一种基于直线加速器的单室质子治疗装置

本发明属于粒子放射治疗，具体涉及一种单室质子治疗装置，其以折叠直线加速器的方式实现质子治疗装置的小型化，达成单室质子治疗的目的。

背景技术：

1、质子治疗表现出疗效显著的临床优势，是当前国际上肿瘤放射治疗的主流手段之一，正在被国内外大力推广。目前，我国的质子治疗技术主要集中在同步加速器和回旋加速器上，亟需发展直线加速器。直线加速器具有能量可调、响应快的特点，能够通过控制功率源输出功率水平和质子束流进入加速管时的微波相位，快速的改变直线加速器末端的质子束流输出能量。直线加速器能够通过增加加速单元，提高质子束的最高能量，易于质子治疗装置的升级改造。考虑到城市中心医院占地面积和成本问题，治疗装置呈现出小型化发展趋势。

2、因此，针对小型化和单室化的需求，急需提出一种新的质子治疗装置，以极大地降低直线加速器的占地长度，将单室质子治疗装置的占地面积压缩。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于直线加速器的单室质子治疗装置，以极大地降低直线加速器的占地长度，将单室质子治疗装置的占地面积压缩。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于直线加速器的单室质子治疗装置，其包括沿着质子束的输运路径依次串联的直线加速器和旋转机架，直线加速器还包括位于质子束的输运路径上的二级磁铁，二极磁铁设置为将质子束的束流中心线进行偏转，使得质子束的输运路径折叠。

3、所述二极磁铁设置为将所述质子束的束流中心线进行90度偏转或180度偏转。

4、所述二极磁铁的形状根据需要偏转的角度来确定，并且所述二极磁铁的半径r和磁感应强度b满足：

5、

6、其中，r是二极磁铁的半径、b是二极磁铁的磁感应强度、e0为质子的静止能量，ek为质子的动能；

7、且所述二极磁铁采用电磁铁。

8、所述直线加速器由质子注入器、dtl增能段和直线加速段组成。

9、所述二极磁铁设置在以下位置中的至少一种：直线加速段的末端、质子注入器和dtl增能段之间、dtl增能段和直线加速段之间、dtl增能段中、以及直线加速段中。

10、所述质子注入器包括依次串联的离子源、射频四极加速器、及交叉指磁型漂移管直线加速器，且所述dtl增能段由多段的边耦合漂移管直线加速器组成。

11、所述直线加速段由多个直线加速单元组成，每个直线加速单元包括一个低电平控制系统、与该低电平控制系统相连的一个功率源系统、以及与该功率源系统相连的一个或多个位于质子束的输运路径上的直线加速管。

12、每个直线加速管的单腔长度l分别设置为β值的估计结果与真空中光速波长的乘积的一半，且β值的估计结果取对应的直线加速管入口处的质子束的能量、出口处的质子束的能量、或者两者之间的任意能量计算β值来得到，从而形成β值的估计结果的分段式变化分布。

13、所述二极磁铁的放置位置和方式使得直线加速器的折叠类型包括空间上下折叠或平面折叠或空间上下折叠和平面折叠的组合、以及单次折叠或者多次折叠这两种折叠结构中的至少一种，并且使得直线加速器在旋转机架的侧方或背面。

14、所述直线加速器的折叠类型还包括与至少一种折叠结构配合的90度偏转结构。

15、本发明的基于直线加速器的单室质子治疗装置采用二极磁铁使质子束流发生偏转，形成不同折叠方式的束流输运路径，而直线加速器沿着折叠的输运路径分布，以实现折叠型直线加速器，从而减小治疗装置的单边投影长度，极大地降低直线加速器的占地长度，可以有效地压缩质子治疗装置的占地面积，满足质子治疗装置的小型化和单室化的需求。

16、此外，本发明的直线加速器采用高梯度加速结构，利用功率源系统和低电平控制系统实现输出能量在70mev至最高能量之间快速变换，最高目标能量在230mev及以上，进而使得质子束团照射人体后沉积在人体的不同深度，并将直线加速器末端的束团输运到旋转机架，通过机架的旋转，完成质子治疗的多角度照射，满足质子治疗的需求。

技术特征：

1.一种基于直线加速器的单室质子治疗装置，其包括沿着质子束的输运路径依次串联的直线加速器和旋转机架，其特征在于，所述直线加速器还包括位于质子束的输运路径上的二级磁铁，所述二极磁铁设置为将质子束的束流中心线进行偏转，使得所述质子束的输运路径折叠。

2.根据权利要求1所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述二极磁铁设置为将所述质子束的束流中心线进行90度偏转或180度偏转。

3.根据权利要求1所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述二极磁铁的形状根据需要偏转的角度来确定，并且所述二极磁铁的半径r和磁感应强度b满足：

4.根据权利要求1所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述直线加速器由质子注入器、dtl增能段和直线加速段组成。

5.根据权利要求4所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述二极磁铁设置在以下位置中的至少一种：直线加速段的末端、质子注入器和dtl增能段之间、dtl增能段和直线加速段之间、dtl增能段中、以及直线加速段中。

6.根据权利要求4所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述质子注入器包括依次串联的离子源、射频四极加速器、及交叉指磁型漂移管直线加速器，且所述dtl增能段由多段的边耦合漂移管直线加速器组成。

7.根据权利要求4所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述直线加速段由多个直线加速单元组成，每个直线加速单元包括一个低电平控制系统、与该低电平控制系统相连的一个功率源系统、以及与该功率源系统相连的一个或多个位于质子束的输运路径上的直线加速管。

8.根据权利要求7所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，每个直线加速管的单腔长度l分别设置为β值的估计结果与真空中光速波长的乘积的一半，且β值的估计结果取对应的直线加速管入口处的质子束的能量、出口处的质子束的能量、或者两者之间的任意能量计算β值来得到，从而形成β值的估计结果的分段式变化分布。

9.根据权利要求1所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述二极磁铁的放置位置和方式使得直线加速器的折叠类型包括空间上下折叠或平面折叠或空间上下折叠和平面折叠的组合、以及单次折叠或者多次折叠这两种折叠结构中的至少一种，并且使得直线加速器在旋转机架的侧方或背面。

10.根据权利要求9所述的基于直线加速器的单室质子治疗装置，其特征在于，所述直线加速器的折叠类型还包括与至少一种折叠结构配合的90度偏转结构。

技术总结
本发明提供一种基于直线加速器的单室质子治疗装置，其包括沿着质子束的输运路径依次串联的直线加速器和旋转机架，直线加速器还包括位于质子束的输运路径上的二级磁铁，二极磁铁设置为将质子束的束流中心线进行偏转，使得质子束的输运路径折叠。本发明的基于直线加速器的单室质子治疗装置采用二极磁铁使质子束流发生偏转，以减小治疗装置的单边投影长度，形成不同折叠方式的束流输运路径，从而减小治疗装置的单边投影长度，满足质子治疗装置的小型化和单室化的需求。

技术研发人员：方文程,黄晓霞,陆羿行,谭建豪,赵振堂
受保护的技术使用者：中国科学院上海高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12