本發(fā)明涉及粒子治療，更具體地涉及一種基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子重離子治療是治療癌癥的重要手段，臨床上應(yīng)用廣泛。其得益于布拉格峰的劑量分布特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確定位腫瘤細(xì)胞位置，在消除腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，保護(hù)人體健康的組織和器官。不同種類(lèi)的粒子具有不同的生物效應(yīng)，布拉格峰的深度也不相同，因此適用的腫瘤類(lèi)型也不盡相同。

2、目前癌癥治療常用的粒子種類(lèi)為質(zhì)子(h+)和碳離子(c6+)。質(zhì)子可以更加精準(zhǔn)地定位腫瘤位置，但其生物效應(yīng)較弱，往往需要進(jìn)行多次照射來(lái)完成整個(gè)治療；而碳離子可以快速地殺死腫瘤細(xì)胞，但是照射的半影區(qū)較大，對(duì)人體健康組織和器官的損傷更大。根據(jù)對(duì)不同粒子的研究，發(fā)現(xiàn)氦離子(he2+)同時(shí)具有高生物效應(yīng)和較小的半影區(qū)的特點(diǎn)，有望在治療中取得更好的效果。

3、自粒子束治療概念提出以后，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(lawrence?berkeleylaboratory，lbl)就開(kāi)始相關(guān)的研究和試驗(yàn)，包括多種離子和不同部位的腫瘤，其中在1957年開(kāi)始了氦離子治療。隨著lbl在1992年關(guān)停加速器，不同粒子在腫瘤治療中的研究進(jìn)展開(kāi)始出現(xiàn)巨大的差異，由于各種歷史原因，質(zhì)子和碳離子是發(fā)展最快的，直到近年氦離子治療又重新受到關(guān)注。目前世界上可以用于加速氦離子的醫(yī)用加速器僅有兩臺(tái)，一臺(tái)在日本himac(heavy?ion?medical?accelerator?in?chiba)，一臺(tái)在德國(guó)hit(heidelberg?ionbeam?therapy?center)。himac的加速器設(shè)計(jì)可以加速氦離子至氬離子，但實(shí)際氦離子僅用于校準(zhǔn)機(jī)器，并未應(yīng)用于治療。hit的加速器原本設(shè)計(jì)使用質(zhì)子和碳離子，后來(lái)經(jīng)過(guò)升級(jí)改造后增加了氦離子，并在2021年將氦離子應(yīng)用到了臨床中?？傊?，氦離子治療還在實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)有利用氦離子的商用裝置，更沒(méi)有專(zhuān)用的氦離子加速器和治療中心。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的沒(méi)有利用氦離子的商用裝置的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置。

2、根據(jù)本發(fā)明的基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置，其包括離子源系統(tǒng)、注入器、注入系統(tǒng)、同步加速器、引出系統(tǒng)、束流傳輸系統(tǒng)和治療室，其中，離子源系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)電子回旋共振離子源分別產(chǎn)生和氦離子，注入器包括四翼型rfq和ih-dtl，或氦離子通過(guò)四翼型rfq和ih-dtl初步加速至8mev/u，經(jīng)過(guò)剝離器剝離為質(zhì)子，質(zhì)子或氦離子通過(guò)注入系統(tǒng)分別注入到同步加速器，同步加速器將質(zhì)子或氦離子加速至235mev/u后通過(guò)引出系統(tǒng)從同步加速器中引出，引出的質(zhì)子或氦離子通過(guò)束流傳輸系統(tǒng)使其橫向尺寸小于10mm后進(jìn)入治療室中進(jìn)行治療。

3、在優(yōu)選的實(shí)施例中，四翼型rfq的工作頻率為425mhz。

4、在優(yōu)選的實(shí)施例中，注入器根據(jù)粒子荷質(zhì)比1/2設(shè)計(jì)以便于同時(shí)加速和氦離子。

5、在優(yōu)選的實(shí)施例中，注入器還包括中能傳輸線(xiàn)，中能傳輸線(xiàn)上設(shè)置有剝束器以將剝離為質(zhì)子。

6、在優(yōu)選的實(shí)施例中，同步加速器將質(zhì)子加速至235mev～750mev。

7、在優(yōu)選的實(shí)施例中，治療室配備質(zhì)子ct，配合質(zhì)子氦離子治療。

8、在優(yōu)選的實(shí)施例中，同步加速器的周長(zhǎng)小于28米，從而實(shí)現(xiàn)小型化。應(yīng)該理解，雖然治療裝置的同步加速器已有幾十年的發(fā)展，技術(shù)較為成熟，但是目前世界上治療專(zhuān)用的同步加速器僅有針對(duì)質(zhì)子和碳離子兩種粒子的設(shè)計(jì)。雖然碳離子同步加速器理論上可加速氦離子和質(zhì)子，但同等技術(shù)條件下碳離子同步加速器的半徑要遠(yuǎn)大于質(zhì)子和氦離子同步加速器，也就是說(shuō)，小型化氦離子同步加速器的研究還沒(méi)有開(kāi)展過(guò)。

