用两个或更多个射频源照射组织的质子直线加速器系统技术方案

本发明专利技术提供一种质子直线加速器系统，用于利用改进的束能量控制来照射组织，质子直线加速器系统配置成在质子束操作循环的接通时间期间从第一射频能量源提供射频能量以改变质子束的能量，并且在质子束操作循环的断开时间期间从第二不同的射频能量源提供射频能量，以增加或维持腔的温度。每个射频源独立操作，允许更高的射频脉冲速率到达腔，支持质子束能量脉冲之间的较短时间。另外，对第二射频能量源的峰值功率要求通常可以小于对第二射频能量源的峰值功率要求，允许将成本较低的类型用于第二源。使用第一和第二射频源可以将腔稳定时间从几分钟减少到小于10秒。

A proton linac system using two or more RF sources to irradiate tissue

【技术实现步骤摘要】
用两个或更多个射频源照射组织的质子直线加速器系统
本专利技术涉及一种用于照射组织的质子直线加速器系统，其包括用于在操作期间提供质子束的质子源。
技术介绍
高能束(诸如X射线)已经在治疗上使用多年，以破坏癌细胞的DNA并杀死人类和动物中的癌细胞。然而，在肿瘤治疗期间，周围的健康组织暴露于X射线，特别是沿着X射线通过身体的路径，在肿瘤部位之前(入射剂量)和之后(出射剂量)。X射线剂量通常足够高而导致短期副作用，并且可能导致稍后的致癌作用，健康组织中的生长功能障碍和儿童情况下的生长迟缓。质子束是一种很有前景的替代品，因为质子束也可以破坏癌细胞，但对健康组织的损害显著降低。通过配置束以将布拉格峰(BraggPeak)定位在肿瘤附近，可以将组织中的能量剂量集中在肿瘤部位处，显著减少入射治疗路径上的剂量，并且在许多情况下几乎完全消除了治疗路径上的出射剂量。组织中质子束的纵向范围通常取决于束的能量。在此剂量用于指示束和组织之间的相互作用程度，相互作用是最小的直到，质子能量沿着束路径以相对短的距离沉积的束范围的末端部分。该减少在不需要的暴露中纵向地位于目标部位之前和之后意味着可以在不损害周围健康组织的情况下递送改善的剂量。通过允许向肿瘤本身递送超过肿瘤之前和之后吸收剂量的更高差分有效剂量，这可以减短治疗的长度，并且通常降低由于相应较低的周围剂量而引起的副作用。当治疗位于关键器官或结构(诸如大脑，心脏，前列腺或脊髓)附近的肿瘤时以及治疗儿童肿瘤时尤其有益。其准确性使其在治疗眼部肿瘤时特别有效。另外，质子束可以精确地定位和偏转，以提供束路径的横向控制。广泛使用质子疗法的障碍之一是可负担得起的和紧凑的质子源和加速器的可用性。用于治疗的质子能量通常在50-300MeV的范围内，且更典型地在70-250MeV的范围内。依赖于回旋加速器或同步加速器的现有源是非常大的，需要定制构建设施，并且构建和维护成本高。直线加速器(Linac)的使用允许构造可以安装在现有医疗设施中的这种紧凑的源。质子能量剂量的纵向位置(深度)主要通过改变束中质子的能量(通常以MeV测量)来配置。美国专利05382914描述了一种紧凑的质子束治疗直线加速器系统，其利用三级来加速来自质子源的质子：射频四极场(radio-frequencyquadrupole，RFQ)直线加速器，漂移管直线加速器(drift-tubelinac，DTL)和侧耦合直线加速器(side-coupledlinac，SCL)。SCL包括多达十个级联布置的加速器单元，每个单元设有RF能量源。治疗束能量由粗略/精细选择系统控制，在粗略调节中，关闭一个或多个加速器单元提供从70MeV到250MeV的十一个受控梯级，每个梯级约为18MeV。通过将诸如箔的降解吸收剂插入到束中来执行这些梯级之间的束能量的精细调节。这种系统的缺点在于，在每次切换步骤之后，质子束系统需要一些时间来使束能量稳定，然后才可用于治疗。另外，用于降解箔的致动系统通常是不可靠的，并且必须定期更换箔。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种质子直线加速器系统，用于通过改进的束能量控制来照射组织。