一种双源质子治疗系统及治疗控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双源质子治疗系统及控制方法，属于生物（医疗）技术领域，该系统特点：在第一加速器10和第二加速器20之间设有一套用于实现消色差传输束流的公共束流线、以及相应的治疗控制系统，该公共束流线以及治疗控制系统用于将原有独立的两套质子治疗系统有机融合在一起。该方法特点：实现加速器和治疗室的组合配对；配对后，下载这一组束流线的磁铁电流参数、控制当前束流线的走向，同时，治疗室向其加速器提出流强控制请求；该磁铁电流参数为对应当前治疗室能量、且和当前降能器降能数值相匹配的电流参数；加速器对当前治疗室提供所需要的能量和流强。本发明专利技术将两套独立治疗系统，既能互为备份，又能交叉供束，为真正意义的有机融合。

【技术实现步骤摘要】
一种双源质子治疗系统及治疗控制方法
本专利技术属于生物（医疗）
，具体涉及一种双源质子治疗系统及治疗控制方法。
技术介绍
目前我国的癌症发病率越来越高，已经成为危害我国人民健康的最大杀手之一，通常的治疗方式有手术、伽马刀、质子/重离子治疗等。质子/重离子治疗主要利用加速器产生一定能量的质子/重离子束，通过各电磁元件将束流传输到靶区，轰击肿瘤细胞，达到治疗的效果。由于质子在物质中有尖锐的Bragg峰，即其能量将最大限度的损失在癌变位置，因此可以在杀死癌变细胞的同时最大程度的保护正常组织，这使得质子治疗成为目前国际上最先进的恶性肿瘤治疗手段之一，也是目前国际上流行的治疗手段之一。质子治疗系统通常由加速器、能量选择及束流传输系统、旋转或固定治疗舱等主要子系统构成。国际上目前常见的质子治疗系统多为一台加速器配备1~2个固定治疗室及3~4个旋转治疗舱以提高使用效率。由于这种高端医疗设备非常复杂，一个设备要装在多个房间内，一个配套系统绝不是一个柜子可以装下的、而是要装在几个楼里面。由于是一个非常复杂的系统，免不了有损坏的时候，或者即便没有损坏但每年要有定期检修，假设一个单源质子治疗系统工作时（单源就是一个加速器只能为其自身服务的治疗室供束，而不能为其它治疗室供束），第一加速器10配置的11、12、13任何一个治疗设备损坏时，第一加速器10还可以继续为11、12、13中没有损坏的设备供束而不会影响治疗，因为11、12、13各个设备之间是互为备份的，但是，当检修第一加速器10时，由于第一加速器10是为所有治疗室提供束流的设备，检修第一加速器10时其它设备就必须停下来，那么整套质子治疗系统就不能工作了。尽管这种高端医疗设备损坏的情况无法控制，但因为设备坏了就停止给患者治病是绝对不允许的。作为医院，治疗设备的高可靠性是最重要、是第一要素、永远摆在第一位。为了解决单源系统高可靠性不足的问题，可以采用双源质子治疗系统、将两套系统互为备份：当第一加速器10损坏时，可以用另外一套系统的第二加速器20继续为前一个系统的治疗室11、12、13供束。从而保证高可靠性。但是，实现双源质子治疗系统的难度很大。难点在于：两个单源质子治疗系统合在一起，由原来独立运行时只需要满足自身一套系统的消色差约束条件，改为要满足两套系统的消色差制约条件。进一步地，难点在于：要满足匹配两套系统的消色差制约条件，就要设计一条兼顾独立系统和跨系统的公共束流线（新的公共束流线），而这条新的公共束流线，在前半段公共束流线和后面治疗室束流线已固定的情况下，要把两者连接起来，且达到整体上消色差的目的，由于约束条件太多，匹配比较难。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种双源质子治疗系统及治疗控制方法，目的在于解决现有技术单源质子治疗系统只能满足一种消色差约束条件、而不能满足两套消色差约束条件，以及两套单源质子治疗系统不能相互融合或迅速切换的问题。本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案：一种双源质子治疗系统，包括两套可独立使用的质子治疗单元，该两套可独立使用的质子治疗单元包括第一加速器10、以及第一加速器10配置的多个治疗室和相关配套设备，第二加速器20、以及第二加速器20配置的多个治疗室和相关配套设备，分别由质子束流线将第一加速器10、以及第一加速器10配置的多个治疗室连接起来，并且将第二加速器20、以及第二加速器20配置的多个治疗室连接起来；其特征在于：在第一加速器10和第二加速器20之间设有一套用于实现消色差传输束流的公共束流线、以及相应的治疗控制系统，该公共束流线以及治疗控制系统用于将原有独立的两套质子治疗系统有机融合在一起，每台加速器产生的质子束流，不仅能够传输到其自身所在的质子治疗单元中，也可以传输到另一台质子治疗单元中。