台架(100)设置为用于将具有不同动量
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于聚焦带电粒子束的台架和装置
技术介绍
[0001]已知使用磁体来偏转或“弯曲”带电粒子，以便分离具有不同动量-电荷比的粒子。例如，质谱仪和粒子检测器的工作原理是：在存在磁场的情况下，具有不同动量-电荷比的粒子将偏转不同的量，从而允许对粒子进行分析。
[0002]使用磁场来偏转带电粒子的另一个示例是带电粒子疗法，这是放射疗法的一种。放射疗法通常是指使用电离辐射通过杀死或控制恶性组织以治疗癌症。电离辐射会损伤组织的DNA，而导致细胞死亡。常规的放射疗法使用由加速电子产生的高能光子(X射线)，而高能光子被导向人体所需的区域。为了最小化对健康组织的损伤，X射线通常在多个角度处引入，而且束在癌变区域相交。
[0003]当辐射束由带电粒子组成时，放射疗法被称为带电粒子疗法。带电粒子疗法的优点在于这些粒子独特的物理和放射生物学特性；粒子能几乎无扩散地穿透组织，并恰好在停止之前沉积最大能量。这允许对要照射的具体区域进行精确限定。这种带电粒子可包括强子(例如，质子、诸如碳离子的离子、介子)和轻子(例如，电子)。
[0004]束传输系统是带电粒子疗法系统的关键元件之一，无论是基于质子、离子束或是其它带电粒子。在很多情况下，束传输系统是相对简单和固定几何形状的传输线。这限制了能实现的立体定位程度，以及对健康组织的不必要的寄生剂量。这个问题在多种具有“台架”的装置中已得以解决：磁体组接收以可变能量从粒子加速器提取的束，并从任意方向将束导向患者身上，无论束方向如何，传送中心都可能没有变化(“等中心线”)，且在治疗期间无需移动患者。台架的一个关键优点在于，能够以改善的灵活性、精确性和最终大为减少的寄生剂量来“喷涂”受辐照区域。
[0005]本台架的束光学器件通常基于安装在旋转结构上的弯曲磁体，该旋转结构弯曲来自提取线的束，将束变直，并最终使束相对于患者以90度弯曲，使得所传送的束以最小路径在健康组织中行进。通常沿着传输线放置四极、转向器和校正器磁体，以控制束传输。
[0006]质子束的理想束刚度在1.2Tm至2.4Tm的范围内(对于在70MeV至250MeV范围内的质子能量)，而对于诸如碳的典型离子，所需束刚度为3.3Tm至6.6Tm(对于在120MeV/u至430MeV/u范围内的核子能量)。现有技术中的基于常规导电磁体的台架具有1T至2T范围内的偶极场强，以及上述刚度与几米长的电磁体对应。
[0007]现有技术要求这些磁体围绕患者旋转，从而导致具有高机械刚度的超大型结构结构，尤其是对于碳离子疗法而言。另外，由于单独的磁体孔尺寸不允许接受所期望的能量范围，因而由台架磁体产生的磁场需要在某种程度上可变。无论在重量、占地面积和成本方面，还是在初始投资和运营方面，现有技术中的台架及其旋转机械结构都是非常沉重的负担。
[0008]为了减小这种台架的尺寸，已经使用了超导磁体。然而，台架的旋转特性要求随附的低温系统具有基于柔性传输线或低温机械的旋转部件，低温机械诸如为与台架磁体一起旋转的低温冷却器。这增加了设计复杂性且是不期望的。
技术实现思路
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于将具有不同动量-电荷比的带电粒子束聚焦到基本上共同点的台架，所述台架包括：具有中心孔的至少一个环形磁体，环形磁体的主轴线沿着中心孔延伸，环形磁体配置成根据带电粒子束的动量-电荷比，在不同的径向位置处接收带电粒子束；其中，环形磁体包括多个离散的、基本上为平面的线圈，线圈与主轴线间隔开并从主轴线径向延伸，以及线圈配置成产生磁场，使得在使用中，将第一带电粒子束导向主轴线上的第一点，第一带电粒子束具有沿着主轴线的运动分量，并在第一径向位置处进入环形磁体；以及将第二带电粒子束导向主轴线上的第一点，第二带电粒子束具有与第一带电粒子束不同的动量-电荷比，以及具有沿着主轴线的运动分量，并在第二径向位置处进入环形磁体，以及其中，平面线圈配置成产生关于主轴线周期性对称的磁场；以及该至少一个环形磁体在使用中基本上是静止的。
[0010]本专利技术人已经认识到，与环形磁体的常规使用相反，这种环形磁体配置可用于将具有不同动量-电荷比(p/q)的带电粒子束聚焦到沿着磁体主轴线的共同点。常规使用是用于分离具有不同p/q比的粒子的轨迹，这里与这种环形磁体的常规使用相反。
[0011]环形磁体配置成：根据束的动量-电荷比，在不同的径向位置处接收带电粒子束。束在相邻线圈之间的空间中进入磁体的第一端(其中，磁体在沿主轴线定位的第一端与第二端之间延伸)。由于不同的径向进入位置，具有不同动量-电荷比的带电粒子束在磁场内行进不同的距离，并因而由磁场偏转至主轴线上的共同点。通常，环形磁体配置成：与较低动量-电荷比(较低能量)的束相比，在更径向向外的位置处接收较高动量-电荷比(较高能量)的束，使得较高能量的束在磁场内行进更远的距离，以及束可偏转至主轴线上的共同点。环形磁体有利地具有大的接受度。
