[发明专利]非消色差的紧凑型机架

说明书

本发明的实施例提供了一种紧凑型机架，其被设计来使用粒子束来提供粒子治疗。用于提供粒子治疗的机架200包括第一偶极磁体260，其可操作地弯曲从回旋加速器接收的粒子束以第一程度量。机架还包括多个四极磁体255，其被配置用以非对称地调节束，以产生非对称束，其中四极磁体的配置使用第二偶极磁体225的色散函数来确定。进一步地，第二偶极磁体，可操作地接收非对称束并且弯曲非对称束以第二程度量，并且其中第二偶极磁体色散非对称束，以在治疗等中心或者任何其他参考点产生对称束形状。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及粒子治疗领域。更特别地，本发明的实施例涉及用于粒子治疗系统的紧凑型机架。

背景技术

为了向患者来提供质子或者粒子治疗，带电粒子以选定角度被引导至治疗台上的患者。包括束线和弯曲的磁体的机架被用于将带电粒子束带到相对于患者台的选定角度。带电粒子从回旋加速器被输出并且被发射到机架中。

回旋加速器是将质子加速到大约光速的三分之二的高速度的加速装置。回旋加速器使用静态磁体和射频(RF)从回旋加速器中心以圆形方式向外加速质子。当质子越远离中心获得更多速度和能量。提取磁体从回旋加速器中拉出质子并且进入束线。电磁体保持束在轨道上并且束降级装置为了治疗减速质子至最佳能量。依照物理学，质子的移动速度将决定质子在患者体内移动多远。

通过回旋加速器产生的质子束不是纯单能的。这是因为一些质子被加速到比其他质子更快的速度。因此，质子束类似于以能量扩散为特征的能量分布，通常地以百分比表示。百分比表示能量分布的标准偏差。为了补偿色差效应，机架通常被配置来提供消色差束光学元件。

图1图示了传统机架的偶极磁体中的色散效应问题。如图1所示，高能束105移动通过弯曲磁体将以与低能束110不同的角度弯曲。换句话说，质子束通过弯曲磁体(例如，偶极)的弯曲角度取决于能量并且不同能量的质子束将不同地分散。因此，诸如偶极这样的弯曲磁体可以以这种方式充当质子能量过滤器。

色散效应可导致束在弯曲平面内加宽。机架中每个偶极磁体的束轨迹的弯曲导致具有非标称动量的粒子它们的轨迹偏离束标称轴。这种色散现象称为色散并且通常用所谓的色散函数来描述，表示质子的轨迹偏离光轴。色散是成问题的，因为为了有效地向患者提供治疗，质子束需要在等中心对称。因此，机架需要被设计在治疗等中心具有零或者非常小的色散。

为了抵消色散效应，传统机架被配置了消色差束光学元件。消色差束光学元件试图通过至少在等中心的机架的任何弯曲部分抑制色散。通常地，消色差系统被配置来抑制等中心质子束的横向和角度色散。然而，消色差束光学元件被使用复杂的磁场组合配置，并且通常导致更高的成本和空间无法承受的更大的系统。此外，消色差束光学元件需要更多的束线元件和更多的总漂移长度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种紧凑型机架，其被设计用于使用粒子束来提供粒子治疗。用于提供粒子治疗的机架包括：第一偶极磁体，可操作地弯曲从回旋加速器接收的粒子束以第一程度量。机架还包括多个四极磁体，被配置来非对称地调节束，以产生非对称束，其中四极磁体的配置使用第二偶极磁体的色散函数来确定。进一步地，第二偶极磁体可操作地接收非对称束并且弯曲非对称束以第二程度量，并且其中第二偶极磁体色散非对称束，以在治疗等中心或者任何其他参考点产生对称束形状。

在一个实施例中，呈现了一种用于质子放射治疗系统的机架。机架包括至少一个第一偶极磁体，可操作地弯曲从回旋加速器接收的质子束以第一程度量。机架还包括多个四极磁体，其被配置以非对称地调节质子束，以产生非对称质子束，其中四极磁体的配置使用第二偶极磁体的色散函数来确定，并且其中多个四极磁体被定位在第一偶极磁体和第二偶极磁体之间的直线上。进一步地，机架包括第二偶极磁体，可操作地接收非对称质子束并弯曲非对称质子束以第二程度量，并且其中第二偶极磁体色散非对称质子束，以在治疗等中心产生对称束形状。