所述公共束流线由相向而设的两条消色差束流传输线交叉而成，这两条均为对称性消色差束流传输线，它们各自的一端连接到自身质子治疗单元加速器束流引出口，另一端连接到另一个质子治疗单元的束流线交叉点，该交叉点为另一个质子治疗单元多个治疗室束流线的汇聚点；所述对称性消色差束流传输线，它们各自分为前半段和后半段，该前半段包括降能器、能量选择系统部分元件、磁铁及相关传输元件，该降能器用于在治疗室治疗前将加速器引出的束流能量降低到治疗室所需的能量；该后半段用于同时实现束流偏转和消色差，包括偏转磁铁及四极透镜等对称性消色差磁铁单元：后半段当第一加速器10或第二加速器20出现故障或正常维修时，需要第一加速器10为第二加速器20的治疗室供束，或第二加速器20为第一加速器10的治疗室供束，此时从第一加速器10到第二加速器20配置的多个治疗室实现消色差束流传输、或者从第二加速器20到第一加速器10配置的多个治疗室实现消色差束流传输，消色差束流传输的束流品质，要求和原有的从第一加速器10到第一加速器10配置的多个治疗室或第二加速器20到第二加速器20配置的多个治疗室的消色差束流传输的束流品质一致，所述束流品质包括束斑大小、发散角、能散度。所述前半段为保证自身质子治疗单元从加速器向治疗室的供束，其束流传输线的磁铁及相关传输元件在后半段的消色差过程中是不能改变的、但磁场或电流通过所述治疗控制系统能够适当改变；所述后半段实现消色差，是在前半段硬件不变情况下，通过调整前半段各个磁铁的电流，辅助后半段实现消色差、束流包络控制及能量选择。所述双源质子治疗系统由两台质子加速器：所述第一加速器10配置的多个治疗室包括旋转治疗舱11、旋转治疗舱12、固定治疗室13；所述第二加速器20配置的多个治疗室包括旋转治疗舱21、旋转治疗舱22、固定治疗室33；所述相关配套设备包括各自的通用工程配套设备、以及各自的束流调试靶，该各自通用工程配套设备包括水冷设备、电源设备。所述的治疗控制系统包括：两套独立的治疗控制子系统、两套独立的加速器控制子系统、两套独立的束流线控制子系统、共用一个加速器和治疗室配对模块、共用一个治疗室对加速器流强控制模块、共用一个公共端束流线仲裁模块，所述两套独立的束流线控制子系统，既包含当前束流线控制子系统为其自身的质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，也包含当前束流线控制子系统通过新的公共束流线为另外一个质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，再通过公共模块，可使得原来独立的两个子系统实现融合，实现双源质子治疗系统加速器和束流线的组合控制；所述新的公共束流线是相对于另外一个质子治疗单元的新的公共束流线；所述通过新的公共束流线为另外一个质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，既包括新的公共束流线上的磁铁电源参数，也包括另外一个质子治疗单元的多个治疗室束流线交叉点开始的多个分支束流线上的磁铁电源参数。所述两套独立的治疗控制子系统、两套独立的加速器控制子系统、两套独立的束流线控制子系统分别布设在控制室102、控制室202中；所述共用一个加速器和治疗室配对模块、共用一个治疗室对加速器流强控制模块、共用一个公共端束流线仲裁模块，这三个模块均为公共模块，可以单独布设，也可以布设在控制室102中、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双源质子治疗系统 ，包括两套可独立使用的质子治疗单元，该两套可独立使用的质子治疗单元包括第一加速器（10）、以及第一加速器（10）配置的多个治疗室和相关配套设备，第二加速器（20）、以及第二加速器（20）配置的多个治疗室和相关配套设备，分别由质子束流线将第一加速器（10）、以及第一加速器（10）配置的多个治疗室连接起来，并且将第二加速器（20）、以及第二加速器（20）配置的多个治疗室连接起来；该两套可独立使用的质子治疗单元相向而设，且在同一时刻，两套治疗系统可以分别独立工作，也可互为备份；/n其特征在于：在第一加速器（10）和第二加速器（20）之间设有一套用于实现消色差传输束流的公共束流线、以及相应的治疗控制系统，该公共束流线以及治疗控制系统用于将原有独立的两套质子治疗系统有机融合在一起，每台加速器产生的质子束流，不仅能够传输到其自身所在的质子治疗单元中，也可以传输到另一台质子治疗单元中。/n

【技术特征摘要】
1.一种双源质子治疗系统，包括两套可独立使用的质子治疗单元，该两套可独立使用的质子治疗单元包括第一加速器（10）、以及第一加速器（10）配置的多个治疗室和相关配套设备，第二加速器（20）、以及第二加速器（20）配置的多个治疗室和相关配套设备，分别由质子束流线将第一加速器（10）、以及第一加速器（10）配置的多个治疗室连接起来，并且将第二加速器（20）、以及第二加速器（20）配置的多个治疗室连接起来；该两套可独立使用的质子治疗单元相向而设，且在同一时刻，两套治疗系统可以分别独立工作，也可互为备份；
其特征在于：在第一加速器（10）和第二加速器（20）之间设有一套用于实现消色差传输束流的公共束流线、以及相应的治疗控制系统，该公共束流线以及治疗控制系统用于将原有独立的两套质子治疗系统有机融合在一起，每台加速器产生的质子束流，不仅能够传输到其自身所在的质子治疗单元中，也可以传输到另一台质子治疗单元中。


