虚拟射线源(104)发出射线的发散方向平行；上下各一组弧形屏蔽块(72)分别位于上下两组弧形叶片(71)的两侧，并与外侧叶片的表面结构配合。

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