本专利技术的第一方面提供一种用于照射组织的质子直线加速器系统，该加速器系统包括：质子源，其用于在操作期间提供脉冲质子束；束输出控制器，其用于调节离开源的质子束的束电流；加速器单元，其具有：用于接收质子束的质子束输入；用于离开质子束的质子束输出；用于在操作期间提供射频(RadioFrequency，RF)能量的第一RF能量源；以及与第一源不同的用于在操作期间提供RF能量的第二RF能量源；至少一个腔，其从质子束输入延伸到质子束输出，用于接收来自第一能量源和/或第二能量源的RF能量，并用于当RF能量从束输入传递到束输出时将RF能量耦合到质子束；该系统还包括：RF能量控制器，其连接到用于调节提供给至少一个腔的RF能量的第一RF能量源和第二RF能量源，并进一步连接到束输出控制器；束输出控制器，其被配置成提供具有预定和/或受控的束操作循环的质子束脉冲；RF能量控制器，其被配置成在质子束操作循环的接通时间期间从第一RF能量源提供RF能量，用于改变质子束的能量，以及在质子束操作循环的断开时间期间从第二RF能量源提供RF能量，用于增加或保持腔的温度。在用于质子治疗的系统的操作期间，通过改变束能量并因此改变束的范围和相应的布拉格峰两者，可以减少对周围组织的损害。通过调节布拉格峰的深度，许多单独的布拉格峰可以重叠以产生延伸的布拉格峰，延伸的布拉格峰产生覆盖肿瘤区域的平坦或近似平坦的剂量分布。因此，在能量梯级之间具有相对短的时间是有利的，因为这减少了总治疗时间，从而降低了患者在治疗期间移动的风险。附加地或替代地，可以增加可用于治疗的能量水平的数量，允许对能量到周围组织的扩散进行更精确地控制。附加地或替代地，还可以实时补偿例如由于患者呼吸而在治疗期间肿瘤的移动，以进一步改善控制。然而，这确实需要增加在操作期间需要提供给腔的RF加速脉冲的速率。另外，提供RF补偿脉冲(在质子束操作循环的断开时间期间的RF能量)可以进一步增加到达腔的RF脉冲速率。在质子束断开时间期间将RF功率施加到加速器单元腔可以减少稳定时间，因为可以预先确定和/或控制这些RF补偿脉冲以增加或保持腔的温度。本专利技术基于以下认识，即从RF源增加脉冲速率可以显著降低RF源的寿命和可靠性。另外，较高的RF脉冲速率意味着可能需要更昂贵的RF源，这增加了加速器系统的成本。提供两个不同的RF源，即主要布置成提供RF加速脉冲的第一(或主要)RF能量源，以及主要布置成提供RF补偿脉冲的第二或辅助RF能量源。每个RF源独立工作，允许更高的RF脉冲速率到达腔，支持质子束能量脉冲之间的较短时间。另外，对第二RF能量源的峰值功率要求通常可以小于对第二RF能量源的峰值功率要求，允许将成本较低的类型用于第二源。使用第一RF源和第二RF源可以将腔稳定时间从几分钟减少到小于10秒。在本专利技术的另一方面，加速器系统还包括RF耦合器，用于将RF能量从第一RF能量源和/或第二RF能量源传递到至少一个腔，RF耦合器具有：用于从第一RF源接收RF能量的第一RF输入；用于从第二RF源接收RF能量的第二RF输入；以及用于向至少一个腔提供RF能量的RF输出，。RF耦合器的使用提供从RF源或甚至同时从两个源传输RF能量的便利方式。在本专利技术的另一方面，RF能量控制器还配置成从第一RF能量源提供RF能量作为峰值功率，并且还配置成从第二RF能量源提供RF能量作为平均功率。第一RF源可被进一步优化以便给RF加速脉冲提供高的峰值功率，以及第二RF源可被优化以便给RF补偿脉冲提供显著较低的峰值功率。还在本专利技术的另一方面，RF能量控制器还配置成给每一连续的质子束操作循环提供基本相同的RF能量。在每一连续的质子束操作循环期间从第一RF源和第二RF源到达腔的能量保持基本恒定。这可提供具有低稳定时间的高度束稳定性，，这在治疗期间特别有利。在本专利技术的另一个方面，RF能量控制器还配置成从第一RF能量源提供具有第一峰值功率的RF能量，并且还配置成从第二RF能量源提供具有第二峰值功率的连续RF能量，第二峰值功率显著小于第一峰值功率。另外地火可选择地，RF能量控制器可以配置成从第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，所述加速器系统(100)包括：质子源(110)，其用于在操作期间提供脉冲质子束(115)；束输出控制器(120)，其用于调节离开光源(110)的质子束(115)的束电流；加速器单元(130，1130)，其具有：‑质子束输入(135)，其用于接收质子束(115)；‑质子束输出(137)，其用于离开质子束(115)；‑第一射频能量源(132)，其用于在操作期间提供射频能量的；‑与第一源(132)不同的第二(232)射频能量源，其用于在操作期间提供射频能量；‑从质子束输入(135)延伸到质子束输出(137)的至少一个腔(131