2.根据权利要求1所述一种双源质子治疗系统，其特征在于：所述公共束流线由相向而设的两条消色差束流传输线交叉而成，这两条均为对称性消色差束流传输线，它们各自的一端连接到自身质子治疗单元加速器束流引出口，另一端连接到另一个质子治疗单元的束流线交叉点，该交叉点为另一个质子治疗单元多个治疗室束流线的汇聚点。


3.根据权利要求2所述一种双源质子治疗系统，其特征在于：所述对称性消色差束流传输线，它们各自分为前半段和后半段，该前半段包括降能器、能量选择系统部分元件、磁铁及相关传输元件，该降能器用于在治疗室治疗前将加速器引出的束流能量降低到治疗室所需的能量；该后半段用于同时实现束流偏转和消色差，包括偏转磁铁及四极透镜等对称性消色差磁铁单元：后半段当第一加速器（10）或第二加速器（20）出现故障或正常维修时，需要第一加速器（10）为第二加速器（20）的治疗室供束，或第二加速器（20）为第一加速器（10）的治疗室供束，此时从第一加速器（10）到第二加速器（20）配置的多个治疗室实现消色差束流传输、或者从第二加速器（20）到第一加速器（10）配置的多个治疗室实现消色差束流传输，消色差束流传输的束流品质，要求和原有的从第一加速器（10）到第一加速器（10）配置的多个治疗室或第二加速器（20）到第二加速器（20）配置的多个治疗室的消色差束流传输的束流品质一致，所述束流品质包括束斑大小、发散角、能散度。


4.根据权利要求3所述一种双源质子治疗系统，其特征在于：所述前半段为保证自身质子治疗单元从加速器向治疗室的供束，其束流传输线的磁铁及相关传输元件在后半段的消色差过程中是不能改变的、但磁场或电流通过所述治疗控制系统能够适当改变；所述后半段实现消色差，是在前半段硬件不变情况下，通过调整前半段各个磁铁的电流，辅助后半段实现消色差、束流包络控制及能量选择。


5.根据权利要求1所述一种双源质子治疗系统，其特征在于：所述第一加速器（10）配置的多个治疗室包括旋转治疗舱（11）、旋转治疗舱（12）、固定治疗室（13）；所述第二加速器（20）配置的多个治疗室包括旋转治疗舱（21）、旋转治疗舱（22）、固定治疗室（33）；所述相关配套设备包括各自的通用工程配套设备、以及各自的束流调试靶，该各自通用工程配套设备包括水冷设备、电源设备。


6.根据权利要求1所述一种双源质子治疗系统，其特征在于：
所述的治疗控制系统包括：两套独立的治疗控制子系统、两套独立的加速器控制子系统、两套独立的束流线控制子系统、共用一个加速器和治疗室配对模块、共用一个治疗室对加速器流强控制模块、共用一个公共端束流线仲裁模块；所述两套独立的束流线控制子系统，既包含当前束流线控制子系统为其自身的质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，也包含当前束流线控制子系统通过新的公共束流线为另外一个质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，再通过公共模块，可使得原来独立的两个子系统实现融合，实现双源质子治疗系统加速器和束流线的组合控制；所述新的公共束流线是相对于另外一个质子治疗单元的新的公共束流线；所述通过新的公共束流线为另外一个质子治疗单元的多个治疗室供束的磁铁电源参数，既包括新的公共束流线上的磁铁电源参数，也包括另外一个质子治疗单元的多个治疗室束流线交叉点开始的多个分支束流线上的磁铁电源参数；
所述两套独立的治疗控制子系统、两套独立的加速器控制子系统、两套独立的束流线控制子系统分别布设在控制室（102）、控制室（202）中；所述共用一个加速器和治疗室配对模块、共用一个治疗室对加速器流强控制模块、共用一个公共端束流线仲裁模块，这三个模块均为公共模块，可以单独布设，也可以布设在控制室（102）中、或者布设在控制室（202）中；
该共用一套加速器和治疗室配对模块，向上分别连接两套独立的治疗控制子系统，向下连接共用的治疗室对加速器流强控制模块；该公共端束流线仲裁模块，向上连接共用的加速器和治疗室配对模块、向下分别连接两套独立的束流线控制子系统；该共用的治疗室对加速器流强控制模块，向上连接共用的加速器和治疗室配对模块、向下分别连接两套独立的加速器控制子系统；
所述的治疗控制子系统用于治疗时发出束流申请；所述的加速器控制子系统用于控制加速器的运行和束流的引出；所述束流线控制子系统用于控制束流线上磁铁电流、根据配对结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天爵，魏素敏，殷治国，管锋平，卢晓通，王飞，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11