專利名稱:微束x射線治療譜儀、多毛細管x射線聚束系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及χ射線治療技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于多毛細管χ射線聚束系統(tǒng)的微束X射線治療譜儀、多毛細管X射線聚束系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，X射線在腫瘤治療中有著廣泛的應(yīng)用，但在利用毫米量級的X射線束治療腫瘤時，會破壞皮膚免除效應(yīng)。為了不破壞皮膚免除效應(yīng)，人們采用微束X射線對腫瘤進行治療，因為微束X射線對非病灶區(qū)的損傷可以通過細胞再生而得到修復(fù)，所以不會破壞皮膚免除效應(yīng)。
X射線光源中，同步輻射X射線光源可以提供高強度X射線。并且，隨著同步輻射技術(shù)的成熟，已開始建立基于同步輻射源的微束X射線治療設(shè)備。利用同步輻射X射線光源建立微束X射線治療設(shè)備時，由于同步輻射X射線光源的強度很高，所以只需利用多狹縫準直器即可得到適用于微束X射線治療的X射線束，而這種多狹縫準直器對X射線沒有會聚效果，只是將大面積的同步輻射光分割為線形微束X射線系列。同時，因為同步輻射裝置體積龐大，運行成本昂貴，所以在使用基于同步輻射X射線光源的微束X射線治療設(shè)備時， 受到很大的限制。
這樣，領(lǐng)域內(nèi)的研究者們正在尋求一種利用實驗室普通X射線光源建立微束X射線治療設(shè)備的方法。但是，在利用普通X射線光源建立微束X射線治療設(shè)備時，如果仍然采用上述多狹縫準直器來獲得微束X射線系列，那么得到的X射線微束處的X射線功率密度即單位面積上的X射線強度就會很低，因此就不能滿足微束X射線治療的要求。
可見，如何通過普通X射線光源獲得符合微束X射線治療設(shè)備要求的X射線微束系列，進而建立基于普通X射線光源的微束X射線治療譜儀，是本領(lǐng)域人員亟須解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種微束X射線治療譜儀，通過采用普通X 射線光源和多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，獲得符合治療要求的X射線微束系列。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種微束X射線治療譜儀所采用的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)及多毛細管X射線聚束方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對普通X射線光源進行會聚，從而獲得形成X 射線微束系列。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明公開一種微束X射線治療譜儀，包括X射線光源、多毛細管X射線聚束系統(tǒng)；X射線光源位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端的入口焦距處；多毛細管X射線聚束系統(tǒng)由350 500萬根單通道玻璃毛細管排列組成；其中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端接收X射線光源發(fā)出的X射線，會聚后從出口端射出，形成X射線微束系列。
其中，所述單通道玻璃毛細管為350 500萬根。所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut。
優(yōu)選地，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑0_。所述X射線光源為具有可變能量的X射線光源；所述X射線光源的功率范圍為0. 5kff 20kW。
優(yōu)選地，所述微束X射線治療譜儀還包括三維支撐臺，位于所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的出口端，支撐并調(diào)整病人相對于X射線微束系列的位置。
此外，本發(fā)明還公開一種多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，該多毛細管X射線聚束系統(tǒng)由 350 500萬根單通道玻璃毛細管排列組成；其中，位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口焦距處的X射線光源發(fā)出的X射線自多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端射入，會聚后從其出口端射出，形成X射線微束系列；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut、所述入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。
優(yōu)選地，所述X射線光源為具有可變能量的X射線光源；所述X射線光源的功率范圍為 0. 5kff 20kW。
相應(yīng)地，本發(fā)明公開一種多毛細管X射線聚束方法，包括由350 500萬根單通道玻璃毛細管排列構(gòu)成的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)在其入口端接收來自位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口焦距處的X射線光源的X射線；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)內(nèi)的單通道玻璃毛細管對所接收的X射線進行會聚，得到X射線微束系列。其中，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut、所述入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。
由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的微束X射線治療譜儀采用了具有高功率密度增益的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，從而能夠使用低功率X射線光源來達到治療目的，這大大降低了微束X射線治療譜儀的成本，這非常有利于推廣該微束X射線治療譜儀。
