[發明專利]一種基于直線加速段的質子CT增能裝置

在審

• 申請號: 202211346053.X
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115623656A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 黃曉霞;方文程;譚建豪;趙振堂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H05H7/22
• 分類號: H05H7/22;A61N5/10;A61B6/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

本發明涉及一種基于直線加速段的質子CT增能裝置，包括依次連接的預聚束結構、真空漂移段、直線加速段以及具有刮束器的彎轉磁鐵，所述直線加速段由若干子單元組成，每個子單元包括一個四極磁鐵和至少一根質子直線加速管，每根質子直線加速管通過波導系統與功率源連接，且功率源和低電平控制系統連接；相鄰的兩個所述子單元中的質子直線加速管的β值不同，以在所述直線加速段中形成分段多β值分布，其中，β值等于所述質子直線加速管的單腔長度的兩倍與所述質子直線加速管工作頻率下的自由空間波長的比值。本發明能夠將質子能量提升到330MeV及以上，同時降低回旋加速器或同步加速器引出的質子束流在直線加速段中的束流損失。

技術領域

本發明涉及粒子放射治療技術領域，更具體地涉及一種基于直線加速段的質子CT增能裝置。

背景技術

質子CT(Computed Tomography)成像是新型質子治療技術的發展趨勢之一，要求質子能量在330MeV及以上，保證照射質子束的布拉格峰(Bragg Peak)完全落在人體之外。傳統的質子治療裝置主要基于回旋加速器和同步加速器，引出能量為70-250MeV，很難直接提高質子的最高輸出能量到質子CT所需能量，而重新建造一臺330MeV或者330MeV能量以上的質子加速器成本高昂且技術復雜。直線加速結構具有能量可調的優勢，不僅能夠通過增加射頻加速單元的方式提高質子能量，還能夠在已有的回旋加速器和同步加速器基礎上簡單方便地實現能量提升，滿足臨床CT的能量需求。然而，同步加速器和回旋加速器引出的質子束流為長脈沖或連續波，直接進入直線加速結構加速，會造成80％以上的束流損失，污染加速管并引發活化效應。

發明內容

為解決上述現有技術中的問題，本發明提供一種基于直線加速段的質子CT增能裝置，能夠實現質子束流的增能，將質子能量提升到330MeV及以上，同時降低回旋加速器或同步加速器引出的質子束流在直線加速段中的束流損失。

本發明提供的一種基于直線加速段的質子CT增能裝置，包括依次連接的預聚束結構、真空漂移段、直線加速段以及具有刮束器的彎轉磁鐵，所述直線加速段由若干子單元組成，每個子單元包括一個四極磁鐵和至少一根質子直線加速管，每根質子直線加速管通過波導系統與功率源連接，且功率源和低電平控制系統連接；相鄰的兩個所述子單元中的質子直線加速管的β值不同，以在所述直線加速段中形成分段多β值分布，其中，β值等于所述質子直線加速管的單腔長度的兩倍與所述質子直線加速管工作頻率下的自由空間波長的比值。

進一步地，所述子單元包括兩根或兩根以上質子直線加速管。

進一步地，一個所述子單元中的質子直線加速管的β值相同。

進一步地，所述預聚束結構的整管調制幅度小于±0.7MeV，束流孔徑大于22mm，且輸入功率不超過1MW。

進一步地，所述真空漂移段的長度小于等于16m。

進一步地，所述直線加速段的長度小于11m。

進一步地，所述質子直線加速管的束流孔徑大于18mm，長度小于500mm，能量增益大于7MeV@10MW。

進一步地，所述功率源包括輸出功率為10MW的速調管和/或輸出功率為50MW的速調管。

進一步地，所述彎轉磁鐵為二極磁鐵。

進一步地，所述刮束器設置在所述彎轉磁鐵的前端、內部或后端，包括大小可控的窗口。

本發明提供的一種基于直線加速段的質子CT增能裝置，能夠實現質子束流的增能，使質子束加速到330MeV及以上，束流損失降低到40％以下，并在±1MeV能散范圍內實現30％的高俘獲率質子束團輸出。同時，本發明能夠保證在直線加速段的高梯度加速結構非工作狀態下，保留質子治療裝置的作用，實現質子CT成像和質子治療裝置一體化。

附圖說明