一种基于90度旋转束线的终端治疗系统及其操作方法

1.本发明涉及一种基于90度旋转束线的终端治疗系统及其操作方法，属于医疗设备技术领域。


背景技术：

2.由于离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布和较高的相对生物学效应，在杀死肿瘤细胞的同时能够更好的避免对正常细胞的伤害，使得离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。目前离子治癌最常用的离子是质子和碳离子。
3.碳离子线性能量密度、相对生物效应、侧向散射优势更为显著，能够产生难以修复的dna双链断裂(dsb)，通常用作癌症治疗的最优选择，但是目前投入运行的碳离子加速器的规模大，装置占地面积大，造价昂贵。
4.终端治疗系统是加速器治癌装置病人接受束流照射的区域，如果只用一个照射方向，皮肤与肿瘤间的正常细胞至少要受到1/3的肿瘤辐射剂量，形成不同程度的伤害，为减少这部分损害，增加治疗的焦皮比值，所以一个治疗疗程需要从不同方向来照射，将总剂量分成多个辐射方向，这样正常组织受到的剂量就大幅降低。布置不同照射角度终端或者采用旋转机架的作用就是使离子束流从不同的角度照射至病灶的常用方法。一台加速器需要配置不同固定角度的治疗终端，通常有水平终端、垂直终端和45度终端，为了配置这些固定角度的治疗终端，通常传输线设计的很长，采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，这使得装置占地面积增大，设备费用大幅增加，设备安装难度提高，整体投资高。
5.为了实现多角度照射，也可以使用旋转机架(gantry)技术，但由于碳离子磁刚度高，旋转机架规模过大，如德国海德堡重离子研究中心研制的重离子旋转机架重量达630吨，其中旋转部分重量达570吨，而且体积很大，加工和运行成本很高，同时为了实现束流的准确定位，要求机架转动着不同角度下其中心点的位置变化小于1.5mm，对于630吨360度可旋转的大型结构难度很高。即使国际上正在研制的超导碳离子旋转机架重量也超过200吨。而质子治疗装置磁刚度仅为碳离子磁刚度的1/3，gantry重量和体积大幅缩小，因此目前旋转机架仅成熟应用于质子治疗系统。


