一种基于多通道、小惯量旋转束线的治疗终端

本发明涉及一种基于多通道、小惯量旋转束线的治疗终端，属于离子束照射治疗。

背景技术：

1、离子束放疗和辐照研究应用日益广泛。放射治癌是目前应用非常热门的一种技术手段，由于离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布和较高的相对生物学效应，在杀死肿瘤细胞的同时能够更好的避免对正常细胞的伤害，使得离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。目前离子治癌最常用的离子是质子和碳离子。碳离子线性能量密度、相对生物效应、侧向散射优势更为显著，能够产生难以修复的dna双链断裂(dsb)，通常用作癌症治疗的最优选择，但是目前投入运行的碳离子加速器的规模大，装置占地面积大，造价昂贵。

2、采用离子束治疗癌症时，如果只用一个照射方向，皮肤与肿瘤间的正常细胞至少要受到1/3的肿瘤辐射剂量，形成不同程度的伤害，为减少这部分损害，增加治疗的焦皮比值，所以一个治疗疗程需要从不同方向来照射，将总剂量分成多个辐射方向，这样正常组织受到的剂量就大幅降低。

3、加速器治疗终端束线是加速器治癌装置实现病人接受束流照射的必备设备，为了实现多照射角度，一台加速器需要配置不同照射角度的治疗终端，常用的有水平终端、垂直终端和45度终端，为了配置这些固定角度的治疗终端，通常终端束流传输线设计的很长，采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，这使得装置占地面积增大，设备费用大幅增加，设备安装难度提高，整体投资高。如武威碳离子治疗装置，将束流从环形加速器加速的平面内引出，通过一段束运线后采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，实现两个垂直、两个水平、一个45度角度的5个治疗室方案，终端束线长度达到140米，设备多，束线竖向占空高，爬升高度接近20米，水平占地面积大，造价昂贵。采用组合旋转束线可以实现多室多角度照射治疗，采用不同束线的组合可以实现上下两层多角度、多治疗室的终端治疗布局。

4、为了实现多角度照射，也可以使用旋转机架(gantry)技术，但由于碳离子磁刚度高，旋转机架规模非常大，如德国海德堡重离子研究中心研制的重离子旋转机架重量达630吨，其中旋转部分重量达570吨，而且体积很大，加工和运行成本很高。即使国际上正在研制的超导碳离子旋转机架重量也超过200吨。而质子治疗装置磁刚度仅为碳离子磁刚度的1/3，gantry重量和体积大幅缩小。

5、目前的质子治癌装置通常设置旋转机架用于多角度照射病人，为实现束流配送系统需要实现很多功能，导致旋转机架设备重量大，达到百吨量级，且整个旋转机架造价非常昂贵。由于大体积和大重量，导致机架转动惯量非常大，转动速度慢，最大只有1rpm，要实现不同角度下的照射，转动定位等待时间长，治疗效率低下。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种基于多通道、小惯量旋转束线的治疗终端，该终端可以大大缩段旋转束线的长度，减小磁铁等设备的投入，大大减小旋转系统的转动惯量，提高转动速度，可达2rpm，定位精度可提高至0.1mm，在更低的建造成本下大幅增加治疗室的数量，形成多治疗室、多角度的终端布局，大幅提升治疗效率。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种基于多通道、小惯量旋转束线的治疗终端，包括：

4、固定束线和旋转束线，二者之间通过伸缩部件连接，所述旋转束线固定在第一机架上，所述旋转束线包括水平束线和与地面成锐角的倾斜束线，所述第一机架与第一传动机构连接，所述第一传动机构的下方装配有升降机构，所述第一传动机构用于驱动所述第一机架沿环形轨道做0-360度旋转；

5、偏转单元，固定在第二机架上，所述第二机架与第二传动机构连接，所述第二传动机构用于驱动所述第二机架以所述第一机架的旋转轴线为轴心沿环形轨道做0-360度旋转，所述偏转单元与所述倾斜束线适时接触以形成垂直束线；

6、控制机构，用于控制所述第一传动机构和所述第二传动机构同步旋转或独立旋转；

7、第一治疗室，数量若干，若干所述第一治疗室沿所述旋转束线旋转的圆周方向均匀布置，形成第一层治疗室，每个所述第一治疗室的墙壁上开设有安装孔；

8、第二治疗室，数量若干，若干所述第二治疗室沿所述偏转单元旋转的圆周方向均匀布置，形成第二层治疗室，每个所述第二治疗室的墙壁上开设有安装孔；

9、治疗头，数量若干，所述治疗头分别与所述第一治疗室、所述第二治疗室一一对应设置，所述治疗头穿过所述安装孔用于接收所述旋转束线传输的离子束并对患者或样品进行照射。

