本發(fā)明屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的方法及裝置。

背景技術(shù)：

質(zhì)子治療主要利用加速器產(chǎn)生一定能量的質(zhì)子束，通過(guò)各電磁元件將束流傳輸?shù)桨袇^(qū)，轟擊腫瘤細(xì)胞，達(dá)到治療的效果。由于質(zhì)子在物質(zhì)中的能量損失呈現(xiàn)出尖銳的Bragg峰，因此可以在殺死癌變細(xì)胞的同時(shí)最大程度的保護(hù)正常組織，這使得質(zhì)子治療成為目前國(guó)際上最先進(jìn)的惡性腫瘤治療手段之一。

傳統(tǒng)的質(zhì)子治療裝置使用的治療頭有兩種基本方式：散射和掃描。其中，散射方式是利用質(zhì)子穿過(guò)散射板時(shí)受到多次小角度彈性庫(kù)倫散射，達(dá)到橫向束流擴(kuò)展的目的，該裝置的缺點(diǎn)是難以獲得大照射野及高均勻度的質(zhì)子束流，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成旋轉(zhuǎn)機(jī)架過(guò)于笨重；掃描的方式是在治療頭安裝一對(duì)掃描磁鐵，通過(guò)控制掃描磁鐵的磁場(chǎng)變化來(lái)得到劑量均勻的照射野，該裝置的缺點(diǎn)是對(duì)腫瘤本身位移敏感，控制難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的方法，可得到大照射野的均勻束流，照射視野內(nèi)質(zhì)子劑量分布可調(diào)；降低了束斑的控制難度，不會(huì)對(duì)正常的組織造成破壞；裝置簡(jiǎn)單，控制方便。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的方法，包括如下步驟：首先，通過(guò)聚焦元件將發(fā)散的質(zhì)子束流進(jìn)行匯聚；其次，將匯聚后的質(zhì)子束流通過(guò)可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵散開(kāi)、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)大范圍的半徑可調(diào)的均勻束流；然后，將均勻束流通過(guò)腫瘤前段的準(zhǔn)直器進(jìn)行調(diào)整，將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉；最后，得到一個(gè)與腫瘤形狀一致的均勻束斑。

進(jìn)一步，通過(guò)聚焦元件匯聚后的質(zhì)子束流，在進(jìn)入可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵之前，通過(guò)第一質(zhì)子束流診斷裝置對(duì)其截面和流強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量。

進(jìn)一步，通過(guò)可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵掃描后的質(zhì)子束流，再依次通過(guò)能量調(diào)制器和量程位移器分別對(duì)質(zhì)子束流能量展寬和范圍進(jìn)行調(diào)整后，進(jìn)入準(zhǔn)直器。

進(jìn)一步，通過(guò)能量調(diào)制器和量程位移器調(diào)整后的質(zhì)子束流，再分別通過(guò)多葉光柵和患者補(bǔ)償器調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉、并根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量后，進(jìn)入準(zhǔn)直器。

進(jìn)一步，在量程位移器與多葉光柵之間還設(shè)有用于對(duì)質(zhì)子束流截面和流強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的第二質(zhì)子束流診斷裝置。

本發(fā)明還提供一種利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的裝置，包括用于將發(fā)散的質(zhì)子束流進(jìn)行匯聚的聚焦元件，用于將匯聚后的質(zhì)子束流散開(kāi)、使其圍繞質(zhì)子中心周期性旋轉(zhuǎn)、形成一個(gè)大范圍的均勻束流的可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵，用于可調(diào)電壓的將旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵處理后的均勻束流進(jìn)行調(diào)整、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的準(zhǔn)直器。

進(jìn)一步，所述聚焦元件與旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵之間設(shè)有用于對(duì)匯聚后的質(zhì)子束流進(jìn)行截面和流強(qiáng)測(cè)量的第一質(zhì)子束流診斷裝置。

進(jìn)一步，所述可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵與準(zhǔn)直器之間依次設(shè)有用于對(duì)質(zhì)子束流的能量展寬的能量調(diào)制器、用于對(duì)質(zhì)子束流能量范圍進(jìn)行調(diào)整的量程位移器、用于對(duì)調(diào)整后的質(zhì)子束流截面和流強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的第二質(zhì)子束流診斷裝置、用于調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀、將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉的多葉光柵、用于根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量的患者補(bǔ)償器。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

本發(fā)明的治療方法，利用可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵產(chǎn)生的垂直于質(zhì)子束的周期變化磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)大小不變，方向周期性變化，質(zhì)子束流經(jīng)過(guò)該磁場(chǎng)后，將圍繞束流中心周期性旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)大范圍高均勻度的束斑，該均勻束斑通過(guò)病患前面的準(zhǔn)直器后，最終得到一個(gè)和病人腫瘤區(qū)域一致的均勻束斑，從而保護(hù)病人的正常組織；該方法大大降低了控制的難度，且對(duì)腫瘤位置的移動(dòng)不敏感；當(dāng)加載在磁鐵上的電壓發(fā)生變化時(shí)，質(zhì)子束流偏轉(zhuǎn)半徑r也會(huì)發(fā)生變化，從而在磁鐵后形成尺寸不同的均勻束流，這些均勻束流的疊加，可在腫瘤區(qū)域得到所需的劑量分布，由此，均勻束斑內(nèi)的劑量分布可調(diào)；本發(fā)明提供的治療裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明質(zhì)子治療腫瘤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵與準(zhǔn)直器的配合使用的原理圖；

圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的工作原理圖。

圖中：

1-聚焦元件 2-第一質(zhì)子束流診斷裝置 3-可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵 4-能量調(diào)制器 5-量程位移器 6-第二質(zhì)子束流診斷裝置 7-多葉光柵 8-患者補(bǔ)償器 9-準(zhǔn)直器 10-質(zhì)子束流 11-均勻束流 12-均勻束斑

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

如圖1、2所示，是本發(fā)明提出利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的裝置，該裝置依次包括聚焦元件1、第一質(zhì)子束流診斷裝置2、可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3、能量調(diào)制器4、量程位移器5、第二質(zhì)子束流診斷裝置6、多葉光柵7、患者補(bǔ)償器8、準(zhǔn)直器9，上述各部件均通過(guò)束流管道相連通。其中，第一質(zhì)子束流診斷裝置2和第二質(zhì)子束流診斷裝置6采用電離室。

本發(fā)明通過(guò)質(zhì)子回旋加速器傳輸?shù)街委燁^部發(fā)散的質(zhì)子束流10，經(jīng)聚焦元件1匯聚后，通過(guò)質(zhì)子束流診斷裝置2對(duì)其截面和流強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量診斷，測(cè)量診斷后的質(zhì)子束流輸送給可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3，可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3將會(huì)產(chǎn)生垂直于質(zhì)子束流的周期變化的磁場(chǎng)，質(zhì)子束在該旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的作用下，將會(huì)圍繞束流中心周期性旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)加載在該磁鐵上額電壓強(qiáng)度的時(shí)間比，可有效調(diào)節(jié)腫瘤區(qū)域質(zhì)子的劑量分布。展開(kāi)的均勻束流11通過(guò)能量調(diào)制器4和量程位移器5進(jìn)行能量展寬和調(diào)制；再通過(guò)第二質(zhì)子束流診斷裝置6診斷其截面和流強(qiáng)；然后通過(guò)患者補(bǔ)償器8，根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整質(zhì)子束流能量，防止腫瘤后部正常組織受損；最后通過(guò)多葉光柵7和準(zhǔn)直器9的結(jié)合，可以將病灶邊緣的質(zhì)子束流卡掉，得到與病灶形狀一致的均勻束斑12，用以轟擊腫瘤進(jìn)行治療。

可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3由一個(gè)三相電源供電，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹碾妷簳r(shí)，可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵的磁場(chǎng)將發(fā)生改變，通過(guò)該磁鐵的質(zhì)子受力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而改變質(zhì)子束流的偏移半徑，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)磁鐵電壓的時(shí)間結(jié)構(gòu)，可控制質(zhì)子束流在不同半徑上的掃描時(shí)間，進(jìn)一步控制質(zhì)子束流在不同區(qū)域內(nèi)的劑量，由此，可在腫瘤區(qū)域得到所需的劑量分布。

如圖3所示，該磁鐵利用垂直于質(zhì)子束流的、方向周期性變化的磁場(chǎng)，使通過(guò)該磁鐵的束流受到方向周期性變化的作用力，在該力的作用下，束流將圍繞磁鐵中心以半徑r進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)；當(dāng)加載在磁鐵上的電壓發(fā)生變化時(shí)，束流偏轉(zhuǎn)半徑r也會(huì)發(fā)生變化，從而在磁鐵后形成尺寸不同的均勻束斑，這些束斑的疊加，將可在腫瘤區(qū)域得到所需的劑量分布。圖中：橫坐標(biāo)r/mm為質(zhì)子束流的旋轉(zhuǎn)半徑；縱坐標(biāo)Beam profile為質(zhì)子束流的旋轉(zhuǎn)輪廓。

本發(fā)明還提供一種利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的方法，包括如下步驟：

1)通過(guò)聚焦元件1將發(fā)散的質(zhì)子束流10匯聚起來(lái)，然后將匯聚后的質(zhì)子束流10通過(guò)第一質(zhì)子束流診斷裝置2對(duì)其進(jìn)行截面和流強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量；

2)將通過(guò)測(cè)量后的質(zhì)子束流10，進(jìn)入可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3，可調(diào)電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵3利用其產(chǎn)生的大小不變，方向周期性變化的二極磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)質(zhì)子束流在靶上旋轉(zhuǎn)，得到大范圍高均勻度的均勻束流11；

3)獲得的均勻束流11通過(guò)能量調(diào)制器4和量程位移器5分別對(duì)其能量展寬和調(diào)制；

4)然后再通過(guò)第二質(zhì)子束流診斷裝置6對(duì)調(diào)制后均勻束流的截面和流強(qiáng)測(cè)量；

5)通過(guò)多葉光柵7，調(diào)整目標(biāo)靶上束斑形狀，將腫瘤區(qū)域外的質(zhì)子束流卡掉；

6)通過(guò)患者補(bǔ)償器8，根據(jù)患者腫瘤的深度和形狀調(diào)整束流能量，防止腫瘤后部正常組織受損；

7)準(zhǔn)直器9與多葉光柵7配合，得到與病灶形狀一致的均勻束斑12。

本發(fā)明利用可變電壓的旋轉(zhuǎn)掃描磁鐵擴(kuò)散質(zhì)子束治療腫瘤的方法及裝置并不限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。