，1131)，其用于从第一能量源(132)和/或第二能量源(232)接收射频能量，并用于当射频能量从束输入(135)传递到束输出(137)时将射频能量耦合到质子束(115)；所述系统(100)还包括：射频能量控制器(180)，其连接到第一射频能量源(132)和第二射频能量源(232)，并用于调节提供给至少一个腔(131，1131)的射频能量，并进一步连接到束输出控制器(120)；所述束输出控制器(120)被配置成提供具有预定和/或受控的束操作循环(190)的质子束(115)脉冲；所述射频能量控制器(180)被配置成：‑在质子束操作循环(190)的接通时间期间从第一射频能量源(132)提供用于改变质子束(115)的能量的射频能量；和‑在质子束操作循环(190)的断开时间期间从第二射频能量源(232)提供用于增加或维持至少一个腔(131，1131)的温度的射频能量。...

【技术特征摘要】
2018.04.25 EP 18169363.11.一种用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，所述加速器系统(100)包括：质子源(110)，其用于在操作期间提供脉冲质子束(115)；束输出控制器(120)，其用于调节离开光源(110)的质子束(115)的束电流；加速器单元(130，1130)，其具有：-质子束输入(135)，其用于接收质子束(115)；-质子束输出(137)，其用于离开质子束(115)；-第一射频能量源(132)，其用于在操作期间提供射频能量的；-与第一源(132)不同的第二(232)射频能量源，其用于在操作期间提供射频能量；-从质子束输入(135)延伸到质子束输出(137)的至少一个腔(131，1131)，其用于从第一能量源(132)和/或第二能量源(232)接收射频能量，并用于当射频能量从束输入(135)传递到束输出(137)时将射频能量耦合到质子束(115)；所述系统(100)还包括：射频能量控制器(180)，其连接到第一射频能量源(132)和第二射频能量源(232)，并用于调节提供给至少一个腔(131，1131)的射频能量，并进一步连接到束输出控制器(120)；所述束输出控制器(120)被配置成提供具有预定和/或受控的束操作循环(190)的质子束(115)脉冲；所述射频能量控制器(180)被配置成：-在质子束操作循环(190)的接通时间期间从第一射频能量源(132)提供用于改变质子束(115)的能量的射频能量；和-在质子束操作循环(190)的断开时间期间从第二射频能量源(232)提供用于增加或维持至少一个腔(131，1131)的温度的射频能量。2.根据权利要求1所述的加速器系统(100)，其特征在于所述系统(100)还包括射频耦合器(300)，其用于将射频能量从所述第一射频能量源(132)和/或第二射频能量源(232)传递到所述至少一个腔(131，1131)，射频耦合器(300，400)具有：-第一射频输入(310)，其用于从第一射频源(132)接收射频能量；-第二射频输入(320)，其用于从第二射频源(232)接收射频能量；和-射频输出(330)，其用于向至少一个腔(131，1131)提供射频能量的。3.根据权利要求2所述的加速器系统(100)，其特征在于所述系统(100)还包括：-第一隔离器(410)，其用于将射频能量从第一射频源(132)传输到射频耦合器(300，400)的第一射频输入(310)，并被配置和布置成衰减从所述第一射频输入(310)到所述第一射频源(132)的射频能量传输；和-第二隔离器(420)，其用于将射频能量从第二射频源(232)传输到射频耦合器(300，400)的第二射频输入(320)，并被配置和布置成衰减从所述第二射频输入(320)到所述第一射频源(232)的射频能量传输。4.根据前述权利要求中任一项所述的加速器系统(100)，其特征在于所述RF能量控制器(180)还被配置成提供来自所述第一射频能量源(132)的射频能量作为峰值功率，并且还被配置成提供来自第二射频能量源(232)的射频能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·纳瓦罗·奎兰特，Y·伊万尼森科，
申请(专利权)人：先进肿瘤治疗公开有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB