RU2147900C1

RU2147900C1 - Device for rotational radiation treatment

Info

Publication number: RU2147900C1
Application number: RU97114915A
Authority: RU
Inventors: А.С. Богомолов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Физтехмед"
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: medical devices. SUBSTANCE: device has injector of particles, accelerator of charged particles with multiple sections and high-frequency power supply of accelerating sections at multiple frequencies, so that low-power and high-power accelerating windings are located in parallel. In addition device has high- frequency power supply for accelerating sections, ray transmission unit, ray rotation unit, system for scanning input ray and system for synchronization and phase-locking of frequencies of high-frequency power supplies of accelerator. Accelerator is designed as single functional unit in frame which is equipped with rotation shafts. Rotation shafts are mounted in rotation bearings. Accelerating sections consist of accelerating units which are mounted using linear accelerating structures. Another claim of invention discloses device design in which single functional unit is mounted in cylinder, which is mounted on guides in external ring, which is mounted in structure body, thus providing rotation bearing. EFFECT: decreased weight and size of ion sources. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской аппаратуры, а именно к устройствам для ротационной лучевой терапии. The invention relates to the field of medical equipment, and in particular to devices for rotational radiation therapy.

Для ротационной лучевой терапии широко используют устройства, содержащие источник частиц (инжектор электронов), линейный ускоритель электронов (оснащенный одной ускоряющей секцией), одну систему поворота пучка (направляющую пучок в изоцентр) и сканирующую пучок систему. Все перечисленные элементы в виде единой жесткой, сохраняющей неизменным расположение элементов относительно друг друга, конструкции (моноблок) размещают в консоли. Консоль одним концом закрепляют на одном конце ортогональной консоли штанге (с противовесом), а на противоположном конце штанги размещают узел вращения консоли - другими словами узел вращения устройства со всеми элементами, перечисленными выше, через который все устройство для лучевой терапии вращают с помощью электропривода вокруг горизонтально расположенной, параллельной продольной оси консоли, оси, которую называют осью ротации моноблока. На этой же линии (оси) расположен автономный стол пациента. Тем самым достигается возможность облучения пациента (изоцентра) с разных направлений, что позволяет сформировать предписанное (заданное в соответствии с выбранным курсом лечения) дозное поле. При этом источник высокочастотной энергии, который снабжает ВЧ-энергией ускоряющую секцию, установлен в несущей (стационарной) конструкции (станине) данного устройства для ротационной терапии; подачу ВЧ-энергии осуществляют по подводящему волноводу, содержащему расположенный на оси ротации моноблока в узле вращения консоли шарнирное волноводное соединение (ВЧ-узел ротации); подводящий волновод соединяет подвижную (вращающуюся) часть устройства для лучевой терапии (моноблок) и стационарную его часть (станину) и обеспечивает передачу ВЧ-энергии в линейный ускоритель электронов. (Линейный ускоритель КЛИНАК 2100C, Спецификация оборудования, VARIAN, RAD 2026C, Five Arts (Printers) Ltd., UK или Varian Clinac 2500 -Radiotherapy Linear Accelerator, Instruction, Palo-Alto, CA 94303, USA), 1989. For rotational radiation therapy, devices containing a particle source (electron injector), a linear electron accelerator (equipped with one accelerating section), one beam rotation system (directing the beam to the isocenter), and a scanning beam system are widely used. All of the listed elements in the form of a single rigid structure, which preserves the location of elements relative to each other, structures (monoblock) are placed in the console. The console is attached at one end to a rod (with a counterweight) on one end of the orthogonal console, and a console rotation unit is placed at the opposite end of the rod — in other words, the device rotation unit with all the elements listed above, through which the entire radiation therapy device is rotated by an electric drive around horizontally located parallel to the longitudinal axis of the console, the axis, which is called the axis of rotation of the monoblock. On the same line (axis) is an autonomous patient table. Thereby, the possibility of irradiating the patient (isocenter) from different directions is achieved, which allows the formation of a prescribed (specified in accordance with the chosen course of treatment) dose field. At the same time, a source of high-frequency energy, which supplies the accelerating section with RF energy, is installed in the supporting (stationary) structure (bed) of this device for rotational therapy; the supply of RF energy is carried out through an input waveguide containing a swivel waveguide connection (RF rotation unit) located on the rotation axis of the monoblock in the rotation node of the console; the input waveguide connects the moving (rotating) part of the device for radiation therapy (monoblock) and its stationary part (bed) and provides the transfer of RF energy to a linear electron accelerator. (CLINAC 2100C Linear Accelerator, Equipment Specification, VARIAN, RAD 2026C, Five Arts (Printers) Ltd., UK or Varian Clinac 2500 -Radiotherapy Linear Accelerator, Instruction, Palo-Alto, CA 94303, USA), 1989.

