[发明专利]超高能电子束或光子束放射治疗机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型医疗器械技术领域的外放射治疗机器人系统，具体地，涉及一种使用超高能电子束或光子束放射治疗的机器人系统。

背景技术

放射治疗利用高能量辐射如X射线、γ射线、电子、质子、重离子和中子来破坏癌细胞的DNA以将其杀死。由于放射治疗在杀死癌细胞的同时也损害正常细胞，必须仔细规划治疗以尽量减少这种副作用。用于癌症治疗的辐射可以来自体外的装置，被称为外照射放疗，也可以来自植入体内靠近癌细胞的放射性物质，被称为内照射放疗或近距离放疗。外照射放疗通常使用光子束(X射线或γ射线)。电子束在有限距离之后剂量迅速下降，也因此影响不到较深的正常组织，电子束治疗通常用于浅层肿瘤如皮肤区域或全身皮肤、四肢等部位的癌症治疗。对于较深的区域，会采用手术电子放射治疗。众多类型的外照射放疗均使用称为医用直线加速器的设备，由射频(RF)功率放大器驱动，如磁控管或速调管，产生具有6-20MeV能量的电子束。

外照射放疗的技术优势可以通过图像验证提供有效的三维剂量分布形状和精确的空间剂量传递图。这些技术，包括三维适形放疗(3D-CRT)、调强放疗(IMRT)、影像引导放疗(IGRT)和强子治疗，加强对肿瘤区域的放射剂量并减少对周围正常组织的特定敏感区域的放射影响。凭借复杂的计算软件和先进的治疗设备(包括精密机械臂和紧凑型医用加速器)，体部立体定向放疗(SBRT)在绝大多数情况下比3D-CRT使用更小的辐射场和更高的剂量，但更精确地瞄准目标区域并缩短疗程。

如文献1、文献2中均公开了一种利用X射线的放射治疗装置，即把小型直线加速器安装到多关节机械臂或回转台上，控制机械臂或者回转台位置姿态，从而把产生于小型光栅的Ｘ射线集中到中心点进行照射。

然而，在目前的医用射频直线加速器所产生的上述电子束能级范围下，最大穿透深度和横向半影品质都制约了这种先进模式在实际癌症治疗中的应用。一旦电子能级高于50MeV，这些问题都可以克服，穿透深度更加深，横向半影也更加尖锐，尽管纵向半影也有所增加。Monte Carlo模拟研究中对比了光子，质子和超高能电子束在调强放疗前列腺癌症的效果，最吻合目标剂量的是质子束，而电子束的目标覆盖范围度是和光子束的效果相比拟的，有时好过光子束。此外，在避免剂量影响到敏感结构和正常组织方面，超高能电子束明显好过光子束。至于由轫致辐射和电子核反应相互作用产生的次级粒子的剂量影响，如超高能电子束施加于全身的中子剂量低于质子束治疗和光子调强放疗一到二个数量级。

所述的超高能电子束治疗使用的超高能电子束，可以由传统的基于射频的直线加速器产生，包括一个电子喷射装置，称作LINAC的主加速结构，电子束传播系统，以及最终的操作台。电子喷射装置通常由光阴极微波电子枪或热离子高压直流电枪和几个用于产生电子束的聚束腔组成。LINAC由一系列室温或者超导射频腔体组成，加速梯度为10MV/m。电子束传播系统包括电子束聚焦和散焦电四极磁铁。操作台装有真空电子束传播系统和一系列的电子束弯转和聚焦电磁铁。为实现基于射频直线加速器的外照射放疗，射频直线加速器整体尺寸估计要在50米长左右。加上能多方向引导电子束的回转台，总重量可达上百吨级。因此，这类设施的建设和运营成本大到难以置信，由此导致基于常规加速器的超高能电子束放疗系统很难普及到小规模医院。虽然文献3中公开了一种使用更加紧凑的LINAC加速器及龙门式转台的超高能电子束放射治疗系统，但由于其原理仍然基于直线加速器，因此结构上还是无法做到更加紧凑小巧。

文献1:Adler Jr Jr,Chang SD,Murphy MJ,Doty J,Geis P and Hancock SL,“The Cyberknife:a frameless robotic system for radiosurgery”,Stereotactic Functional Neurosurgery,pp.124-128,69(1-4Pt2),1997；

文献2:David H.Whittum,“Microwave Electron Linacs for Oncology”,Reviews of Accelerator Science and Technology,pp.63-92,Vol.2,Iss.1,2009；