本公开提供一种紧凑型医用重粒子全直线加速器，该加速器包括：离子源，用于产生重离子束；射频四极场直线加速器，通过束流输运线与离子源连接，用于将重离子束加速至第一能量水平；漂移管直线加速器，通过低能束流输运线与射频四极场直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第二能量水平；第一高梯度直线加速器，通过中能束流输运线与漂移管直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第三能量水平；第二高梯度直线加速器，通过第一高能束流输运线与第一高梯度直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第四能量水平；第一分束器，通过第二高能束流输运线与第二高梯度直线加速器连接，用于将第四能量水平的重离子束配送至至少一个治疗终端。少一个治疗终端。少一个治疗终端。
【技术实现步骤摘要】
紧凑型医用重粒子全直线加速器及应用
[0001]本公开涉及医疗设备
，具体涉及一种紧凑型医用重粒子全直线加速器及应用。
技术介绍
[0002]目前，恶性肿瘤已经成为严重威胁人类健康的主要公共卫生问题之一，实现肿瘤的治疗已成为医疗界亟待解决的问题。质子、重离子具有布拉格峰效应，从而在医疗领域的应用越来越广泛。随着世界各国治癌技术研究和开发的快速发展，粒子治疗肿瘤以其对正常组织细胞辐射损伤小、对肿瘤靶区杀伤力大、可准确定位和精确控制照射剂量等独特优势，成为当今国际上先进、科学和有效的放疗手段，粒子治疗装置也成为当前国际上肿瘤放射治疗的主流装备。
[0003]对于重离子肿瘤治疗，通常需要粒子加速器提供能量为120MeV/u～400MeV/u的
12
C
6+
束流。现有的重离子癌症治疗装置的加速器主要有：以回旋加速器作为主加速器的治疗装置和以同步加速器作为主加速器的治疗装置两种方案。其中回旋加速器由于输出粒子能量是固定的，对于不同深度的肿瘤，需要利用在回旋加速器外的降能器将束流能量降到合适的值，随后经过狭缝和能量分析元件将束流能量选择并传输到治疗终端。同步加速器能够进行单周期内的多个能量平台引出和快速重复扫描技术，能够快速地实现单个肿瘤的多层照射，提高治疗速度，节省治疗时间。
[0004]目前粒子治疗设备的发展趋势主要集中在两个方面：治疗设备的轻量化小型化和治疗过程的高效率化。治疗设备的小型化是指减小加速器的整体重量和占地面积，发展紧凑型粒子癌症治疗装置，从而使得整个粒子治疗装置占地面积明显缩小，更利于治疗设备的普及。治疗过程的高效率化则是基于各项新技术的发展来提高粒子束流的利用率，节省治疗时间，提高效率。相关的技术包括：FLASH闪疗技术、快速剂量配送技术、新型的控制技术等等。
[0005]重离子FLASH治疗高剂量率的照射导致组织中的氧气耗竭，使健康组织产生辐射抵抗，从而能够在高缺氧条件下实施破坏肿瘤组织的剂量递增治疗。FLASH治疗在肿瘤控制率保持一致甚至更佳的情况下，极大的减少了对正常组织的损伤；相比常规粒子放疗需要10～30个分次而言，FLASH通常只有1～3个分次，因此治疗时间短，分次少，有效提高治疗效率，大大增加治疗人数，更可以避免治疗过程中的移动误差；节约成本，降低费用，造福更多患者；如此项技术研发成功并且应用到临床，同时间内可治疗的人数将可能达到常规治疗人数的10倍左右。
[0006]目前基于回旋加速器的治疗装置输出能量固定，降能片附近辐射剂量大，不利于设备的检修；并且通过此方式，束流存在一定强度的损失，能量分散增大，不利于束流的传输和利用。基于同步加速器的治疗装置束流提取时间长，大约一秒钟，从而导致平均肿瘤体积的治疗时间长，影响了患者在治疗期间的舒适度，而且治疗中心每天接收的患者数量也会受到影响，降低了设施的经济可持续性。另外回旋加速器和同步加速器占地面积大、建造
费用高，不利于实现治疗设备的轻量化小型化。同时治疗过程高效率化的FLASH闪疗技术要求加速器能量响应时间约为10ms。回旋加速器的能量相应时间大于50ms，同步加速器的能量相应时间达到1～2s，都不能满足治疗过程高效率化FLASH闪疗技术的要求。
[0007]基于全直线加速器肿瘤治疗装置性能优越、结构简单、布局紧凑，可以实现重离子癌症治疗装置的小型化，同时重离子全直线加速器的能量相应时间为1～2ms，可以满足治疗过程高效率化FLASH闪疗技术要求。技术要求。通过比较可以看到重离子全直线加速器优势有：
[0008]1)能够主动调节能量，且能量调制时间短，可以实现快速处理。
[0009]2)输出束斑尺寸小且发射度小。
[0010]3)控制系统相对简单。
[0011]4)加速器尺寸可以通过使用高梯度加速结构来降低，使整个装置更加紧凑。
[0012]回旋加速器、同步加速器、直线加速器的性能比较见表1。
[0013]表1
[0014]名称回旋加速器同步加速器直线加速器束流流强高满足满足粒子能量固定可调可调能量调制被动吸收器主动调节主动调节能量响应时间50
‑
100ms1
‑
2s1
‑
2ms束流品质一般好优质活化辐射严重低极低运行控制简单复杂极易紧凑化实现高磁场高磁场高加速梯度+高磁场
技术实现思路
[0015](一)要解决的技术问题
