动态束流传输线及其在术中放疗中的应用.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97119478.5

申请日:

1997.11.22

公开号:

CN1186408A

公开日:

1998.07.01

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的视为放弃|||公开|||

IPC分类号:

H05H3/00

主分类号:

H05H3/00

申请人:

深圳奥沃国际科技发展有限公司;

发明人:

宋世鹏; 叶志频

地址:

518031广东省深圳市深南中路30号电子科技大厦2202室江耀纯转

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明提出一种动态的束流传输线及其在术中放疗中的应用。这种动态束流传输线,包括多个治疗臂,相邻两个治疗臂之间的联接即是一个关节,在每一个关节处有一对90°偏转磁铁对接,两个90°偏转磁铁均可绕其束流孔的中轴线旋转。将加速器产生的电子线引入所述动态束流传输线中,通过各个治疗臂的多维转动即可任意调节束流方向,在手术室中使用非常便利。采用该治疗臂系统的加速器装置重量轻、体积小、自屏蔽,无需特殊防护。

权利要求书

1: 一种束流传输线,其特征是:包括两个或两个以上治疗臂,相邻两 个治疗臂(301,302)(302,303)(303,304)之间的联接即是一个关节(5)(6) (7),在每一个联接关节(5)(6)(7)处有一对90°偏转磁铁(12,13)对接, 带电粒子流由其中一个90°偏转磁铁(12)输出进入另一90°偏转磁铁 (13),两个90°偏转磁铁(12,13)均可绕束流孔的中轴线旋转,以随意改 变两个治疗臂(301,302)(302,303)(303,304)之间的夹角。
2: 如权利要求1所述的一种束流传输线,其特征是:所述两个90°偏 转磁铁(12,13)之间装有两段漂移管(9,10),两段漂移管(9,10)的中轴线 重合。
3: 如权利要求2所述的一种束流传输线,其特征是:所述两段漂移管 (9,10)的对接端均用薄钛片封口。
4: 如权利要求1或2所述的一种束流传输线,其特征是:所述两个 90°偏转磁铁(12,13)的相对转动是通过内套筒(14)、外套筒(15)和轴承 (16,17)来实现的。
5: 如权利要求3所述的一种束流传输线,其特征是:所述两个90°偏 转磁铁(12,13)的相对转动是通过内套筒(14)、外套筒(15)和轴承(16,17) 来实现的。
6: 一种将上述束流传输线用于术中放疗装置的方法,包括:将加速器 (1)产生的电子线引入所述束流传输线(3)中;通过各个治疗臂 (301,302,303,304)的多维转动任意调节束流方向;使束流照射到病灶 区域以进行术中放疗。
7: 如权利要求6所述的一种将上述束流传输线用于术中放疗装置的 方法,其特征是:所述加速器(1)采用电子回旋加速器。
8: 如权利要求6或7所述的一种将上述束流传输线用于术中放疗装置 的方法,其特征是:所述加速器(1)固定在手推式小车(2)上。

说明书


动态束流传输线及其在术中放疗中的应用

    本发明涉及一种束流传输线及其在术中放疗领域的应用。

    带电粒子流在加速器中加速并引出后进入束流传输线,经各个方向的偏转及传输,再从辐射头(即治疗头)中射出,照射到被辐射物体上。束流传输元件一般包括偏转磁铁、漂移管、四极透镜、束流导向线圈、束流探测器等,它们具有使带电粒子流在管道中前进、偏转、聚焦等功能。束流传输线设计多是采用固定方式,带电粒子束在静止的束流传输线中传输,通常从漂移管经过偏转磁铁,偏转一定角度后进入另一漂移管,偏转的角度不可随时更改,最后从静止的辐射头中射出;辐射头最多能有一个旋转自由度,即机架绕等中心轴的转动,例如美国瓦里安(Varian)公司生产的医用电子直线加速器和美国罗马林达(Loma Linda)大学质子医疗中心的质子同步加速器,均是机架绕中心轴旋转,由于固定传输线的原因,治疗头不能灵活地在空间自由定位,极为笨拙。

