一种用于高能电子放疗的剂量优化装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于放疗束流调控领域，具体涉及一种用于高能电子放疗的剂量优化装置，包括：间隔设置的散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组；散焦磁透镜组使得束流在

【技术实现步骤摘要】
一种用于高能电子放疗的剂量优化装置


[0001]本专利技术属于放疗束流调控领域，更具体地，涉及一种用于高能电子放疗的剂量优化装置
。

技术介绍

[0002]放射治疗是恶性肿瘤的重要治疗手段，大约有
70
％的癌症患者在治疗过程中需要放疗
。2000
年，能量范围在
150
～
250MeV
的高能电子
(VHEE,Very High Energy Electron)
首次被提出用于放射治疗
。
传统的低能电子穿透深度较浅，仅适用于治疗浅表肿瘤，比如乳腺癌和皮肤癌等
。
相比之下，高能电子具有强穿透性，可用于治疗深部肿瘤
(15
～
30cm)。
[0003]目前，高能电子在癌症治疗方面展现了极大的潜力
。
与其他粒子放疗方式相比，高能电子放疗具有较多优势：第一，高能电子在空气和人体中的侧向散射低；第二，高能电子对于密度不均匀区域的敏感度极低，更适用于高度不均匀组织和较容易移动的病灶，特别是肺癌等；第三，高能电子放疗的成本低
、
占地面积小；第四，高能电子容易实现高剂量率传递和快速笔束扫描，有效提高了治疗的有效性，可用于先进的闪光放射治疗
(Flash Radiotherapy)。
[0004]欧洲核子研究中心
(CERN)
直线电子加速器可以产生高能电子，然而准直的高能电子束在入射路径上产生的剂量分布较均匀，导致了较高的表面剂量和出射剂量，不利于肿瘤周围正常组织的保护，临床实用价值不大，难以实现更高级的适形调强放疗
。
[0005]因此，为实现高能电子的实际临床运用，需避免高能电子在患者体内剂量分布准均匀的问题
。

