本发明专利技术公开了一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，属于质子治疗技术领域。该旋转机架包括第一磁体组件、降能器组件、第二磁体组件、治疗头组件；第一磁体组件包括第一偏转常温磁体和至少一块第一聚焦常温磁体；第二磁体组件包括第一、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体和至少一块第二聚焦常温磁体；第一、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体是至少具有二极、四极、六极场的组合超导磁体，且其各极磁场分量为镜像对称设置；其中，四极场分量为多段交变梯度设置，六极场分量仅在第一和第二斜螺线管线圈偏转超导磁体相互靠近的一段设置。本发明专利技术在减轻旋转机架重量、降低造价的同时，减少治疗过程中的超导磁体电流调变次数，避免导体失超。导体失超。导体失超。
【技术实现步骤摘要】
一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架
[0001]本专利技术属于质子治疗
，更具体地，涉及一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架。
技术介绍
[0002]质子治癌是一种癌症精准放射治疗方法。利用质子的布拉格峰剂量分布特性，通过调节质子束能量可以实现不同照射深度的剂量控制。实现精准的肿瘤三维适形放疗，减少对周边健康组织的损害。旋转机架是质子治癌装置的重要组成部件，负责将束流偏转，以任意角度入射人体。现有的质子治癌旋转机架基本采用常温磁体设计，机架长度普遍超过10米，重量超过100吨。较大的尺寸和重量使得旋转机架的设计、加工制造困难，造价高昂。据统计，常温旋转机架的造价通常占整个质子治癌装置的1/3。
[0003]线圈型超导磁体，由于其无铁芯和高场强的特点，可以显著降低旋转机架的尺寸和重量。然而，超导磁体具有电流调变速度慢的缺点，这会延长治疗时间、降低治疗效率。一种解决方法是扩大旋转机架的动量接受度，使得一定动量范围内的束流都可以在不改变励磁电流的情况下顺利通过机架。该方法可以有效的减少治疗过程中电流调变次数，缩短治疗时间。但是，这对旋转机架的设计提出了严苛的要求，较大的动量偏差使得超导机架的色散效应较常温机架更加明显。另外，在笔形束扫描治疗过程中，大动量分散束流经过扫描磁体偏转会引起显著的束斑畸变，严重影响治疗效果。
[0004]因此，有必要设计一种具有大动量接受度的超导旋转机架，以解决以上技术问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，旨在解决现有旋转机架体积大质量重的问题。通过束流光学设计与优化，将机架束线的质子动量接受度从常规机架的0.5％量级提高至
±
10％以上，从而在减轻旋转机架重量、降低造价的同时减少治疗过程中超导磁体电流调变次数，保持超导磁体磁场固定，避免因超导磁体磁场快速变化导致的失超问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，包括：沿质子束流向依次分布的第一磁体组件、降能器组件、第二磁体组件、具有笔形束扫描功能的治疗头组件；
[0007]所述第一磁体组件包括沿质子束流向依次分布的第一偏转常温磁体和至少一块第一聚焦常温磁体；
[0008]所述第二磁体组件包括第一斜螺线管线圈偏转超导磁体、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体和至少一块第二聚焦常温磁体；
[0009]所述第一斜螺线管线圈偏转超导磁体、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体是至少具有二极、四极、六极场的组合超导磁体，且其各极磁场分量为镜像对称设置；其中，四极场分量为多段交变梯度设置，六极场分量仅在第一斜螺线管线圈偏转超导磁体和第二斜螺线管
线圈偏转超导磁体相互靠近的一段设置。
[0010]进一步地，所述第二磁体组件还包括常温斜四极磁体；
[0011]所述常温斜四极磁体位于所述第一斜螺线管线圈偏转超导磁体和第二斜螺线管线圈偏转超导磁体之间；且所述常温斜四极磁体和至少一块第二聚焦常温磁体均可进行电流快速调变，响应速度快于3毫秒。
[0012]进一步地，所述大动量接受度超导旋转机架还包括磁体控制单元；
[0013]所述磁体控制单元用于获取预先制定的每个扫描点对应的所述常温斜四极磁体和至少一块第二聚焦常温磁体的励磁电流参数表，并在治疗过程中根据当前的扫描点位置，通过查表将所述常温斜四极磁体和至少一块第二聚焦常温磁体的励磁电流调整为设定值，使得在整个照射野中束斑能够保持均一稳定。
[0014]进一步地，所述第一偏转常温磁体为常温二极磁体，弯转半径为1.2m