Известно устройство для ротационной лучевой терапии, содержащее циклический ускоритель ионов, например протонов, систему вывода пучка заряженных частиц, систему разводки пучков и гантри (gantry); гантри и обеспечивает возможность направлять пучок с любого относительно оси вращения гантри направления в изоцентр, в котором размещают подлежащий облучению объем. Такое устройство - циклический ускоритель совместно с гантри и трактом доставки пучка к гантри является сложным, громоздким и дорогостоящим инженерно- техническим сооружением (The TERA Project and Centre for Oncological Hadron-Therapy, ed. U.Amaldy and M.Silary, INFN-LNF Divisione Ricerca SIS - Ufficio Pubblicazioni, I-00044 Frascati (Roma) Italy, p.p. 50-51, 80-87, 112-113; figs. 1.19, 1.20, 1.30, 1.38a, 1.38b, 1.47), 1994. A device for rotational radiation therapy, comprising a cyclic ion accelerator, such as protons, a system for outputting a beam of charged particles, a system for wiring beams and gantry (gantry); gantry and provides the ability to direct the beam from any relative to the axis of rotation of the gantry direction in the isocenter in which the volume to be irradiated is placed. Such a device, a cyclic accelerator, together with the gantry and the beam-to-gantry delivery path, is a complex, cumbersome, and expensive engineering facility (The TERA Project and Center for Oncological Hadron-Therapy, ed. U. Amaldy and M. Silary, INFN-LNF Divisione Ricerca SIS - Ufficio Pubblicazioni, I-00044 Frascati (Roma) Italy, pp 50-51, 80-87, 112-113; figs. 1.19, 1.20, 1.30, 1.38a, 1.38b, 1.47), 1994.

Известно устройство для ротационной лучевой терапии, содержащее источник частиц (инжектор протонов), многосекционный на кратных частотах линейный ускоритель протонов на стоячей волне с использованием для ускорения протонов прямой пространственной гармоники, устройство, соединяющее низко- и высокоэнергетическую секции этого ускорителя (содержащего в свою очередь нескольких узлов поворота пучка для перевода пучка из низкоэнергетической секции в высокоэнергетическую) и отдельную систему ротации пучка - гантри, оснащенную сканирующей пучок системой. Синхронизацию частот ВЧ-источников, используемых для запитки ускоряющих секций, и фазирование процессов во всех секциях ускорителя осуществляют известными методами с применением задающего генератора. Все перечисленные элементы в данном устройстве, за исключением гантри, стационарны (неподвижны). Вращение гантри позволяет осуществлять ротацию пучка вокруг пациента и направлять пучок с любого, ортогонального оси ротации гантри, направления в изоцентр, в котором и размещают, подлежащий облучению объем (ibid., р. 62 fig. 1.24) - прототип. A device for rotational radiation therapy is known that contains a particle source (proton injector), a multi-sectional multiple-frequency linear standing wave proton accelerator using direct spatial harmonics to accelerate protons, a device connecting the low- and high-energy sections of this accelerator (which in turn contains several beam rotation nodes for transferring the beam from the low-energy section to the high-energy) and a separate beam rotation system - gantry, equipped with a scanning uchok system. The frequency synchronization of the RF sources used to power the accelerating sections, and the phasing of the processes in all sections of the accelerator is carried out by known methods using a master oscillator. All of the listed elements in this device, with the exception of the gantry, are stationary (motionless). The rotation of the gantry allows the beam to be rotated around the patient and direct the beam from any orthogonal axis of rotation of the gantry, to the isocenter in which the volume to be irradiated is placed (ibid., P. 62 fig. 1.24) - prototype.

