利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤的治療方法及裝置，該方法包括如下步驟：首先，通過聚焦元件(1)將發(fā)散的質(zhì)子束流(10)進行匯聚；其次，將匯聚后的質(zhì)子束流(10)通過旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)散開、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個大范圍的均勻束流(11)；然后，將該均勻束流(11)通過腫瘤前段的準直器(9)后，得到一個與腫瘤形狀一致的均勻束斑(12)。采用本發(fā)明的治療方法和裝置，可以得到大照射視野、均勻度高的束斑，該束斑與病人腫瘤區(qū)域一致，從而最大程度上保護病人的正常組織，該方法大大降低了建造與控制的難度，且對腫瘤的位置移動不敏感。
【專利說明】
利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子治療主要利用加速器產(chǎn)生一定能量的質(zhì)子束，通過各電磁元件將束流傳輸?shù)桨袇^(qū)，轟擊腫瘤細胞，達到治療的效果。由于質(zhì)子在物質(zhì)中的能量損失呈現(xiàn)出尖銳的Bragg峰，因此可以在殺死癌變細胞的同時最大程度的保護正常組織，這使得質(zhì)子治療成為目前國際上最先進的惡性腫瘤治療手段之一。
[0003]傳統(tǒng)的質(zhì)子治療裝置使用的治療頭有兩種基本方式:散射和掃描。其中，散射方式是利用質(zhì)子穿過散射板時受到多次小角度彈性庫倫散射，達到橫向束流擴展的目的，該裝置的缺點是難以獲得大照射野及高均勻度的質(zhì)子束流，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成旋轉(zhuǎn)機架過于笨重;掃描的方式是在治療頭安裝一對掃描磁鐵，通過控制掃描磁鐵的磁場變化來得到劑量均勻的照射野，該裝置的缺點是對腫瘤本身位移敏感，控制難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法及裝置，可得到大照射野的均勻束流;降低了束斑的控制難度，不會對正常的組織造成破壞;裝置簡單，建造與控制方便。
[0005]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，包括如下步驟:首先，通過聚焦元件將發(fā)散的質(zhì)子束流進行匯聚；其次，將匯聚后的質(zhì)子束流通過旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵散開、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個大范圍的均勻束流;然后，將均勻束流通過腫瘤前段的準直器進行調(diào)整，將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉;最后，得到一個與腫瘤形狀一致的均勻束斑。
[0006]進一步，通過聚焦元件匯聚后的質(zhì)子束流，在進入旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵之前，通過第一質(zhì)子束流診斷裝置對其截面和流強進行測量。
[0007]進一步，通過旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵掃描后的質(zhì)子束流，再依次通過能量調(diào)制器和量程位移器分別對質(zhì)子束流能量展寬和范圍進行調(diào)整后，進入準直器。
[0008]進一步，通過能量調(diào)制器和量程位移器調(diào)整后的質(zhì)子束流，再分別通過多葉光柵和患者補償器調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉、并根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量后，進入準直器。
[0009]進一步，在量程位移器與多葉光柵之間還設(shè)有用于對質(zhì)子束流截面和流強進行測量的第二質(zhì)子束流診斷裝置。
[0010]本發(fā)明還提供一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的裝置，包括用于將發(fā)散的質(zhì)子束流進行匯聚的聚焦元件，用于將匯聚后的質(zhì)子束流散開、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)、形成一個大范圍的均勻束流的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵，用于將旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵處理后的均勻束流進行調(diào)整、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的準直器。
[0011]進一步，所述聚焦元件與旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵之間設(shè)有用于對匯聚后的質(zhì)子束流進行截面和流強測量的第一質(zhì)子束流診斷裝置。
[0012]進一步，所述旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵與準直器之間依次設(shè)有用于對質(zhì)子束流的能量展寬的能量調(diào)制器、用于對質(zhì)子束流能量范圍進行調(diào)整的量程位移器、用于對調(diào)整后的質(zhì)子束流截面和流強進行測量的第二質(zhì)子束流診斷裝置、用于調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的多葉光柵、用于根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量的患者補償器。
[0013]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0014]本發(fā)明的治療方法，利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵產(chǎn)生的垂直于質(zhì)子束的周期變化磁場，該磁場大小不變，方向周期性變化，質(zhì)子束流經(jīng)過該磁場后，將圍繞束流中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個大范圍高均勻度的束斑，該均勻束斑通過病患前面的準直器后，最終得到一個和病人腫瘤區(qū)域一致的均勻束斑，從而保護病人的正常組織;該方法大大降低了控制的難度，且對腫瘤位置的移動不敏感;本發(fā)明提供的治療裝置，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵與準直器的配合使用的原理圖；
[0017]圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的工作原理圖。
[0018]圖中:
[0019]1-聚焦元件2-第一質(zhì)子束流診斷裝置3-旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵4-能量調(diào)制器5-量程位移器6-第二質(zhì)子束流診斷裝置7-多葉光柵8-患者補償器9-準直器10-質(zhì)子束流11-均勻束流12-均勻束斑
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
[0021]如圖1、2所示，是本發(fā)明提出的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療裝置，該裝置依次包括聚焦元件1、第一質(zhì)子束流診斷裝置2、旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3、能量調(diào)制器4、量程位移器5、第二質(zhì)子束流診斷裝置6、多葉光柵7、患者補償器8、準直器9，上述各部件通過束流管道相連通。其中，第一質(zhì)子束流診斷裝置2和第二質(zhì)子束流診斷裝置6為電離室。旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3由一個三相電源供電。
[0022]本發(fā)明傳輸?shù)街委燁^部發(fā)散的質(zhì)子束流10，經(jīng)聚焦元件I匯聚后，通過質(zhì)子束流診斷裝置2對其截面和流強進行測量診斷，輸送給旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3，該旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3將會產(chǎn)生垂直于質(zhì)子束流的周期變化的磁場，質(zhì)子束在該旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的作用下，將會圍繞束流中心周期性旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵后形成大范圍的均勻束流11，展開后的均勻束流11通過能量調(diào)制器4和量程位移器5進行能量展寬和調(diào)制，通過第二質(zhì)子束流診斷裝置6診斷其截面和流強，用以調(diào)整質(zhì)子束流在病灶中的深度，通過患者補償器8根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量，防止腫瘤后部正常組織受損，多葉光柵7和準直器9的結(jié)合，可以將病灶邊緣的束流卡掉，最后得到與病灶形狀一致的均勻束斑12，從而避免病人的正常組織受到損害。
