一种粒子照射装置和粒子治疗系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及癌症的放射线治疗技术领域，尤其涉及一种粒子照射装置和粒子治疗系统。
【背景技术】
[0002]粒子放疗是目前世界上最先进的癌症治疗手段之一。与通常的光子放疗(X射线放疗)相比，粒子被照射到病人体内时，将在粒子射程终端形成最大剂量峰值，即，形成所谓的布拉格峰(Bragg Peak)。因而通过精密控制粒子束流能量和粒子束照射位置，可以将高剂量粒子集中照射到目标肿瘤靶区内，同时将对目标肿瘤周围的正常组织和正常器官的不利照射剂量降低到最少，从而实现比X射线放疗更加适形的剂量分布，提高肿瘤的治疗效果，降低副作用。
[0003]通常，粒子治疗系统由粒子加速器、粒子输运系统、粒子照射系统、病人定位和验证系统、照射控制系统以及治疗计划系统构成。粒子加速器产生的粒子束流通常束斑大小为10毫米以下，因而当需要将粒子束均匀地照射到比如直径为10厘米的肿瘤靶区时，则需利用粒子照射装置，将束斑直径只有不到1厘米的粒子束扩大到10厘米范围，同时需要照射不同能量的粒子束流，以将原本只有数毫米宽的布拉格峰扩展到肿瘤靶区沿照射方向的厚度相当的宽度，从而在三维的肿瘤靶区形成均匀的三维适形的剂量分布。
[0004]实现上述三维适形的剂量分布通常有两种照射方法，分别为二维照射方法和三维照射方法。其中，二维照射方法也称散射体法，其主要形式是利用称为摇摆磁铁的一对偏转方向正交的二极电磁铁，使从粒子加速器输送过来的粒子束按计划的轨迹扫描，形成固定的轨迹(比如圆形或之字形(ZigZag形)等轨迹，或者形成按治疗计划给出的轨迹)；同时，在粒子照射系统内安装散射体，用以将粒子束斑扩大到直径为数厘米，这样可以在肿瘤靶区位置形成均匀的横向(假设沿照射方向为纵向或深度方向)剂量分布，但该分布并非只限于肿瘤的区域，因而还需要通过按治疗计划计算给出的二维形状制作的准直器(PatientCollimator)或多叶准直器(MLC)除去不需要的粒子束，最终形成与肿瘤对应的照野形状完全一致的二维横向分布。在二维照射方法中，关于肿瘤深度方向的剂量分布形成，一般使用称为脊型过滤器(Ridge Filter)的布拉格峰展宽装置，其安装在摇摆磁铁之后但距离病人较远的位置。此外，二维照射方法还需要设置射程补偿器(Range Compensator)来调整照射到肿瘤靶区不同横向位置的各粒子束流的射程，以使它们都能停止在对应该照射位置的肿瘤靶区的最深部位，从而可以实现肿瘤底部适型。利用摇摆磁铁扫描固定轨迹以及过滤器和准直器或多叶光栅来形成照野的方法的基本原理在实用新型ZL200620164842.1“重离子束对肿瘤革E区的三维适型照射装置”中有描述。在非专利文献Review of ScientificInstruments 64(8)August 1993，page2055_2122 中也有详细描述。
[0005]三维照射方法也称为扫描照射方法，其主要利用扫描磁铁和扫描电源、真空盒以及真空窗、束流位置和剂量监测用电离室及信号处理电路、束流射程微调装置、以及照射控制系统等实现。三维照射方法的工作原理是将肿瘤靶区划分为很多小的区域，然后通过控制扫描电磁铁的电流来使各粒子束照射到指定的小区域，其中，每个粒子束形成一个三维的子剂量分布。通过控制每个照射区域(照射点)的照射粒子数即可得到一个总的三维剂量分布，以使总的三维剂量分布与三维肿瘤靶区适型，即可以减低对周围正常组织的不利剂量。三维照射方法在非专利文献Review of Scientific Instruments64 (8)August1993，page 2055-2122 中有详细描述。