10、所述的治疗终端，优选地，所述治疗头包括水平治疗头、垂直治疗头和倾斜治疗头，所述倾斜束线在所述升降机构的驱动下向上升高至同时与所述偏转单元、所述第二层治疗室内的所述倾斜治疗头相适配的通道，进而形成与所述第一层治疗室内的所述垂直治疗头相适配的垂直治疗终端或与所述第二层治疗室内的所述倾斜治疗头相适配的倾斜治疗终端；

11、同时，所述水平束线在所述升降机构的驱动下向上升高至与所述第二层治疗室内的所述水平治疗头相适配的通道，形成水平治疗终端。

12、所述的治疗终端，优选地，当所述偏转单元在通电状态下，所述倾斜束线与所述第一层治疗室内的所述垂直治疗头相适配，形成垂直治疗终端，同时所述水平束线与所述第二层治疗室内的所述水平治疗头相适配，形成水平治疗终端。

13、所述的治疗终端，优选地，当所述偏转单元在非通电状态下，所述倾斜束线与所述第二层治疗室内的所述倾斜治疗头相适配，形成倾斜治疗终端，同时所述水平束线与所述第二层治疗室内的所述水平治疗头相适配，形成水平治疗终端。

14、所述的治疗终端，优选地，每个所述第一治疗室内所述治疗头的数量至少为三个，每个所述第二治疗室内所述治疗头的数量至少为两条。

15、所述的治疗终端，优选地，所述伸缩部件为金属波纹管或者其他可做伸缩运动的真空密封元件。

16、所述的治疗终端，优选地，所述偏转单元为偏转二极磁铁。

17、所述的治疗终端，优选地，所述偏转二极磁铁为45度偏转二极磁铁或者其它任意偏转角度的二极磁铁。

18、所述的治疗终端，优选地，所述旋转束线与所述治疗头之间通过真空膜窗无接触对接。

19、所述的治疗终端，优选地，所述偏转单元的两端分别通过真空膜窗与所述治疗头、所述倾斜束线无接触对接。

20、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

21、1、本发明的治疗终端可以大幅降低束线长度、旋转系统重量、转动惯量以及建造成本。具体地，离子治疗中，一台加速器为了提供不同的治疗角度，采用多条分支束线，且为了配置多个治疗室，束线延伸的很长，设备数量多。传统的治疗终端是一条束线对应一个治疗室，需要4条束线实现4个治疗室的束流配送，束线总长接近200米。本发明通过一条约20米的束线即可实现16个及以上治疗室的束流配送，这样不仅减小了磁铁、真空、电源等工艺设备的造价，而且与之配套的辅助设施的规模和成本也减小。束线短、设备少，旋转系统的重量轻，因而转动惯量是传统质子gantry的20％，传动系统设计简单，传动精度高,转动速度高，等待时间短，治疗效率高。

22、2、放射治疗过程中，耗时最长的环节是照射前的摆位和放射后剂量衰减等待，增加治疗室是提高治疗效率的关键瓶颈。目前放射治疗终端，是单束线对应单治疗室，单治疗室多角度通过多条固定束线或旋转机架技术来实现，在这种方案下，通过增加治疗室来提高治疗效率，成本巨大。在目前国际通用的3-5个治疗室的基础上增加治疗室会导致治疗装置成本大幅增加，不利于大规模的推广应用。本发明通过一种多通道、小惯量旋转束线即可实现多治疗室多角度束流配送，无须通过增加束线即可实现16个多角度治疗室，大幅提升治疗效率。

23、3、肿瘤患者一次治疗中，往往需要多角度照射以降低束流通过路径上对正常细胞的伤害，而本发明通过一种多通道、小惯量旋转束线可以在一个治疗室内实现多角度照射治疗，可以在一个治疗室内同时实现45度和水平、垂直的三照射角度，以及45度和水平的双角度照射，这样肿瘤患者在一个治疗室内即可完成所需的多角度照射，大大减小了更换治疗室带来的重新摆位等待时间和周转时间。