Использование ускорителей ионов (протонов) позволяет подвести необходимую высокую радиационную дозу к опухоли без существенного повреждения нормальных тканей, т. е. сформировать дозное предписанное поле, максимально соответствующее конфигурации, например, опухоли (ibid., р.30 fig. 1.30, р.36 fig. 1.14). The use of ion accelerators (protons) allows you to bring the required high radiation dose to the tumor without significant damage to normal tissues, i.e., to form a prescribed dose field that is most suitable for the configuration, for example, of a tumor (ibid., P.30 fig. 1.30, p.36 fig. 1.14).

Однако ионные устройства для ротационной терапии имеют существенный недостаток - большие габариты и сложность (многоагрегатность) конструкции в целом. Стоимость ионных устройств для ротационной терапии чрезвычайно велика. However, ionic devices for rotational therapy have a significant drawback - the large size and complexity (multi-unit) of the structure as a whole. The cost of ionic devices for rotational therapy is extremely high.

В прототипе, как и в случае использования медицинского электронного ротационного ускорителя, устройство оснащено источником-инжектором ускоряемых частиц (в прототипе - протонов), линейным ускорителем с соответствующими системами ВЧ-питания (в электронном варианте одним клистроном, в протонном многосекционном варианте - несколькими клистронами, работающими на кратных частотах; в обоих случаях применяют тот или иной задающий генератор). В прототипе применены устройства, соединяющие низко- и высокоэнергетические секции линейного ускорителя (содержащие узлы поворота пучка для перевода пучка из низкоэнергетической секции в параллельно расположенную высокоэнергетическую секцию), и обособленная система гантри для поворота пучка в направлении, ортогональном направлению оси пучка в высокоэнергетической выходной (последней) секции. Гантри подсоединена к выходной высокоэнергетической секции линейного ускорителя через систему доставки пучка к гантри посредством вращающегося вакуумного узла. ВЧ-питание низкоэнергетической секции данного устройства выполнено на длинноволновой (метровой) длине волны и в силу этого и из-за использования обособленной, установленной в отдельном помещении, системы гантри устройство для ротационной ионной (протонной) лучевой терапии является весьма громоздким и дорогостоящим. In the prototype, as in the case of using a medical electronic rotary accelerator, the device is equipped with an accelerator particle injector source (protons in the prototype), a linear accelerator with corresponding RF power systems (in the electronic version, one klystron, in the proton multi-section version, several klystrons, operating at multiple frequencies; in both cases, one or another master oscillator is used). The prototype uses devices connecting low- and high-energy sections of a linear accelerator (containing beam rotation units for transferring the beam from the low-energy section to a parallel high-energy section), and a separate gantry system for rotating the beam in the direction orthogonal to the direction of the beam axis in the high-energy output (the last ) sections. The gantry is connected to the output high-energy section of the linear accelerator through the beam delivery system to the gantry by means of a rotating vacuum assembly. The RF power supply of the low-energy section of this device is made at a long wavelength (meter) wavelength, and because of this and due to the use of a separate gantry system installed in a separate room, the device for rotational ion (proton) radiation therapy is very cumbersome and expensive.

Габариты и вес медицинского ускорителя электронов для ротационной лучевой терапии не велики - его размещают как единое целое (моноблок) во вращающейся относительно оси ротации моноблока консоли, а ВЧ-питание единственной ускоряющей секции этого ускорителя осуществляют от стационарной станции ВЧ-питания (клистрона с предусилителями, модуляторами, синхронизаторами и т. п.) с подачей электромагнитной энергии высокой частоты (3000 МГц) по волноводу через размещаемый в узле ротации консоли на оси ротации ее (на оси ротации моноблока) элемент подачи ВЧ-энергии из стационарного (неподвижного) волновода во вращающийся волновод - т.н. шарнирное волноводное соединение (ibid., р.26 fig 1.6). The dimensions and weight of the medical electron accelerator for rotational radiation therapy are not large - it is placed as a single unit (monoblock) in the monoblock console rotating relative to the axis of rotation, and the RF power supply of the only accelerating section of this accelerator is carried out from a stationary RF power station (klystron with preamplifiers, modulators, synchronizers, etc.) with the supply of high frequency electromagnetic energy (3000 MHz) through the waveguide through an element located on the rotation axis of the console on its rotation axis (on the monoblock rotation axis) Aci RF energy from a stationary (fixed) to the rotary waveguide waveguide - the so-called articulated waveguide connection (ibid., p. 26 fig 1.6).

