一种多角度照射射束导引系统的制作方法

1.本发明涉及一种多角度照射射束导引系统。


背景技术：

2.多角度照射射束导引系统是医用粒子加速器束流输运系统终端的一段，与束流配送系统衔接。传统的医用粒子加速器治疗系统将射束导入治疗室的方法主要有水平导入、垂直导入和导入治疗室中的旋转机架。旋转机架的造价昂贵，人们一直在探讨用其它导入射线的方法代替旋转机架的功能。增加照射角度最简单的方法是，同时用水平导入和垂直导入将射线导入治疗室，再配合治疗床小角度摆动，扩展照射角度。


技术实现要素：

3.为实现更大范围的多角度照射，本发明提供一种多角度照射射束导引系统，围绕治疗等中心，沿径向从
±
90
°
的范围将射线导入治疗室。。
4.本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种多角度照射射束导引系统，包括设置在框架内的聚束导向机构；还包括二级磁铁a和一对偏转磁铁，射线经所述的二级磁铁a偏转后沿水平方向进入可上下摆动的所述聚束导向机构中，使射线沿所述的聚束导向机构电离室、聚焦磁铁、二级磁铁b的轴心进入所述偏转磁铁之间；使射线可在
±
90
°
的范围内沿径向投射到治疗中心。
5.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的框架包括设置在基座上的两块平行的立板。
6.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的二级磁铁a夹在两块平行的立板之间，二级磁铁a偏转射线的轨迹在两块平行的立板之间的一个与立板平行的平面上。
7.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的聚束导向机构设置在两块平行的立板之间，所述的二级磁铁a的下游，包括沿射线方向依次排列的电离室a、一组聚焦磁铁、电离室b、二级磁铁b和电离室c；所述的电离室a、一组聚焦磁铁、电离室b、二级磁铁b和电离室c的轴心重合，射线从二级磁铁b偏转后的轨迹在两块平行的立板之间的一个与立板平行的平面上。
8.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的一组聚焦磁铁包括依次排列的射线方向的4颗轴心重合的聚焦磁铁。
9.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的电离室a、一组聚焦磁铁、电离室b、二级磁铁b和电离室c设置在一个u形安装架内；所述的u形安装架后端的两个支臂上分别加工一个条形孔，两个条形孔中分别嵌入一个轴心垂直于立板的轴承；两个轴承分别套在一个可一下移动的拨杆上。
10.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：还包括带动所述的聚束导向机构在两块立板之间上下移动的移动装置，所述的移动装置包括：分别在两块平行的立板相对面上各设置的两个竖向直线移动机构a，每一块立板上的两个竖向直线移动机构a上各设置
一块由竖向直线驱动机构a驱动的矩形滑板；竖向直线驱动机构a与带轮机构a活动连接；在所述的矩形滑板的相对面上竖向相对设置有直线移动机构b和在所述的直线移动机构b上滑动的直线驱动机构b；所述的直线驱动机构b与一个带轮机构b活动连接；所述的竖向直线移动机构b和竖向直线驱动机构b分别与所述的拨杆活动连接。