[0006]在现有治疗照射技术中，三维照射方法具有剂量分布适形度高，无需为每个病人制作专用的射程补偿器和准直器等优点，但是，在治疗肺癌等随病人呼吸运动的器官上的肿瘤时，会带来照射时间较长的缺点。所以，对于头颈部和前列腺等不随呼吸运动的器官的治疗，三维扫描照射是较理想的方法。另一方面，二维照射方法具有照射时间短的优点，对于上述随呼吸运动的器官比较容易采用呼吸同步照射技术实现较好的治疗。但是，二维照射所形成的三维剂量分布对于靶区的适形度较三维扫描照射的剂量分布差一些；而且，二维照射需要针对每个病人(每个照野)制作射程补偿器等器件。然而，现有技术的粒子治疗装置只能提供二维或者三维照射方法中的一种，而且该治疗装置相当昂贵，一般医院很难做到同时配备适用二维和三维照射的装置，这样就限制了医生针对不同病人不同患部情况选择最佳照射方法的自由，达不到最佳治疗效果。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术的不足，本发明提供一种能够既可以实现二维照射又可以实现三维照射的粒子照射装置，使得医生可以根据临床需要，利用一台设备可针对病人具体情况选用二维照射和三维照射方法中的一种进行治疗，以达到最佳治疗效果。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供一种粒子照射装置，用于向肿瘤靶区照射粒子束，其包括治疗头和照射控制系统，其中，所述治疗头包括:从粒子束上游到下游依次设置的波纹管、第一扫描磁铁和电源、第一真空盒、第二扫描磁铁和电源、第二真空盒、束斑尺寸调节器、真空窗，设置于第二真空盒下游的束流监测模块、设置于束流监测模块下游的拥有活动连接机构和连接状态传感装置的脊型过滤器、拥有活动连接机构和连接状态传感装置的射程补偿器，以及拥有活动连接机构和连接状态传感装置的准直器，所述照射控制系统与第一扫描磁铁及电源、第二扫描磁铁及电源、束斑尺寸调节器、束流监测模块、脊型过滤器和脊型过滤器的活动连接机构的连接状态传感装置、射程补偿器的活动连接机构的连接状态传感装置，以及准直器活动连接机构的连接状态传感装置相连接，其中，所述脊型过滤器包含脊型过滤器固定装置和脊型过滤器本体、以及与所述照射控制系统连接以在照射实施中带动所述脊型过滤器本体沿其高度或厚度变化方向移动的位置调节装置。
[0009]优选地，所述照射控制系统具有设置为接收外围输入的治疗指令，并根据所述治疗指令控制所述束斑尺寸调节器和控制所述第一扫描磁铁和第二扫描磁铁按照相应的二维或三维扫描方式将所述粒子束偏转至所述肿瘤靶区的对应位置。
[0010]更优地，所述照射控制系统具有设置为接收所述脊型过滤器的活动连接机构的连接状态传感装置的信号、射程补偿器的活动连接机构的连接状态传感装置的信号，以及准直器活动连接机构的连接状态传感装置的信号，所述照射控制系统根据所述连接状态传感装置信号的有无给出可执行治疗指令的种类(二维或三维照射治疗指令)。
[0011]其中，所述束斑尺寸调节器包含自第二真空盒的侧壁上径向向外延伸的突起部，该突起部具有与所述第二真空盒连通的容纳腔，一可伸缩进入束流路径的散射体。
[0012]此外，所述照射控制系统控制所述位置调节装置的运动包括根据外围输入的周期运动指令带动所述脊型过滤器本体在预定范围内做周期运动。
[0013]特别地，所述脊型过滤器本体在预定范围内做周期运动的周期大于所述粒子束的扫描周期且为所述粒子束的扫描周期的二分之一的非整数倍。
[0014]优选地，所述照射控制系统按所述束流剂量监测电离室在照射中所测到的剂量信息来控制所述脊型过滤器位置调节装置的运动。
[0015]特别地，所述活动连接结构为卡扣连接结构或螺纹连接结构。
[0016]优选地，所述位置调节装置包括一横向穿过所述脊型过滤器固定装置且一端与所述脊型过滤器本体螺纹连接的螺杆、以及一连接在所述螺杆的另一端的第一微型马达。
[0017]所述位置调节装置还可包括一横向穿过所述脊型过滤器固定装置且一端与所述脊型过滤器本体固定连接的第一连杆、一平行于所述第一连杆且一端与所述第一连杆的另一端铰接的第二连杆、一垂直于所述第二连杆且一端与所述第二连杆的另一端固定连接的第三连杆、以及一连接在所述第三连杆的另一端的第二微型马达。
[0018]优选地，所述脊形过滤器本体包括若干并排设置的锯齿形结构，该锯齿形结构可由塑料材料或者轻元素金属材料制成，所述塑料材料包括有机玻璃，所述轻元素金属材料包括招。
[0019]进一步地，所述脊形过滤器本体还包括至少覆盖在若干所述锯齿形结构顶面的保护窗；或所述脊形过滤器本体还包括覆盖在若干所述锯齿形结构底面的保护窗。
[0020]本发明另一方面在于提供一种粒子治疗系统，其包括前述的粒子照射装置，还包括:
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