Устройство для ротационной терапии с ускорителем электронов является относительно дешевым по сравнению с устройством на базе ускорителя ионов, оснащенным низкочастотной низкоэнергетической секцией и обособленными системами разводки пучков и системами гантри. A device for rotational therapy with an electron accelerator is relatively cheap compared to a device based on an ion accelerator equipped with a low-frequency low-energy section and separate beam-wiring systems and gantry systems.

Известно, однако, что используемые пучки электронов (а, следовательно, это и неотъемлемая характеристика устройства для ротационной терапии с потоками электронов и фотонов) плохо формируют предписанные дозные поля и при облучении пучком электронов (или фотонов) ткани, расположенные на пути пучка перед объемом, подлежащим облучению, и здоровые ткани вокруг этого объема также получают значительную радиационную дозу, и, кроме того, края пучка расплывчаты из-за сильного рассеивания этих частиц средой-телом пациента, через которую пучок проходит к облучаемому объему, в силу малости их массы, что затрудняет формирование четко очерченных сконцентророванных- сформированных дозных полей (ibid., р.24-32, 36; fig. 1.10, fig. 1.14). It is known, however, that the electron beams used (and, therefore, this is an integral characteristic of a device for rotational therapy with electron and photon fluxes) poorly form the prescribed dose fields and when the electron beam (or photon) is irradiated with tissue located in the path of the beam in front of the volume to be irradiated, and healthy tissues around this volume also receive a significant radiation dose, and, in addition, the edges of the beam are blurry due to the strong dispersion of these particles by the patient’s body medium through which the beam passes leads to the irradiated volume, due to the smallness of their mass, which complicates the formation of clearly defined concentrated-formed dose fields (ibid., p. 24-32, 36; fig. 1.10, fig. 1.14).

Данное изобретение устраняет габаритные и стоимостные недостатки прототипа, сохраняет преимущества ротационной ионно-лучевой терапии, позволяет значительно снизить габариты и массу ионных устройств для ионной лучевой терапии при энергии протонов 70-300 МэВ. This invention eliminates the overall and cost disadvantages of the prototype, preserves the benefits of rotational ion-radiation therapy, can significantly reduce the size and weight of ionic devices for ion-radiation therapy at a proton energy of 70-300 MeV.

Техническим результатом данного изобретения является создание компактного устройства для ионной (протонной) ротационной терапии, в том числе и для мобильных госпиталей. The technical result of this invention is the creation of a compact device for ionic (proton) rotation therapy, including for mobile hospitals.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем источник частиц (инжектор), многосекционный линейный ускоритель заряженных частиц на кратных частотах с параллельным переводом пучка из секции в секцию, систему поворота пучка с направлением его на изоцентр и систему сканирования пучка, указанные элементы выполняют в виде единой конструкции - моноблока, размещаемого в раме или в цилиндре, выполняющих функцию внутреннего кольца подшипника качения, и осуществляют вращение моноблока. При этом пациента размещают на продолжении оси ротации моноблока, а облучаемый объем размещают в изоцентре и производят облучение с различных направлений, формируя предписанные дозные поля. При этом каждую из секций ускорителя выполняют в виде набора ускоряющих модулей, выполненных на линейных переменного шага ускоряющих структурах; в низкоэнергетической секции применяют ускоряющие структуры на обратной гармонике дециметрового диапазона длин волн, и при этом в высокоэнергетической секции используют линейные ускоряющие структуры как на прямой или на обратной гармонике, так и на стоячей волне сантиметрового диапазона длин волн. При закреплении моноблока в раме на оси симметрии рамы размешают валы вращения рамы, а сами валы размещают в подшипниках качения. Подшипники размещают в опорах подшипников. Оси подшипников совпадают с осями валов вращения рамы. При другом варианте исполнения "внутреннего кольца подшипника качения" предлагаемого устройства - при размещении моноблока в цилиндре - в теле строительной конструкции размещают наружное кольцо (соосно с внутренним кольцом) так, что внутреннее и наружное кольца и направляющие (все равно какие - шариковые, роликовые, игольчатые или газовые, жидкостные) образуют подшипник, а совместно с электроприводом они образуют узел ротации предлагаемого устройства для ротационной лучевой терапии. The technical result is achieved by the fact that in a device containing a particle source (injector), a multi-section linear accelerator of charged particles at multiple frequencies with parallel beam transfer from section to section, a beam rotation system with its direction to the isocenter and the beam scanning system, these elements are performed in in the form of a single design - a monoblock placed in a frame or in a cylinder, performing the function of an inner ring of a rolling bearing, and the monoblock is rotated. In this case, the patient is placed on the continuation of the rotation axis of the monoblock, and the irradiated volume is placed in the isocenter and irradiated from various directions, forming the prescribed dose fields. Moreover, each of the sections of the accelerator is performed in the form of a set of accelerating modules made on linear variable-pitch accelerating structures; In the low-energy section, accelerating structures are used at the inverse harmonic of the decimeter wavelength range, while in the high-energy section, linear accelerating structures are used both on the forward or backward harmonics and on the standing wave of the centimeter wavelength range. When fixing the monoblock in the frame on the axis of symmetry of the frame, the shafts of rotation of the frame are stirred, and the shafts themselves are placed in rolling bearings. Bearings are placed in bearings. The axes of the bearings coincide with the axes of the shafts of rotation of the frame. In another embodiment, the "inner ring of the rolling bearing" of the proposed device — when placing a monoblock in the cylinder — an outer ring (coaxially with the inner ring) is placed in the body of the building structure so that the inner and outer rings and guides (anyway, ball, roller, needle or gas, liquid) form a bearing, and together with an electric drive they form a rotation unit of the proposed device for rotational radiation therapy.