9、在優(yōu)選的實(shí)施例中，同步加速器包括八塊二極磁鐵，通過(guò)控制磁鐵電源使得二極磁鐵的強(qiáng)度隨束流能量的變化而變化以實(shí)現(xiàn)同步。

10、在優(yōu)選的實(shí)施例中，治療室包括固定束治療室和/或旋轉(zhuǎn)束治療室，在固定束治療室中，束流的方向不發(fā)生改變，以固定的角度對(duì)患處進(jìn)行照射；在旋轉(zhuǎn)束治療室中，束流的方向根據(jù)治療需求改變以多個(gè)角度對(duì)患處進(jìn)行照射。

11、在優(yōu)選的實(shí)施例中，束流傳輸系統(tǒng)包括伸入旋轉(zhuǎn)束治療室中的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的二極磁鐵為超導(dǎo)二極磁鐵。

12、根據(jù)本發(fā)明的基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置，著眼于氦離子，同時(shí)兼容質(zhì)子，實(shí)現(xiàn)治療裝置小型化，其中的同步加速器和旋轉(zhuǎn)治療頭部分的體積明顯小于現(xiàn)有碳離子治療裝置，降低治療裝置的體積和建造成本，可以充分利用氦離子治療的優(yōu)勢(shì)，提高粒子束治療的效果，最終實(shí)現(xiàn)氦離子治療的推廣，為民生謀福祉。

技術(shù)特征：

1.一種基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，該質(zhì)子氦離子治療裝置包括離子源系統(tǒng)、注入器、注入系統(tǒng)、同步加速器、引出系統(tǒng)、束流傳輸系統(tǒng)和治療室，其中，離子源系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)電子回旋共振離子源分別產(chǎn)生和氦離子，注入器包括四翼型rfq和ih-dtl，或氦離子通過(guò)四翼型rfq和ih-dtl初步加速至8mev/u，經(jīng)過(guò)剝離器剝離為質(zhì)子，質(zhì)子或氦離子通過(guò)注入系統(tǒng)分別注入到同步加速器，同步加速器將質(zhì)子或氦離子加速至235mev/u后通過(guò)引出系統(tǒng)從同步加速器中引出，引出的質(zhì)子或氦離子通過(guò)束流傳輸系統(tǒng)使其橫向尺寸小于10mm后進(jìn)入治療室中進(jìn)行治療。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，四翼型rfq的工作頻率為425mhz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，注入器根據(jù)粒子荷質(zhì)比1/2設(shè)計(jì)以便于同時(shí)加速和氦離子。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，注入器還包括中能傳輸線(xiàn)，中能傳輸線(xiàn)上設(shè)置有剝束器以將剝離為質(zhì)子。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，同步加速器將質(zhì)子加速至235mev～750mev。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，治療室配備質(zhì)子ct，配合質(zhì)子氦離子治療。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，同步加速器的周長(zhǎng)小于28米。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，同步加速器包括八塊二極磁鐵，通過(guò)控制磁鐵電源使得二極磁鐵的強(qiáng)度隨束流能量的變化而變化以實(shí)現(xiàn)同步。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，治療室包括固定束治療室和/或旋轉(zhuǎn)束治療室，在固定束治療室中，束流的方向不發(fā)生改變，以固定的角度對(duì)患處進(jìn)行照射；在旋轉(zhuǎn)束治療室中，束流的方向根據(jù)治療需求改變以多個(gè)角度對(duì)患處進(jìn)行照射。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)子氦離子治療裝置，其特征在于，束流傳輸系統(tǒng)包括伸入旋轉(zhuǎn)束治療室中的旋轉(zhuǎn)機(jī)架，旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的二極磁鐵為超導(dǎo)二極磁鐵。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于同步加速器的質(zhì)子氦離子治療裝置，離子源系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)電子回旋共振離子源分別產(chǎn)生和氦離子，注入器包括四翼型RFQ和IH?DTL，或氦離子通過(guò)四翼型RFQ和IH?DTL初步加速至8MeV/u，經(jīng)過(guò)剝離器剝離為質(zhì)子，質(zhì)子或氦離子通過(guò)注入系統(tǒng)分別注入到同步加速器，同步加速器將質(zhì)子或氦離子加速至235MeV/u后通過(guò)引出系統(tǒng)從同步加速器中引出，引出的質(zhì)子或氦離子通過(guò)束流傳輸系統(tǒng)使其橫向尺寸小于10mm后進(jìn)入治療室中進(jìn)行治療。根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)子氦離子治療裝置，實(shí)現(xiàn)治療裝置小型化，最終實(shí)現(xiàn)氦離子治療的推廣，為民生謀福祉。

技術(shù)研發(fā)人員：方文程,趙振堂,張慶磊,陸?hù)嘈?吳軍,呂明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9