‑
2.0m，弯转角度α＝30
°
～60
°
。
[0015]进一步地，所述第一斜螺线管线圈偏转超导磁体和第二斜螺线管线圈偏转超导磁体的弯转半径为0.75m
‑
1.2m，弯转角度β＝(α+90
°
)/2。
[0016]进一步地，所述降能器组件包括一对楔形降能块、以及位于所述一对楔形降能块下游的至少两个准直器。
[0017]进一步地，所述治疗头组件位于第二磁体组件下游，源轴距大于或等于1.5米。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0019](1)本专利技术将降能器组件置于束线中段，故只需要对其后的第二磁体组件部分进行高阶消色散设计，这显著降低了设计及光学匹配的难度，容易获得更大的动量接受度范围；另一方面，采用斜螺线管线圈超导组合磁体代替传统的常温磁体，机架磁体数目、重量均得到优化，显著降低机架重量和尺寸，进而减少机架制造、安装和运行成本。通过分段式、对称式地设置斜螺线管线圈偏转超导磁体的四极场分量，利用其强聚焦特性能够有效抑制色散函数，显著减少束流传输过程中因色散引起的横向束流尺寸增长。并通过调节六极场及以上场分量，消除高阶像差，能够实现
±
10％以上的大动量接受度。
[0020](2)本专利技术在第二磁体组件中配置了可进行电流快速调变的常温斜四极磁体和至少一块第二聚焦常温磁体，其磁场强度(励磁电流)的调变速度与扫描磁体相当。通过在治疗期间实时调变磁体强度保证束斑在不同扫描点处的形状保持不变，避免了使用能量狭缝限制束流的能量分散。这能够显著提高旋转机架的束流传输效率，提高束流流强，进一步缩短治疗时间。
[0021](3)基于
±
10％以上的大动量接受度，在不改变超导磁体磁场的前提下，所传递的质子能量范围可覆盖主要类型的肿瘤病灶深度；对于深度范围大的肿瘤，通过改变1至2次磁场可完成全局深度的覆盖。如此，在大动量接受度前提下，本专利技术不需要快速改变超导磁体磁场，进而避免了超导磁体在快速磁场强度(励磁电流)变化下导致的失超问题，同时又能满足快速笔形束扫描技术要求，缩短治疗时间。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例中第一磁体组件束线的束流包络示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例中第二磁体组件束线水平方向的束流包络示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例中第二磁体组件束线竖直方向的束流包络示意图；
[0026]图5为本专利技术实施例中扫描铁色散校正前的束斑扫描点阵图；
[0027]图6为本专利技术实施例中扫描铁色散校正后的束斑扫描点阵图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]在本专利技术中，本专利技术及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，其特征在于，包括：沿质子束流向依次分布的第一磁体组件、降能器组件、第二磁体组件、具有笔形束扫描功能的治疗头组件；所述第一磁体组件包括沿质子束流向依次分布的第一偏转常温磁体和至少一块第一聚焦常温磁体；所述第二磁体组件包括第一斜螺线管线圈偏转超导磁体、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体和至少一块第二聚焦常温磁体；所述第一斜螺线管线圈偏转超导磁体、第二斜螺线管线圈偏转超导磁体是至少具有二极、四极、六极场的组合超导磁体，且其各极磁场分量为镜像对称设置；其中，四极场分量为多段交变梯度设置，六极场分量仅在第一斜螺线管线圈偏转超导磁体和第二斜螺线管线圈偏转超导磁体相互靠近的一段设置。2.根据权利要求1所述的用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，其特征在于，所述第二磁体组件还包括常温斜四极磁体；所述常温斜四极磁体位于所述第一斜螺线管线圈偏转超导磁体和第二斜螺线管线圈偏转超导磁体之间；且所述常温斜四极磁体和至少一块第二聚焦常温磁体均可进行电流快速调变，响应速度快于3毫秒。3.根据权利要求2所述的用于质子治癌装置的大动量接受度超导旋转机架，其特征在于，所述大动量接受度超导旋转机架还包括磁体控制单元；所述磁体控制单元用于获取预先制...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖益诚，秦斌，刘旭，陈曲珊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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