用离子束进行放射治疗的粒子加速器制造技术

本发明专利技术涉及一种利用离子束（１５０）进行放射治疗的粒子加速器。该粒子加速器包括六重同步加速器环（１００），其具有六个直线离子束段（１至６）和六个曲形离子束段（７至１２）。用于将直线加速离子束引入同步加速器环（１００）的射入装置（４３）布置在六个直线离子束段（１至６）的直线离子束段（１）中。沿着第二直线离子束段（５）的路线，存在至少一个用于离子束的加速装置（４４）。用于将几个循环之后高速加速的离子束引出的引出装置（４５）设置在第三直线离子束段（４）中。每个曲形离子束段（７至１２）包括一对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）。水平散焦的四极磁体（３１至３６）布置在每对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）之间；以及水平聚焦的四极磁体（２５至３０）在直线离子束段（１至６）中布置在每对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）的上游。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用离子束进行放射治疗的粒子加速器。这种粒子加速器可以参见文献DE10010523C2，粒子加速器的部件包括将不同材料电离的不同离子源、用于选择离子的质谱仪、用于对离子进行直线预加速的加速器以及用于将离子射入六重同步加速器环的射入装置。六重同步加速器环用于对离子进行进一步高速加速。此外，公知的粒子加速器包括引出装置，其用于将高速加速的离子从同步加速器环分离到带有偏转磁体的离子束引导段中，从而到达患者的相应放射部位。在利用离子束进行放射治疗的粒子加速器中用于对离子束进行高速加速的主要部件是同步加速器环，其中通过同步加速器环中与加速循环一致的多个受控循环，提供具有这样能量的离子，即，正好足以破坏预定深度处患病组织的体积元，而不损坏上方的健康覆盖组织。因此，与回旋加速器相反，在同步加速器中各个循环之间产生的是不同的放射剂量，每个放射剂量只具有到达不同预定深度所需的放射能量。在回旋加速器中，不管真正的需要，在各个循环中总是一直产生最大的预定放射能量，因为每次所需的放射能量是在加速之后通过在适当厚度的吸收器中进行减速来进行调节的，因此这增加了环境的放射负荷。在该过程中，只有一小部分加速粒子束可以用于放射治疗，这违背了环境保护准则。上述文献中公开的六重同步加速器环具有六个直线离子束段和六个曲形离子束段，其在第一直线离子束段中包括用于将直线加速的离子束引入同步加速器环的射入装置，并且在第二直线离子束段路线中具有至少一个离子束加速装置，在第三直线离子束段处，在几个循环之后的循环分离的末尾，利用引出装置将调节了剂量的高速加速离子束引入离子束引导段中。除上述部件之外，在公知的同步加速器环中有三个缓冲磁体布置在直线离子束段中，在将离子射入同步加速器环之后，所述缓冲磁体在多个循环中使离子束居中，一个缓冲磁体布置在其中还布置有射入装置的直线离子束段中。因此，在公知的六重同步加速器环中，在每个曲形离子束段中布置有细长实心的重量以吨计的偶极磁体，偶极磁体具有H型结构的线圈和极靴，用于将离子束水平偏转60°，为了水平稳定离子束，水平聚焦的四极磁体和水平散焦的四极磁体顺序布置在离子束进入偶极磁体孔径的入口上游。公知的具有同步加速器环的粒子加速器的一个缺陷在于，离子束通过偶极磁体到达下一个直线离子束段必须经历较长的距离。这需要较大的孔径。这与偶极磁体的使用不利地联系在一起，偶极磁体因为需要较大的电脉冲功率而在材料方面较为复杂，这增加了磁体和磁体电源的投资成本以及运行成本。除此之外，对于细长实心的重量以吨计的偶极磁体所固定布置的基座还存在严格的技术要求，这对建造和投资成本造成压力。最后，还存在维护和修理方面的问题，因为需要与待移动的物体质量相称的沉重的抬升和运输设备，这增加了运行成本。此外，大尺寸的偶极磁体还导致需要不利地使用至少两个切隔磁体作为引出装置，直线离子束段中的切隔磁体能够在引出过程中引导离子束经过偶极磁体并且引出同步加速器环。采用可以在各个脉冲之间进行调节的离子束的能量进行动态光栅扫描方法的概念对于利用离子束进行放射治疗证明是成功的。用于这种形式的放射技术的最佳类型的加速器是同步加速器。在GSI Darmstadt，重离子同步加速器SIS多年来已经成功用于利用离子束进行放射治疗的开发。在海德堡大学医院(UniversityHospital in Heidelberg)，目前正在建造具有小型同步加速器的新型加速器系统，用于利用离子束进行放射治疗的医疗应用中，这可以参见下列文献海德堡医院进行癌症治疗的专用离子束设备(The Proposed Dedicated Ion Beam Facility for Cancer Therapy atthe Clinic in Heidelberg)，EPAC 2000。