[发明专利]一种调节旋转机架等中心点束斑大小的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于粒子放疗(质子或重离子)装置研制领域，更具体地，涉及一种利用传输矩阵元素匹配，根据镜像比例动态地调节旋转机架等中心点束斑大小的方法及系统。

背景技术

粒子放疗是目前癌症精准放射治疗方法。基于质子或重离子束独特的布拉格峰剂量分布特性，通过调节束流能量可实现不同深度的布拉格峰剂量控制，从而实现精准的放射治疗。通常医用粒子加速器类型为回旋加速器或者同步加速器，经由加速器产生束流和输运线传输，最终通过旋转机架实现束流在人体内的精准定位。

对于质子治疗装置，旋转机架的定位精度和束流调节的稳定性是十分重要的指标。根据治疗需求，针对不同的肿瘤病灶，可能需要采取不同的束流参数，比如束斑大小，能量和流强等。

在旋转机架束流输运的常规设计中，通常是通过匹配束流包络和束斑形态来调节等中心点束斑尺寸。但是这种方法非常受限于系统的稳定性和取决于入口处的束斑形态，不仅仅是入口处的束斑大小。比如初始的束流发射角或者相空间形态有所变化，都会影响最终的束斑大小。该方法对加速器引出束流稳定性和系统稳定性要求极高，对于临床应用存在稳定性和安全性等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通过直接匹配传输矩阵元素，根据镜像比例动态地调节旋转机架等中心点束斑大小的方法及系统。由此解决现有旋转机架治疗装置中束斑大小调节时稳定性较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种调节旋转机架等中心点束斑大小的方法，包括：

对旋转机架入口处的束流进行准直，以确保入口处束斑大小稳定不变；

根据治疗需要的等中心点处的目标束斑大小，计算所述目标束斑大小与旋转机架入口处的束斑大小的镜像比例，由所述镜像比例得到传输矩阵中的元素R₁₁和R₃₃；

保持所述传输矩阵中的元素R₁₂＝R₃₄＝0以满足镜像调节要求，以及保持所述传输矩阵中的元素R₁₆＝R₂₆＝0以满足消色散要求；

由匹配后的传输矩阵得到治疗需要的等中心点处的所述目标束斑大小。

优选地，治疗需要的等中心点处的不同束斑尺寸匹配对应的传输矩阵元素R₁₁和R₃₃。

优选地，所述传输矩阵为一阶6*6维的束流传输矩阵。

优选地，所述由匹配后的传输矩阵得到治疗需要的等中心点处的所述目标束斑大小，包括：

通过改变所述旋转机架中的四极磁铁强度和所述旋转机架中的二极磁铁边缘角度来满足所述传输矩阵中的元素值和束流包络控制，以由匹配后的传输矩阵得到治疗需要的等中心点处的所述目标束斑大小。

优选地，在所述旋转机架入口处的束流参数与所述旋转机架中的输运线段磁铁参数保持不变，且在所述旋转机架入口处的束流横向参数具有旋转对称性。

本发明还提供了一种实现上述任意一项所述的调节旋转机架等中心点束斑大小方法的旋转机架系统，包括：束流准直模块、四极磁铁、二极磁铁以及控制模块；

所述束流准直模块，用于对旋转机架入口处的束流进行准直，以确保入口处束斑大小稳定不变；

所述控制模块，用于根据治疗时所需的束斑大小，计算等中心点处与入口处的镜像比例，即为传输矩阵元素R₁₁和R₃₃，另镜像调节要求：R₁₂＝R₃₄＝0，消色散要求：R₁₆＝R₂₆＝0。通过匹配四极磁铁强度和二极磁铁边缘角度来满足传输矩阵元素条件和束流包络控制。期间还需要各类磁铁强度满足常温磁铁场强范围，束流包络保证较小的束流损失。

优选地，治疗需要的等中心点处的不同束斑尺寸匹配对应的传输矩阵元素R₁₁和R₃₃。

优选地，所述传输矩阵为一阶6*6维的束流传输矩阵。

优选地，在所述旋转机架入口处的束流参数与所述旋转机架中的输运线段磁铁参数保持不变，且在所述旋转机架入口处的束流横向参数具有旋转对称性。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：