[0023]如圖3所示，該旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵利用垂直于質(zhì)子束流的、大小不變、方向周期性變化的磁場，使通過該旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的質(zhì)子束流受到方向周期性變化的作用力，在該力的作用下，質(zhì)子束流將圍繞旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵中心周期性旋轉(zhuǎn)；由于質(zhì)子束流本身呈高斯分布，因此當(dāng)質(zhì)子束流圍繞旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵中心旋轉(zhuǎn)時，邊緣部分的質(zhì)子束流將疊加，形成一個中心均勻分布的束斑。圖中:橫坐標(biāo)r/mm為質(zhì)子束流的旋轉(zhuǎn)半徑;縱坐標(biāo)Beam prof i Ie為質(zhì)子束流的旋轉(zhuǎn)輪廓。
[0024]本發(fā)明還提供一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，包括如下步驟:
[0025]I)通過聚焦元件I將發(fā)散的質(zhì)子束流10匯聚起來，然后將匯聚后的質(zhì)子束流10通過第一質(zhì)子束流診斷裝置2對其進行截面和流強進行測量；
[0026]2)將通過測量后的質(zhì)子束流10，進入旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3，旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3利用其產(chǎn)生的大小不變，方向周期性變化的二極磁場來驅(qū)動質(zhì)子束流在靶上旋轉(zhuǎn)，得到大范圍高均勻度的均勻束流11;
[0027]3)獲得的均勻束流11通過能量調(diào)制器4和量程位移器5分別對其能量展寬和調(diào)制；
[0028]4)然后再通過第二質(zhì)子束流診斷裝置6對調(diào)制后均勻束流的截面和流強測量；
[0029]5)通過多葉光柵7，調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀，將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉；
[0030]6)通過患者補償器8，根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量，防止腫瘤后部正常組織受損；
[0031 ] 7)準直器9與多葉光柵7配合，得到與病灶形狀一致的均勻束斑12。
[0032]本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法及裝置并不限于上述【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，包括如下步驟:首先，通過聚焦元件(I)將發(fā)散的質(zhì)子束流(10)進行匯聚;其次，將匯聚后的質(zhì)子束流(10)通過旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)散開、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個大范圍的均勻束流(11);然后，將均勻束流(11)通過腫瘤前段的準直器(9)進行調(diào)整，將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉;最后，得到一個與腫瘤形狀一致的均勻束斑(12)。2.如權(quán)利要求1所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，其特征是:通過聚焦元件(I)匯聚后的質(zhì)子束流(10)，在進入旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)之前，通過第一質(zhì)子束流診斷裝置(2)對其進行截面和流強進行測量。3.如權(quán)利要求2所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，其特征是:通過旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)掃描后的質(zhì)子束流(10)，再依次通過能量調(diào)制器(4)和量程位移器(5)分別對質(zhì)子束流能量展寬和范圍進行調(diào)整后，進入準直器(9)。4.如權(quán)利要求3所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，其特征是:通過能量調(diào)制器(4)和量程位移器(5)調(diào)整后的質(zhì)子束流(10)，再分別通過多葉光柵(7)和患者補償器(8)調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉、并根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量后，進入準直器(9)。5.如權(quán)利要求4所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的方法，其特征是:在量程位移器(5)與多葉光柵(7)之間還設(shè)有用于對質(zhì)子束流截面和流強進行測量的第二質(zhì)子束流診斷裝置(6)。6.一種利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的裝置，其特征是:包括用于將發(fā)散的質(zhì)子束流(10)進行匯聚的聚焦元件(I)，用于將匯聚后的質(zhì)子束流(10)散開、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)、形成一個大范圍的均勻束流(11)的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)，用于掃描處理后的均勻束流(11)進行調(diào)整、并將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的準直器(9)。7.如權(quán)利要求6所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的裝置，其特征是:所述聚焦元件(I)與旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)之間設(shè)有用于對匯聚后的質(zhì)子束流進行截面和流強測量的第一質(zhì)子束流診斷裝置(2)。8.如權(quán)利要求7所述的利用旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴散質(zhì)子束進行腫瘤治療的裝置，其特征是:所述旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵(3)與準直器(9)之間依次設(shè)有用于對質(zhì)子束流的能量展寬的能量調(diào)制器(4)、用于對質(zhì)子束流的能量范圍進行調(diào)整的量程位移器(5)、用于對調(diào)整后的質(zhì)子束流截面和流強進行測量的第二質(zhì)子束流診斷裝置(6)、用于調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的多葉光柵(7)、用于根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量的患者補償器(8)。
【文檔編號】A61N5/10GK106075748SQ201610614055
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610614055.0, CN 106075748 A, CN 106075748A, CN 201610614055, CN-A-106075748, CN106075748 A, CN106075748A, CN201610614055, CN201610614055.0
【發(fā)明人】魏素敏, 管鋒平, 賈先祿, 張?zhí)炀?
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院