УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТАЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

МКИ A 61 N5/01 A 61 N5/10 H 05 H 9/00
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТАЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Изобретение относится к области медицинской апнаратуры, а именно к устройствам для ротационной лучевой терании.
Известно устройство лучевой терании, содержащее циклический ускоритель ионов, нанример нротонов, систему вывода пучка заряженных частиц, систему ротации нучка частиц - гантри (gantry). Такое устройство - циклический ускоритель совместно с гантри является сложным, громоздким и дорогостоящим инженернотехническим соор жением.( PSI Life Sciences and Institute for Medical Radiobiology, Newsletter 1994 - Annual Report 1994 (Annex 11), Paul Scherrer Institut CH-5232 Villigen PSI, Swiss, p.6-10, 13-15).
Известно устройство для лучевой терании, содержащее линейный ускоритель ионов, нанример протонов, на бегущей волне с использованием обратной пространственной гармоники. (Alexey S.Bogomolov The Proposed Hospital-Based Proton Therapy Linear Accelerator, Proc. of the Linac Conf, Tsukuba, Japan, Aug. 21-26, 1994, p.p.564-566).
Использование линейного ускорителя ионов (нротонов) позволяет подвести необходимую высокую радиационную дозу к опухоли без существенного повреждения нормальных тканей. Но такой ускоритель имеет существенный лечебный недостаток, т.к. нучок в пространстве строго фиксирован и для формирования дозного поля необходимо перемещать пациента.
Широко используются для ротационной лучевой терапии устройства, содержащие инжектор, линейный ускоритель электронов, систему питания ускоряющей секции, систему ротации, систему поворота пучка, сканирующую систему. (Varian Clinac 2500 Radiotherapy Linear Accelerator, Instruction, Palo-Alto, CA 94303, U.S.A.) - прототип.
В этом устройстве во вращающейся конеоли размещен целиком линейный ускоритель с ускоряющей сек1щей, обеснечивающей ускорение релятивистских частиц (электроцш) в режиме стоячей
волны, оснащенный соответственно источником электронов и единственным устройством поворота пучка вдоль радиуса вращения в направлении оси вращения. Высокочастотное питание такого ускорителя выполнено на клистроне сантиметрового диапазона длин волн, который размещен в несзтцей неподвижной конструкции данного устройства. Подачу ВЧ-питания в подвижную секцию осуществляют посредством применения вращающегося щарнирно волноводного сочленения.
Медицинский ускоритель электронов для ротационной терапии является относительно дешевым устройством по сравнению с ускорителями ионов, оснащенных обособленными системами гантри. Известно однако, что ускорители электронов плохо формируют предписанные дозные поля и при облучении пучком электронов (или фотонов) ткани, расположенные перед очагом на пути пучка, также получают значительную радиационную дозу, и, кроме того, края пучка расплывчаты из-за сильного рассеивания этих частиц в силу малости их массы.
Данное изобретение устраняет недостатки прототипа в области формирования дозньгх полей, сохраняет преимущества ионно-лучевой терапии, позволяет значительно снизить габариты ионных устройств для лучевой терапии.
Техническим результатом данного изобретевшя является создание компактного устройства для ионной (протонной) ротационной лучевой терапии.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для ротационной лучевой терапии, содержащем инжектор, линейный ускоритель заряженных частиц, систему высокочастотного питания ускорителя, систему поворота пучка, сканирующую систему и систему ротации, ускоритель выполнен в виде линейного ускорителя ионов и содержит неподвижную ускоряющую секцию, подвижную ускоряющую секцию, устройство, соединяющее неподвижную секцию и подвижную ускоряющие секции, которое обеспечивает параллельный перенос пучка из одной секции в другую, доподшительную систему высокочастотного питания неподвижной секции, задающий генератор, при чем инжектор размещен на входном конце неподвижной ускоряющей секции, каждая из секций состоит из набора по меньшей мере двух ускоряющих модулей, выполненных на линейных ускоряющих структурах и продольные оси распространения пучка в неподвижной и подвижной секциях смещены друг относительно друга
;/яГ1
на расстояние равное радиусу вращения подвижной секции, устройство соединяющее неподвижную и подвижную ускоряющие секции содержит на входе и выходе по однотипному узлу поворота пучка заряженных частиц, первый из которых шарнирно присоединен к выходу последнего модуля неподвияшой ускоряющей секции, а второй жестко присоединен к входу первого модуля подвижной ускоряющей секции задающий генератор присоединен к входу каждой из систем высокочастотного питания и снабжен элементами, обеспечивающими синхронизацию и фазирование.
