用于照射组织的质子直线加速器系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于照射组织的质子直线加速器系统。广泛使用质子疗法的障碍之一是可负担得起的紧凑质子源和加速器的可用性。直线加速器(Linacs)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。但是，加速单元打开或关闭后会出现不稳定。被配置成在质子束操作循环(190)的断开时间期间提供RF能量(132)的质子直线加速器系统可用于增加或维持腔的温度。

【技术实现步骤摘要】
用于照射组织的质子直线加速器系统
本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。从PCT申请WO2018/043709A1中已知将随机分量引入到生成时刻的质子束脉冲中，随后将其加速以用于半导体制造。这样做是为了降低可能在高频腔内累积的噪声，噪声是由于可能产生热量的高阶模式的激发导致的。提供稍微不同的频移可以减少谐振放大，并且因此也可以减少腔的加热。从PCT申请WO2015/175751A1中已知在相同的RF脉冲内注入两个不同的电子束电流幅度，以产生加速电子的两个终点能量，从而产生用于货物检查的X射线。
技术实现思路
本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；第一加速器单元，其具有：用于接收质子束的第一质子束输入；用于离开质子束的第一质子束输出；用于在操作期间提供RF能量的第一RF能量源；至少一个第一腔，其从第一质子束输入延伸到第一质子束输出，用于接收来自第一能量源的RF能量，并用于当质子束从第一束输入传递到第一束输出时将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第一腔的RF能量的第一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；以及RF能量控制器，其被配置成在质子束操作循环的断开时间期间提供RF能量，使得第一腔的温度增加或保持。本技术基于以下认识，对于给定输出能量的非激活(提供小的、可忽略的或零加速)或部分激活(提供一些加速)的加速器单元施加基本恒定的RF功率，以允许在它们需要增加束的能量时非常快速地恢复。可以预先确定和/或控制所提供的RF能量以增加或维持腔的温度。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。本技术的另一方面提供一种加速器系统，其中RF能量控制器还被配置成给每个连续的质子束操作循环提供基本相同的RF能量。这通过在束能量改变之后提供改善的稳定时间(settling-time)来为加速器系统提供高度稳定性。在一些实施例中，稳定时间可以基本上忽略不计。本技术的另一方面提供一种加速器系统，其中RF能量控制器还被配置成在质子束操作循环的接通时间和断开时间两者期间提供RF能量。这通过在提供治疗束时提供改善的稳定时间来为加速器系统提供高度稳定性，在接通时间期间RF能量将能量传递到质子束，并且在断开时间期间RF能量增加或保持腔的温度。本技术的又一方面提供一种加速器系统，其还包括：第二加速器单元，第二加速器单元具有：用于接收来自第一加速器单元的质子束的第二质子束输入；用于离开质子束的第二质子束输出；用于在操作期间提供RF能量的第二RF能量源；至少一个第二腔，其从第二质子束输入延伸到第二质子束输出，用于接收来自第二能量源的RF能量，并用于当质子束从第二束输入传递到束输出时将RF能量耦合到质子束；RF能量控制器进一步连接到第二RF能量源，用于调节提供给至少一个第二腔的RF能量；以及RF能量控制器被配置成在质子束操作循环的断开时间期间提供RF能量，使得第二腔的温度增加或保持。可以级联多个加速器单元以提供质子束能量的逐步增加。可操作每个加速器单元以将质子束的能量以固定量或可变量增加。加速器系统可以可选地配置成向第一腔和第二腔提供基本相同本文档来自技高网...

【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)，其特征在于，所述加速器系统(100)包括：/n质子束源(110)，其用于在操作期间提供质子束(115)；/n束输出控制器(120)，其用于调节离开质子束源(110)的质子束(115)的束电流，束输出控制器(120)提供具有预定和/或受控的束操作循环(190)的质子束(115)脉冲；/n第一加速器单元(130)，其包括：/n-第一质子束输入(135)，其用于接收质子束(115)；/n-第一质子束输出(137)，其用于出射质子束(115)；/n-第一射频能量源(132)，其用于在操作期间提供射频能量；/n-至少一个第一腔(131)，其从第一质子束输入(135)延伸到第一质子束输出(137)，用于从第一射频能量源(132)接收射频能量，并用于当质子束(115)从第一质子束输入(135)传到第一质子束输出(137)时将射频能量耦合到质子束(115)；/n射频能量控制器(180)，其连接到调节提供给至少一个第一腔(131)的射频能量的第一射频能量源(132)，并进一步连接到束输出控制器(120)，所述射频能量控制器(180)在质子束操作循环(190)的断开时间期间提供射频能量，使得第一腔(131)的温度增加或保持。/n...

【技术特征摘要】
20180425 EP 18169362.31.一种用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，其特征在于，所述加速器系统(100)包括：
质子束源(110)，其用于在操作期间提供质子束(115)；
束输出控制器(120)，其用于调节离开质子束源(110)的质子束(115)的束电流，束输出控制器(120)提供具有预定和/或受控的束操作循环(190)的质子束(115)脉冲；
第一加速器单元(130)，其包括：
-第一质子束输入(135)，其用于接收质子束(115)；
-第一质子束输出(137)，其用于出射质子束(115)；
-第一射频能量源(132)，其用于在操作期间提供射频能量；
-至少一个第一腔(131)，其从第一质子束输入(135)延伸到第一质子束输出(137)，用于从第一射频能量源(132)接收射频能量，并用于当质子束(115)从第一质子束输入(135)传到第一质子束输出(137)时将射频能量耦合到质子束(115)；
射频能量控制器(180)，其连接到调节提供给至少一个第一腔(131)的射频能量的第一射频能量源(132)，并进一步连接到束输出控制器(120)，所述射频能量控制器(180)在质子束操作循环(190)的断开时间期间提供射频能量，使得第一腔(131)的温度增加或保持。


2.根据权利要求1所述的用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，其特征在于所述射频能量控制器(180)为每个连续的质子束操作循环(190)提供基本相同的射频能量。


3.根据权利要求1所述的用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，其特征在于所述射频能量控制器(180)在所述质子束操作循环(190)的接通时间和断开时间期间提供射频能量。


4.根据权利要求2所述的用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，其特征在于所述射频能量控制器(180)在所述质子束操作循环(190)的接通时间和断开时间期间提供射频能量。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于照射组织的质子直线加速器系统(100)，其特征在于所述系统还包括：
第二加速器单元(230)，其包括：
-第二质子束输入(235)，其用于从第一加速器单元(130)接收质子束(115)；
-第二质子束输出(237)，其用于出射质子束(115)；
-第二射频能量源(232)，其用于在操作期间提供射频能量；
-至少一个第二腔(231)，其从第二质子束输入(235)延伸到第二质子束输出(237)，用于从第二射频能量源(232)接收射频能量，并用于当质子束(115)从第二质子束输入(235)传到第二质子束输出(237)时将射频能量耦合到质子束(115)；
射频能量控制器(180)进一步连接到第二射频能量源(232)，用于调节提供给至少一个第二腔(231)的射频能量；并且
射频能量控制器(180)在质子束操作循环(190)的断开时间期间提供射频能量，使得第二腔(231)的温度增加或保持。


6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德米歇尔，
申请(专利权)人：先进肿瘤治疗公开有限公司，
类型：新型
国别省市：英国;GB