    由于治疗头的笨拙和加速器的庞大体积,必须有专门的治疗室提供放置,医生在对病人进行术中放疗时,对加速器的操作尤其显得不方便。

    经手术切除肿瘤病灶之后,或借助手术暴露不能切除的瘤灶,对术后瘤床、残存灶、淋巴引流区,或原发瘤灶,在直视下大剂量照射,称之为术中放疗(Intraoperative Radiation Therapy,IORT)。从广义上讲,在手术的时候完成放疗,这种技术属于术中放疗。假如肿瘤附近有敏感组织或器官,外照射不可能给予肿瘤致死量;另一方面,外科根治手术后,仍有肉眼看不见的残存和亚临床病灶,为了克服放疗外照射和手术的局限性,因此开展术中放疗。此种方法应用时,重要敏感组织和器官可以移于照射野外,在直视下一次大剂量精确地直接照射外科无法切除的残存病变,从而达到根治。

    手术切除肿瘤后,病人盖以无菌大单保持伤口及周围无菌条件下,将手术台连同病人推到放疗室进行照射,照射毕,再推回手术室完成手术。在放疗室中,医生要对病人进行摆位,调整加速器治疗头地角度,由于机器体积大,结构复杂,治疗头灵活性又不够高,常常造成医生操作上的不方便。

    本发明的第一个目的就是为了克服现有技术的上述缺陷,提出一种动态的束流传输线装置,使治疗头可以灵活地在空间定位。

    本发明的第二个目的是将上述动态的束流传输系统应用于束中放疗,以方便医生的操作。

    为了实现上述第一个目的,本发明采用以下技术方案:一种束流传输线,包括多个治疗臂,相邻两个治疗臂之间的联接即是一个关节,在每一个联接关节处有一对90°偏转磁铁对接,带电粒子流由其中一个90°偏转磁铁输出进入另一90°偏转磁铁,两个90°偏转磁铁均可绕束流孔的中轴线旋转,以随意改变两个治疗臂之间的夹角。

    本发明实现上述第二个目的的方案是:将上述动态束流线用于术中放疗装置,其包括:将加速器产生的粒子束线引入所述动态束流传输线中;通过各个治疗臂的多维转动任意调节束流方向;使束流照射到病灶区域以进行术中放疗。

    由于采用了上述方案,只需两个90°偏转磁铁就可实现束流方向的灵活调节,几个关节就可以实现束流方向的任意偏转。因此,治疗臂灵活多变,具有多个空间自由度。可以根据病灶位置的不同相当灵活方便的改变治疗头的位置。具有多自由度的治疗臂结构,使用非常灵活,无需特殊防护,在手术室中使用非常便利。

    图1是本发明一个实施例的剖面结构示意图;

    图2是图1中关节6的B-B剖面结构展开示意图。

    下面结合附图并通过具体的实施例对本发明做更进一步详细的描述。

    参见图1,所示为一种用于术中放疗的电子回旋加速器装置,它包括:电子回旋加速器1、手推式小车2、动态束流传输线3和治疗头4,电子回旋加速器1固定安装在手推式小车2上,其电子能量7~10.6MeV可调,脉冲电流强度10mA,由电子回旋加速器1引出的束流品质优良,能散度约为±0.05/n(n为圈数);治疗头4装在动态束流传输线3的末端;动态束流传输线3包括四个治疗臂301、302、303、304,该动态束流传输线3是一个关节式机械手,它具有四个自由度,即躯体的回转(α1),治疗臂的俯仰和伸缩(α2、α3),治疗头4的弯转(α4);治疗臂301与治疗臂302用关节5来联接,治疗臂302与治疗臂303用关节6来联接,治疗臂303与治疗臂304用关节7来联接。电子束流从电子回旋加速器1中引出后,进入动态束流传输线3中,再从治疗头4中射出。如图1电子束流经过的路径是:回旋加速器1→治疗臂301→关节5→治疗臂302→关节6→治疗臂303→关节7→治疗臂304→治疗头4。

