[发明专利]用于粒子治疗的紧凑机架

说明书

技术领域

本发明涉及用于放射治疗的带电粒子治疗设备。更具体地，本发明涉及用于输送粒子束的紧凑机架。

背景技术

使用带电粒子(例如，质子、碳离子等)的放射疗法被证实是精确且适形的放射治疗技术，其中能够将高剂量输送到靶区同时使围绕健康组织的剂量最小化。粒子治疗设备包括：加速器，该加速器产生高能带电粒子；束传输系统，该束传输系统用于将粒子束引导到一个或多个治疗室；以及用于每个治疗室的粒子束输送系统。人们能够区分两种类型的束输送系统，即能够区分将束从固定放射方向输送到靶的固定束输送系统以及能够将束从多个放射方向输送到靶的旋转束输送系统。这种旋转束输送系统还被称为机架。靶通常被定位在由机架的旋转轴线与中心束轴线的交叉限定的固定位置。该交点被称为等中心点，并且能够将束从各个方向输送到等中心点的这种类型的机架被称为等中心机架。

机架束输送系统包括用于整形该束以匹配靶的装置。存在用于粒子束治疗以整形该束的两种主要技术：更常见的被动式散射技术以及更先进的动态辐射技术。动态辐射技术的示例是所谓的笔形束扫描(PBS)技术。在PBS中，窄笔形束被磁性扫描到与中心束方向正交的平面上。通过扫描磁体的适当控制来获得靶区的横向一致。通过改变粒子束的能量，靶区中以其固定粒子能量表征的不同层能够随后被照射。由此，粒子辐射剂量能够被输送到整个3D靶区。

在患者身上具有足够穿透深度所需的粒子束能量取决于所使用的粒子类型。例如，对于质子治疗，束能量通常在70MeV和250MeV之间。申请人已经构造出结合高达235MeV的质子束能量使用的质子机架。这种机架在图1A中被示出并且该机架构造由J.B.Flanz在“Large Medical Gantries”，Proceedings of the 1995 Particle Accelerator Conference，Volume 3，p 2007-2008中进行描述。在该机架中，束在借助45°偶极磁体12偏转之前由一系列四极第一次聚集，并且接着，该束在其借助135°偶极磁体15弯曲并且朝向等中心点(垂直于旋转轴线)之前由5个四极磁体19进一步聚焦。该机架还包括两个扫描磁体18，以沿两个正交方向扫描该束以供笔形束扫描使用。由于在135°的最后偏转磁体与等中心点之间3m的大距离，因此这些扫描磁体18被安装在最后偏转磁体下游。在最后偏转磁体15与扫描磁体18之间安装有两个附加的四极磁体19。这种机架的缺点在于其具有大尺寸：大约10m的直径以及超过10m的长度。该机架还具有高制造成本。

用于质子和碳治疗的机架的更新概述由U Weinrich在“Gantry design for proton and carbon hadrontherapy facilities”，Proceedings of EPAC 2006(European Particle Accelerator Conference)，Edingburgh，Scotland中给出。如所示的，全部质子等中心机架具有在9m至12m之间的纵向尺寸以及束从机架旋转轴线的最大径向位移，该最大径向位移在32m与5m之间变化。

旋转粒子机架包括：旋转束线，该旋转束线总体上包括用于在真空中传输粒子束的真空管；用于使粒子束聚焦和散焦的各个四极磁体；用于使粒子束弯曲的各个偶极磁体；以及用于监测该束的束监测器。本申请中提出的旋转机架类别是所谓的单平面旋转机架，该单平面旋转机架包括构造成使得在机架束线的每个偶极磁体中的弯曲发生在同一平面内的偶极磁体。该单平面机架类别不同于另一类别的机架(具有两个正交弯曲平面的所谓“螺旋拔塞器式(cork-screw)”机架)。在单平面机架类别中，当前存在两种主要构造，这些构造在图1B中示意性地示出，其中示出了由这些机架中的束跟随的中心束路径。该束大致平行于旋转轴线在耦合点或入口点11处进入该机架并且在进入第一偶极磁体12、13之前以第一直束线段开始。该耦合点或入口点被限定为束线的固定部与旋转机架的束线之间的过渡部。单平面机架的两种主要构造之间的差别与安装在机架中的偶极磁体的数量有关。单平面机架的偶极的弯曲平面还被称为“水平”平面并且非弯曲平面被称为“竖直”平面或Y平面。