[发明专利]一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统

权利要求书

1.一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，该治疗系统采用同步回旋加速器将质子或重离子加速到治疗所需的最高能量；对于质子，其最高能量为235MeV；

束流从同步回旋加速器输出后进入高能输运线进行聚焦和偏转，送入能量选择器；

能量选择器通过设置的石墨降能器，使得束流能量连续可调，将同步回旋加速器引出的高能量束流降低为治疗所需能量；

对于质子束，其能量在70-235MeV之间可调，并将降能后的束流进一步通过一段高能输运线进行聚焦和偏转，送至单治疗室；

束流进入单治疗室后被送至旋转机架系统，旋转机架可±185°旋转，使束流能在360°各个方向出射；

所述的同步回旋加速器的主磁铁采用超导磁体，中心场强5.7T，引出场强5T；

在同步回旋加速器的前端设有PIG冷阴极离子源，由中心区吸极在10-20kV电压下将离子引出并进行加速；离子源末端的半径2.5mm；

该治疗系统具体实施包括如下步骤：

步骤一：使用PIG冷阴极离子源，离子源在RF频率为87.5MHz时将束流送入同步回旋加速器进行加速；

步骤二：随着加速过程的进行，RF频率随束流能量的增加同步降低，当束流能量达到预期能量时，对质子为235MeV，RF频率降低为63.3MHz；

步骤三：通过再生引出的方式将束流从同步回旋加速器引出，经高能输运线和能量选择器，将束流能量限制在70-235MeV治疗所需的能量；再经过一段高能输运线输送到单治疗室；

步骤四：束流被送至单治疗室的旋转机架上，旋转机架可±185°旋转，从各个方向照射患者；

步骤五：当需要暂停照射时，通过在垂直偏转板上施加1kV/cm的垂直电场，对束流进行快速关断；当需要改变调节照射流强时，调节施加在垂直偏转板上的电场强度，从而进行流强调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，中心区上下垂直间距6mm，中心区的磁场由一个锥形磁铁提供，用以产生沿半径逐渐下降的磁场，提供较大的磁场负梯度，增强轴向聚焦；

中心区在离子源口附近设有吸极，在离子源附近产生水平方向的电场，将束流从离子源内引出；中心区加速电压为10kV，第一圈的半径为3mm，旋转100圈后，半径增加到3cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，中心区及离子源为可移动式设置；中心区设有由垂直偏转板和准直器构成的快速关断装置，用于在治疗过程中快速关断束流及流强调节；

中心区在粒子运动轨迹的前100圈设有产生垂直方向电场的一对电极，即垂直偏转板；以及在垂直方向设置的一组金属挡板，即准直器，用于阻挡轴向振幅较大的束流；

调节垂直偏转板上施加的电压，使其产生0-1kV/cm的轴向电场，使束流部分或全部打在金属挡板上，实现流强调节或快速关断。

4.根据权利要求1所述的一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，所述的同步回旋加速器的RF系统工作频率从92-62MHz连续可调，RF电压为10-20kV；RF频率变化周期为1ms，重复频率为1kHz；

RF频率从92MHz开始降低，当降低到87.5MHz时，离子源送出束团被中心区吸极牵引开始进行加速，RF频率降低到63.3MHz时，束流中粒子能量达到预定值；

对于质子为235MeV，被引出系统引出，随后RF频率降低到62MHz,共用时600ms；再随后RF频率再次提升到92MHz,用时400us,至此RF系统完成一个运转周期；下一团束流从离子源引出并进行加速，开始一个新的加速周期。

5.根据权利要求1所述的一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，所述的同步回旋加速器的引出区采用再生引出方式，引入bump场及二次谐波梯度场，使束流径向振动频率在引出半径处提升并维持在Q_r＝1附近，增加束流的径向振幅，利用静电偏转板切割振幅较大的束流实现引出。

6.根据权利要求5所述的一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，其特征在于，二次谐波梯度场由两个梯度场合成，一个为负梯度场，由切割器提供；另一个为正梯度场，由再生器提供，切割器和再生器之间间隔90度方位角；经过若干圈后，振幅足够大的束流就会被静电偏转板切削引出。