CN116020062B - 基于旋转束线的治疗终端 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于旋转束线的治疗终端，可以应用于离子放射治疗技术领域。该治疗终端包括：旋转简体结构，包括旋转轮和旋转筒，该旋转轮的各个方向上分布设置有治疗室，该旋转筒上固定有旋转束线，该旋转束线跟随该旋转筒体结构旋转对应至各该治疗室，并传输束流给治疗室，该驱动模块，驱动该旋转筒体结构按照预设需求进行旋转，以使固定于该旋转筒体结构上的旋转束线跟随该旋转筒体结构一起按照该预设需求进行旋转，其中，该旋转束线上束流偏转之处上设置有双偏转无色散结构。元件布局更加紧凑，辐射防护更加合理。

Description

基于旋转束线的治疗终端

技术领域

本公开涉及离子放射治疗领域，尤其涉及一种基于旋转束线的治疗终端。

背景技术

质子与重离子束用于放射治疗时，先经过主加速器加速到预设能量后，然后通过束流输运线运送到各个治疗室。治疗时，束流如果只从单一方向进行照射，皮肤至肿瘤间的正常组织细胞会受到大约1/3的肿瘤治疗剂量，因此通常会从多个角度进行照射，将总剂量分摊到多个方向的组织细胞，以减小正常组织受到的剂量。将束线从多个角度进行照射的方案通常有两种。一种是布置多个方向的束流输运线，在治疗室处实现分立的多个角度的治疗终端，同时也可以通过治疗床的旋转来实现更多角度；另一种是利用旋转机架(Gantry)，使束流输运线可以绕着某一轴线旋转。

多角度治疗终端是在束流输运线中间通过二极铁偏转分出多条不同方向的输运线，再经过一系列的二极铁和四极铁完成束线的上爬与下穿。这种方案的主要技术问题在于束线长度长，设备元件多，安装难度高，整体成本较高。

Gantry的结构中也包含束线的上爬与下穿部分，由电机带动整个束线进行旋转，其主要元件分布于远离轴线的位置，因此转动惯量非常大，需要电机功率高。整体而言，Gantry的方案加工制造难度大，运行成本高。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了基于旋转束线的治疗终端。

根据本公开的第一个方面，提供了一种基于旋转束线的治疗终端，所述治疗终端包括：

旋转简体结构，包括旋转轮和旋转筒，所述旋转轮的各个方向上分布设置有治疗室，所述旋转筒上固定有旋转束线，所述旋转束线跟随所述旋转简体结构旋转对应至各所述治疗室，并传输束流给所述治疗室；

