[發明專利]一種多方位角照射系統及其應用方法

有效

• 申請號: 202211292657.0
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115531743B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 張金泉;楊建成;夏佳文;詹文龍;阮爽;鄭亞軍;盛麗娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本發明涉及一種多方位角照射系統，包括配送段和多方位角照射段；配送段適于對來自前級加速器的束流進行橫向調制包絡后導入多方位角照射段；多方位角照射段包括順次布置的第一至第三導向磁鐵和雙向掃描磁鐵組，第一導向磁鐵為等腰梯形，第二導向磁鐵為矩形，第三導向磁鐵為弧形，第三導向磁鐵的外弧朝向第二導向磁鐵，且第一至第三導向磁鐵的對稱中心同軸布置；雙向掃描磁鐵組布置在第三導向磁鐵下游，且雙向掃描磁鐵組可沿第三導向磁鐵的內弧方向移動。本發明能夠在非旋轉的狀態下，通過多方位角照射系統和治療床的簡單配合，即可以對病灶實施0°?360°范圍內多個方位角照射的功能，從而有效的地避免了同一方位角路徑上正常組織受到的輻射損傷。

技術領域

本發明涉及一種可以對病灶實施0°-360°范圍內多個方位角照射的多方位角照射系統及其應用方法，屬于生物醫療技術領域。

背景技術

自19世紀20年代第一臺靜電加速器問世以來，40年代R.R.Wilson就提出質子束治療腫瘤設想，50年代以后國外就已經開啟了專用治癌加速器裝置的設計建造工作，旨在提供可變能量的、可精細化調節的離子束，以實現對腫瘤病灶的適形離子放射治療。所述適形治療，即通過橫向位置和縱向能量分布的操控來匹配病灶形狀的離子束高精度操作的過程。在治癌加速器裝置的設計中，治療終端束線的設計思想直接決定了整個加速器裝置的性能、占地規模和建設成本。在質子和重離子治癌加速器初期，通常采用一條固定束線沿一個照射方向對病灶進行照射，該設計方式使得滅殺病灶細胞的同時，質子或重離子束沿途的正常組織也要接受1/3以上的腫瘤輻射劑量，對其造成較嚴重的毒性損傷。

近年來，隨著科學技術的不斷進步，為減少這部分傷害，旋轉機架(Gantry)的設計及應用逐漸步入了人們的視野。Gantry可以實現在一個治療周期中，從0°-360°等多個方位角來實施對病灶的照射，從而大幅減小同一路徑的正常組織受到的輻射劑量。但現有的Gantry存在硬件組成數量多，光路設計復雜，運行難度高，占地面積大等問題。例如一臺傳統的碳離子治癌專用加速器一般配置有4個治療終端，即1個水平+垂直治療終端、1個45°治療終端和2個Gantry治療終端。若采用目前流行的Gantry方式對病灶實現0°-360°范圍內多方位角的治療，通常需要對Gantry進行0°-360°的旋轉，已知目前國際上最小的旋轉質子Gantry的旋轉半徑不小于3.5m，其重量輕的上百噸，重的幾百噸。如此沉重且大規模的系統，采用鋼架支撐旋轉，使得系統的占地面積大，運行難度和故障率高，建設和維護成本高。

發明內容

針對上述問題，本發明的其中一個目的是提供可以對病灶實施0°-360°范圍內多個方位角照射的多方位角照射系統；本發明的另一個目的是提供一種該多方位角照射系統的應用方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種多方位角照射系統，包括配送段和多方位角照射段；其中，所述配送段適于對來自前級加速器的束流進行橫向調制包絡后導入所述多方位角照射段；所述多方位角照射段適于根據要求對束流實施不同的方位角調制后導入位于照射野內的設定位置；所述多方位角照射段包括順次布置的第一導向磁鐵、第二導向磁鐵、第三導向磁鐵和雙向掃描磁鐵組，其中所述第一導向磁鐵被構造為等腰梯形，所述第二導向磁鐵被構造為矩形，所述第三導向磁鐵被構造為弧形，所述第三導向磁鐵的外弧朝向所述第二導向磁鐵，且所述第一導向磁鐵、第二導向磁鐵和第三導向磁鐵的對稱中心同軸布置；所述雙向掃描磁鐵組布置在所述第三導向磁鐵的下游，且所述雙向掃描磁鐵組被構造為可沿所述第三導向磁鐵的內弧方向移動；來自配送段的束流進入所述多方位角照射段后，首先由所述第一導向磁鐵將束流切入指定方位角的軌道后導入所述第二導向磁鐵，所述第二導向磁鐵再將束流切入相應的平行軌道后導入所述第三導向磁鐵，最后通過所述第三導向磁鐵把該平行軌道內的束流導入照射野，同時位于所述第三導向磁鐵下游的所述雙向掃描磁鐵組隨著不同入射的方位角變化進行位置的同步移動，使束流始終圍繞其橫向位置的中心點切入至照射野內的設定位置。