В заявленном устройстве кардинальное уменьшение размеров и массы аппаратуры достигнуто за счет разбиения ускорителя на низкоэнергетическую ускоряющую секцию с ВЧ-питанием дециметрового диапазона длин волн на линейных ускоряющих структурах и использованием для ускорения ионов обратной пространственной гармоники и высокоэнергетическую часть с ВЧ-питанием сантиметрового диапазона длин волн, при этом могут быть использованы линейные структуры как на обратной, так и на прямой гармонике бегущего электромагнитного поля, а также и структуры на стоячей волне. Процесс ускорения синхронизуют и фазируют с помощью задающего генератора обычным способом. Все элементы заявляемого устройства в виде моноблока размещают во внутреннем кольце подшипника качения; это "кольцо" может быть выполнено в виде рамы или цилиндра. Раму (цилиндр) поворачивают на необходимый угол поворота с помощью электропривода и таким образом направляют с любого заданного направления пучок ионов необходимой энергии в изоцентр, лежащий на оси ротации моноблока, в котором и размещают подлежащий облучению объем (пациента). In the claimed device, a dramatic decrease in the size and mass of the equipment was achieved by dividing the accelerator into a low-energy accelerating section with RF power for the decimeter wavelength range on linear accelerating structures and using inverse spatial harmonics for accelerating ions and a high-energy part with RF power for the centimeter wavelength range, in this case, linear structures can be used both on the inverse and on the direct harmonic of the traveling electromagnetic field, as well as ry in the standing wave. The acceleration process is synchronized and phased using a master oscillator in the usual way. All elements of the claimed device in the form of a monoblock are placed in the inner ring of the rolling bearing; this "ring" can be made in the form of a frame or cylinder. The frame (cylinder) is rotated at the required angle of rotation with the help of an electric drive and thus the ion beam of the required energy is sent from any given direction to the isocenter lying on the rotation axis of the monoblock, in which the volume (patient) to be irradiated is placed.

Систему высокочастотного питания низкоэнергетической ускоряющей секции выполняют в дециметровом диапазоне длин волн и при этом в кратном ему сантиметровом диапазоне длин волн выполняют высокочастотное питание высокоэнергетической ускоряющей секции. The high-frequency power supply system of the low-energy accelerating section is performed in a decimeter wavelength range, and in this case, a high-frequency powering of the high-energy accelerating section is performed in a centimeter wavelength multiple thereof.