而且，本發(fā)明的微束X射線治療譜儀采用的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)對低能X射線起到過濾低能X射線的作用，充當了過濾器作用，因此不需要另外添加低能X射線過濾器，使微束χ射線治療譜儀的結(jié)構(gòu)緊湊，這使得本實施例的微束χ射線治療譜儀使用起來非常方便。
此外，本發(fā)明的微束X射線治療譜儀所采用的X射線光源為實驗室普通X射線光源，結(jié)構(gòu)簡單，便于使用，而且可根據(jù)實際情況設(shè)置為固定單一光源、可選光源或者可更換光源。這樣，便于根據(jù)不同的使用需要選擇相應(yīng)配置的微束X射線治療譜儀。


圖1為本發(fā)明微束X射線治療譜儀的示意圖；
圖2為本發(fā)明多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的示意圖；
圖3為本發(fā)明多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的橫截面示意圖；
圖4為本發(fā)明X射線微束系列的橫截面示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的基本思想在于通過一定數(shù)量的單通道玻璃毛細管(簡稱單毛細管)建
4立一種多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，該多毛細管X射線聚束系統(tǒng)將普通X射線光源發(fā)出的X 射線會聚成具有高功率密度的X射線微束系列，如此，得到本發(fā)明的微束X射線治療譜儀。
為使本發(fā)明上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
參見圖1，示出了一種微束X射線治療譜儀，該微束X射線治療譜儀包括X射線光源1和多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2。其中
X射線光源1為實驗室普通X射線光源，其功率范圍為0. 5kff 20kW。X射線光源 1位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口端。
這里，當功率為0. 5kff時，X射線光源1的焦斑直徑為16微米左右，當功率為20kW 時，X射線光源1的焦斑直徑為1500微米左右。優(yōu)選地，功率為5kW時較為理想，此時，X射線光源1的焦斑直徑為100微米左右，這種尺寸的X射線光源1便于提高多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的傳輸效率。
需要強調(diào)的是，本實施例的微束X射線治療譜儀所采用的X射線光源1結(jié)構(gòu)簡單， 根據(jù)實際情況，可以改變X射線光源1的能量。例如，對于皮膚附近的病灶采用較低能量的 X射線進行治療，對于遠離皮膚的病灶，采用高能量的X射線進行治療。
本實施例中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2由350 500萬根單毛細管構(gòu)成。其中， 所有單毛細管的入口都指向X射線光源1。多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口端接收X射線光源1發(fā)出的X射線，經(jīng)多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2會聚后從出口端射出，形成X射線微束系列3。
微束X射線治療譜儀工作過程中，X射線光源1發(fā)出的X射線，經(jīng)多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2會聚后，形成具有高功率密度的X射線微束系列3。該X射線微束系列3用于照射于病人的病灶。
此外，該微束X射線治療譜儀還可包括三維支撐臺4，三維支撐臺4位于多毛細管 X射線聚束系統(tǒng)2的出口端，支撐并調(diào)整病人相對于X射線微束系列3的位置，以使X射線微束系列3準確地照射在病人的病灶上，以達到有效治療的目的。
下面結(jié)合圖2至圖4，對本實施例多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的主要參數(shù)進行說明
1、能量范圍
本實施例中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2適用的能量范圍為IOOkeV 200keV。通常，對于位于靠近皮膚的病灶，采用低能量的X射線進行治療，對于遠離皮膚的病灶，采用高能量的X射線進行治療。例如，對于皮膚下Icrn的病灶，采用IOOkeV的X射線進行治療， 此時的治療效果較佳；對于皮膚下IOcm的病灶，采用200keV的X射線進行治療，此時的治療效果較佳；對于一般深度的病灶，采用150keV的X射線治療，此時的治療效果較佳。
2、入口焦距 F
入口焦距F是指X射線光源1到多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2入口端的距離，如圖 2所示。一般地，入口焦距F取決于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2中的單毛細管的數(shù)量，當單毛細管的數(shù)量越大時，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2入口焦距F越大，這是因為要使大數(shù)量的單毛細管同時具有會聚功能，必須使它們的入口端遠離光源，即增加多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口焦距F。[0038]另外，入口焦距F還與多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口直徑有關(guān)。一般地，入口直徑越大，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2入口焦距F越大。這是因為，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口直徑越大，則必須使它們的入口端越遠離光源，才能發(fā)揮每根單毛細管的功能， 所以入口直徑較大時，會相應(yīng)地要求多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口焦距F也較大。
需要指出的是，X射線光源1位于入口焦距F處，有利于提高多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的傳輸效率，這是因為，此時光源發(fā)出的X射線便于在多毛細管X射線聚束系統(tǒng)發(fā)生全反射。