所述驱动模块，驱动所述旋转简体结构按照预设需求进行旋转，以使固定于所述旋转简体结构上的旋转束线跟随所述旋转筒体结构一起按照所述预设需求进行旋转；

其中，所述旋转束线上束流偏转之处上设置有双偏转无色散结构。

根据本公开的实施例，所述双偏转无色散结构包括：

两块45度二极铁和设置在所述两块45度二极铁之间的一块四极铁；

所述两块45度二极铁，用于偏转束流，使束流方向垂直于所述旋转束线的旋转轴；

所述四极铁，用于改变所述旋转束线的色散函数的导数的符号，使所述两块45度二极铁产生的色散相互抵消，旋转束线末端的色散函数以及所述色散函数的导数均变为0。

根据本公开的实施例，所述治疗终端，还包括：

磁流体密封装置，设置于所述旋转束线上，用于连接固定束线与旋转束线，使所述旋转束线相对所述固定束线做旋转运动。

根据本公开的实施例，所述治疗终端，还包括：

扫描磁铁，设置于所述旋转束线上，用于偏转束流以覆盖目标对象。

根据本公开的实施例，所述治疗室的墙体上开设束流孔，所述旋转束线延伸至所述束流孔处。

根据本公开的实施例，开设有所述束流孔的墙体在所述治疗室的外侧设置有一凹槽，所述旋转束线的末端在所述凹槽内运动。

根据本公开的实施例，所述束流孔处设置有屏蔽门。

根据本公开的实施例，所述旋转轮上设置有多个屏蔽块，在所述束流输送给目标治疗室的情况下，所述旋转轮上的屏蔽块遮挡住除所述目标治疗室外的其他治疗室的束流孔。

根据本公开的实施例，所述旋转束线上还设置有至少一个四极铁，所述四极铁用于聚焦旋转束线。

根据本公开的实施例，所述束流孔内安装有电离室。

根据本公开提供的基于旋转束线的治疗终端。旋转束线采用双偏转无色散结构，确保等中心点处色散函数为0，保证等中心点处的束流品质。束线旋转部分质量小，转动惯量比常规旋转机架小70％以上，因此从控制的角度上，本公开基于旋转束线的治疗终端无论从灵敏度、运行精度还是操控性能，均优于常规旋转机架。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1a示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的正面结构图；

图1b示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的背面结构图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的旋转束线200的结构图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的束线色散函数的分布示意图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的另一双偏转无色散结构的示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的局部放大结构图；

图6示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等)。

在本公开的技术方案中，对数据的获取、收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开和应用等处理，均符合相关法律法规的规定，采取了必要保密措施，且不违背公序良俗。

图1a示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的正面结构图。图1b示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的背面结构图。

如图1a和1b所示，该实施例的基于旋转束线的治疗终端包括：

旋转筒体结构，包括旋转轮6和旋转筒7，该旋转轮6的各个方向上分布设置有治疗室100，该旋转筒7上固定有旋转束线200，该旋转束线200跟随该旋转筒体结构旋转对应至各该治疗室100，并传输束流给该治疗室100；

该驱动模块，驱动该旋转简体结构按照预设需求进行旋转，以使固定于该旋转筒体结构上的旋转束线200跟随该旋转筒体结构一起按照该预设需求进行旋转；

其中，该旋转束线200上束流偏转之处上设置有双偏转无色散结构。

驱动模块可以包括前驱动轮组装置9和后驱动轮组装置10。治疗过程中，前驱动轮组装置9和后驱动轮组装置10为旋转束线旋转至各个治疗室100提供支撑和驱动力，电机驱动驱动轮旋转，驱动轮依靠摩擦力驱动旋转筒体结构以及固定于旋转筒体结构上的旋转束线200按照需求进行旋转，由此将束流输送至相应治疗室100处。

可选的，由于旋转束线200导致旋转筒体结构重心位置偏移，为了保证旋转过程中装置的整体稳定性，可在相应位置设置配重结构8，使旋转筒体结构的重心和旋转轴心在同一竖直平面上，以达到力矩平衡。

图2示意性示出了根据本公开实施例的旋转束线管道200的结构图。

如图2所示，该双偏转无色散结构包括：两块45度二极铁1和设置在该两块45度二极铁1之间的一块四极铁2，两块45度二极铁1用于偏转束流，使束流方向垂直于旋转束线200的旋转轴。四极铁2用于改变旋转束线200的色散函数的导数的符号，使两块45度二极铁1产生的色散相互抵消，旋转束线200末端的色散函数以及该色散函数的导数均变为0。

在加速器高能束线的末端，通过两块45度二极铁和一块四极铁，组成双偏转无色散结构(DBA，double bend achromat)。DBA结构的特点为当结构入口的色散函数及其导数为0时，其出口的色散函数及其导数也为0。如图2所示，两个45度二极铁1和一块四极铁2构成了DBA结构，其他四极铁为束线上用来聚焦束流的聚流四极铁5。DBA结构色散函数如图3，在二极铁之前，色散函数及其导数均为0，经过第一块二极铁后色散函数增加，而在经过四极铁时，色散函数的值不发生变化，其导数变号，因此在经过第二块二极铁时，色散函数及其导数均变为0。

在本公开一实施例中，基于旋转束线的治疗终端还包括：磁流体密封装置3，设置于该旋转束线200上，用于连接固定束线300与旋转束线200，使该旋转束线200相对该固定束线300做旋转运动。同时磁流体密封装置3还可保持束流传输所需要的真空环境。