Устройство для ротационной лучевой терапии содержит источник - инжектор 1 заряженных частиц (ионов), линейный ускоритель ионов 2, состоящий в свою очередь из низкоэнергетической ускоряющей секции 3 и высокоэнергетической ускоряющей секции 4, питаемых соответствующими высокочастотными на кратных частотах источниками 5 и 6, систему поворота пучка 7, направляющую пучок ускоренных частиц на изоцентр и установленную на выходном конце 8 высокоэнергетической секции 4, к которой подсоединена система сканирования пучка 9. Низкоэнергетическая 3 и высокоэнергетическая 4 секции могут состоять из набора модулей 10.1, 10.2 и 11.1, 11.2, 11.3 соответственно и все они могут быть смонтированы в виде единого моноблока 12. На схеме, показанной на фиг. 1, представлен вариант выполнения ускорителя с модулями 10.1 и 10.2 низкоэнергетической секции 3 и первым модулем 11.1 высокоэнергетической секции 4, выполненных на линейных структурах с обратной пространственной гармоникой, при этом второй модуль 11.2 высокоэнергетической секции 4 может быть выполнен на стоячей волне, а последней модуль 11.3 этой секции - на прямой гармонике. Соединение выходного модуля 10.2 низкоэнергетической ускоряющей секции 3 с входным модулем 11.1 высокоэнергетической секции 4 осуществляют через узел проводки пучка 14, выполненный в виде вакуумпровода для прохождения пучка и содержащий на входе и на выходе по однотипному узлу поворота пучка ускоренных частиц 15 и 16, соответственно оснащенных магнитами 18 и 19. Узел 15 жестко соединен с выходом последнего модуля 10.2 низкоэнергетической ускоряющей секции 3, а узел 16 жестко соединен со входом первого модуля 11.1 высокоэнергетической секции 4. Входы ВЧ-источников 5 и 6 соединены с задающим генератором 17, а выходы с соответствующими ускоряющими структурами. Ось пучка 20 в низкоэнергетической секции 3 и ось пучка 21 в высокоэнергетической секции 4 направлены параллельно. Моноблок 12 устанавливают (закрепляют) в раме 13 или в цилиндре 13' (фиг. 3). Рама снабжена валами вращения 26, размещаемыми в подшипниках качения 27, которые закреплены в опорах подшипников 28. Раму вращают с помощью электропривода 24. В варианте размещения моноблока в цилиндре 13' этот цилиндр устанавливают на направляющих 23 в вмонтированное в тело строительной конструкции наружное кольцо 25; цилиндр 13' также вращают с помощью электропривода 24. A device for rotational radiation therapy contains a source - an injector 1 of charged particles (ions), a linear ion accelerator 2, which in turn consists of a low-energy accelerating section 3 and a high-energy accelerating section 4, powered by the corresponding high-frequency sources 5 and 6 at multiple frequencies, a beam rotation system 7, directing the beam of accelerated particles to the isocenter and installed on the output end 8 of the high-energy section 4, to which the scanning system of the beam is connected 9. Low-energy 3 and you okoenergeticheskaya section 4 may consist of a set of modules 10.1, 10.2 and 11.1, 11.2, 11.3, respectively, and they can all be mounted in a single monoblock 12. In the circuit shown in FIG. 1, an embodiment of the accelerator with modules 10.1 and 10.2 of the low-energy section 3 and the first module 11.1 of the high-energy section 4, made on linear structures with inverse spatial harmonic, is presented, while the second module 11.2 of the high-energy section 4 can be performed on a standing wave, and the last module 11.3 of this section - on the direct harmonic. The connection of the output module 10.2 of the low-energy accelerating section 3 with the input module 11.1 of the high-energy section 4 is carried out through the wiring unit of the beam 14, made in the form of a vacuum wire for the passage of the beam and containing at the input and output through the same node of rotation of the beam of accelerated particles 15 and 16, respectively equipped with magnets 18 and 19. The node 15 is rigidly connected to the output of the last module 10.2 of the low-energy accelerating section 3, and the node 16 is rigidly connected to the input of the first module 11.1 of the high-energy section 4. Inputs RF sources 5 and 6 are connected to the master oscillator 17, and the outputs with the corresponding accelerating structures. The axis of the beam 20 in the low-energy section 3 and the axis of the beam 21 in the high-energy section 4 are directed in parallel. Monoblock 12 is installed (fixed) in the frame 13 or in the cylinder 13 '(Fig. 3). The frame is equipped with rotation shafts 26, placed in rolling bearings 27, which are fixed in the bearings of the bearings 28. The frame is rotated by an electric drive 24. In the embodiment of the monoblock in the cylinder 13 ', this cylinder is mounted on the rails 23 in the outer ring 25 mounted in the body of the building structure; cylinder 13 'is also rotated by electric drive 24.