11.进一步的，上述的多角度照射射束导引系统中：所述的两个偏转磁铁上下对称设置在两块立板之间，聚束导向机构聚束导向后的射线与两个偏转磁铁对称设置的对称中心线重合；每个偏转磁铁包括两个磁极、两组每组n个线圈和一个c形磁轭，所述的两个磁极的内表面与立板平行，外表面加工有n个长方形线圈绕柱，沿两块立板看，两个磁极的前侧边缘为圆弧形状，后侧边缘为向后倾斜的斜线形状，上侧边缘为圆弧形状，经两个磁极偏转的射线轨迹与立板平行，并汇聚于一点，该点为多角度照射的等中心的位置；所述的两组每组n个线圈分别绕在两个磁极外侧的n个长方形绕柱上；所述的c形磁轭的两个支臂内侧壁与两个磁极外侧的n个长方形绕柱连接，两个支臂的外侧壁分别与两个矩形立板的内侧面连接。
12.本发明中，二级磁铁a、聚束导向机构中的二级磁铁b和两个偏转磁铁共同完成射束的导引，使之可在
±
90
°
的范围内沿径向投射到治疗等中心；聚束导向机构中的一组聚焦磁铁可在导引射束的较长直线段对射束进行再聚焦。
13.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。
附图说明
14.图1、多角度照射射束导引系统构成图；
15.图2、框架结构图；
16.图3、二级磁铁a位置与安装图；
17.图4、聚束导向机构结构图之一；
18.图5、聚束导向机构结构图之二；
19.图6、聚束导向机构结构图之三；
20.图7、u形安装架移动和摆动示意图；
21.图8、两个偏转磁铁位置、结构和安装图；
22.图9、偏转磁铁磁极形状图；
23.图10、导引射线轨迹图。
24.图中符号：
25.1、一个框架
26.1-1、一个矩形基座
27.1-2、两个矩形立板
28.2、一个二级磁铁a
29.3、一个聚束导向机构
30.3-1、两个竖向直线移动机构a
31.3-2、两个矩形滑板
32.3-3、四个竖向直线驱动机构a
33.3-4、一个带轮机构a
34.3-5、两个轴心与x轴平行的回旋轴
35.3-6、一个u形安装架
36.3-7、两个轴心与x轴平行的轴承
37.3-8、两个拨杆
38.3-9、两个z轴方向直线移动机构b
39.3-10、两个z轴方向直线驱动机构b
40.3-11、一个带轮机构b
41.3-12、一个电离室a
42.3-13、一组聚焦磁铁
43.3-14、一个电离室b
44.3-15、一个二级磁铁b
45.3-16、一个电离室c
46.4、两个偏转磁铁
47.4-1、两个磁极
48.4-2、两组每组n个线圈
49.4-3、一个c形磁轭
50.101、射线
51.101-1、直线射线a
52.101-2、弧形射线a
53.101-3、直线射线b
54.101-4、弧形射线b
55.101-5、直线射线c
56.101-6、弧形射线c
57.101-7、直线射线d
58.102、等中心。
具体实施方式
59.实施例1，如图1所示，本实施例是一种多角度照射射束导引系统包括一个框架1、一个二级磁铁a2、一个聚束导向机构3和两个偏转磁铁4。具体的，包括设置在框架1内的聚束导向机构3；还包括二级磁铁a2和一对偏转磁铁4，射线101经二级磁铁a2偏转后沿水平方向进入可上下摆动的所述聚束导向机构3中，使射线101沿聚束导向机构电离室、聚焦磁铁、二级磁铁b的轴心进入所述偏转磁铁4之间；使射线101可在
±
90
°
的范围内沿径向投射到治疗中心。
60.如图2所示，框架1包括一个矩形基座1-1和两个矩形立板1-2，在一个以z轴为垂直轴的xyz直角坐标系中，矩形基座1-1的表面与xy平面平行并处于xy平面下方，其长边方向与y轴平行，从y轴方向看其几何中心位于z轴上；所述的两个矩形立板1-2的底面与矩形基座1-1的上表面连接，其两个内侧面与yz平面平行，并相对于yz平面处于镜像对称的位置上。