在本公开一实施例中，该治疗终端还包括：扫描磁铁4，设置于该旋转束线200上，用于偏转束流以覆盖目标对象。

图4示意性示出了根据本公开实施例的另一双偏转无色散结构的示意图。

如图4所示，DBA结构也可以通过组合功能超导磁铁实现。组合功能超导磁铁的好处是可以方便地将四极铁和二极铁复合到一起，即在二极铁绕制四极线圈从而添加四极场分量，因此从结构上看仅需一块或者两块磁铁即可实现。如图4所示，展示为两块组合功能超导磁铁的形式，实际操作中这两块磁铁也可以用一块90度的组合型超导磁铁代替。

图5示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的局部放大结构图。

如图5所示，该治疗室100的墙体上开设束流孔，该旋转束线200延伸至该束流孔处，也即延展到治疗室100和加速器区域之间的墙面处。为了减少膜窗到等中心点的距离，减少束流在空气中的散射，同时满足辐射防护的要求，墙体不超过1m厚度，由混凝土浇筑而成。在每个治疗室100的墙面上开有适当大小的孔洞(例如80cm*80cm)以通过束流，每个孔洞上安装厚度约为20cm的屏蔽门11。孔洞内同时可以安装电离室12，以充分利用空间。

为了减小真空膜窗到等中心点的距离，治疗室100与加速器之间的墙体作特殊设计。如图5中所示，墙体在加速器区域一侧有一个凹槽，旋转束线200的末端可以在凹槽内运动，同时在墙体的另一侧与凹槽对应位置处设置的突起部分。在束流孔处，墙体的凸起部分被削去一部分，在此处的墙体厚度小于0.5m。墙体的厚度仅在束流孔附近变薄，而此处又配备有屏蔽门，因此整体上可以满足辐射防护的要求。该方案膜窗到等中心点的距离不超过1.3m，以图5中的布局为例，0.5m厚的墙体、膜窗到墙面的距离不超过0.1m、0.2m厚的屏蔽门和病人摆位空间不超过0.5m，总距离不超过1.3m。

图6示意性示出了根据本公开实施例的基于旋转束线的治疗终端的结构示意图。

如图6所示，本实施例墙体的设计与前述图5方案一致，通过在墙体上开凹槽的方式减小束流孔附近的墙体厚度。在束流孔附近的辐射屏蔽设计与图5不同之处在于本实施例屏蔽门11替换为该旋转轮6上设置的多个屏蔽块13，在旋转束线输送给目标治疗室100的情况下，该旋转轮6上的屏蔽块13遮挡住除该目标治疗室100外的其他治疗室100的束流孔。

如图6所示。当旋转束线对准某个治疗室100的束流孔时，屏蔽块13恰好将其他治疗室100的束流孔挡住，屏蔽块13的尺寸应略大于束流孔的尺寸(如图中80cm*80cm的束流孔采用的屏蔽块13尺寸为1.5m)。当采取这种方案时，膜窗到等中心点的距离可以进一步缩小，以图6的布局为例：0.5m厚的墙体、膜窗到墙面的距离不超过0.1m和病人摆位空间不超过0.5m，膜窗至等中心点的总距离不超过1.1m。本实施例的辐射屏蔽块13不需要额外的驱动及联锁装置，屏蔽块13随着束线一起转动，当束线到位时屏蔽也同时到位，简化辐射防护安全联锁。

本公开可实现以下有益效果：

(1)更小而合理的束线规模，降低成本

本发明采用旋转束线的方式，并利用旋转轴远离等中心点的布局，束线所需要的磁铁数量不足常规的旋转机架的一半。旋转束线采用双偏转无色散结构，确保等中心点处色散函数为0，保证等中心点处的束流品质。束线旋转部分质量小，转动惯量比常规旋转机架小70％以上，因此从控制的角度上，旋转束线无论从灵敏度、运行精度还是操控性能，都不是常规旋转机架可以比拟的。基于以上种种原因，本发明所采用的旋转束线，从磁铁规模、制造、安装、运行等成本方面的优势都是很明显的，经济性能大大提高。

