用于放射治療系統(tǒng)的能量降能器的制造方法
【專利說明】用于放射治療系統(tǒng)的能量降能器
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的題為“HIGH EFFICIENCY DEGRADER FORRADIAT1N ENERGY SELECT1N SYSTEM”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/793，857號(hào)的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請(qǐng)出于所有目的通過引用以其整體內(nèi)容合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容的實(shí)施例總體上涉及醫(yī)療設(shè)備，并且更特別地涉及放射治療設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]在通常的用于例如腫瘤放射治療的質(zhì)子治療系統(tǒng)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)中產(chǎn)生質(zhì)子束，固定能量水平然后可以通過能量降低和能量選擇被調(diào)節(jié)為規(guī)定的能量水平。布置在加速器附近的能量降能器通常用于減小質(zhì)子束的能量。比如，回旋加速器可以產(chǎn)生發(fā)射度大致為4P1-mm-mRad的250MeV質(zhì)子的質(zhì)子束。能量降能器可以用于例如以0.1MeV為步長(zhǎng)從250MeV向70MeV減小能量。
[0005]由于射束粒子與能量降能器材料之間的粒子散射，離開能量降能器的射束通常具有以期望的最終射束能量為中心擴(kuò)散的能量以及減小最終治療射束的量方向變化。換言之，能量降能器引起射束的發(fā)射度增加。
[0006]傳統(tǒng)上，能量降能器包括具有低原子數(shù)目的材料。圖1是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由能量降能器101內(nèi)的粒子散射引起的粒子發(fā)射度增長(zhǎng)(emittance growth)的示圖。能量降能器可以由例如具有6個(gè)組成楔形(未明確示出)的石墨的塊制成使得能夠通過調(diào)節(jié)楔形的位置并且從而調(diào)節(jié)射束傳輸通過其的材料的厚度來改變出射射束能量。如所示，在入射質(zhì)子束102穿過能量降能器101時(shí)，射束102的散射出現(xiàn)在石墨101中并且在射束103離開能量降能器時(shí)產(chǎn)生空間發(fā)射度的大的增加。換言之，射束102變?yōu)榫哂心芰糠秶黄揭撇⑶以诳臻g上被散射的更寬的射束103。
[0007]因?yàn)橄掠紊涫鴤魉途€路通常具有有限的發(fā)射度接受(emittance acceptance)，所以散射的射束被準(zhǔn)直并且由此僅從加速器提取的初始射束的部分能夠被傳送用于下游放射使用。由能量降能器引起的發(fā)射度增長(zhǎng)以及由能量選擇系統(tǒng)(ESS)引起的相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)直不利地導(dǎo)致ESS的非常低的射束傳輸效率，尤其是在能量降能器被配置成將射束減弱到例如I %的很低的水平時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，有利的是提供一種用于降低粒子束的能量而不引起明顯的發(fā)射度增長(zhǎng)的機(jī)制。
[0009]因此，本公開內(nèi)容的實(shí)施例采用包括發(fā)射度控制材料的能量降能器，發(fā)射度控制材料能夠優(yōu)先地散射以淺角度(shadow angle)在材料表面上入射的射束粒子。在一個(gè)方法中，能量降能器可以包括低Z和高Z材料的交替的層，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來減弱射束粒子的能量，高Z材料用于通過朝著射束軸散射回射束粒子來抑制發(fā)射度增加。低Z材料可以選自透明合成樹脂、石墨、碳、鋁、鋰、水等。高Z材料可以選自鎢、鉛、鉭等。在另一方法中，能量降能器可以包括碳納米管或具有基本上在粒子束的入射方向上取向的晶體結(jié)構(gòu)的其它材料。碳納米管可以用于優(yōu)先地朝著中心射束軸散射射束粒子以及減弱其能量。因此，粒子束可以以減小的發(fā)射度增長(zhǎng)離開能量降能器，這可以有利地改善能量選擇系統(tǒng)的傳輸效率。
[0010]在本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，一種放射治療系統(tǒng)包括能夠操作以生成粒子束的加速器和能夠操作以借助于粒子散射來減弱粒子束的能量的能量降能器，其中粒子散射引起粒子束的空間發(fā)射度增長(zhǎng)，其中能量降能器包括能夠操作以借助于粒子相互作用(interact1n)來抑制空間發(fā)射度增長(zhǎng)的第一材料。能量降能器可以包括能夠操作以通過粒子散射來減弱粒子束的能量的第二材料，并且其中第一材料和第二材料具有基本上不同的原子量或分子量。能量降能器還可以包括大致在粒子束的入射方向上取向的碳納米管。