技术实现思路

[0006]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高能电子放疗的剂量优化装置，其目的在于避免高能电子束在入射路径上产生准均匀的剂量分布
。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于高能电子放疗的剂量优化装置，包括：间隔设置的散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组；
[0008]所述散焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈散焦效果，以用于将原始准直高能电子束进行扩展；扩展后的电子束经过位于散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组之间的漂移段进一步扩展并到达所述聚焦磁透镜组，所述聚焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈现相互对称的聚焦效果，以用于将经所述漂移段扩展后的电子束聚焦于目标上；其中，所述散焦磁透镜组的结构参数以及位于散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组之间的漂移段的长度，使得经过两次扩展后到达所述聚焦磁透镜组的电子束直径
D
小于所述聚焦磁透镜组的电子束入射窗口
。
[0009]进一步，所述散焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈相互对称的散焦效果
。
[0010]进一步，所述散焦磁透镜组和
/
或所述聚焦磁透镜组为由四极磁铁构成的
FODO
结
构
。
[0011]进一步，所述散焦磁透镜组和所述聚焦磁透镜组的结构参数均包括：四极磁铁的个数
、
相邻两个四极磁铁之间的漂移段长度以及每个四极磁铁的厚度和磁场梯度；
[0012]所述剂量优化装置在实际应用中，所述散焦磁透镜组的各结构参数取值固定；所述聚焦磁透镜组的除磁场梯度以外的各结构参数取值固定，聚焦磁透镜组中的各四极磁铁的磁场梯度随实际所需聚焦强度而调整
。
[0013]进一步，所述散焦磁透镜组的各结构参数取值为：四极磁铁的个数为三个；沿着电子束发射方向所排列的三个四极磁铁的厚度分别为
36cm、36cm、26cm
，相邻两个四极磁铁之间的漂移段的长度分别为
36cm、18cm
，沿着电子束发射方向所排列的三个四极磁铁的磁场梯度分别为
‑
20.78T/m、10.22T/m、2.42T/m
；
[0014]所述聚焦磁透镜组的除磁场梯度以外的各结构参数取值为：四极磁铁的个数为三个；沿着电子束发射方向所排列的三个四极磁铁的厚度分别为
26cm、26cm、36cm
，相邻两个四极磁铁之间的漂移段的长度分别为
18cm、36cm
；
[0015]位于所述散焦磁透镜组和所述聚焦磁透镜组之间的漂移段的长度为
3m。
[0016]进一步，所述聚焦磁透镜组距离所述目标的位置根据公式
f
＝
F/D
确定，其中，
F
表示焦距，用于确定所述聚焦磁透镜组距离所述目标的位置；
f
为聚焦因子，表征所述聚焦磁透镜组的聚焦强度，聚焦因子越小，聚焦强度越大
。
[0017]进一步，所述聚焦因子
f
的取值范围为
1.2
～
9.0。
[0018]本专利技术还提供一种用于高能电子放疗的束流传输系统，配置有如上所述的一种用于高能电子放疗的剂量优化装置
。
[0019]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：
[0020](1)
本专利技术相当于提出了一种用于高能电子放疗剂量优化的磁聚焦系统装置，即采用散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组，散焦磁透镜组能够：使得束流在
x、y
两个横向方向上呈散焦效果，用于将原始准直高能电子束进行扩展；而聚焦磁透镜组能够：使得束流在
x、y
两个横向方向上呈现相互对称的聚焦效果，用于将经所述漂移段扩展后的电子束聚焦于目标上，其中，散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组间隔设置，以具有漂移段，对散焦磁透镜组输出的束流进行二次扩展
。
本专利技术提出的先扩束再聚焦的思想，改变了原始束流沿传输路径几乎均匀的分布特点，从而消除了原始束流准均匀分布带来的靶区剂量沉积过高
、
表面和出射剂量过高
、
正常组织沉积剂量过高的问题，从而优化剂量分布效果，能够用于实现肿瘤靶区的高度局部剂量沉积
。
[0021](2)
本专利技术利用先扩束后聚焦的方式所设计的剂量优化装置，能够将高能电子聚焦到人体的微小目标体积上，在保证肿瘤靶区剂量一致的前提下，显著降低表面剂量和出射剂量，显著降低对肿瘤靶区周围正常组织的伤害，提高放射治疗的效果
。
[0022](3)
本专利技术提出的剂量优化装置，可固定散焦磁透镜组的结构参数
、
位于散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组之间的漂移段的长度以及聚焦磁透镜组中的除磁场梯度以外的结构参数，通过调节聚焦磁透镜组中各四极磁铁的磁场梯度，灵活实现所需的聚焦强度，进而结合公式
f
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于高能电子放疗的剂量优化装置，其特征在于，包括：间隔设置的散焦磁透镜组组和聚焦磁透镜组；所述散焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈散焦效果，以用于将原始准直高能电子束进行扩展；扩展后的电子束经过位于散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组之间的漂移段进一步扩展并到达所述聚焦磁透镜组，所述聚焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈现相互对称的聚焦效果，以用于将经所述漂移段扩展后的电子束聚焦于目标上；其中，所述散焦磁透镜组的结构参数以及位于散焦磁透镜组和聚焦磁透镜组之间的漂移段的长度，使得经过两次扩展后到达所述聚焦磁透镜组的电子束直径
D
小于所述聚焦磁透镜组的电子束入射窗口
。2.
根据权利要求1所述的剂量优化装置，其特征在于，所述散焦磁透镜组使得束流在
x、y
两个横向方向上呈相互对称的散焦效果
。3.
根据权利要求1所述的剂量优化装置，其特征在于，所述散焦磁透镜组和
/
或所述聚焦磁透镜组为由四极磁铁构成的
FODO
结构
。4.
根据权利要求1所述的剂量优化装置，其特征在于，所述散焦磁透镜组和所述聚焦磁透镜组的结构参数均包括：四极磁铁的个数
、
相邻两个四极磁铁之间的漂移段长度以及每个四极磁铁的厚度和磁场梯度；所述剂量优化装置在实际应用中，所述散焦磁透镜组的各结构参数取值固定，所述聚焦磁透镜组的除磁场梯度以外的各结构参数取值固定，聚焦磁透镜组中的各四极磁铁的磁场梯度随实际所需的聚焦强度而调整
。5.
根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊宽军，樊丹蕾，王健，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：