Система высокочастотного питания неподвижной ускоряющей секции может быть выполнена в дециметровом диапазоне длин волн, и при этом в кратном ему сантиметровом диапазоне длин волн будет выполнено высокочастотное питание подвижной ускоряющей секции. Входы из ускоряющих модулей могут быть присоединены к соответствующему ВЧ-питанию через компрессоры ВЧ-мощности. Система ВЧ-питания как неподвижной, так и подвижной секций может включать компрессор ВЧ-мощности. Ускоряющие модули неподвижной секции могут быть выполнены на линейных ускоряющих структурах на обратной гармонике, и при этом ускоряющие модули подвижной ускоряющей секции могут быть выполнены на линейных ускоряющих структурах как на прямой гармонике или обратной гармонике, так и на стоячей волне. Система ВЧ-питания подвижной ускоряющей секции может быть выполнена совместно с подвижной ускоряющей секцией.
В заявляемом изобретении кардинальное уменьшение размеров аппаратуры для ускорения заряженных частиц, в частности протонов, достигнуто за счет разбиения линейного ускорителя на две части неподвижную ускоряющую секцию, наиболее громоздкую и массивную, и подвижную - ускоряющую секцию, каждая из которых снабжена своей собственной системой ВЧ-питания. ВЧ-питание обеих секций синхронизовано и сфазировано через задающий генератор. При этом устройство соединяющее неподвижную и подвижпую секции ускорителя осуществляет параллельный перенос пучка заряженных частиц из неподвижной в подвижную секцию. Это в свою очередь определяет выполнение неподвижной и подвижной секций таким образом, чтобы смещение продольных осей распространения пучка в них относительно друг друга было равно радиусу вращения подвижной секции. Вьщеление относительно легкой подвижной ускоряющей секции позволяет компактно разместить в одном вращающемся блоке
эту секцию совместно с системами поворота пучка и системой сканирования пучка и даже помещать в тот же вращающийся блок ВЧ питание этой подвджной ускоряющей секции,
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена общая схема заявляемой установки. На фиг.2 показан в разрезе пример конкретного выполнения устройства, соединяющего неподвижную и подвижную ускоряющие секции. На фиг.З схематически цредставлек пример размещения подвижной секции относительно неподвижной секции. На фиг. 4 представлена схема взаимосвязи узлов установки прототипа. На фиг. 5 представлена схема взаимосвязи узлов заявляемого устройства.
