[發明專利]一種調節旋轉機架等中心點束斑大小的方法及系統

在審

• 申請號: 201711041687.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107846771A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 秦斌;陳煒;陳曲珊;劉開鋒;楊軍;譚萍;李冬;樊寬軍;樊明武
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;A61N5/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術領域

本發明屬于粒子放療(質子或重離子)裝置研制領域，更具體地，涉及一種利用傳輸矩陣元素匹配，根據鏡像比例動態地調節旋轉機架等中心點束斑大小的方法及系統。

背景技術

粒子放療是目前癌癥精準放射治療方法。基于質子或重離子束獨特的布拉格峰劑量分布特性，通過調節束流能量可實現不同深度的布拉格峰劑量控制，從而實現精準的放射治療。通常醫用粒子加速器類型為回旋加速器或者同步加速器，經由加速器產生束流和輸運線傳輸，最終通過旋轉機架實現束流在人體內的精準定位。

對于質子治療裝置，旋轉機架的定位精度和束流調節的穩定性是十分重要的指標。根據治療需求，針對不同的腫瘤病灶，可能需要采取不同的束流參數，比如束斑大小，能量和流強等。

在旋轉機架束流輸運的常規設計中，通常是通過匹配束流包絡和束斑形態來調節等中心點束斑尺寸。但是這種方法非常受限于系統的穩定性和取決于入口處的束斑形態，不僅僅是入口處的束斑大小。比如初始的束流發射角或者相空間形態有所變化，都會影響最終的束斑大小。該方法對加速器引出束流穩定性和系統穩定性要求極高，對于臨床應用存在穩定性和安全性等問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種通過直接匹配傳輸矩陣元素，根據鏡像比例動態地調節旋轉機架等中心點束斑大小的方法及系統。由此解決現有旋轉機架治療裝置中束斑大小調節時穩定性較差的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種調節旋轉機架等中心點束斑大小的方法，包括：

對旋轉機架入口處的束流進行準直，以確保入口處束斑大小穩定不變；

根據治療需要的等中心點處的目標束斑大小，計算所述目標束斑大小與旋轉機架入口處的束斑大小的鏡像比例，由所述鏡像比例得到傳輸矩陣中的元素R₁₁和R₃₃；

保持所述傳輸矩陣中的元素R₁₂＝R₃₄＝0以滿足鏡像調節要求，以及保持所述傳輸矩陣中的元素R₁₆＝R₂₆＝0以滿足消色散要求；

由匹配后的傳輸矩陣得到治療需要的等中心點處的所述目標束斑大小。

優選地，治療需要的等中心點處的不同束斑尺寸匹配對應的傳輸矩陣元素R₁₁和R₃₃。

優選地，所述傳輸矩陣為一階6*6維的束流傳輸矩陣。

優選地，所述由匹配后的傳輸矩陣得到治療需要的等中心點處的所述目標束斑大小，包括：

通過改變所述旋轉機架中的四極磁鐵強度和所述旋轉機架中的二極磁鐵邊緣角度來滿足所述傳輸矩陣中的元素值和束流包絡控制，以由匹配后的傳輸矩陣得到治療需要的等中心點處的所述目標束斑大小。

優選地，在所述旋轉機架入口處的束流參數與所述旋轉機架中的輸運線段磁鐵參數保持不變，且在所述旋轉機架入口處的束流橫向參數具有旋轉對稱性。

本發明還提供了一種實現上述任意一項所述的調節旋轉機架等中心點束斑大小方法的旋轉機架系統，包括：束流準直模塊、四極磁鐵、二極磁鐵以及控制模塊；

所述束流準直模塊，用于對旋轉機架入口處的束流進行準直，以確保入口處束斑大小穩定不變；

所述控制模塊，用于根據治療時所需的束斑大小，計算等中心點處與入口處的鏡像比例，即為傳輸矩陣元素R₁₁和R₃₃，另鏡像調節要求：R₁₂＝R₃₄＝0，消色散要求：R₁₆＝R₂₆＝0。通過匹配四極磁鐵強度和二極磁鐵邊緣角度來滿足傳輸矩陣元素條件和束流包絡控制。期間還需要各類磁鐵強度滿足常溫磁鐵場強范圍，束流包絡保證較小的束流損失。

優選地，治療需要的等中心點處的不同束斑尺寸匹配對應的傳輸矩陣元素R₁₁和R₃₃。

優選地，所述傳輸矩陣為一階6*6維的束流傳輸矩陣。

優選地，在所述旋轉機架入口處的束流參數與所述旋轉機架中的輸運線段磁鐵參數保持不變，且在所述旋轉機架入口處的束流橫向參數具有旋轉對稱性。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：