61.图中，y轴上的箭头指向为前方(下游)，相反方向为后方(上游)。
62.本实施例以下描述时采用xyz直角坐标描述，x坐标的方向是与立板1-2垂直的方向，如图1、2中的向与观察面垂直的方向，y坐标与射线101平行，从图1、2中看就从左向右的方向，z坐标就是纵坐标，从下向上的方向也就是竖向。xy平面是水平面，zy平面就是显示面，zx面为垂直于显示面的一个面。
63.如图3所示，二级磁铁a2置于基座1-1基于y轴方向定义的后端的上方，并与两个矩形立板1-2的两个内侧面连接，其从y轴方向看的几何中心与y轴重合，其偏转射线101的轨迹与yz平面重合。本实施例中，使用的二级磁铁(包括二级磁铁a和二极磁铁b)为通用产品，目前，市场上有购，实践中形状可以有差别但原理是相同的，主要由磁极、励磁线圈和磁轭构成，励磁线圈绕在磁极上，磁极与框形磁轭的内部相连。两个磁极相对，中间有空隙，相对的磁极面的方向决定了射线偏转的方向。如磁极面与yz(水平面)平面平行，射线的轨迹就与射线yz平面平行，说射线的轨迹与射线yz平面重合，就说明磁极面相对于yz平面镜向对称，这是个因果关系。
64.为看到内部结构，将左侧的矩形立板1-2移开了一个距离。
65.如图4所示，聚束导向机构3置于矩形基座1-1的上方，二级磁铁a2的前方，包括两个竖向直线移动机构a3-1所述的两个竖向直线移动机构a3-1分别与两个矩形立板1-2两个内侧面连接，并分别与两个矩形滑板3-2活动连接；两个矩形滑板3-2每个滑板分别与两个竖向直线驱动机构a3-3活动连接；两组每组两个竖向直线驱动机构a3-3分别与两个矩形立板1-2的内侧面连接；所述四个竖向直线驱动机构a3-3与一个带轮机构a3-4活动连接。
66.如图5所示，两个矩形滑板3-2前端分别与一个轴心与x轴平行的回旋轴3-5的内环连接；母个回旋轴3-5的外环分别与一个长边为y轴方向的u形安装架3-6连接；在u形安装架3-6后端的两个支臂上分别加工一个条形孔，两个条形孔中分别嵌入一个轴心与x轴平行的轴承3-7；两个轴承3-7分别套在一个拨杆3-8上；两个拨杆3-8分别与一个竖向直线移动b3-9和一个竖向直线驱动机构b3-10活动连接；两组直线移动b3-9和直线驱动机构b3-10分别与两个矩形滑板3-2连接；两个直线驱动机构b3-10与一个带轮机构b3-11活动连接。如图5所示，为看到内部结构，隐去了左侧的矩形滑板3-2。
67.本实施例中，聚束导向机构3有时也称聚束导向节，利用聚焦磁铁聚束，采用二级磁铁导向。如图6所示，在u形安装架3-6的上表面从后端至前端沿直线依次安置一个电离室a3-12、一组聚焦磁铁3-13、一个电离室b3-14、一个二级磁铁b3-15和一个电离室c3-16；所述的一组聚焦磁铁3-13与u形安装架3-6的上表面连接；二级磁铁b3-15与u形安装架3-6的两个支臂的内侧面连接；所述沿直线排列的电离室a3-12、电离室b3-14和电离室c3-16的圆柱形轴心线重合；从电离室3-12的轴心线方向看，一组聚焦磁铁3-13的轴心线与电离室-12)的轴心线重合，二级磁铁b3-15几何中心与电离室3-12的轴心线重合；二级磁铁b3-15的射线101偏转轨迹与yz平面重合。
68.实际上，电离室是通用产品，此处它们的原理相同，用来探测射束的轴心位置和发射度，一般是两个一组。本实施例中，用a、b、c分别表示。电离室一般是圆柱形的，也有矩形的，无论是圆柱形还是矩形都是有轴心线的，本实施例中，电离室采用圆柱形的。
