[发明专利]同步加速器单周期多步主动变能慢引出方法

说明书

一种同步加速器单周期多步主动变能慢引出方法，包括：注入束流，然后将束流能量加速到极大值；将所述束流减速到第一能量值E₁并进行慢引出，当引出粒子数达到预定数量时，停止引出；将所述束流继续减速到第二能量值E₂并进行慢引出，当引出粒子数达到预定数量时，停止引出；继续逐级降低所述束流的能量值并进行慢引出，直至获得预定数量的具有能量值E_n的粒子。该方法可以大幅度提高束流的利用效率，减小束流污染和浪费；由于利用主动变能而不使用降能器，束流不会与降能器发生作用，不会产生核碎片且束斑尺寸不会随降能器的厚度发生变化；由于在单周期内实现主动变能可以省略束流注入、加速和电源回零的时间，可以缩短辐照时间，提高辐照效率。

技术领域

本发明涉及一种同步加速器单周期多步主动变能慢引出方法，采用该方法，可以在一个脉冲周期中实现多次能量变换，迅速为终端提供多种能量的束流，极大的节约辐照时间、提高辐照效率。

背景技术

由于重离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布、较小的侧向散射、较高的相对生物学效应和较低的氧增比等特点，使得重离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。常用的深层重离子治癌的束流能量为120MeV/u-400MeV/u(重离子)。

重离子束在水中的等效布拉格峰与束流能量相关，不同的能量对应不同的布拉格峰位的深度。通常在治疗计划中通过叠加不同深度的布拉格峰，来得到病灶区所要的剂量并控制入射通道的剂量处于合理值。对于点扫描或者2DLS及3DLS的均匀扫描来说，每一能量层所需要的粒子数通常为0.1-1e⁹，而同步加速器每脉冲可以提供1e¹⁰的粒子，因此只有1-10％的粒子被输送到终端，其余粒子全部损失于同步环内或者被送入束流垃圾桶。这将造成严重的束流浪费，由于束流损失造成的辐射还可能影响设备的稳定运行及使用寿命，甚至造成设备活化，增加设备的维护难度。

同步加速器运行模式为脉冲式，每一个脉冲提供一个能量的束流，对于一个典型的病灶，通常需要在靶体处叠加约30个布拉格峰，则至少需要加速器提供约30个不同能量的脉冲束。以武威重离子治疗装置HIMM为例，每脉冲的运行周期为8s，提供30个脉冲束就需要至少240s即大约4分钟的时间。实际治疗过程中，每一能量层所需要的粒子数都不一样，所需的时间会更长，而治疗肺部等运动靶区的肿瘤时，需要利用呼吸门控，所需的辐照时间会在上述时间的基础上增加2-3倍。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种同步加速器单周期多步主动变能慢引出方法，用于提高辐照效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出的一种同步加速器单周期多步主动变能慢引出方法，包括：

注入束流，然后将束流能量加速到极大值；

将所述束流减速到第一能量值E₁并进行慢引出，当引出粒子数达到预定数量时，停止引出；

将所述束流继续减速到第二能量值E₂并进行慢引出，当引出粒子数达到预定数量时，停止引出；

继续逐级降低所述束流的能量值并进行慢引出，直至获得预定数量的具有能量值E_n的粒子。

优选地，剩余粒子数不足时，重新注入束流，将束流能量加速到极大值，然后减速到预定能量值，继续引出粒子，直到所有能量的粒子数达到预定数量。

本发明提出的另一种同步加速器的变能和慢引出方法，包括：

注入束流，将所述束流加到第n能量值E_n并进行慢引出，当引出粒子数达到预定数量时，停止引出；