一种基于多角度照射的束流配送系统及辐照终端

本发明涉及一种基于多角度照射的束流配送系统及辐照终端，属于加速器。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展，静电加速器，回旋加速器，直线加速器，同步加速器，激光加速器等不同类型与不同能量的加速器装置被成功设计与建造，以满足原子物理、核物理、材料与生物辐照、医疗等领域的要求，上述几乎所有的加速器都需要采用束流配送线将离子束输送到实验终端。由于重离子束在物理学和生物学上具有优势，相对生物学效应高、可致癌细胞dna双链断裂，不易复发，特别适合于不宜手术，对常规射线不敏感的顽固性肿瘤治疗，被认为是21世界最理想的肿瘤放射治疗射线。为了降低离子束对皮肤与肿瘤间正常细胞的伤害，将束流照射肿瘤细胞的总剂量分散至多个角度方向进行照射。常见的照射方向有水平终端、垂直终端和45°终端。一个实验终端，将会设计与之对应的一条束流配送线，即采用一对一的设计理念。且每个治疗室内的每一个照射角度，也会有一条束线与之对应，光学设计难度大，且束线很长。对于垂直和45°固定终端，需要采用大尺寸与高重量的偏转磁铁来实现束线的爬升与下穿，束流配送的元件数量多，规模大，占用面积大，造价高。同时，需要将高重量的磁铁固定在竖直墙面上，安装风险高，安装难度大。国际上还采用旋转gantry技术，实现多角度照射治疗，但机架自身体积与重量巨大，加工难，安装维护成本高。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种基于多角度照射的束流配送系统及辐照终端，该系统采用一对多的方案，即一个照射方向仅需一条束线，利用多条束流配送线形成多角度照射，通过单台二极磁铁控制分束方向，同时，在二极磁铁前设计旋转点，对束线进行旋转形成多终端布局，而不需要再增加其他束线，最终实现多照射终端、单终端多角度照射的布局。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种基于多角度照射的束流配送系统，包括：

4、固定束线和旋转束线，二者均固定在旋转架上，且二者之间通过磁流体密封装置旋转动密封连接；

5、所述旋转束线包括旋转段单个二极磁铁、水平束线以及若干与地面成一定角度的倾斜束线，所述水平束线和若干所述倾斜束线是所述固定束线的分支，经所述旋转段单个二极磁铁预分离的束流进入所述水平束线或若干所述倾斜束线，所述旋转段单个二极磁铁与变前励全储能电源电连接。

6、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述固定束线包括一个90°二极磁铁和若干内嵌于所述90°二极磁铁内的四极磁铁，或者；

7、所述固定束线包括一个90°二极磁铁和若干四极磁铁，若干所述四极磁铁与所述90°二极磁铁为分体式设计。

8、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述水平束线包括一个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

9、所述水平束线包括一个旋转段二极磁铁和若干四极磁铁，若干所述四极磁铁与所述旋转段二极磁铁为分体式设计。

10、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述倾斜束线包括一条垂直束线，所述垂直束线包括两个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

11、所述垂直束线包括两个旋转段二极磁铁和若干四极磁铁，若干所述四极磁铁与所述旋转段二极磁铁为分体式设计。

12、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述倾斜束线包括若干锐角束线，所述锐角束线与地面成锐角，所述锐角束线包括一个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

13、所述锐角束线包括一个旋转段二极磁铁和若干四极磁铁，若干所述四极磁铁与所述旋转段二极磁铁为分体式设计。

14、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述水平束线和若干所述倾斜束线的束流输出末端均设置有扫描磁铁。

15、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述90°二极磁铁为单向或双向的超导二极磁铁，或者，