重离子同步加速器SIS是更大型的加速系统，其根据不同的技术概念而设计。然而，Heidelberg的加速器系统配备有上述六重同步加速器，这就涉及到与偶极磁体和相关部件(例如四极磁体、缓冲磁体和切隔磁体)相关的以及与投资、建造和运行成本相关的上述缺陷。本专利技术基于利用离子束进行放射治疗并且克服现有技术缺陷的粒子加速器的制造的技术问题，并且提供一种利用离子束进行放射治疗的粒子加速器，该粒子加速器在完全电子控制下可靠地提供精确的离子束，从而利用离子束进行放射治疗。该问题由独立权利要求1的主题解决。根据从属权利要求可以很清楚本专利技术的有利改进。因此，根据本专利技术，提供了一种利用离子束进行放射治疗的粒子加速器，其中粒子加速器包括同步加速器环(100)，其具有直线离子束段(1至6)、曲形离子束段(7至12)、射入装置(43)、引出装置(45)以及至少一个加速装置(44)，其中，-至少一个曲形离子束段(7至12)包括一对偶极磁体(13/14、15/16、17/18、19/20、21/22和23/24)；-水平散焦的四极磁体(31至36)分别布置在成对偶极磁体(13/14、15/16、17/18、19/20、21/22和23/24)之间；-水平聚焦的四极磁体(25至30)布置在每对偶极磁体(13/14、15/16、17/18、19/20、21/22和23/24)的上游。此外，根据本专利技术，提供了一种利用离子束进行放射治疗的粒子加速器，其中粒子加速器包括同步加速器环，其具有多个直线离子束段和多个曲形离子束段。用于将直线加速离子束引入同步加速器环的射入装置布置在所述多个直线离子束段的一个直线离子束段中。沿着另一个直线离子束段的路线，存在至少一个用于离子束的加速装置。用于将几个循环之后高速加速的离子束引出的引出装置设置在又一个直线离子束段中。所述多个曲形离子束段中至少一个包括一对偶极磁体，水平散焦的四极磁体布置在成对偶极磁体之间，聚焦的四极磁体布置在成对偶极磁体的上游。该粒子加速器的优点在于长的曲形离子束段在包括两个偶极磁体的成对偶极磁体之间共用，其通过具有H型结构的线圈和极靴的细长而实心的重量以吨计的偶极磁体预先形成。因为离子束在偶极磁体对的各个偶极磁体中的行进长度变短，因此有利的是，可以大大减小孔径，并因此使得偶极磁体重量更轻，并且为其提供改进的线圈和极靴构造。另外，根据本专利技术的偶极磁体对的布置提供了将水平散焦的四极磁体布置在成对偶极磁体之间的有利机会，这进一步降低对于孔径和四极磁体强度的需求。成对偶极磁体中的偶极磁体优选彼此前后地紧密布置在曲形离子束段中，使得正好一个散焦四极磁体可以布置在成对偶极磁体的偶极磁体之间。偶极磁体对优选具有包括窗框磁体类型和H磁体类型组合(也可以称为WF/H类型)的线圈结构。因为缩短轨迹长度并且缩小孔径，可以实现该有利的磁体类型，并且该磁体类型允许使用这样的偶极磁体，即具有小得多的横截面以及相应更小的重量，并且大大降低对于电脉冲功率的需求。此外，在本专利技术的优选实施例中，缓冲磁体以这样的方式布置在用于射入装置的直线离子束段外部，在六个直线离子束段中的另外三个段中，即一个缓冲磁体布置在射入装置下游并且至少一个缓冲磁体布置在射入装置上游。该实施例具有如下优点，即不会使用于射入装置的直线离子束段超负荷，使得可以使用六个短的直线离子束段，这对于同步加速器环的总体尺寸具有有利效果。此外，意图通过调节两个缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用离子束进行放射治疗的粒子加速器，其中粒子加速器包括同步加速器环（１００），其具有直线离子束段（１至６）、曲形离子束段（７至１２）、射入装置（４３）、引出装置（４５）以及至少一个加速装置（４４），其中，－至少一个曲形离子束段（７至１２）包括一对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）；－水平散焦的四极磁体（３１至３６）布置在成对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）之间；－水平聚焦的四极磁体（２５至３０）布置在成对偶极磁体（１３／１４、１５／１６、１７／１８、１９／２０、２１／２２和２３／２４）的上游。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯布拉舍，伯恩哈德弗兰扎克，
申请(专利权)人：重离子研究有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]