[发明专利]一种紧凑型质子束流能量和能散度控制结构

说明书

本发明公开了一种紧凑型质子束流能量和能散度控制结构，该结构由两个矩形二极铁、两个散焦四级铁、两个聚焦四极铁、以及一束测系统、一选择狭缝、一真空管组成，两个所述矩形二极铁呈45°对称设置；一所述矩形二极铁通过真空管依次连接有一散焦四级铁、一聚焦四极铁、束测系统与选择狭缝，然后再依次连接另一聚焦四极铁、另一散焦四级铁与另一所述矩形二极铁。本发明可根据治疗要求安全、高效的传输能散度小于2％，能量为70‑235MeV的质子束流，实现了由两个45°对称的矩形二极铁和四个四极铁组成的束流能量和能散度控制结构，具有安全、高效、高精度的特点，对未来质子治疗技术的发展和广泛应用起到促进作用。

技术领域

本发明属于医疗器械质子治疗系统束流传输领域，具体涉及一种紧凑型质子束流能量和能散度控制结构。

背景技术

自1946年Wilson提出应用质子治疗癌症以来，便开始了广泛地质子治疗研究工作，其基本原理与X射线相同，都是靠粒子和射线的电离作用将能量传递给癌细胞，然后将癌细胞杀死。目前传统放疗对正常组织的损伤较大，副作用多。然而质子治疗效果好，副作用不大，其最大优势在于其卓越的剂量分布。质子治疗更方便临床医师准确地控制射入肿瘤的剂量，减少对周围正常组织的伤害，从而降低副作用发生几率。

当前质子治疗已成为令人瞩目的肿瘤治疗高新技术，要实现质子治疗，需要相应的设备，主要由以下几个部分组成：加速器、束流传输线、旋转机架、治疗头、治疗床和治疗计划系统等。束流传输线可分为引出段、能量选择段、束流传输段、消色差段、匹配段等，并由一系列的四极铁、二极铁、校正铁、束流检测器、选择狭缝及阻断器组成，其中四极铁用控制束流的横向振荡，二极铁用于偏转束流，校正铁用于改变束流方向，束流检测器用于检测束流的位置和强度，选择狭缝用于控制束流的能量散度，阻断器用于快速停止束流。

进行质子治疗时，需根据肿瘤本身的深度和厚度，选用不同能量的质子，对于大多数亚洲肿瘤患者而言，绝大多数的肿瘤深度小于30cm，最浅的部位是眼黑色素瘤。这样所需要治疗用的质子能量是70-235MeV。目前治疗用的加速器主要分为两种类型：同步加速器可以引出不同能量的质子，不再要另外的能量选择系统；回旋加速器只能输出能量固定的粒子，必须另用一个独立的质子能量选择系统。能量选择系统的功能很简单，只是将固定能量的质子变成70-235MeV的不同能量的质子。能量选择段主要由一个可移动楔形石墨，准直器和束流能量和能散度控制结构组成，其中石墨用于将回旋加速器产生的固定束流能量改变成治疗需要的能量。束流经过石墨块降能后能量，能散度，束流强度，发射度等都会发生改变，因此在降能器后还需准直器，束流能量和能散度控制结构控制束流的发射度、能量和能散度。

束流能量和能散度控制结构设计是否安全高效将会直接影响治疗的效果和装置的利用率。因此需要研究各种束流传输元件以及由它们组成的束流传输系统对束流的作用；研究束流的粒子轨迹、束流包络、束流发射度形状、束流中心轨道偏转、轨道能量色散这些因素与传输系统中各传输元件的位置、间距、长度、场强、磁场梯度等参数的关系；根据这些关系和实际要求来合理地选择束流传输元件、确定传输元件的各个参数，设计一种紧凑，安全，高效，高精度的束流能量和能散度控制结构，将大大降低质子治疗装置的成本，占地面积，有效的促进质子治疗事业的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全、高效、高精度的紧凑型质子束流能量和能散度控制结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种紧凑型质子束流能量和能散度控制结构，该结构由两个矩形二极铁、两个散焦四级铁、两个聚焦四极铁、以及一束测系统、一选择狭缝、一真空管组成，两个所述矩形二极铁呈45°对称设置；一所述矩形二极铁通过真空管依次连接有一散焦四级铁、一聚焦四极铁、束测系统与选择狭缝，然后再依次连接另一聚焦四极铁、另一散焦四级铁与另一所述矩形二极铁。

两个所述矩形二极铁均具有一真空泵接口；两个所述散焦四级铁与两个所述聚焦四极铁长度相同；所述真空管直径为70mm。