本實施例中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口焦距F的范圍為3厘米 40厘米。
3、長度
多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的長度L取決于其所采用的單通道玻璃毛細管的材料、X射線所采用的能量。多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的長度L的范圍為10cm-50cm。
例如，當X射線采用IOOkeV的能量時，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的長度L為IOcm 左右，此時便于發(fā)揮每根單毛細管的會聚功能；當X射線采用200keV的能量時，多毛細管X 射線聚束系統(tǒng)2的長度L為50cm左右，此時每根單毛細管的會聚功能最強。
又如，單通道玻璃毛細管采用由原子序數(shù)大的材料構(gòu)成的重玻璃材料時，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的長度L約為30cm左右，此時的效果較好，因為此時便于減小由多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2會聚得到的X射線微束系列3中每條微束的尺寸，從而提高所述微束X射線治療譜儀的治療效果。
4、入口端直徑Din、出口端直徑D。ut及最大截面的直徑Dmax
(1)多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的最大截面的直徑Dmax分別大于入口端直徑Din和出口端直徑D。ut，這有利于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2高效率地收集來自X射線光源1的X 射線，同時也便于將收集到的X射線會聚為X射線微束系列3。
(2)多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut，這便于提高多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的傳輸效率。
5、單毛細管
多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2中的單毛細管的呈條狀排列，形成一定數(shù)量的條狀或近似條狀的單毛細管組。來自X射線光源的X射線，經(jīng)條狀單毛細管組會聚后，形成一系列線狀的X射線微束，即X射線微束系列3。例如，圖3示所示出的多毛細管X射線聚束系統(tǒng) 2包括四個單毛細管組，對應(yīng)形成四束線焦斑(X射線微束系列3)，該多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2大約由400萬根單毛細管構(gòu)成。
如圖4所示，決定每個單毛細管組的寬度D1和長度L1、以及相鄰單毛細管組之間的距離D2的因素包括構(gòu)成多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的單毛細管的排列方式、單毛細管的材料、X射線光源斑點的大小等。例如，采用由重玻璃材料制成的單毛細管和功率約為4kW 的小焦斑光源時，每個單毛細管組的寬度D1和長度Lp以及相鄰單毛細管組之間的距離D2 會比較?。环粗?，采用由輕玻璃材料制成的單毛細管和功率約為15kW的大焦斑光源時，每個單毛細管組的寬度D1和長度L1、以及相鄰單毛細管組之間的距離D2則會比較大。其中， 所述重玻璃材料由原子序數(shù)大的材料構(gòu)成；所述輕玻璃材料由原子序數(shù)小的材料構(gòu)成。
以上對多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的相關(guān)參數(shù)進行了說明，這里，結(jié)合圖1 4對X射線微束系列3的特性進行如下說明
本實施例中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2會聚得到的X射線微束系列3是線形的。 參見圖4，其示出了 17條X射線微束。每條X射線微束的寬度D'工和長度L'工、以及相鄰 X射線微束之間的距離D' 2由構(gòu)成多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2的單毛細管的排列方式?jīng)Q定。
一般而言，每個單毛細管組的寬度D1和長度Lp以及相鄰單毛細管組之間的距離 D2都變小的情況下，每條X射線微束的寬度D'工和長度L'工、以及相鄰X射線微束之間的距離D' 2也會變小，反之亦然。
值得一提的是，經(jīng)多毛細管X射線聚束系統(tǒng)2會聚得到的X射線微束系列3，具有如下特點
A、包括200 600條的X射線微束；
B、每條X射線微束的寬度D1范圍為20微米 120微米；
C、每條X射線微束長度L1為60毫米；
D、每條X射線微束處的X射線功率密度增益范圍約為1000 5000 ；
E、相鄰X射線微束的中心間隔范圍為100 900微米。
至此可見，本實施例的微束X射線治療譜儀主要是通過采用具有高功率密度增益的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)和低功率X射線光源構(gòu)建的，這大大降低了微束X射線治療譜儀的成本，從而便于推廣微束X射線治療譜儀。
此外，本實施例微束X射線治療譜儀所采用的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，起到過濾低能X射線的作用，因此不需要另外添加低能X射線過濾器，使微束X射線治療譜儀的結(jié)構(gòu)緊湊，這使得本實施例的微束X射線治療譜儀使用起來非常方便。
下面結(jié)合一個具體實施例，說明本發(fā)明基于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的微束X射線治療譜儀
本實施例中，微束X射線治療譜儀所采用的X射線光源能量為120keV，功率為 5kff,所采用的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)是由400萬根單玻璃毛細管構(gòu)成的，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口焦距20厘米。
其中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)將來自X射線光源的X射線會聚，并在其出口處形成X射線微束系列，所形成的X射線微束系列的X射線微束條數(shù)為400條，每條X射線微束的寬度為80微米，每條X射線微束的長度為60毫米，每條X射線微束形成處的X射線功率密度增益為3000，相鄰X射線微束中心間隔的范圍為600微米。
