模块化的可旋转中子治疗机的制作方法

1.本发明涉及医疗设备领域，具体提供一种模块化的可旋转中子治疗机。


背景技术：

2.中子治疗作为一种癌症治疗的新疗法，具有广阔的应用前景。其原理为通过产生中子射线照射病人肿瘤，使中子射线与提前摄入并聚集在病人癌细胞内的硼发生核反应，产生射程仅有一个癌细胞长度的射线，在消灭癌细胞的同时尽量不伤害正常细胞，达到治疗癌症的目的。由于病灶的位置、深度和尺寸形状都不同，所以如果能根据病人的具体情况，进行不同角度和不同强度的照射，治疗效果会更好。
3.传统中子治疗装置的治疗机，仅能通过控制离子束的强弱来控制中子束的强弱，角度变换也并不灵活，无法做到针对不同病人的不同情况设计客制化治疗方案。例如，中国专利申请cn109011220a公开了一种中子俘获治疗系统，为了实现能够同时多个角度进行中子照射，该系统包括离子束产生系统、离子束切换系统以及中子治疗系统，通过离子切换系统中的偏转磁铁的类型或者排列方式调整离子束方向，但该方法仅能实现一个方向上的两个角度的切换，并且无法进行中子束强度调整。
4.相应地，本领域需要一种新的中子治疗机来解决上述问题。


技术实现要素：

本发明旨在解决上述技术问题，即解决现有中子治疗机不能灵活调整照射角度和照射强度的问题。为此目的，本发明提供了一种模块化的可旋转中子治疗机，包括：支架；旋转机架，其转动设置在支架上；旋转束流传输线，其设置在旋转机架上，随旋转机架转动，旋转束流传输线上设置有不同角度的出束口；调控慢化层模块，其转动设置在支架上，与旋转机架同轴，调控慢化层模块沿周向具有若干个慢化层，慢化层均位于出束口靠近患者的一侧。
5.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，旋转机架包括，机架主体，机架主体的两侧分别设置有机架动力回转支承和机架从动回转支承，机架主体通过机架动力回转支承和机架从动回转支承转动设置在支架上，并且机架动力回转支承上设置有第一传动齿牙；机架电机，其设置在支架上，机架电机的输出端上设置有机架动力齿轮，机架动力齿轮与第一传动齿牙啮合
6.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，旋转束流传输线包括，旋转束流管，旋转束流管设置在旋转机架上；偏转磁铁，若干个偏转磁铁设置在旋转束流管上，用于使旋转束流管内的粒子束发生不同角度的偏转，然后从对应的出束口射出。
7.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，旋转束流管包括依次连通的连接段、转向段和偏转段，连接段水平设置，轴线与旋转机架的轴线重合，连接段的一端与前置位束流管连接，另一端与转向段连通，转向段沿旋转机架的径向设置，偏转段的轴线与旋转机架的轴线平行，出束口设置在偏转段上。
8.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，偏转磁铁包括90度偏转磁体一、90度偏转磁体二、多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三，90度偏转磁体一设置在连接段与转向段的连接处，90度偏转磁体二设置在转向段与偏转段的连接处，多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三依次设置在偏转段上；多个出束口与多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三对应，并且每个出束口上均设置有靶体。
9.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，多个中间偏转磁体包括30度偏转磁体和60度偏转磁体，出束口有三个，分别与30度偏转磁体、60度偏转磁体和90度偏转磁体三对应。
10.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，三个出束口的射出方向汇聚在治疗区域中心点。
11.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，调控慢化层模块包括，慢化层回转筒，慢化层回转筒转动设置在支架上，位于旋转机架的内侧，与旋转机架同轴；调控慢化层，调控慢化层设置在慢化层回转筒的内侧，随慢化层回转筒转动，并且调控慢化层沿周向包括若干个慢化层。