(2)合理的辐射防护，紧凑的元件布局

本发明采用通过特殊的墙体构造。由于治疗终端对于束流适形度的要求，膜窗与等中心点之间的距离设置不超过1.3m，而在这段距离内需要安装量电离室、分条电离室、微型脊形过滤器束流监测或调制等装置，而且在此基础上要满足治疗过程对于辐射防护的要求。此种情况下，本发明专利采取了如图5所示的墙体和辐射防护要求，墙体在加速器区域一侧设置一个凹槽，旋转束线的真空管道可以在凹槽内运动，同时在墙体的另一端侧与凹槽对应位置处设置的突起部分。在束流孔处，墙体的凸起部分被削去一部分，在此处的墙体厚度小于0.5m。墙体的厚度仅在束流孔附近变薄，而此处又配备有屏蔽装置，因此整体上可以满足辐射防护的要求。当采用替代方案的屏蔽方案时，膜窗至等中心点的距离可以进一步缩小，不超过1.1m，满足点扫描剂量分布适形度的要求。元件布局更加紧凑，辐射防护更加合理。

(3)更高的治疗效率

本发明的治疗终端同时配备了多个治疗室，当某个治疗室治疗期间，其余治疗室可以进行病人的摆位，当个治疗室完成治疗时，可立刻将束流切换至其他治疗室进行治疗工作，从而大大提高束流时间和空间上的利用率。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述治疗终端包括：

旋转筒体结构，包括旋转轮和旋转筒，所述旋转轮的各个方向上分布设置有治疗室，所述旋转筒上固定有旋转束线，所述旋转束线跟随所述旋转筒体结构旋转对应至各所述治疗室，并传输束流给所述治疗室；

驱动模块，驱动所述旋转筒体结构按照预设需求进行旋转，以使固定于所述旋转筒体结构上的旋转束线跟随所述旋转筒体结构一起按照所述预设需求进行旋转；

其中，所述旋转束线上束流偏转之处上设置有双偏转无色散结构；

开设有束流孔的墙体在所述治疗室的外侧设置有一凹槽，所述旋转束线的末端在所述凹槽内运动，运送所述旋转束线的管道延申至所述凹槽的外侧，所述凹槽在加速器区域的墙体的一侧，所述墙体的另一侧与所述凹槽对应位置处设置凸起部分，在所述束流孔处，墙体的凸起部分被削去一部分，被削去一部分的墙体厚度小于等于0.5m，墙体的厚度仅在所述束流孔附近变薄；

所述束流孔处在治疗室一侧设置有屏蔽门；和/或，所述旋转轮上设置有多个屏蔽块，在所述束流输送给目标治疗室的情况下，所述旋转轮上的屏蔽块遮挡住除所述目标治疗室外的其他治疗室的束流孔。

2.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述双偏转无色散结构包括：

两块45度二极铁和设置在所述两块45度二极铁之间的一块四极铁；

所述两块45度二极铁，用于偏转束流，使束流方向垂直于所述旋转束线的旋转轴；

所述四极铁，用于改变所述旋转束线的色散函数的导数的符号，使所述两块45度二极铁产生的色散相互抵消，旋转束线末端的色散函数以及所述色散函数的导数均变为0。

3.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述治疗终端还包括：

磁流体密封装置，设置于所述旋转束线上，用于连接固定束线与旋转束线，使所述旋转束线相对所述固定束线做旋转运动。

4.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述治疗终端还包括：

扫描磁铁，设置于所述旋转束线上，用于偏转束流以覆盖目标对象。

5.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述治疗室的墙体上开设束流孔，所述旋转束线延伸至所述束流孔处。

6.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述旋转束线上还设置有至少一个四极铁，所述四极铁用于聚焦束流。

7.根据权利要求1所述的基于旋转束线的治疗终端，其特征在于，所述束流孔内安装有电离室。