技术实现要素：

6.针对上述技术问题，本发明提供一种基于90度旋转束线的终端治疗系统及其操作方法，90度旋转束线固定在转轮上，通过转轮绕定轴360度旋转，可以实现水平、垂直、45度等不同角度的束流照射，治疗室沿转轮竖向圆周分布，竖向圆周分布相对水平圆周分布可以大大减小占地面积，根据需要设置不同的照射角度。该终端治疗系统不仅可用于重离子装置，也可以用于质子装置，是一种普适性方案。
7.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
8.一种基于90度旋转束线的终端治疗系统，包括：
9.转轮，所述转轮包括旋转轴以及围绕所述旋转轴共轴设置的主动轮和从动轮；
10.终端治疗系统，数量若干，若干所述终端治疗室沿所述从动轮的竖向圆周方向均匀布置，每个所述终端治疗室的墙壁上开设有过束孔；
11.90度旋转束线，安装于所述从动轮上，所述90度旋转束线传输的束流通过所述过束孔到达所述终端治疗室；
12.高能固定束运线，通过磁流体密封装置与所述90度旋转束线连接。
13.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述高能固定束运线通过90度二极磁铁偏转成所述90度旋转束线。
14.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述主动轮和从动轮之间设置有锥形筒，所述锥形筒内安装有束线设备。
15.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述主动轮上设置有齿轮，用于实现所述90度旋转束线和所述转轮任意角度的旋转。
16.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述从动轮支撑在支撑体上，所述支撑体对所述从动轮起支撑、导向作用。
17.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述从动轮上与所述90度旋转束线对称的位置设置有配重，用于实现转动系统的平衡。
18.所述的基于90度旋转束线的终端治疗系统，优选地，所述从动轮上还设置有连接调节装置，用于实现所述90度旋转束线和所述配重的连接固定。
19.基于上述终端治疗系统，本发明第二方面还提供该终端治疗系统的操作方法，包括如下步骤：
20.当用户需要进行使用时，通过所述主动轮将所述90度旋转束线旋转到需要的照射角度；
21.精确定位后，当所需束流到达所述高能固定束运线，然后经过所述磁流体密封装置，最终所述90度旋转束线接收束流并通过所述过束孔传输到对应的治疗室；
22.所述90度旋转束线中的束流在所述转轮的转动下，实现360度对用户进行照射。
23.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
24.1、本发明所提供的治疗终端系统，结构简单，安装简便，旋转质量小，单条90度旋转束线可以实现0-360度任意角度的治疗，治疗室沿旋转束线的竖直圆周方向呈“米”字型分布，相比常规的固定角度束线，该治疗室布置占地小，投资少，治疗角度覆盖全，效率高。
25.2、磁流体密封装置在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“o型密封圈”，从而达到密封的效果，真空度可以达到10-6
pa量级，完全满足离子在真空管道传输所需的真空度要求。
26.3、90度旋转束线固定在转轮上，通过转轮绕定轴360度旋转，可以实现水平、垂直、45度等不同角度的束流照射，治疗室沿转轮竖向圆周分布，可以根据需要设置不同的照射角度。该终端治疗室相比于传统的固定角度终端治疗室，最大的优势在于设备规模小，空间紧凑，占地面积小，建造成本大大降低。相对于旋转机架(gantry)，束线长度可以缩短至1/3，重量和规模大幅减小，建设成本低。该终端治疗室方案不仅可用于重离子装置，也可以用于质子装置，是一种普适性方案。
附图说明
27.图1为本发明一实施例提供的终端治疗系统中转轮的示意图；
28.图2为本发明该实施例提供的90度二极磁铁将束线偏转为90度旋转束线的示意图；
29.图3为本发明该实施例提供的终端治疗系统的分布方案总图(轴侧局部剖视图)；
30.图4为本发明该实施例提供的终端治疗系统中治疗室的分布简图；
31.图5为现有技术中传统的旋转机架中的45度束线 45度束线 90度束线偏转示意图；
32.图中各标记如下：
33.1-高能固定束运线；2-磁流体密封装置；3-主动轮；4-从动轮；5-锥形筒；6-旋转轴；7-90度旋转束线；8-齿轮；9-支撑体；10-配重；11-90度二极磁铁；12-过束孔；13-垂直治疗室；14-45度治疗室；15-水平治疗室；16-45度治疗室；17-垂直治疗室；18-45度治疗室；19-水平治疗室；20-45度治疗室；21-模拟治疗室；22-准备室；23-直梯。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
36.如图1所示，本发明所提供的基于90度旋转束线7的终端治疗系统，包括高能固定束运线1(最高能量430mev/u)和90度旋转束线7，以及将二者连接的磁流体密封装置2，磁流体密封装置2用于实现旋转过程中的真空保持。将90度旋转束线7固定在从动轮4上，从动轮4支撑在支撑体9上，支撑体9对从动轮4起支撑、导向作用。90度旋转束线7随从动轮4一起做360度旋转运动。主动轮3作为驱动轮，在主动轮3和从动轮4之间设置锥形筒5，锥形筒5内安装束线设备，在主动轮3上设置有齿轮8，用于实现90度旋转束线7和转轮任意角度的旋转。在从动轮4上和90度旋转束线7对称的位置设置配重10，用来实现转动系统的平衡，在从动轮4上还配有连接调节装置，用于90度旋转束线7和配重10与转从动轮4的连接及位置调节，90度旋转束线7随从动轮4绕旋转轴6一起转动，可以实现0-360度任意角度。
37.如图4所示，本发明所提供的基于90度旋转束线7的终端治疗室分布，包括13-10八个不同角度的治疗室。当然，可根据照射角度选择不同的治疗室分布，每个治疗室与对应的束线照射角度在侧壁上开设过束孔12，用于束流穿过防护墙到达治疗室，治疗室13-20旁边开设模拟治疗室，用于治疗前的精准定位，准备工作。90度旋转束线7与治疗室组合实现全角度治疗。
38.束线采用90度设计，主要为了获得最小终端深度和占地面积，同时也可以降低束流定位复杂度，当然采用其他偏转角度也是可行的。传输线旋转部分和固定部分连接处采用磁流体密封装置2，磁流体密封装置在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“o型密封圈”，从而达到密封的效果，是广泛公认的“零泄漏”动密封先进技术，真空度可以达到10-6
pa量级，完全满足离子在真空管道传输所需的真空度要求。90度旋转束线7通过磁流体密封装置与高能固定束运线1连接，90度旋转束线7用于实现360度任意不同角度的放射治疗，使束流精确到达肿瘤细胞所在位置和入射角度，本发明所提供的90度旋转束线7可以实现水平、垂直、45
°
等0-360度全角度的治疗。
39.在旋转束线载荷集中的位置作为旋转轴6，整体转动惯量小。为了实现动平衡，在转轮上布置相应的配重10，90度旋转束线7和转轮一起可以实现360度旋转，如图1所示。治疗室沿旋转束线的竖直圆周方向呈“米”字型分布，相比固定角度束线，该治疗室布置占地小，投资少，治疗角度覆盖全，治疗效率可提高50％。
40.传统的治疗装置包括无旋转机架的治疗系统和有旋转机架的治疗系统。
41.传统的无旋转机架的治疗系统(多个治疗室和多个固定的治疗终端)，一台加速器需要配置不同固定角度的治疗终端，通常有水平终端、垂直终端，45度终端，为了配置这些固定角度的治疗终端，通常传输线设计的很长，采用较大的偏转磁铁来实现束线的爬高和下穿，这使得装置占地面积增大，设备费用大幅增加，设备安装难度提高，整体投资高(以现有的投入使用的甘肃武威市治疗终端为例，束线需要爬到20米高的高度再下穿形成治疗终端，整体占地面积为900m2，投资700万元，本发明可将终端占地面积降低为200m2，整体投资可降至160万元。而本发明仅需一条90度旋转束线7即可实现多条常规固定束线的所有功能，治疗室沿旋转束线竖直圆周进行布置，束线规模可以缩小70％，如图3、4所示。
42.而传统的有旋转机架的治疗系统主要包含45度束线 45度束线 90度束线(分别采用2块45度二极磁铁和1块90度二极磁铁将束线进行偏转)共3段束线，机架规模大，如图5所示。而本发明仅有一条90度旋转束线7，总体旋转质量小，旋转束线质量仅为100吨，相比常规束线质量减小了70％，造价和建造难度也大幅降低，相比等中心点旋转机架，该90度旋转束线7和终端治疗系统10占地小，占地面积为200
㎡
，仅为传统固定治疗终端占地面积的20％，治疗角度覆盖全，效率高，这对于放射治疗(质子、重离子)具有重要意义。
43.基于上述终端治疗系统，本发明第二方面还提供该终端治疗系统的操作方法，包括如下步骤：
44.当用户需要进行使用时，通过主动轮3将90度旋转束线7旋转到需要的照射角度；
45.精确定位后，当所需束流到达高能固定束运线1，然后经过磁流体密封装置2，最终90度旋转束线7接收束流并通过过束孔12传输到对应的治疗室；
46.90度旋转束线7中的束流在转轮的转动下，实现360度对用户进行照射。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。