微束X射線治療譜儀工作過程中，通過控制三維支撐臺使位于三維支撐臺上的病人進入微束X射線治療譜儀的治療區(qū)域，然后通過移動三維支撐臺，使微束X射線治療譜儀發(fā)出的X射線微束系列對準病灶，以進行治療。
相應(yīng)地，本發(fā)明還公開一種多毛細管X射線聚束方法，該方法包括多毛細管X射線聚束系統(tǒng)在其入口端接收來自X射線光源的X射線；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)內(nèi)的單通道玻璃毛細管對所接收的X射線進行會聚，得到X射線微束系列。
上述方法中，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)包括350 500萬根單通道玻璃毛細管；其中，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut、所述入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。[0068]需要說明的是，關(guān)于所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)、X射線微束系列的進一步描述，參照上文相關(guān)描述即可，本實施例在這里不再贅述。
在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述即可。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，只是用來說明和解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種微束X射線治療譜儀，其特征在于，包括x射線光源、多毛細管X射線聚束系統(tǒng)；X射線光源位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端的入口焦距處； 多毛細管X射線聚束系統(tǒng)由350 500萬根單通道玻璃毛細管排列組成； 其中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端接收X射線光源發(fā)出的X射線，會聚后從出口端射出，形成X射線微束系列；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微束X射線治療譜儀，其特征在于，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的微束X射線治療譜儀，其特征在于，所述X射線光源為具有可變能量的X射線光源；所述X射線光源的功率范圍為0. 5kff 20kW。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的微束X射線治療譜儀，其特征在于，該治療譜儀還包括 三維支撐臺，位于所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的出口端，支撐并調(diào)整病人相對于所述X射線微束系列的位置。
5.一種多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，其特征在于，該多毛細管X射線聚束系統(tǒng)由350 500萬根單通道玻璃毛細管排列組成；其中，位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口焦距處的X射線光源發(fā)出的X射線自多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端射入，會聚后從其出口端射出，形成X射線微束系列；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut、所述入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)，其特征在于，所述X射線光源為具有可變能量的X射線光源；所述X射線光源的功率范圍為0. 5kff 20kW。
7.一種多毛細管X射線聚束方法，其特征在于，包括由350 500萬根單通道玻璃毛細管排列構(gòu)成的多毛細管X射線聚束系統(tǒng)在其入口端接收來自位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口焦距處的X射線光源的X射線；所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)內(nèi)的單通道玻璃毛細管對所接收的X射線進行會聚，得到X射線微束系列；其中，所述多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端直徑Din大于出口端直徑D。ut、所述入口端直徑Din小于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的最大截面的直徑Dmax。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種微束X射線治療譜儀，包括X射線光源、多毛細管X射線聚束系統(tǒng)；X射線光源位于多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端；多毛細管X射線聚束系統(tǒng)由多根單通道玻璃毛細管排列組成；其中，多毛細管X射線聚束系統(tǒng)的入口端接收X射線光源發(fā)出的X射線，會聚后從出口端射出，形成X射線微束系列。本發(fā)明還公開一種多毛細管X射線聚束系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括350～500萬根單通道玻璃毛細管。因此，本發(fā)明可通過普通X射線光源獲得符合要求的X射線微束系列，且不需要另外添加低能X射線過濾器，使微束X射線治療譜儀的結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。
文檔編號A61N5/10GKCN102000399 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201010605826
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月23日
發(fā)明者劉志國, 劉鶴賀, 孫天希, 袁灝 申請人:北京師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),