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一种医用多辐射头质子直线加速器(专利)

2020/6/23 作者:连卫东

所属类型

其他癌症

质子中国头部图片.jpg

专利概要


一种医用多辐射头直线加速器,包括一个射线直线加速器、一个旋转机构和N个环形布置的含有辐射头的机架(N≥2)。旋转机构驱动射线直线加速器旋转,可使射线直线加速器发出射束的轴心线与任意一个安装在机架背侧的直线束流输运段的射束轴心线重合。


技术背景

 

在文章《一种新型医用质子治疗系统(专利):可大幅降低质子治疗系统成本》中,想通过取消绝大部分射束输运段来大幅度降低质子治疗系统的成本,以此推动质子治疗的普及。其中特别限定,质子加速器为非直线质子加速器。


上一篇拙文《一种新型医用质子治疗系统(续):将精简结构进行到底》给作者提供了如何让直线加速器旋转起来的思路,于是有了本文介绍的一种医用多辐射头质子直线加速器(专利)。


质子直线加速器也是质子加速器发展的一个方向,《医用加速器》一书列出了它的许多优点,如:

1、束流强,剂量充沛;

2、束流性能优良,发射度小;

3、方便粒子的注入和引出;

4、能量可调;

5、制作方便,是一些成熟技术的组合。


唯一的不足是窄脉冲束,不太方便束流扫描。不过作者推荐的“拉峰照射”可以回避这一不足,详情请见往期报道《一种质子加速器束流配送系统(一):拉峰照射》《一种质子加速器束流配送系统(二):变野拉峰照射》《一种质子加速器束流配送机构(三):拉峰照射》


《医用加速器》中介绍了中国科学院高能物理研究所已开展了质子直线加速器的研究,它将由3 MeV高频四级加速器、13 MeV漂移管直线加速器、71 MeV边耦合漂移管直线加速器和203 MeV边耦合直线加速器四级组成,想必现在技术已成熟。

 

虽然出发点是要设计一款多头质子直线加速器,但专利并未对射线的种类做出限制,既可以是电子线,也可以是质子线,还可以是高能粒子线,粒子线应用于本专利似乎还很遥远,但前两者还是比较现实的。


下面就分别介绍质子线和电子线的多辐射头直线加速器。

 

多辐射头质子直线加速器

多辐射头质子加速器-模型图.jpg


《医用加速器》中说,质子直线加速器长20~30 m,重约10 t(书中表19-13),现在不清楚能量是多少,但类比的回旋加速器和同步加速器的能量都超过了200 MeV。


图中的黄色长方体表示直线加速器所占用的空间,长为29 m,截面积为2 m×2 m。


加速器落在一个长板“桥”上,桥面宽4 m,加速器两边留出两条宽约900 mm的通道。


桥有三个支点,中间的支点是一个回旋支撑轴,还负责驱动旋转;两边的支点是两组每组两个顶针轴承,可在环形钢制台面上滚动。为防止分开的两个短桥桥面弯曲,桥面的两段各安装了两条加强筋。


顶针轴承和限位装置在拙文《一种新型医用质子治疗系统(续):将精简结构进行到底》中已有介绍,不再重复。


由于圆周放大,射线在空气中运行的距离只有2 mm左右了,可以忽略不计。

 

上面的设计,作者想了很久,也走过弯路。下图是作者自我否定的一款设计。

多辐射头质子加速器-原理图.jpg


这款采用的是旋转吊桥式设计,看着新颖,但华而不实,它会很重,还要实现桥的两侧重量配平,徒增了许多重量,即使这样也难保证桥面绝对水平,为此,限位销采用了锥形设计,还可调整上下位置偏差。


正是有了《一种新型医用质子治疗系统(续):将精简结构进行到底》的概念设计,才有了目前这款设计。科研的路要一步一步走,有些过程是迈不过去的。


下面,把现在的新设计放在机房里。

多辐射头质子加速器-治疗室分布.jpg

 

多辐射头电子直线加速器

 

电子线的多辐射头直线加速器就简单多了,见下图。

多辐射头质子加速器-电子线模式.jpg

  

旋转盘上,除加速管、速调管和水箱之外,两边空出的部分可安放其它电器部件。


驱动装置和限位装置也都一目了然。


机架中是几个偏转磁铁、辐射头和配重。


现在,放疗已从常规放疗过度到精准放疗,摆位和定位的时间加长,甚至超过了照射时间,这种局面一旦成为趋势,一托二的加速器或许就有了生存空间。


这种布局还方便增加加速器的能量,或是增加加速管的长度,或是多个加速管接力。


电子回旋加速器更适合这种布局,不必再通过束流输运系统,将束流引出房间,绕个弯再分进两个房间,这里,旋转机构就相当于一个双向偏转磁铁(参见《医用加速器》图15-15)。(质子中国 编辑报道)

多辐射头质子加速器-电子回旋加速器.jpg


参考书籍

1.顾本广.医用加速器[M]. 北京: 科学出版社,2003 . 

2.唐劲天,蔡伟明,曾逖闻.肿瘤质子放射治疗学[M]. 北京:中国医药科技出版社,2004.


拉峰照射-连卫东.jpg


质子专区介绍:
相比传统放疗,质子治疗作为“精准治疗”的新一代代表,利用质子射线所具有的独特物理特性,以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,迅速到达肿瘤组织并释放全部剂量,而肿瘤后方和侧方的正常组织及器官受到的照射剂量几乎为零,从而实现以最大的照射剂量杀伤肿瘤组织的同时又最大限度地避免了周围组织及器官的损伤,实现更加精确的“精准治疗”。
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关键词

多头辐射质子

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