[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

说明书

本发明公开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；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。本发明采用同步回旋加速器作为主加速器，相比于回旋加速器和同步加速器，可以使用最高大于5T的磁场，减小加速器的体积重量，从而制造的更加紧凑；且对加速电压要求较小，降低射频系统的成本和设计难度。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统。

背景技术

质子和重离子治疗技术是放疗中的一种，是国际公认的放疗尖端技术。与传统的光子放疗不同，质子和重离子可以形成能量布拉格峰，将给药剂量局限于肿瘤区域，减少对健康组织的伤害。

以质子治疗为例，放疗所需的较高能量的质子，由高频谐振加速器获得。一般来说，为治疗深度为30cm到315cm的肿瘤，需要70-230MeV的质子束。

质子重离子加速器主要有等时性回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器和直线加速器四类。等时性回旋加速器其优点是操作方便，输出流强较高，但是不具备能量调节功能，需要配备额外的能量选择器；同步加速器其优点是输出能量可调，磁铁所占体积较小，束流品质较高，但是要求加速电场的频率和磁场强度随粒子能量同步增加，增加了操作的复杂性，需要配备额外的加速器作为前端注入器，而且加速器本身占地面积较大；直线加速器可以实现能量连续可调，且束流品质较好，但是加速器本身占地面积较大，而且成本高；同步回旋加速器不需要前端注入器，相比于等时性回旋加速器对加速电压的要求小，磁场较回旋加速器高，因而可以制造的更加紧凑。但是要求加速电场的频率随粒子能量同步降低，操作较复杂，本身不具备能量调节功能，且输出流强较低。

对于圆形加速器，加速器的体积尺寸主要取决于输出加速器能量和主磁铁或弯转磁铁的磁场强度。在相同的输出能量下，主磁铁或弯转磁铁的磁场强度越高，相应的加速器体积可以建造的越小。常规磁铁最高大约能提供1.5T的磁场，超导磁铁可以提供最高大于5T的磁场，采用超导磁铁可以有效减小加速器的尺寸。

对于等时性回旋加速器，太高的磁场会降低磁场调变度，削弱轴向聚焦效应。由于同步回旋加速器其轴向聚焦不由磁场调变度提供，因此其磁场可以比等时性回旋加速器更高，从而制造的更加紧凑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同步回旋加速器的质子重离子治疗系统，以同步回旋加速器作为主加速器，其主磁铁采用超导磁体，提供大于5T的磁场强度，RF腔提供10-20kV的加速电压，将质子或重离子束流加速到治疗所需的最高能量；对于质子束，其最高能量为235MeV,引出后的束流通过输运线系统进行偏转和聚焦，送入能量选择器系统，调节束流能量为治疗所需能量，再输送到旋转机架上，旋转机架可以±185°度旋转，使束流能在360°各个方向出射，最终通过笔形束等设备照射到患者体内。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

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；