12.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，调控慢化层模块还包括，慢化层动力回转支承和慢化层从动回转支承，二者分别设置在慢化层回转筒的两侧，慢化层动力回转支承上设置有第二传动齿牙；慢化层安装板，慢化层安装板设置在支架上，位于远离治疗区域中心点的一侧，慢化层回转筒通过慢化层从动回转支承转动设置在慢化层安装板上；慢化层旋转电机，其通过电机支架设置在支架上，慢化层旋转电机的输出端上设置有慢化层主动齿轮，慢化层主动齿轮与第二传动齿牙啮合。
13.在上述具有模块化的可旋转中子治疗机的具体实施方式中，支架包括，相对设置的前支架和后支架，旋转机架的两端分别设置在前支架和后支架上。
14.在采用上述技术方案的情况下，本发明设置了三个主要模块，分别为旋转机架、旋转束流传输线和调控慢化层模块，通过调整旋转机架的位置，确定出束口所在平面；从旋转束流传输线上不同角度的出束口中选择一个角度的出束口，确定照射角度；转动调控慢化层模块，将对应的慢化层移动至出束口一侧，就可以输出适应特定深度、特定位置、特定尺寸肿瘤的中子束，可以实现对患者“一人一方案”的客制化治疗，降低给患者带来的额外伤害。此外，通过三个模块的合理布置和融合，本发明能够在实现功能的情况下减小占地面积，方便患者手术，且操作灵活简便，便于推广和应用。
附图说明
15.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
16.图1是本发明整体结构的某一角度示意图；
17.图2是本发明整体结构的另一角度示意图；
18.图3是本发明中的旋转机架的结构示意图；
19.图4是本发明中的旋转束流传输线的结构示意图；
20.图5是本发明中的调控慢化层模块的结构示意图；
21.图6是本发明中的调控慢化层的慢化层分布示意图；
22.图7是本发明整体结构的一种实施方式；
23.图8是本发明整体结构的另一种实施方式。图中：1、支架，11、前支架，12、后支架，2、旋转机架，21、机架主体，22、机架动力回转支承，221、第一传动齿牙，23、机架从动回转支承，24、机架电机，25、机架动力齿轮，3、旋转束流传输线，31、旋转束流管，311、连接段，312、转向段，313、偏转段，321、90度偏转磁体一，322、90度偏转磁体二，323、30度偏转磁体，324、60度偏转磁体，325、90度偏转磁体三，33、出束口，34、靶体，4、调控慢化层模块、41、慢化层回转筒，42、调控慢化层，431、慢化层一，432、慢化层二，433、慢化层三，434、慢化层四，435、慢化层五，44、慢化层动力回转支承，441、第二传动齿牙，45、慢化层从动回转支承，46、慢化层安装板，47、慢化层旋转电机，48、慢化层主动齿轮，49、电机支架，5、治疗区域中心点。
具体实施方式
24.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中是结合电机带动齿轮旋转的方式来描述的，但是，这并不是限制性的，本领域技术人员可以根据需要选择其他合适的驱动方式，只要该驱动方式可以实现旋转机架或者调控慢化层模块的转动即可。
25.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示相关装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，序数词“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.再者，为了更清楚地展示本发明的核心技术方案，下面的描述中省略了对中子治疗机公知结构的描述，但是，这种省略仅仅是为了方便描述，并不意味着中子治疗机可以没有这些结构。
28.如图1-6所示，本发明提出了一种模块化的可旋转中子治疗机，为了解决现有技术中的中子治疗机不能灵活调整照射角度和照射强度的问题，设置了三个主要模块，分别为旋转机架2、旋转束流传输线3和调控慢化层模块4，其中旋转束流传输线3上设置有不同角度的出束口33，可以实现在一个平面内多角度射出；旋转机架2转动设置在支架1上，旋转束流传输线3设置在旋转机架2上，随旋转机架2转动，那么出束口33也随旋转机架2周向旋转，实现不同平面上的不同角度的照射。
29.因为出束口33的位置是移动的，所以为了能调整照射强度，慢化层的位置也需要移动，调控慢化层模块4沿周向具有若干个慢化层，不同慢化层的材质不同，照射出的强度也不同，调控慢化层模块4转动设置在支架1上，与旋转机架2同轴设置，可以与旋转机架2相对转动，慢化层均位于出束口33靠近患者的一侧。通过转动调控慢化层模块4，将不同的慢