На фиг. 2 представлен в разрезе пример выполнения заявляемого устройства по сечению узла проводки пучка 14, соединяющего низкоэнергетическую 3 и высокоэнергетическую 4 ускоряющие секции. Здесь 18 - магнит поворотного узла 15, расположенного на выходном конце выходного модуля 10.2 низкоэнергетической секции 3; 19 - магнит узла поворота 16, расположенного на входном конце входного модуля 11.1 высокоэнергетической секцией 4; 20 и 21 - проекции на плоскость чертежа осей ускоренного в низкоэнергетической 3 и высокоэнергетической 4 секциях пучка ионов, а 22 - проекция оси вращения моноблока 12 (рамы 13). In FIG. 2 is a sectional view illustrating an embodiment of the inventive device over a section of a wiring assembly of a beam 14 connecting low-energy 3 and high-energy 4 accelerating sections. Here 18 is the magnet of the rotary assembly 15 located at the output end of the output module 10.2 of the low-energy section 3; 19 - the magnet of the rotation node 16 located at the input end of the input module 11.1 high-energy section 4; 20 and 21 are projections onto the plane of the drawing of the axes of the ion beam accelerated in the low-energy 3 and high-energy 4 sections, and 22 is the projection of the rotation axis of monoblock 12 (frame 13).

На фиг. 3 показан другой вариант размещения моноблока устройства для ротационной лучевой терапии в цилиндре 13'. Здесь 23 - направляющие подшипника, а 25 - наружное кольцо подшипника, так что элементы 13', 23, 25 являются подшипником качения, а совместно с электроприводом 24 они образуют узел ротации моноблока вокруг пациента (вокруг изоцентра). In FIG. 3 shows another embodiment of the monoblock arrangement of a rotary radiation therapy device in cylinder 13 '. Here 23 are the bearing guides, and 25 is the outer bearing ring, so that the elements 13 ', 23, 25 are a rolling bearing, and together with the electric drive 24 they form a monoblock rotation unit around the patient (around the isocenter).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Пучок частиц, инжектируемый источником 1, под воздействием электромагнитных полей, создаваемых в ускоряющих структурах линейного ускорителя ионов 2 от синхронизованных, сфазированных и работающих на кратных частотах источников 5 и 6, ускоряют последовательно в модулях 10.1 и 10.2 низкоэнергетической секции 3, питаемой высокочастотным источником дециметрового диапазона длин волн 5 и направляют в узел поворота пучка 15. Магнитное поле магнита 18 поворачивает пучок и направляет его вдоль продольной оси узла проводки пучка 14, затем пучок поступает в узел поворота пучка 16, магнитное поле магнита 19 поворачивает пучок еще на 90^o и направляет пучок во входной модуль 11.1 высокоэнергетической ускоряющей секции 4, после чего пучок доускоряют в модулях 11.1, 11.2 и 11.3 до энергии, необходимой для облучения опухоли. Модули 11.1, 11.2, 11.3 запитывают более высокой, кратной частоте источника 5, частотой от источника высокочастотного питания 6. Допустима запитка ускоряющих секций через известные схемы компрессоров ВЧ-мощности. Из последнего модуля ускоряющей секции 3 пучок ионов, ускоренный до предписанной энергии, поступает в выходное поворотное 7 и сканирующее 9 устройства. Устройство 7 направляет пучок на объект облучения, а устройство 9 позволяет сформировать поле облучения строго по форме облучаемого объекта. При ротации моноблока 12 (рамы 13 или цилиндра 13') на предписанный угол по отношению к оси ротации 22 пучок облучает мишень с предписанного направления, что также применяется для формирования предписанного распределения дозного поля.The particle beam injected by source 1, under the influence of electromagnetic fields created in the accelerating structures of a linear ion accelerator 2 from synchronized, phased and working at multiple frequencies sources 5 and 6, is sequentially accelerated in modules 10.1 and 10.2 of the low-energy section 3 fed by a high-frequency source of the decimeter range wavelengths 5 and sent to the node turning the beam 15. The magnetic field of the magnet 18 rotates the beam and directs it along the longitudinal axis of the wiring node of the beam 14, then the beam enters to the beam rotation node 16, the magnetic field of the magnet 19 rotates the beam by another 90 ^° and directs the beam to the input module 11.1 of the high-energy accelerating section 4, after which the beam is accelerated in modules 11.1, 11.2 and 11.3 to the energy necessary for irradiating the tumor. Modules 11.1, 11.2, 11.3 are powered by a higher, multiple frequency of the source 5, by the frequency from the high-frequency power supply 6. It is permissible to power up the accelerating sections through known circuits of RF power compressors. From the last module of the accelerating section 3, the ion beam, accelerated to the prescribed energy, enters the output rotary 7 and scanning 9 device. The device 7 directs the beam to the irradiated object, and the device 9 allows you to form the irradiation field strictly in the form of the irradiated object. When the monoblock 12 (frame 13 or cylinder 13 ') is rotated by the prescribed angle with respect to the axis of rotation 22, the beam irradiates the target from the prescribed direction, which is also used to form the prescribed dose field distribution.

