基于紧凑型强流质子RFQ加速器的硼中子俘获治疗装置的制作方法

本发明涉及肿瘤粒子治疗，具体涉及一种基于紧凑型强流质子rfq加速器的硼中子俘获治疗装置。

背景技术：

1、目前恶性肿瘤治疗有外科手术治疗、化学药物治疗和放射治疗等三大类型。放射治疗通过电离辐射杀伤肿瘤细胞，但同时对周围正常组织也产生一定损伤，这种损伤易引发放疗毒副反应。放射治疗的远期效应对儿童患者尤其重要，一旦在治疗过程中发生不可逆损伤，将影响儿童生长发育及成年后的生活质量。因此提高肿瘤放射治疗的精准度、减少正常组织损伤、提升患者生活质量，是近年来放射治疗的发展趋势。在全部恶性肿瘤患者中，有70％-80％适合于接受放射治疗。据世界卫生组织统计，目前肿瘤的治愈率已达45％，而放射治疗在其中贡献了22％，由此可见放射治疗在肿瘤治疗中的地位和作用。

2、硼中子俘获治疗(bnct)属于放射治疗手段之一，主要用于治疗手术及放化疗手段不能很好解决的浸润性、多发性、复发性、抗辐射性、无法手术的极度恶性肿瘤。截止目前，全球相关临床病例累计超过2000例,已证明该方法治疗脑胶质瘤、复发头颈部肿瘤、脑膜瘤、恶性黑色素瘤、肝转移癌等多种实体肿瘤有很好疗效；同时，随着全球范围内对其他类型肿瘤临床研究的开展和新型硼药的研发，该方法的适应症将会不断增加，未来很有可能成为一种理想的肿瘤治疗方式。除肿瘤外，该方法还可以扩展到阿兹海默等其他病症。

3、目前国际上可实现硼中子治疗的技术有两大类型，一是采用基于核反应堆实现的中子源，另一种是基于加速器产生的带电粒子束轰击靶材料生成中子，基于加速器的技术主要有静电加速器、回旋加速器与直线加速器三种技术路线。rfq加速器属于一种常用的直线加速器。

4、回旋加速器提供的质子束流具有高能量、低流强的特点，导致质子打靶产生的中子能量高，慢化器体积巨大，产生的超热中子通量相对较低，导致治疗时间长，快中子和热中子成分高，治疗室辐射水平高。

5、采用静电加速器或rfq加速器提供的质子束流具有低能量、高流强的特点，因此质子打靶产生的中子能量低，中子靶站体积较小，治疗室辐射水平低，更适合临床治疗使用。

6、静电加速器技术的设备容易发生高压打火，导致设备运行不稳定和高压端的电子设备易损坏；而且静电加速器在运行过程中产生的韧致辐射较高，使得周围的辐射水平较高，从而增加对设备屏蔽的困难；此外，强流束在静电加速管中的发散会引起束流崩溃，对加速器调试也会增加新的困难。

7、常规型质子rfq加速器长度较长，建造成本相对较高，加速器运行时电损耗高，用电量大，使其整体成本相对较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于紧凑型强流质子rfq加速器的硼中子俘获治疗装置，旨在提供多治疗姿势的患者摆位方式，精准图像引导的肿瘤定位方式，及快速精确的治疗计划制定方式，实现更多的恶性肿瘤的精准高效治疗,同时可以充分压缩加速器所需空间，更好的降低成本。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于紧凑型强流质子rfq加速器的硼中子俘获治疗装置，包括用于产生并加速强流质子束流的紧凑型rfq加速器、用于将质子束流转换为超热中子束的锂靶靶站系统、用于患者精准摆位与肿瘤精准定位及中子照射的治疗室；所述锂靶靶站系统设有2个，它们分别一端连接质子加速器，另一端与治疗室系统连接；所述治疗室系统包含2个，分为第一治疗室和第二治疗室，每个治疗室与锂靶靶站系统唯一相连接；所述紧凑型rfq加速器可以产生高流强质子束流；所述锂靶靶站系统，可以通过质子束流轰击锂靶靶站后产生中子束，并对其进行慢化和整形，产生可用于治疗的超热中子；所述的治疗室采用七自由度悬臂机器人治疗床系统或七自由度悬臂机器人治疗椅系统对患者进行精准摆位，采用滑轨ct图像引导系统或正交x射线图像引导系统实现患者肿瘤的精准定位。