    关节6处并不是只有一个偏转磁铁,而是具有两个90°偏转磁铁,关节5、7处同样各有两个90°偏转磁铁。如图1,电子束流并不是直接从漂移管8流向漂移管11,从图1的A向视图中可以清楚地看出,电子束流是从漂移管8经过90°偏转磁铁12、漂移管9、10和漂移管13才进入漂移管11的(其中漂移管9、10也可不要)。更详细的结构如图2所示关节6的B-B剖面结构展开示意图,漂移管8安装在治疗臂302中,漂移管11安装在治疗臂303中,电子束流由漂移管8进入90°偏转磁铁12,偏转90°后经漂移管9、10,再经90°偏转磁铁13进入漂移管11。在治疗臂302、303的联接关节6处除有两个90°偏转磁铁12、13,和两段断开的漂移管9、10外,还有内套筒14、外套筒15;漂移管9、10其间间隙1~2mm,均用薄钛片封口,这样既保持管道内真空,又不影响电子束流的穿透,也使关节的转动成为可能。漂移管9、10的中轴线即是关节6的关节轴x-x;内套筒14固定在漂移管10上,外套简15固定在漂移管9上,内、外套筒14、15之间由两个轴承16、17联接,其轴线都是x-x轴;因此通过内外套筒14、15和轴承16、17就可实现漂移管9、10绕x-x轴相对转动,即是关节6绕关节轴的转动,也就是治疗臂302、303的相对转动,因此,可以随意改变治疗臂302、303之间的角度。另外,关节5、7也具有关节6同样的结构。这样,整个动态束流传输线3的三个关节总共使用六个90°偏转磁铁极其相应机构,就实现了治疗头4在空间位置里的四个自由度。电子束流始终沿漂移管运动,不受治疗臂空间运动的影响。

    电子回旋加速器在同样的微波功率源下,可以比电子直线加速器获得更高的能量,剂量率则比同样能量的电子感应加速器高得多,且体积更小,兼有了前两种加速器的优点。本实施例的电子回旋加速器1输出束流的束斑约在2×3mm2范围;引出束流发射度很小(垂直方向1mmmrad,水平方向10mmmrad),能散度也很小,为0.4%左右,而一般直线加速器可大到10%上下;因此在束流偏转时只需考虑空间聚焦即可,而不必采用消色散系统。根据上述数据,当束流自由漂移距离不超过500mm,其束斑尺寸增大不超过数毫米,因此安排束流传输元件在间距200~400mm之间即单个治疗臂长度在200~400mm范围,治疗空间也已足够大,而且束流元件及漂移管的接收孔径都可以取得较小。这样既可以节省功率,降低造价,还可以使结构紧凑,装置体积小。漂移管采用φ25mm无磁不锈钢管,外加铍-镆合金电磁屏蔽。整个设备无需额外的屏蔽装置,使重量减轻。而且由于引出的束流品质优良,发散极小,可将该设备直接安放于手术室内而不必单独安放,医生可直接在手术室内操作该设备,在直视下一次大剂量精确地直接照射病变组织,既灵活方便,也节省时间。

    由于以上所述的特点,整个电子回旋加速器装置重量轻、体积小、自屏蔽,电子束能量可调,适于各种形状和大小的靶区扫描照射,可推入手术室作术中放疗,简化程序避免搬动,减少了伤口污染的机会,既具有经济性又有高输出的特点,大大推动术中放疗的发展。

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本发明提出一种动态的束流传输线及其在术中放疗中的应用。这种动态束流传输线,包括多个治疗臂,相邻两个治疗臂之间的联接即是一个关节,在每一个关节处有一对90偏转磁铁对接,两个90偏转磁铁均可绕其束流孔的中轴线旋转。将加速器产生的电子线引入所述动态束流传输线中,通过各个治疗臂的多维转动即可任意调节束流方向,在手术室中使用非常便利。采用该治疗臂系统的加速器装置重量轻、体积小、自屏蔽,无需特殊防护。 。

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