[0012]如本领域技术人员将理解的是，具体能量的束内的每个粒子均具有基本上相同的动量-电荷比，并因而可看出，这种束具有具体的动量-电荷比。特别是对于源自粒子加速器的束的情况。
[0013]优选地，由位于主轴线上的弯曲设备(诸如向量磁体、弯曲晶体或等离子体)将束提供至环形磁体，以及弯曲设备配置成以一定角度将束导向环形磁体，使得束在期望的径向位置处进入磁体。因而，尽管在其它配置中束可基本上平行于主轴线进入磁体，但这里束通常与主轴线成一定角度进入磁体。
[0014]优选地，在使用中，相对于主轴线以非零角度在环形磁体处接收带电粒子束。
[0015]特别有利地，本专利技术的台架在使用中是固定的，从而消除了现有技术中使用的用于束照射的旋转台架对大型结构和高精度机构的需求。这显著降低了台架的占地面积、重量和操作复杂性。
[0016]该至少一个环形磁体在使用中基本上是静止的，这允许台架在使用中基本上是静止的。
[0017]本专利技术的台架发现在带电粒子疗法中特别有利的应用。在这种应用中，在使用中，对象(可为人或动物)位于所述至少一个环形磁体的中心孔内，其中环形磁体产生的磁场能够将具有不同p/q并在不同的径向位置处进入磁体的束偏转至对象位置处的期望焦点。优选地，磁场配置成使得具有不同p/q的束在基本相同的方向(例如，与主轴线成90度)上被导向主轴线上的共同点。有利的是，与现有技术的旋转台架相比，该台架或对象都不需要移
动。
[0018]换句话说，优选地，由多个离散的、基本上为平面的线圈产生的磁场还配置成：使得具有不同动量-电荷比的束沿着与主轴线成基本上90度的轨迹被导向主轴线上的基本上共同点。在使用一个以上环形磁体的实施方式中，粒子束的轨迹优选在穿过最下游的环形磁体(即，束穿过的最终环形磁体)之后，与主轴线基本上成90度。
[0019]这里使用的术语“带电粒子疗法”意味着使用照射带电粒子束的放射疗法。这种带电粒子可包括强子(例如，质子、诸如碳离子的离子、介子)和轻子(例如，电子)。
[0020]由环形磁体产生的磁场关于主轴线周期性地对称。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种台架，用于将具有不同动量-电荷比的带电粒子束聚焦到大致共同点，所述台架包括：至少一个环形磁体，具有中心孔，所述环形磁体的主轴线沿着所述中心孔延伸，所述环形磁体配置成根据所述带电粒子束的所述动量-电荷比，在不同的径向位置处接收所述带电粒子束；其中，所述环形磁体包括多个离散的、基本上为平面的线圈，所述线圈间隔开，并从所述主轴线径向延伸，以及配置成产生磁场使得在使用中：将第一带电粒子束导向所述主轴线上的第一点，所述第一带电粒子束具有沿着所述主轴线的运动分量，并在第一径向位置处进入所述环形磁体，以及将第二带电粒子束导向所述主轴线上的所述第一点，所述第二带电粒子束具有与所述第一带电粒子束不同的动量-电荷比，并具有沿着所述主轴线的运动分量，并在第二径向位置处进入所述环形磁体，以及其中；所述平面线圈配置成产生关于所述主轴线周期性对称的磁场，以及；所述至少一个环形磁体在使用中基本上是静止的。2.根据权利要求1所述的台架，其中，由所述环形磁体产生的所述磁场在使用中基本上是静止的。3.根据权利要求1或权利要求2所述的台架，其中，所述多个平面线圈是超导线圈。4.根据前述权利要求中任一项所述的台架，其中，所述多个平面线圈关于所述主轴线周期性地定位。5.根据前述权利要求中任一项所述的台架，其中，所述平面线圈具有不对称的几何形状。6.根据前述权利要求中任一项所述的台架，其中，所述平面线圈在基本上平行于所述主轴线的方向上是长型的，以及具有几何形状，使得所述平面线圈的径向尺寸沿着所述长型长度变化。7.根据权利要求6所述的台架，其中，所述平面线圈在所述环形磁体的第一端处具有最小径向尺寸，以及在所述环形磁体的第二相对端处具有最大径向尺寸。8.根据权利要求7所述的台架，其中，所述最小径向尺寸是在所述环形磁体的所述端处，所述带电粒子束在所述端处进入所述环形磁体。9.根据权利要求7或权利要求8所述的台架，其中，每个平面线圈的径向外部布置成基本上与所述主轴线平行，以及每个线圈的径向内部在所述线圈具有所述最大...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡，
申请(专利权)人：欧洲原子能研究组织，
类型：发明
国别省市：
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