3、其中，所述质子束流能量大于2.3兆电子伏，平均流强大于10毫安。

4、其中，所述紧凑型rfq加速器包括强流ecr离子源、低能束流传输线、紧凑型rfq腔体和高能束流传输线，

5、所述强流ecr离子源，用于产生直流高流强低能量的质子束流；

6、所述低能束流传输线，用于传输低能量的质子束流，并注入到紧凑型rfq腔体；

7、所述紧凑型rfq腔体，用于将质子束流从低能量加速到高能量，并保证束流品质，控制束流损失；

8、所述高能束流传输线，用于传输高能量的质子束流至锂靶靶站系统前端。

9、其中，所述紧凑型rfq腔体的长度不大于3米。

10、其中，所述第一治疗室包括七自由度悬臂机器人治疗床系统和滑轨ct图像引导系统，所述七自由度悬臂机器人治疗床系统用于患者加载并进行位置调整，所述滑轨ct图像引导系统包括设置在地面上的滑轨单元和设置在滑轨单元上的ct设备，在ct设备工作时，通过滑轨单元从停车位置运动至工作位置；在ct设备完成工作时，通过滑轨单元运动回停车位置。所述滑轨ct图像引导系统，用于对患者肿瘤的精准定位，然后，根据影像配准结果对患者治疗位置进行调整，并由七自由度悬臂机器人治疗床系统的滑轨运动单元和机器人运动单元将患者移动至最终治疗位置。

11、其中，所述滑轨ct图像引导系统还包括ct辐射屏蔽门，所述ct辐射屏蔽门用于对ct设备在非运行时位于停车位置的辐射屏蔽。

12、其中，所述第二治疗室包括七自由度悬臂机器人治疗椅系统和正交x射线图像引导系统，所述七自由度悬臂机器人治疗椅系统用于患者坐立并进行位置调整，所述正交x射线图像引导系统，用于对患者肿瘤的精准定位，然后，根据影像配准结果进行调整，并由七自由度悬臂机器人治疗椅系统的滑轨运动单元和机器人运动单元将患者移动至最终治疗位置。

13、其中，所述正交x射线像图像引导系统还包括x射线辐射屏蔽门，所述x射线辐射屏蔽门用于对正交x射线在非运行时的辐射屏蔽。

14、其中，所述一种基于紧凑型强流质子rfq加速器的硼中子俘获治疗装置还包括治疗计划系统，所述治疗计划系统是专用于bnct的，基于gpu快速剂量计算和ai技术实现患者治疗计划的制定。

15、其中，所述治疗计划系统包括机器数据管理单元、患者数据管理单元、患者图像处理单元、计划制定单元、剂量计算引擎、计划评估单元、计划输出单元和质量验证单元；

16、所述机器数据管理单元，用于记录与管理治疗射束参数和治疗装置参数；

17、所述患者数据管理单元，用于记录与管理被治疗患者的治疗信息和影像信息，治疗信息主要包括病人名称、年龄、头像、肿瘤位置及大小，影像信息管理主要为实现不同影像组之间的管理；

18、所述患者图像处理单元，用于患者器官勾画，包含可添加及删除治疗床的处理功能，用于对患者多影像进行融合校正处理功能，其中图像数据包括患者pet-ct图像、mr定位图像、ct定位图像等；

19、所述计划制定单元，用于根据患者图像数据勾画患者治疗靶区，确保对肿瘤细胞的杀伤并避免或减少对正常组织与危及器官的剂量照射；

20、所述剂量计算引擎，用于根据医学物理师制定好的计划计算患者所需的照射剂量分布；

21、所述计划评估单元，用于对制定好的计划评估预期治疗效果，判断该计划是否可满足临床治疗目标；

22、所述计划输出单元，用于将通过评估并确认的计划生成实际可执行的治疗方案；

23、所述质量验证单元，用于验证计划最终可执行性及剂量分布符合性。

24、本发明的一种基于紧凑型强流质子rfq加速器的硼中子俘获治疗装置，采用长度不大于3米的紧凑型质子rfq加速器引出能量大于2.3兆电子伏，平均流强大于10毫安的质子束流，通过高能束流传输线将质子束流输运到一个或多个靶站系统，靶站采用锂靶技术，质子束流轰击锂靶靶站后产生中子束，并对其进行慢化和整形，产生可用于治疗的超热中子束。在治疗时，通过七自由度悬臂机器人治疗床系统或七自由度悬臂机器人治疗椅系统对患者进行精准摆位，通过滑轨ct图像引导系统或正交x射线图像引导系统实现患者肿瘤的精准定位，再用超热中子束精准轰击患者体内富含硼药物的肿瘤，发生硼中子俘获反应，释放出α粒子和锂7粒子这两个射程仅约10微米的重离子射线，使肿瘤细胞的dna双链断裂，使其不可修复而彻底死亡，从而精准杀灭肿瘤，并有效抑制肿瘤复发。