69.基于上述安排，如图7所示，同时驱动四个竖向直线驱动机构a3-3中的一个和两个z轴方向直线驱动机构b3-10的中的一个，可使u形安装架3-6连同其上的电离室a3-12、聚焦磁铁3-13、电离室b3-14、二级磁铁3-15和电离室c3-16沿z轴方向上下移动，同时以回旋轴
3-5的轴心线为轴心摆动。
70.如图8所示，两个偏转磁铁4置于矩形基座1-1的上方，聚束导向机构3的前方，两个偏转磁铁4相对于xy平面镜像对称，从y轴方向看两个同形偏转磁铁4组合的几何中心与y轴重合；每个偏转磁铁4包括两个磁极4-1、两组每组n个线圈4-2和一个c形磁轭4-3，两个磁极4-1的内表面与yz平面平行，并相对于xy平面镜像对称，两个磁极(4-1)的外表面加工有n个长形线圈绕柱，两组每组n个线圈4-2分别绕在两个磁极4-1外侧的n个绕柱上；c形磁轭4-3的两个支臂内侧壁与两个磁极4-1外侧的n个绕柱连接，两个支臂的外侧壁分别与两个矩形立板1-2的内侧面连接。
71.如图9所示，从x轴方向看，上方偏转磁铁4的两个磁极14-1的前方内侧边缘为圆弧形状，后侧边缘为向后倾斜的斜线形状，上侧边缘为圆弧形状，经两个磁极4-1偏转的射线101轨迹与yz平面重合，并汇聚于xyz直角坐标系的原点，该点为多角度照射的等中心102的位置。
72.下面介绍一种多角度照射射束导引系统导引射线的的路径。
73.导引射线由二级磁铁a2、聚束导向机构3中的二级磁铁b3-15和偏转磁铁4共同完成。
74.如图10所示，将导引射线101分为7段，分别是：注入射束导引系统的直线射线a101-1、经二级磁铁a2偏转的弧形射线a101-2、二级磁铁a2和二级磁铁b3-15之间的直线射线b101-3、经二级磁铁b3-15偏转的弧形射线b101-4、二级磁铁b3-15和偏转磁铁4之间的直线射线c101-5、经偏转磁铁4偏转的弧形射线c101-6和由偏转磁铁4射出的直线射线d101-7。所有直线射线和弧形射线的连接是相切相连。
75.如图9所示，经二级磁铁a2、聚束导向机构3中的二级磁铁b3-15和偏转磁铁4导引后并射出的射线d101-7与y轴的夹角可在0
°
～90
°
之间变化，再考虑到相对于xy平面镜像对称的偏转磁铁4，射线d101-7与y轴的夹角可在
±
90
°
之间变化。
76.如图7和图10所示，由于二级磁铁a2和二级磁铁b3-15之间的空间距离较长，需对直线射线b101-3进行再聚束处理，这项工作由电离室a3-12、聚焦磁铁3-13和电离室b3-14共同完成。所谓再聚束是指，在射束注入射束导引系统之前，已经过多次聚束，使射束的发射度达到最佳状态，但经过二级磁铁a2偏转后发射度会发生变化，射束的截面也会发生变化，需要再次进行聚束。余下的电离室c3-16负责探测经二级磁铁b3-15偏转后射束的轴心线位置。
77.理论上，二级磁铁b3-15是可以取消的，但这要求从x轴方向看到的偏转磁铁4磁极4-1的后侧边缘加工成曲线，且这个曲线是由很多不同半径的短弧线连接而成，这会给偏转磁铁4磁极4-1的加工带来很大的困难。另一方面，在没有二级磁铁b3-15的情况下，要求偏转磁铁4磁极4-1两个磁极之间的磁场强度分布要非常均匀，这也给偏转磁铁4磁极4-1的加工带来极大的难度。增加二级磁铁b3-15后，相当于经二级磁铁a2偏转并射出的射线直线射线b101-3和从等中心102倒推的经偏转磁铁4磁极4-1偏转并射出的直线射线c101-5在二级磁铁b3-15磁极的两个端面处回合，再由二级磁铁b3-15偏转的弧形射线b101-4与它们相切相连。这会使偏转磁铁4的加工难度大幅度降低。所以二级磁铁b3-15的设置构成了本多角度照射射束导引系统的关键环节。