[发明专利]用于放射治疗系统的能量降能器

说明书

一种用于使用减小的发射度增长来减弱粒子束的能量的降能设备。能量降能器包括可以优先地散射以浅角度在表面上入射的射束粒子的发射度控制材料。在一个方法中，能量降能器可以包括低Z和高Z材料的交替的层，其中低Z材料用于借助于散射来减弱射束粒子的能量，高Z材料用于通过朝着射束轴散射回射束粒子来抑制发射度增加。在另一方法中，能量降能器可以包括碳纳米管或具有基本上在粒子束的入射方向上取向的经取向的晶体结构的材料。碳纳米管可以用于优先地朝着中心射束轴散射射束粒子以及减弱其能量。

本申请是国际申请号为PCT/US2014/027425、国际申请日为2014年3月14日、国家申请号为201480024773.1、发明名称为“用于放射治疗系统的能量降能器”的专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容的实施例总体上涉及医疗设备，并且更特别地涉及放射治疗设备。

背景技术

在通常的用于例如肿瘤放射治疗的质子治疗系统中，可以以固定能量水平在加速器(例如回旋加速器或同步加速器)中产生质子束，固定能量水平然后可以通过能量降低和能量选择被调节为规定的能量水平。布置在加速器附近的能量降能器通常用于减小质子束的能量。比如，回旋加速器可以产生发射度大致为4Pi-mm-mRad的250MeV质子的质子束。能量降能器可以用于例如以0.1MeV为步长从250MeV向70MeV减小能量。

由于射束粒子与能量降能器材料之间的粒子散射，离开能量降能器的射束通常具有以期望的最终射束能量为中心扩散的能量以及减小最终治疗射束的量方向变化。换言之，能量降能器引起射束的发射度增加。

传统上，能量降能器包括具有低原子数目的材料。图1是图示根据现有技术的由能量降能器101内的粒子散射引起的粒子发射度增长(emittance growth)的示图。能量降能器可以由例如具有6个组成楔形(未明确示出)的石墨的块制成使得能够通过调节楔形的位置并且从而调节射束传输通过其的材料的厚度来改变出射射束能量。如所示，在入射质子束102穿过能量降能器101时，射束102的散射出现在石墨101中并且在射束103离开能量降能器时产生空间发射度的大的增加。换言之，射束102变为具有能量范围被平移并且在空间上被散射的更宽的射束103。

因为下游射束传送线路通常具有有限的发射度接受(emittance acceptance)，所以散射的射束被准直并且由此仅从加速器提取的初始射束的部分能够被传送用于下游放射使用。由能量降能器引起的发射度增长以及由能量选择系统(ESS)引起的相关联的准直不利地导致ESS的非常低的射束传输效率，尤其是在能量降能器被配置成将射束减弱到例如1％的很低的水平时。

发明内容

因此，有利的是提供一种用于降低粒子束的能量而不引起明显的发射度增长的机制。

因此，本公开内容的实施例采用包括发射度控制材料的能量降能器，发射度控制材料能够优先地散射以浅角度(shadow angle)在材料表面上入射的射束粒子。在一个方法中，能量降能器可以包括低Z和高Z材料的交替的层，其中Z表示材料的原子量或分子量。低Z材料用于借助于散射来减弱射束粒子的能量，高Z材料用于通过朝着射束轴散射回射束粒子来抑制发射度增加。低Z材料可以选自透明合成树脂、石墨、碳、铝、锂、水等。高Z材料可以选自钨、铅、钽等。在另一方法中，能量降能器可以包括碳纳米管或具有基本上在粒子束的入射方向上取向的晶体结构的其它材料。碳纳米管可以用于优先地朝着中心射束轴散射射束粒子以及减弱其能量。因此，粒子束可以以减小的发射度增长离开能量降能器，这可以有利地改善能量选择系统的传输效率。