Таким образом, выполнение ротационного ионного ускорителя для лучевой терапии в виде высоко- и низкоэнергетической частот, запитываемых от ВЧ-источников санти- и дециметрового диапазона длин волн, и размещение их в моноблоке, монтируемом в подшипниках качения, позволяет впервые создать компактную ротационную установку для лучевой ионной терапии с габаритами, приемлемыми для широкой клинической практики и применения их в мобильных госпиталях. Thus, the implementation of a rotational ion accelerator for radiation therapy in the form of high and low energy frequencies, fed from RF sources of the centimeter and decimeter wavelengths, and placing them in a monoblock mounted in rolling bearings, allows for the first time to create a compact rotational installation for radiation ion therapy with dimensions acceptable for wide clinical practice and their use in mobile hospitals.

Claims

1. A device for rotational radiation therapy containing a particle injector, a multi-section linear accelerator of charged particles with high-frequency power accelerating sections at multiple frequencies and with the placement of low and high energy accelerating sections parallel to each other, a high-frequency power accelerating sections, beam wiring node, rotation systems beam, scanning the output beam system and the synchronization and phasing system of frequencies of high-frequency power sources of the accelerator, characterized in that it will accelerate the spruce is made in the form of a single monoblock in a frame equipped with rotation shafts, and the rotation shafts are placed in rolling bearings fixed in the bearings, while the accelerating sections consist of accelerating modules made on linear accelerating structures.

2. The device for rotational radiation therapy according to claim 1, characterized in that the high-frequency power system of the high-energy section contains a high-frequency power compressor.

3. A device for rotational radiation therapy according to claims 1 and 2, characterized in that each of the accelerating modules of the low-energy section is made on linear accelerating structures at the inverse spatial harmonic.

4. A device for rotational radiation therapy according to claims 1 to 3, characterized in that the accelerating modules of the high-energy section are made on linear accelerating structures on direct and / or inverse spatial harmonics and / or on standing wave structures.

5. A device for rotational radiation therapy containing a particle injector, a multi-sectional linear accelerator of charged particles with high-frequency power of accelerating sections at multiple frequencies and with the placement of low and high-energy accelerating sections parallel to each other, a high-frequency power system of accelerating sections, a beam wiring unit, a rotation system beam, scanning the output beam system and the synchronization and phasing system of frequencies of high-frequency power sources of the accelerator, characterized in that it will accelerate the spruce is made in the form of a single monoblock mounted in a cylinder, which is mounted on rails in the outer ring mounted in the body of the building structure so that a rolling bearing is formed for the rotation of the accelerator around the irradiation object located on the rotation axis of the monoblock, and the accelerating sections consist of accelerating modules performed on linear accelerating structures.

6. The device for rotational radiation therapy according to claim 5, characterized in that the high-frequency power system of the high-energy section contains a high-frequency power compressor.

7. A device for rotational radiation therapy according to claims 5 and 6, characterized in that each of the accelerating modules of the low-energy section is made on linear accelerating structures at the inverse spatial harmonic.

8. A device for rotational radiation therapy according to claims 5 to 7, characterized in that the accelerating modules of the high-energy section are made on linear accelerating structures on direct and / or inverse spatial harmonics and / or on standing wave structures.