旋转锥面聚焦式伽玛射线辐射单元.pdf

本发明提出一种可旋转的伽玛射线幅射单元，属于医用放射源幅射装置，特别是伽玛刀系统的幅射单元。
    现有的伽玛射线幅射单元，作为医用核物理治疗装置-伽玛刀系统的核心部件，其结构包括由许多放射源组成的源体，源体被安装在一个防幅射保护框内，其射线通道从径向方向对准一个公共焦点，如专利文献EP-248774所述。由于伽玛刀采用多个放射源，且每个放射源只有较小的放射剂量，只在公共焦点处形成最大的放射能量，因此可有效地杀伤焦点处的病变组织，而在一定时间内不会对其周围的健康组织造成伤害。基于这种考虑，现有的伽玛射线幅射单元具有尽可能多的放射源，例如瑞典ELEKTA公司生产的leksell伽玛刀，具有201个放射源，沿一个半球体规则排列。由于放射源的增加，相应的还需增加重金属屏蔽保护材料的使用，因此重量和体积都很庞大。而且从生产制造方面来看，在一个直径相当大的半球体上规则精确地打出数百个具有公共焦点的孔眼，对加工的技术手段和工艺装备要求相当高，从而使产品的造价十分昂贵。

    本发明的任务是要提供一种改进的旋转锥面聚焦式伽玛射线幅射单元，它具有简化的结构和较少地放射源，就可保证有效的放射线幅射，又不致于造成对健康组织的伤害。

    本发明的任务是以如下方式完成的：旋转锥面聚焦式伽玛射线幅射单元的源体是一个沿幅射单元中轴线对称的板状几何体，若干放射源及射线通道安装在源体内，从径向方面对准保护框内的一个公共焦点，在公共焦点的周围是至少可容纳人体大脑的一个空间。在防幅射保护框上装有一个可旋转的中心轴，中心轴位于幅射单元的中轴线上，一端固定在源体上，另一端与一个动力驱动机构相联接。由于源体固定在可旋转的中心轴上，在动力驱动下，源体可在防幅射保护框内作360°旋转。在工作状态下，其放射源射线的扫描轨迹就形成若干以公共焦点为共同顶点的圆锥曲面，当所有射线通道均不以中心轴对称，则每个放射源射线的扫描轨迹都会形成一个独立的旋转锥面，如果用垂直于转轴的任意个平面去截这些旋转锥面，那么在平面上的轨迹就是一些以公共焦点为圆心的半径不同的同心圆。由此可见，对于公共焦点而言，无论源体处于静止还是动态旋转中，其所受的放射线幅射都是连续不变的，为保证公共焦点处的有效幅射，当源体的形状改变减少了放射源的数量时，必须相应增加每个放射源的放射剂量保证放射源的总能量，然而由于源体的旋转运动，使公共焦点以外的放射源射线的扫描点都属于动态扫描点，这些点均不重合，每一点只受到断续的瞬时幅射，因此在实际治疗过程中，既可有效地杀伤焦点处的病变组织，又可保证在一定时间内不造成对焦点外健康组织的伤害。

    本发明的幅射单元采用动态聚焦方式取代现有的静态聚焦方式，它的着眼点不在于增加放射源分散放射剂量来减少对健康组织的伤害，而是将现有的每束射线的单点连续幅射改变为多点的断续幅射，从而减少了单点的幅射时间，提高了治疗过程中健康组织的安全性;而源体做成板状体，减少了放射源的数量，简化了产品结构，使制造工艺大为简单，也使产品的重量和体积有相应地减小，减少了重金属材料的使用，降低了生产制造成本。

    以下结合附图和实施例作进一步说明。

    图1是本发明幅射单元实施例的剖面结构示意图

    参照图1，防幅射保护框（1）为一空心半球体结构整体采用铸铁或铸钢材料制造以保证其良好的屏蔽性，中心轴（4）位于幅射单元的中轴线上，它与防幅射保护框（1）采用动配合，为保证中心轴高精度回转，本实施例中的保护框（1）与中心轴（4）的联接方式推荐使用滑动轴承或滑动轴承与滚动轴承配合使用;中心轴（4）的外端联接了动力驱动机构（3），动力驱动机构（3）可直接安装在保护框（1）的外壳上，本发明对传动的要求在于保证有足够的起动力矩和匀速传动，源体通常在低速状态下回转就可实现旋转聚焦的功能，本实施例的动力传动机构选用直流电动机和齿轮变速传动，中心轴的转速为每分钟15-30转。中心轴（4）与源体（2）采用过盈配合安装，中心轴（4）和源体（2）轴孔的中心线对准公共焦点（7）。源体（2）整体采用铸铁或铸钢材料铸造而成，本实施例中的源体（2）做成一个扇形体，它的外圆与保护框（1）的内圆只留有很小的间隙以确保屏蔽的效果，它的内圆所留的空间要保证其回转时足够容纳人体的大脑。在源体（2）内钻有用于安装放射源（5）及射线通道（6）的安装孔，对这些安装孔的加工要求是，首先所有孔的中心延长线必须准确地交会，在公共焦点0上;其次这些孔均不以中轴线对称，以保证各单束射线的扫描轨迹不会生重合;第三从源体（2）的径向平面看去安装孔分布在中心轴（4）两侧30°以外的区间里，其目的是避免放射源（5）及射线通道（6）过于靠近中心轴（4），从而回转半径过小形成近似于静态幅射。源体（2）是具有一定厚度的板状体，在源体（2）内，这些用于安装放射源（5）及射线通道（6）的安装孔可以是在一个与公共焦点0相切的平面上径向排列，也可以是从径向方向对准公共焦点0多层次排列，为保证安装孔的加工精度及分布要求，可采用数控机床进行加工。射线通道（6）是用重金属材料制成的细长轴套，上端有用于装填放射源（5）的容腔，采用过渡配合把射线通道（6）镶入源体（2）的安装孔中。放射源（5）的数量是根据焦点0杀伤病变组织所需的最小放射能量与回转条件下单个放射源不会对健康组织造成伤害的最大装填剂量的关系来确定。本实施例中，放射源的数量为25个，每个放射源的剂量为250居里。