[0016]针对上述问题，本公开提供了一种紧凑型医用重粒子全直线加速器及应用，用于解决传统加速器占地面积大、治疗效率低等技术问题。
[0017](二)技术方案
[0018]本公开一方面提供了一种紧凑型医用重粒子全直线加速器，包括：离子源，用于产生重离子束；射频四极场直线加速器，通过束流输运线与离子源连接，用于将重离子束加速至第一能量水平；漂移管直线加速器，通过低能束流输运线与射频四极场直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第二能量水平；第一高梯度直线加速器，通过中能束流输运线与漂移管直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第三能量水平；第二高梯度直线加速器，通过第一高能束流输运线与第一高梯度直线加速器连接，用于继续将重离子束加速至第四能量水平；第一分束器，通过第二高能束流输运线与第二高梯度直线加速器连接，用于将第四能量水平的重离子束配送至至少一个治疗终端。
[0019]进一步地，第一高梯度直线加速器为边耦合漂移管直线加速器；第二高梯度直线加速器为返波行波加速结构加速器、腔耦合直线加速器、介质波导加速器中的一种。
[0020]进一步地，第一分束器为腔式分束器；第一分束器与第一高梯度直线加速器或第
二高梯度直线加速器共用功率源。
[0021]进一步地，第一高梯度直线加速器与第一高能束流输运线之间还包括第二分束器，用于将第三能量水平的重离子束配送至至少一个治疗终端。
[0022]进一步地，第一高能束流输运线包括：第一横向聚焦单元，其输入端与第一高梯度直线加速器的输出端连接，用于偏转前对重离子束进行第一次横向匹配；第一聚束器，其输入端与第一横向聚焦单元的输出端连接，用于对重离子束进行第一次纵向匹配；横向偏转单元，其输入端与第一聚束器的输出端连接，用于使重离子束偏转180
°
；第二横向聚焦单元，其输入端与横向偏转单元的输出端连接，用于对重离子束进行第二次横向匹配；第二聚束器，其输入端与第二横向聚焦单元的输出端连接，用于对重离子束进行第二次纵向匹配；第三横向聚焦单元，其输入端与第二聚束器的输出端连接，其输出端与第二高梯度直线加速器的输入端连接，用于偏转后对重离子束进行第三次横向匹配。
[0023]进一步地，第一高能束流输运线与第二高梯度直线加速器之间还包括：第三高梯度直线加速器，用于继续将第三能量水平的重离子束加速至第五能量水平，第五能量水平小于第四能量水平。
[0024]进一步地，第一高能束流输运线与第二高梯度直线加速器之间还包括：第三分束器，用于将第五能量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种紧凑型医用重粒子全直线加速器，其特征在于，包括：离子源(1)，用于产生重离子束；射频四极场直线加速器(2)，通过束流输运线与所述离子源(1)连接，用于将所述重离子束加速至第一能量水平；漂移管直线加速器(3)，通过低能束流输运线与所述射频四极场直线加速器(2)连接，用于继续将所述重离子束加速至第二能量水平；第一高梯度直线加速器(4)，通过中能束流输运线与所述漂移管直线加速器(3)连接，用于继续将所述重离子束加速至第三能量水平；第二高梯度直线加速器(5)，通过第一高能束流输运线与所述第一高梯度直线加速器(4)连接，用于继续将所述重离子束加速至第四能量水平；第一分束器(6)，通过第二高能束流输运线与所述第二高梯度直线加速器(5)连接，用于将所述第四能量水平的重离子束配送至至少一个治疗终端。2.根据权利要求1所述的紧凑型医用重粒子全直线加速器，其特征在于，所述第一高梯度直线加速器(4)为边耦合漂移管直线加速器；所述第二高梯度直线加速器(5)为返波行波加速结构加速器、腔耦合直线加速器、介质波导加速器中的一种。3.根据权利要求1所述的紧凑型医用重粒子全直线加速器，其特征在于，所述第一分束器(6)为腔式分束器；所述第一分束器(6)与所述第一高梯度直线加速器(4)或所述第二高梯度直线加速器(5)共用功率源。4.根据权利要求1所述的紧凑型医用重粒子全直线加速器，其特征在于，所述第一高梯度直线加速器(4)与所述第一高能束流输运线之间还包括第二分束器(7)，用于将所述第三能量水平的重离子束配送至至少一个治疗终端。5.根据权利要求4所述的紧凑型医用重粒子全直线加速器，其特征在于，所述第一高能束流输运线包括：第一横向聚焦单元，其输入端与所述第一高梯度直线加速器(4)的输出端连接，用于偏转前对所述重离子束进行第一次横向匹配；第一聚束器，其输入端与所述第一横向聚焦单元的输出端连接，用于对所述重离子束进行第一次纵向匹配；横向偏转单元，其输入端与所述第一聚束器的输出端连接，用于使所述重离子束偏转180
°
；第二横向聚焦单元，其输入端与所述横向偏转单元的输出端连接，用于对所述重离子束进行第二次横向匹配；第二聚束器，其输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超鹏，石健，马力祯，芮腾晖，周利荣，彭伟壮，
申请(专利权)人：杭州嘉辐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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