Устройство для ротационной лучевой терапии содержит источник-инжектор 1 заряженных частиц, неподвижную ускоряющую секцию 2 и подвижную 3 ускоряющую секцию, размещаемую во вращающейся консоли, питаемые соответствующими высокочастотными источниками 4 и 5, систему поворота пучка 6 и систему сканирования пучка 7, установленные на выходном конце 8 подвижной ускоряющей секции 3. Неподвижная 2 и подвижная 3 секции состоят из набора модулей 9 и 10, соответственно. На схеме фиг.1 представлен вариант выполнения ускорителя, когда модули неподвижной секции 2 и первый модуль подвижной секции 3 выполнены на обратной гармонике, а второй модуль подвижной секции 3 выполнен на стоячей волне, и последний модуль подвижной секции выполнен на прямой гармонике. Соединение выходного модуля 9 неподвижной ускоряющей секции 2 с входным модулем 10 подвижной ускоряющей секции 3 осуществляет устройство 11, содержащее на входе и выходе по однотипному узду поворота пучка заряженных частиц 12 и 13., соответственно. Узел 12 шарнирной муфтой 14 соединен с выходом последнего модуля неподвижной ускоряющей секции 2, а узел 13 креплением 15 жестко соединен с входом первого модуля подвижной ускоряющей, секции 3. Ось вращения 16 подвижной ускоряющей секции 3 совпадает с продольной осью пучка 17, ускоряемого в неподвижной секции 2. Входы ВЧ-источников питания 4 и 5 соединены с выходами задающего генератора 18.
В разрезе представлен на фиг.2 пример конкретного выполнения устройства 11, соединяющего неподвижную 2 и подвижную 3 ускоряющие секции, где 19 - магнит узла поворота 12, расположенного на выходном конце выходного модуля 9 неподвижной секции 2; 20 магнит узла поворота 13, расположенного на входном конце входного
/W}
модуля 10 подвижной секции 3; 21 и 22 проекции на плоскость чертежа осей ускоряемого в неподвижной и подвижной секциях пучка заряженных частиц,
На фиг.З показан вариант конкретного выполнения ротационного ускорителя ионов для лучевой терапии, когда подвижная секция расположена над неподвижной секцией и параллельный перенос пучка выполнен с дополнительным поворотом пучка на 180° относительно варианта представленного на схеме фиг.1.
Установка работает следующим образом.
Пучок заряженных частиц, инжектируемый источником 1, ускоряется последовательно в модулях 9 неподвижной ускоряющей секции 2, питаемой высокочастотным источником 4 дециметрового диапазона длин волн, и поступает EQ вращающийся щарнирно узел поворота пучка 14. Магнитное поле магнита 19 поворачивает пучок и направляет его вдоль устройства 11 в узел поворота пучка 13, магнитное поле магнита 20 поворачивает пучок и направляет его через соединение 15 во входной модуль 10 подвижной ускоряющей секции 3, где пучок доускоряют до энергии, необходимой для облучения опухоли. Модули 10 запитывают более высокой и кратной частоте источника 4 частотой от источника высокочастотного питания 5, Допустима запитка ускоряющих секций через известные схемы компрессоров ВЧ-мощности. Частоты и фазы колебаний высокочастотных источников 4 и 5 синхронизированы и сфазированы с помощью задающего генератора 18, поэтому сгустки ускоряемых ионов всегда поступают в подвижную секцию в правильной фазе. Из последнего модуля подвижной ускоряющей секции 3 пучок ионов, ускоренный до предписанной энергии поступает в выходное поворотное 6 и сканирующее 7 устройства. Устройство 6 направляет пучок на объект облучения, а устройство 7 позволяет сформировать поле облучения строго по форме облучаемого объекта. При повороте подвижной секции 3 на любой предписанный угол относительно оси вращения 16, которая совпадает с осью пучка ускоренного в неподвижной секции 2, пучок облучает мишень с предписанного направления, что также применяется для формирования предписанного распределения дозного поля.
При конкретном выполнении ротационного ускорителя ионов для лучевой терапии неподвижную ускоряющую секцию размещают вместе с ее ВЧ-питанием в станине установки, а подвижную ускоряющую секцию вместе с необходимым ВЧ-питаНием размещают
во вращающейся консоли, которая соединена со станиной штангой, снабженной нротивовесом.
Таким образом выполнение ротационного ускорителя заряженных частиц для лучевой терапии в виде двух частей неподвижной и подвижной - позволяет впервые создать компактную ротационную установку для щчо&ш. ионной терапии, с габаритами, приемлемыми для щирокой клинической практики и с возможностью оперативного доступа к пациенту.