【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗设备，具体涉及一种用于质子放疗的快速能量调节系统及质子放疗装置。
技术介绍
1、癌症是当前人类最难解决的严重疾病之一。在发达国家，其已成为人类健康的第一杀手。如何对癌症进行预防和治疗，是全世界医疗界及相关政府部门最为关注的问题之一。我国的全国肿瘤防治办公室调查资料显示，每年因癌症死亡人数约为140万，占死亡总人数的20％，并且仍在以每年1.3％的速度增长。在知识创新的21世纪，一系列新技术、新方法和新设备正在冲击着社会生活的方方面面，如何使用新技术、新方法、新设备治疗恶性肿瘤，就成了肿瘤治疗最为重要的研究方向。
2、质子治疗技术是目前国际上最先进的放射治疗技术之一，单次治疗时间仅需8分钟，无需住院。国际上已经开始使用质子治疗设备的机构有90余家，分布在16个国家，主要集中在美国、日本、德国等少数发达国家。与传统x射线放疗技术相比，质子治疗不仅能够精准实现肿瘤的“立体定向爆破”，而且能够显著降低正常组织的照射剂量，减少次级癌症发生率，最大程度提高患者的生存率及生活质量。
3、目前质子治疗已成为令人瞩目的肿瘤治疗高新技术，要实现质子治疗，需要相应的设备，质子治疗系统主要由以下几个部分组成：加速器，能量选择系统、束流传系统，旋转机架，治疗头，治疗床以及治疗计划系统等。目前商用质子治疗系统的加速器主要分为俩类：同步加速器和回旋加速器。同步加速器可以根据治疗需求引出不同能量的质子，不再要设置能量选择系统；在过去十年中，基于回旋加速器的质子治疗系统的数量呈指数级增长，是目前最常见的质子加速器，占总安
4、通过使用插入式降能器来获得临床需求的质子束流，极大的增加了肿瘤治疗换层时间，执行效率低。同时采用动量选择狭缝来控制降能后束流的能量散度，导致能量选择系统束流传输效率急速下降。尽管提出了许多改进措施以缩短质子治疗的照射时间，目前瑞士保罗谢尔研究所(psi)质子治疗系统能量切换时间最快约50-80ms。受限于机械运动，能量切换时间难以取得更大的突破。
技术实现思路
1、本专利技术实施方式的目的在于提供一种用于质子放疗的快速能量调节系统，其结构简单，使用方便，能够较好的改善上述问题。
2、本专利技术的实施方式是这样实现的：
3、本专利技术的实施方式提供了一种用于质子放疗的快速能量调节系统，与质子加速器连接使用，质子加速器能够输出固定的能量束流，该能量调节系统包括依次设置于能量束流传输线上的第一四级铁、能量切换装置和动量冷却装置，所述能量切换装置包括依次连接的第一冲击磁铁、第二四级铁、第二冲击磁铁、能量切换降能器、第三冲击磁铁和第四冲击磁铁，所述第一冲击磁铁与所述第一四级铁连接，所述第四冲击磁铁与所述动量冷却装置连接，所述能量切换降能器为一体式楔形结构，其包括低能束流降能区、理想束流降能区和高能束流降能区，所述低能束流降能区的厚度为94mm-150mm，所述理想束流降能区的厚度为86mm-94mm，所述高能束流降能区的厚度为30mm-94mm，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁的磁场调节响应时间为10us-100us。
4、进一步地，所述第一冲击磁铁和所述第二冲击磁铁用于将不同的能量束流平移至所述能量切换降能器的不同降能区，所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁用于将降能后的能量束流平移至参考中心轨道，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁对能量束流的轨迹平移距离为-16mm至16mm，各冲击磁铁的偏转角度范围为-20mrad至20mrad，对应磁场强度为-2265gs至2265gs。
5、进一步地，所述动量冷却装置包括依次连接的第三四级铁、二级铁、第四四级铁和动量冷却降能器，所述第三四级铁与所述第四冲击磁铁连接；所述二级铁用于对具有能量散度的束流轨迹进行调整，低能束流偏向二级铁的内侧，理想束流偏向参考中心轨道，高能束流偏向二级铁的外侧，所述第四四级铁用于将轨迹调整后的束流进行散焦和聚焦，使得各能量束流以平行于中心轨道的方式入射至动量冷却降能器上。
6、进一步地，所述动量冷却降能器为直角三角形结构，其包括低能束流冷却降能区、理想束流冷却降能区和高能束流冷却降能区，所述高能束流冷却降能区的厚度大于所述理想束流冷却降能区的厚度，所述理想束流冷却降能区的厚度大于所述低能束流冷却降能区的厚度。
7、进一步地，所述动量冷却降能器的斜面为能量束流入射面，其对侧的直角面为能量束流出射面，其能量束流出射面与能量束流的传输轨迹相垂直。
8、进一步地，所述第一四级铁的数量为至少两个且串联设置，所述第三四级铁的数量为至少两个且串联设置，所述第四四级铁的数量为至少两个且串联设置。
9、进一步地，所述能量切换降能器采用碳化硼制成，所述动量冷却降能器采用聚乙烯制成。
10、进一步地，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁的磁场调节响应时间为50us。
11、本专利技术的实施方式还提供了一种质子放疗装置，包括质子加速器、束流传输系统、治疗头和上述所述的快速能量调节系统，所述快速能量调节系统的一端与所述质子加速器连接，另一端与所述束流传输系统连接，所述束流传输系统与所述治疗头连接。
12、本专利技术的有益效果为：
13、本专利技术实施方式提供的用于质子放疗的快速能量调节系统，其结构简单，能量切换时间短，传输效率高，能够安全高效的传输能量散度小于15％，能量为70-230mev的质子，传输效率可达到5％。
14、本专利技术实施方式提供的质子放疗装置，能量束流利用率高，治疗时间短，大大提高了患者治疗的舒适度，具有较好的推广应用价值。
