[發明專利]一種基于射頻偏轉腔技術的質子束流立體角分配裝置

有效

• 申請號: 202110007647.7
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112870560B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 方文程;趙振堂;譚建豪;黃曉霞;肖誠成
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供一種基于射頻偏轉腔技術的質子束流立體角分配裝置，包括：功率源系統、與之連接的射頻結構系統、低電平系統；射頻結構系統包括波導結構和射頻偏轉結構，射頻偏轉結構具備兩個獨立且正交的極化方向，對質子束流提供兩個獨立正交的橫向偏轉力，使質子束流偏轉一立體角；低電平系統獨立控制功率源系統的功率水平，使質子束流以不同的立體角發射。本發明的裝置通過具有彼此正交的極化方向的射頻偏轉結構，實現任意立體角度偏轉；且射頻偏轉結構和低電平系統相結合，使得偏轉效果的響應時間與低電平系統相關，可利用低電平系統快速改變脈沖微波功率的輸出功率，經過兩個正交橫向偏轉力的矢量疊加，實現質子束流任意角度的快速變換。

技術領域

本發明涉及質子束團分配技術領域，尤其涉及一種質子束流立體角分配裝置。

背景技術

閃療(FLASH)是當前放射治療領域最為前沿的技術，要求在100毫秒時間內，將不低于30Gy照射劑量照射到腫瘤上，即產生不低于300Gy/s的超高劑量率，如此可以在不降低照射劑量對靶標治療效果的前提下，極大降低照射劑量對正常組織的傷害。質子治療技術在眾多放射治療手段中具有治療效果顯著和應用范圍廣特征，是歐美日和我國正在大范圍推廣的治療手段，閃療是質子治療技術的最新發展方向。

質子束團分配技術是質子閃療裝置的關鍵技術，決定著劑量率目標是否可以實現。在質子治療裝置中，目前常用彎轉磁鐵進行束流分配，但是目前的質子束團分配裝置無法滿足不同能量的質子束團所對應的不同磁場的需求，且只能在二維空間實現固定角度的偏轉，當質子能量切換時，彎轉磁鐵通常無法快速切換磁場狀態，需要秒級的切換響應時間，無法達到閃療的技術要求。同時束流導入后續旋轉支架后，不同照野的治療需要通過旋轉支架的機械旋轉完成，所需時間為分鐘級別，更加無法達到閃療的技術目標。

發明內容

本發明旨在提供一種射頻偏轉腔技術的質子束流超快立體角分配裝置，以在超短時間內完成質子束流立體角分配。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于射頻偏轉腔技術的質子束流立體角分配裝置，其設置于治療支架的上游，包括：功率源系統，其數量為2套，設置為提供脈沖微波功率；射頻結構系統，其與2套功率源系統連接，包括依次連接的波導結構和射頻偏轉結構；射頻偏轉結構具備兩個獨立且彼此正交的極化方向，設置為通過2套功率源系統的脈沖微波功率生成兩個獨立且正交的微波電磁場，并通過微波電磁場對質子束流提供兩個獨立且正交的橫向偏轉力，使得質子束流在橫向偏轉力的作用下偏轉一立體角并發射至所述治療支架；以及低電平系統，其數量為2套并分別與2套功率源系統連接，設置為獨立控制其對應的功率源系統的脈沖微波功率的輸出功率，從而通過不同的脈沖微波功率的輸出功率，使得質子束流以不同的立體角發射至所述治療支架。

所述射頻結構系統的數量為2套，每一套射頻結構系統分別包括一組波導結構和一個極化方向固定的射頻偏轉結構，每個射頻偏轉結構分別與一套功率源系統相連；2套射頻結構系統中的2個射頻偏轉結構分別為一個水平極化方向的射頻偏轉結構和一個垂直極化方向的射頻偏轉結構。

所述水平極化方向的射頻偏轉結構和垂直極化方向的射頻偏轉結構位于同一軸線上。

所述射頻結構系統的數量為1套，所述射頻結構系統包括兩組波導結構、與兩組波導結構同時連接的一個極化方向可變的射頻偏轉結構；所述射頻偏轉結構為一個同時存在兩個獨立且彼此正交的極化方向的射頻偏轉結構。

所述功率源系統包括依次連接的微波信號源、固態放大器和速調管，所述低電平系統與所述固態放大器連接；所述微波信號源設置為提供一連續微波信號，所述固態放大器設置為將連續微波信號放大至脈沖微波信號；所述速調管設置為將所述脈沖微波信號轉換為脈沖微波功率并輸出。

所述功率源系統還包括與所述固態放大器直接連接且通過調制器與所述速調管的觸發信號源。

所述觸發信號源設置為輸出一時間控制信號，以控制固態放大器和調制器的工作時間。