化层移动到出束口33靠近患者的一侧，就可以切换不同的照射强度。
30.使用过程中，通过调整旋转机架2的位置，确定出束口33所在平面；从旋转束流传输线3上不同角度的出束口33中选择一个角度的出束口，确定照射角度；转动调控慢化层模块4，将对应的慢化层移动至出束口33一侧，就可以输出适应特定深度、特定位置、特定尺寸肿瘤的中子束，可以实现对患者“一人一方案”的客制化治疗，降低给患者带来的额外伤害，上述三个模块的调整顺序可以根据实际情况进行确定。
31.由于中子治疗装置本身的结构就非常庞大，如果为了调节照射角度，将中子治疗装置和更加庞大的旋转装置结合，那就需要非常大的空间，不利于中子治疗装置的推广，本方案通过三个模块的合理布置和融合，不仅能实现角度调节，还能实现强度调节，而且在实现功能的情况下还能减小占地面积，方便患者手术，且操作灵活简便，便于推广和应用。
32.进一步，如图3所示，本实施例中，为了驱动旋转机架2转动，机架主体21两侧分别设置有机架动力回转支承22和机架从动回转支承23，机架主体21通过机架动力回转支承22和机架从动回转支承23转动设置在支架1上，机架动力回转支承22上设置有第一传动齿牙221，机架电机24设置在支架1上，机架电机24的输出端上设置有机架动力齿轮25，与第一传动齿牙221啮合，带动机架动力回转支承22进行360度旋转；本方案中的传动方式简单，易于实现，占地空间也小，且方便与其他模块配合。
33.进一步，如图4所示，本实施例中为了使旋转束流传输线3能够从不同角度的出束口33中射出中子束，旋转束流传输线3包括旋转束流管31和偏转磁铁，旋转束流管31设置在旋转机架2上，旋转束流管31一端用于与前置位束流管相连，工作时加速器产生的粒子束通过前置位束流管射入旋转束流管31中；若干个偏转磁铁设置在旋转束流管31上，用于使旋转束流管31内的粒子束发生不同角度的偏转，然后从对应的出束口33射出。
34.进一步，如图4所示，本实施例中，为了满足旋转束流传输线3可以随旋转机架转动，且具有不同角度的出束口，旋转束流管31包括依次连通的连接段311、转向段312和偏转段313，连接段311水平设置，连接段311的轴线与旋转机架2的轴线重合，这样旋转束流管31随旋转机架2转动时，连接段311没有径向的移动，始终位于转转机架2的轴线位置，用于方便与前置位束流管连接，粒子束从前置位束流管射入连接段311，连接段311与前置位束流管采取动密封的连接方式，以保证在旋转时整个旋转束流管31内的真空度符合要求；旋转机架2的轴线方向上设置有治疗区域，为了能够使粒子束从不同的角度射向治疗区域，需要将射入连接段311内的粒子束方向进行偏转，然后再射出，为此连接段311一端用于与前置位束流管连接，另一端与转向段312连通，转向段312沿旋转机架2的径向设置，偏转段313的轴线与旋转机架2的轴线平行，粒子束从前置位束流管射入连接段311，经过转向段312后从偏转段313上不同的出束口33射出。
35.进一步，如图4所示，为了使粒子束发生多次偏转，本实施例中偏转磁铁包括90度偏转磁体一321、90度偏转磁体二322、多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三325，90度偏转磁体一321设置在连接段311与转向段312的连接处，90度偏转磁体二322设置在转向段312与偏转段313的连接处，用于将连接段311中的粒子束偏转，使其进入偏转段313；多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三325依次设置在偏转段313上，多个中间偏转磁体用于将偏转段313内的粒子束偏转成不同角度后射出，90度偏转磁体三325用于将偏转段313内的粒子束偏转成90度后射出。多个出束口33与多个中间偏转磁体和90度偏转磁体三325对应，并且每
个出束口33上均设置有靶体34，粒子束经过偏转后轰击到靶体34上，然后从出束口33射出。可以根据实际情况，对偏转磁铁的数量、位置、角度进行调整，不仅局限于以上描述的方式，出束口33的数量随着磁铁数量的变化而变化。
36.进一步，如图4所示，本实施例中的多个中间偏转磁体包括30度偏转磁体323和60度偏转磁体324，同时设置了三个出束口33，分别与30度偏转磁体323、60度偏转磁体324和90度偏转磁体三325对应。
37.进一步，三个出束口33的粒子射出方向，汇聚在治疗区域中心点5。本实施例中，为了使治疗过程中不用移动患者，将治疗区域中心点5设置在了旋转机架2的轴线上，同时三个出束口33的射出方向，汇聚在治疗区域中心点5，同一时间只有一个出束口33射出中子束，无论选择哪个出束口33进行出束，都会照射到治疗区域中心点5，不用挪动患者，减轻了患者的不适，也缩短了治疗时间。