[0011]上述內(nèi)容是概述并且因此必然包含對(duì)細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)化、概括和省略；因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本概述僅是說明性的而非意在以任何方式限制。如僅由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的其它的方面、發(fā)明特征和優(yōu)點(diǎn)在下面給出的非限制性詳細(xì)描述中將變得很清楚。
【附圖說明】
[0012]根據(jù)對(duì)結(jié)合附圖給出的以下詳細(xì)描述的閱讀將能夠更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代相似的元素，并且在附圖中:
[0013]圖1是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由能量降能器內(nèi)的粒子散射引起的粒子發(fā)射度增長(zhǎng)的示圖。
[0014]圖2圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的以淺角度在發(fā)射度控制材料表面上入射的射束粒子的優(yōu)先散射的效果。
[0015]圖3圖示用于在具有有限的發(fā)射度增長(zhǎng)或者在沒有發(fā)射度增長(zhǎng)的情況下減弱粒子束的能量的由碳納米管制成的能量降能器。
[0016]圖4A圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的使用高Z材料來增強(qiáng)射束的正向散射的能量降能器的示例性配置的側(cè)視圖。
[0017]圖4B圖示圖4A中圖示的能量降能器的示例性配置的橫截面視圖。
[0018]圖5A圖示包括由高Z材料和低Z材料制成的多個(gè)交替的層的能量降能器的示例性配置。
[0019]圖5B圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的包括多個(gè)分段(sect1n)的能量降能器的示例性配置，其中每個(gè)分段具有由高Z材料和低Z材料制成的交替的層。
[0020]圖6圖示包括高Z材料和低Z材料的多個(gè)交替的層的圓柱形能量降能器的示例性配置。
[0021]圖7圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的配備有能量降能器的醫(yī)療設(shè)施的示例性配置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其示例在附圖中圖示。雖然將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，然而應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例并未將本發(fā)明限于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明意在覆蓋能夠被包括在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替選、修改和等同方案。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，給出大量具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下來實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、過程、部件和電路以避免不必要地模糊本發(fā)明的實(shí)施例的方面。雖然可以為了清楚而將方法描繪為編號(hào)的步驟的序列，然而編號(hào)不一定指定步驟的順序。應(yīng)當(dāng)理解，其中一些步驟可以跳過、并行執(zhí)行、或者在不需要維持嚴(yán)格的序列順序的情況下來執(zhí)行。示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖是半圖示性的而非按比例，并且特別地，其中一些尺度為了呈現(xiàn)的清楚并且在附圖中放大示出。類似地，雖然附圖中的視圖為了容易描述通常示出相似的取向，然而附圖中的這一描繪對(duì)于多數(shù)部件而言都是任意的。通常，可以在任何取向上操作本發(fā)明。
[0023]符號(hào)和術(shù)語(yǔ):
[0024]然而，應(yīng)當(dāng)牢記，所有這些和相似的術(shù)語(yǔ)要與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)并且僅是用于這些量的方便的標(biāo)記。除非如根據(jù)以下討論很清楚地另外具體地指出，否則應(yīng)當(dāng)理解，貫穿本發(fā)明，使用諸如“處理(processing) ”或“訪問(accessing) ”或“執(zhí)行(executing) ”或“存