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1.一种用于质子放疗的快速能量调节系统，与质子加速器连接使用，质子加速器能够输出固定的能量束流，其特征在于：该能量调节系统包括依次设置于能量束流传输线上的第一四级铁、能量切换装置和动量冷却装置，所述能量切换装置包括依次连接的第一冲击磁铁、第二四级铁、第二冲击磁铁、能量切换降能器、第三冲击磁铁和第四冲击磁铁，所述第一冲击磁铁与所述第一四级铁连接，所述第四冲击磁铁与所述动量冷却装置连接，所述能量切换降能器为一体式楔形结构，其包括低能束流降能区、理想束流降能区和高能束流降能区，所述低能束流降能区的厚度为94-154mm，所述理想束流降能区的厚度为86-94mm，所述高能束流降能区的厚度为30-86mm，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁的磁场调节响应时间为10-100us。
2.根据权利要求1所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述第一冲击磁铁和所述第二冲击磁铁用于将不同的能量束流平移至所述能量切换降能器的不同降能区，所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁用于将降能后的能量束流平移至参考中心轨道，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁
3.根据权利要求1所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述动量冷却装置包括依次连接的第三四级铁、二级铁、第四四级铁和动量冷却降能器，所述第三四级铁与所述第四冲击磁铁连接；所述二级铁用于对具有能量散度的束流轨迹进行调整，低能束流偏向二级铁的内侧，理想束流偏向参考中心轨道，高能束流偏向二级铁的外侧，所述第四四级铁用于将轨迹调整后的束流进行散焦和聚焦，使得各能量束流以平行于中心轨道的方式入射至动量冷却降能器上。
4.根据权利要求3所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述动量冷却降能器为直角三角形结构，其包括低能束流冷却降能区、理想束流冷却降能区和高能束流冷却降能区，所述低能束流冷却降能区的厚度大于所述理想束流冷却降能区的厚度，所述理想束流冷却降能区的厚度大于所述高能束流冷却降能区的厚度。
5.根据权利要求4所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述动量冷却降能器的斜面为能量束流入射面，其对侧的直角面为能量束流出射面，其能量束流出射面与能量束流的传输中心轨迹相垂直。
6.根据权利要求3所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述第一四级铁的数量为至少两个且串联设置，所述第三四级铁的数量为至少两个且串联设置，所述第四四级铁的数量为至少两个且串联设置。
7.根据权利要求3所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述能量切换降能器采用碳化硼制成，所述动量冷却降能器采用聚乙烯制成。
8.根据权利要求1所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁的磁场调节响应时间为50us。
9.一种质子放疗装置，其特征在于：包括质子加速器、束流传输系统、治疗头和权利要求1-8中任意一项所述的快速能量调节系统，所述快速能量调节系统的一端与所述质子加速器连接，另一端与所述束流传输系统连接，所述束流传输系统与所述治疗头连接。
...【技术特征摘要】
1.一种用于质子放疗的快速能量调节系统，与质子加速器连接使用，质子加速器能够输出固定的能量束流，其特征在于：该能量调节系统包括依次设置于能量束流传输线上的第一四级铁、能量切换装置和动量冷却装置，所述能量切换装置包括依次连接的第一冲击磁铁、第二四级铁、第二冲击磁铁、能量切换降能器、第三冲击磁铁和第四冲击磁铁，所述第一冲击磁铁与所述第一四级铁连接，所述第四冲击磁铁与所述动量冷却装置连接，所述能量切换降能器为一体式楔形结构，其包括低能束流降能区、理想束流降能区和高能束流降能区，所述低能束流降能区的厚度为94-154mm，所述理想束流降能区的厚度为86-94mm，所述高能束流降能区的厚度为30-86mm，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁的磁场调节响应时间为10-100us。
2.根据权利要求1所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述第一冲击磁铁和所述第二冲击磁铁用于将不同的能量束流平移至所述能量切换降能器的不同降能区，所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁用于将降能后的能量束流平移至参考中心轨道，所述第一冲击磁铁、所述第二冲击磁铁、所述第三冲击磁铁和所述第四冲击磁铁对能量束流的轨迹平移距离为-16mm至16mm，各冲击磁铁的偏转角度范围为-20mrad至20mrad，对应的磁场强度为-2265gs至2265g。
3.根据权利要求1所述的用于质子放疗的快速能量调节系统，其特征在于：所述动量冷却装置包括依次连接的第三四级铁、二级铁、第四四级铁和动量冷却降能器，所述第三四级铁与所述第四冲击磁铁连接；所述二级铁用于对具有能量散度的束流轨迹进行调整，低能束流偏向二级铁的内侧，理想束...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪虎，戴谷宇，姜筱璇，张冉，何逸雯，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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