38.进一步，如图5所示，本实施例中，为了便于切换不同的慢化层，调控慢化层模块4包括，慢化层回转筒41和调控慢化层42，慢化层回转筒41转动设置在支架1上，慢化层回转筒41与旋转机架2同轴，为了便于中子束从出束口33射出后经过慢化层，慢化层回转筒41位于旋转机架2的内侧，慢化层回转筒41的内侧设置有调控慢化层42，调控慢化层42沿周向包括若干个慢化层。可以根据需要设置不同数量的慢化层，本实施例中设置了5个，如图6所示，5个慢化层分别为慢化层一431，慢化层二432，慢化层三433，慢化层四434，慢化层五435，每块72度，每块的调控慢化层铁、铅、氟化钙、氟化镁的材料厚度有区别，可以满足不同深度肿瘤的治疗需求；也可以根据需要，选择其他的慢化层材料。
39.进一步，如图5所示，本实施例中，为了使调控慢化层模块4可以转动，同时不与旋转机架2的转动发生干涉，慢化层回转筒41的两侧分别设置有慢化层动力回转支承44和慢化层从动回转支承45，慢化层回转筒41通过慢化层从动回转支承45转动设置在慢化层安装板46上，慢化层安装板46设置在支架1上，所以旋转机架2的转动和调控慢化层模块4的转动不会干涉，可以各自旋转到合适的角度。
40.如图2所示，本实施例中，慢化层安装板46安装在机架1上远离治疗区域中心点5的一侧，位于连接段311和慢化层回转筒41之间，一方面是作为慢化层回转筒41的基座，另一方面遮挡另一侧的加速器及前置位束流管等，减少前端设备产生的噪音，提高病人治疗时的舒适度，减少病人的紧张感。
41.如图5所示，为了驱动调控慢化层模块4转动，慢化层动力回转支承44上具有第二传动齿牙441，慢化层旋转电机47通过电机支架49设置在支架1上，慢化层旋转电机47的输出端上设置有慢化层主动齿轮48，主动齿轮48与第二传动齿牙441啮合，带动慢化层动力回转支承44进行360度旋转，可以根据实际需要调整电机支架49的高度，使慢化层动力回转支承44和主动齿轮48保持良好的啮合。
42.进一步，如图1和图2所示，本实施例中为了便于安装旋转机架2和调控慢化层模块4，支架1包括相对设置的前支架11和后支架12，旋转机架2的两端分别设置在前支架11和后支架12上，前支架11可以安装调控慢化层模块4的驱动装置，例如慢化层旋转电机47，后支架12可以安装旋转机架2的驱动装置，优化了整机的结构布置，便于安装和维护。
43.如图7和图8所示，给出了本发明整体结构的两种实施方式，图7中旋转束流传输线3随着旋转机架2旋转，30度偏转磁体323工作，传递输出30度的离子束射到靶体34上，沿虚
线从10点钟方向射出中子流，旋转调控慢化层模块4，让中子流通过慢化层一431，输出合适强度的中子束照射患者，进行治疗；图8中旋转束流传输线3随着旋转机架2旋转，60度偏转磁体324工作，传递输出60度的离子束射到靶体34上，沿虚线从12点钟方向射出中子流，旋转调控慢化层模块4，让中子流通过慢化层二432，输出合适强度的中子束照射患者，达到治疗的目的。如果将图7与图8结合起来，就可以做为第三种实施方式，例如先进行图7的治疗方式，然后切换成60度偏转磁体324工作，转动旋转机架2和调控慢化层模块4到图8的位置进行照射，实现不同角度、不同强度的中子照射方案；除列举的上述三个方案，实际治疗过程中可以组合出更多的治疗方案，实现对患者的精准化治疗。
44.本实施例中，还可以在旋转机架2和调控慢化层模块4的一侧设置定位结构，用于对旋转机架2和调控慢化层模块4的旋转角度进行精准的检测和控制，例如可以在机架动力回转支承22或者机架动力齿轮25的一侧设置第一角度传感器，用于检测机架动力回转支承22或者机架动力齿轮25转动的度数，当检测到机架动力回转支承22转动到指定位置后，第一角度传感器传递信号，使机架动力回转支承22停止转动，从而使旋转束流传输线3停止到指定的角度；同理，可以在慢化层动力回转支承44或者慢化层主动齿轮48一侧设置第二角度传感器，用于检测慢化层动力回转支承44或者慢化层主动齿轮48转动的度数，当检测到慢化层动力回转支承44转动到指定位置后，第二角度传感器传递信号，使慢化层旋转电机47停止转动，从而使调控慢化层模块4停止到指定的角度。
45.通过设置第一角度传感器和第二角度传感器，可以精准地控制旋转机架2和调控慢化层模块4的旋转角度，进而控制中子束的射出角度和强度。
46.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。