16、所述90°二极磁铁为单向或双向的普通二极磁铁。

17、所述的基于多角度照射的束流配送系统，优选地，所述旋转段二极磁铁为单向或双向的超导二极磁铁，或者，

18、所述旋转段二极磁铁为单向或双向的普通二极磁铁。

19、本发明第二方面提供一种基于多角度照射的束流配送终端，包括上述任意一项所述的基于多角度照射的束流配送系统，所述旋转段单个二极磁铁为单向二极磁铁，还包括：

20、操作室，数量若干，若干所述操作室沿所述水平束线旋转的圆周方向均匀布置，形成一层操作室，每个所述操作室的墙壁上开设有安装孔；

21、照射头，数量若干，所述照射头分别与所述操作室一一对应设置，所述照射头穿过所述安装孔用于接收所述旋转束线传输的离子束并对患者或样品进行照射；

22、驱动机构，与所述旋转架传动连接，用于驱动所述旋转架沿环形轨道做0-360度旋转，进而使得所述旋转束线成为可做0-360度旋转的束线。

23、本发明第三方面提供一种基于多角度照射的束流配送终端，包括上述任意一项所述的基于多角度照射的束流配送系统，所述旋转段单个二极磁铁为双向二极磁铁，还包括：

24、操作室，数量若干，若干所述操作室沿所述水平束线旋转的圆周方向均匀布置，形成一层操作室，每个所述操作室的墙壁上开设有安装孔；

25、照射头，数量若干，所述照射头分别与所述操作室一一对应设置，所述照射头穿过所述安装孔用于接收所述旋转束线传输的离子束并对患者或样品进行照射；

26、驱动机构，与所述旋转架传动连接，用于驱动所述旋转架沿环形轨道做0-180度旋转，进而使得所述旋转束线成为可做0-180度旋转的束线。

27、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

28、1、本发明所涉及的束流分配系统，通过调节单台分叉二极磁铁的磁场，实现束流向多角度的终端传输，打破了常规方案采用多块独立二极磁铁组合形成多角度照射的模式，有效减小二极磁铁的数量，降低配送系统造价。同时，通过常温的二极磁铁实现束流快速切换，避免了常用方案中对一整条束线进行切换的模式，时间短，束流利用率高。

29、2、本发明通过磁流体旋转密封可以在统一平面实现多终端布局，大幅减少了加速器至不同实验终端之间束流配送线的数量，避免了爬升与下穿过程设备安装存在的难度大、风险高的问题。同时，旋转段采用超导方案，旋转半径小，可以大幅减小整个装置的规模，降低装置建造成本。

技术特征：

1.一种基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述固定束线包括一个90°二极磁铁和若干内嵌于所述90°二极磁铁内的四极磁铁，或者；

3.根据权利要求1所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述水平束线包括一个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

4.根据权利要求1所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述倾斜束线包括一条垂直束线，所述垂直束线包括两个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

5.根据权利要求1所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述倾斜束线包括若干锐角束线，所述锐角束线与地面成锐角，所述锐角束线包括一个旋转段二极磁铁以及若干内嵌于所述旋转段二极磁铁内的四极磁铁，或者；

6.根据权利要求1所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述水平束线和若干所述倾斜束线的束流输出末端均设置有扫描磁铁。

7.根据权利要求2所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述90°二极磁铁为单向或双向的超导二极磁铁，或者，

8.根据权利要求3-5任意一项所述的基于多角度照射的束流配送系统，其特征在于，所述旋转段二极磁铁为单向或双向的超导二极磁铁，或者，

9.一种基于多角度照射的束流配送辐照终端，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的基于多角度照射的束流配送系统，所述旋转段单个二极磁铁为单向二极磁铁，还包括：

10.一种基于多角度照射的束流配送辐照终端，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的基于多角度照射的束流配送系统，所述旋转段单个二极磁铁为双向二极磁铁，还包括：

技术总结
本发明涉及一种基于多角度照射的束流配送系统及辐照终端，束流配送系统包括：固定束线和旋转束线，二者均固定在旋转架上；旋转束线包括旋转段单个二极磁铁、水平束线以及若干与地面成一定角度的倾斜束线，水平束线和若干倾斜束线是固定束线的分支，经旋转段单个二极磁铁预分离的束流进入水平束线或若干倾斜束线，旋转段单个二极磁铁与变前励全储能电源电连接。该系统采用一对多的方案，即一个照射方向仅需一条束线，利用多条束流配送线形成多角度照射，通过单台二极磁铁控制分束方向，同时，在二极磁铁前设计旋转点，对束线进行旋转形成多终端布局，而不需要再增加其他束线，最终实现多照射终端、单终端多角度照射的布局。

技术研发人员：杨建成,阮爽,申国栋,郑亚军,王耿,盛丽娜,张金泉,柴伟平,夏佳文,詹文龙,刘杰,马桂梅,蔡付成,丁潇,王儒亮
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25