微束X射线治疗谱仪、多毛细管X射线聚束系统及方法

1.一种微束X射线治疗谱仪，其特征在于，包括：X射线光源、多毛细管X射线聚束系统；
X射线光源位于多毛细管X射线聚束系统的入口端的入口焦距处；
多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；
其中，多毛细管X射线聚束系统的入口端接收X射线光源发出的X射线，会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout。
2.根据权利要求1所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。
3.根据权利要求2所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；
所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。
4.根据权利要求2所述的微束X射线治疗谱仪，其特征在于，该治疗谱仪还包括：
三维支撑台，位于所述多毛细管X射线聚束系统的出口端，支撑并调整病人相对于所述X射线微束系列的位置。
5.一种多毛细管X射线聚束系统，其特征在于，该多毛细管X射线聚束系统由350～
500万根单通道玻璃毛细管排列组成；
其中，位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源发出的X射线自多毛细管X射线聚束系统的入口端射入，会聚后从其出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout、所述入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。
6.根据权利要求5所述的多毛细管X射线聚束系统，其特征在于，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。
7.一种多毛细管X射线聚束方法，其特征在于，包括：
由350～500万根单通道玻璃毛细管排列构成的多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源的X射线；
所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列；
其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout、所述入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。

微束X射线治疗谱仪、多毛细管X射线聚束系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及X射线治疗技术领域，特别涉及一种基于多毛细管X射线聚束系统的微束X射线治疗谱仪、多毛细管X射线聚束系统及方法。\n背景技术\n[0002] 目前，X射线在肿瘤治疗中有着广泛的应用，但在利用毫米量级的X射线束治疗肿瘤时，会破坏皮肤免除效应。为了不破坏皮肤免除效应，人们采用微束X射线对肿瘤进行治疗，因为微束X射线对非病灶区的损伤可以通过细胞再生而得到修复，所以不会破坏皮肤免除效应。\n[0003] X射线光源中，同步辐射X射线光源可以提供高强度X射线。并且，随着同步辐射技术的成熟，已开始建立基于同步辐射源的微束X射线治疗设备。利用同步辐射X射线光源建立微束X射线治疗设备时，由于同步辐射X射线光源的强度很高，所以只需利用多狭缝准直器即可得到适用于微束X射线治疗的X射线束，而这种多狭缝准直器对X射线没有会聚效果，只是将大面积的同步辐射光分割为线形微束X射线系列。同时，因为同步辐射装置体积庞大，运行成本昂贵，所以在使用基于同步辐射X射线光源的微束X射线治疗设备时，受到很大的限制。\n[0004] 这样，领域内的研究者们正在寻求一种利用实验室普通X射线光源建立微束X射线治疗设备的方法。但是，在利用普通X射线光源建立微束X射线治疗设备时，如果仍然采用上述多狭缝准直器来获得微束X射线系列，那么得到的X射线微束处的X射线功率密度即单位面积上的X射线强度就会很低，因此就不能满足微束X射线治疗的要求。\n[0005] 可见，如何通过普通X射线光源获得符合微束X射线治疗设备要求的X射线微束系列，进而建立基于普通X射线光源的微束X射线治疗谱仪，是本领域人员亟须解决的技术问题。\n发明内容\n[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微束X射线治疗谱仪，通过采用普通X射线光源和多毛细管X射线聚束系统，获得符合治疗要求的X射线微束系列。\n[0007] 本发明的另一目的在于提供一种微束X射线治疗谱仪所采用的多毛细管X射线聚束系统及多毛细管X射线聚束方法，能够实现对普通X射线光源进行会聚，从而获得形成X射线微束系列。\n[0008] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：\n[0009] 本发明公开一种微束X射线治疗谱仪，包括：X射线光源、多毛细管X射线聚束系统；X射线光源位于多毛细管X射线聚束系统的入口端的入口焦距处；多毛细管X射线聚束系统由350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；其中，多毛细管X射线聚束系统的入口端接收X射线光源发出的X射线，会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列。\n[0010] 其中，所述单通道玻璃毛细管为350～500万根。所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout。\n[0011] 优选地，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。\n[0012] 优选地，所述微束X射线治疗谱仪还包括：三维支撑台，位于所述多毛细管X射线聚束系统的出口端，支撑并调整病人相对于X射线微束系列的位置。\n[0013] 此外，本发明还公开一种多毛细管X射线聚束系统，该多毛细管X射线聚束系统由\n350～500万根单通道玻璃毛细管排列组成；其中，位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源发出的X射线自多毛细管X射线聚束系统的入口端射入，会聚后从其出口端射出，形成X射线微束系列；所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout、所述入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。\n[0014] 优选地，所述X射线光源为具有可变能量的X射线光源；所述X射线光源的功率范围为0.5kW～20kW。\n[0015] 相应地，本发明公开一种多毛细管X射线聚束方法，包括：由350～500万根单通道玻璃毛细管排列构成的多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自位于多毛细管X射线聚束系统的入口焦距处的X射线光源的X射线；所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列。其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout、所述入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。\n[0016] 由以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：\n[0017] 本发明的微束X射线治疗谱仪采用了具有高功率密度增益的多毛细管X射线聚束系统，从而能够使用低功率X射线光源来达到治疗目的，这大大降低了微束X射线治疗谱仪的成本，这非常有利于推广该微束X射线治疗谱仪。\n[0018] 而且，本发明的微束X射线治疗谱仪采用的多毛细管X射线聚束系统对低能X射线起到过滤低能X射线的作用，充当了过滤器作用，因此不需要另外添加低能X射线过滤器，使微束X射线治疗谱仪的结构紧凑，这使得本实施例的微束X射线治疗谱仪使用起来非常方便。\n[0019] 此外，本发明的微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源为实验室普通X射线光源，结构简单，便于使用，而且可根据实际情况设置为固定单一光源、可选光源或者可更换光源。这样，便于根据不同的使用需要选择相应配置的微束X射线治疗谱仪。\n附图说明\n[0020] 图1为本发明微束X射线治疗谱仪的示意图；\n[0021] 图2为本发明多毛细管X射线聚束系统的示意图；\n[0022] 图3为本发明多毛细管X射线聚束系统的横截面示意图；\n[0023] 图4为本发明X射线微束系列的横截面示意图。\n具体实施方式\n[0024] 本发明的基本思想在于：通过一定数量的单通道玻璃毛细管(简称单毛细管)建立一种多毛细管X射线聚束系统，该多毛细管X射线聚束系统将普通X射线光源发出的X射线会聚成具有高功率密度的X射线微束系列，如此，得到本发明的微束X射线治疗谱仪。\n[0025] 为使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。\n[0026] 参见图1，示出了一种微束X射线治疗谱仪，该微束X射线治疗谱仪包括：X射线光源1和多毛细管X射线聚束系统2。其中：\n[0027] X射线光源1为实验室普通X射线光源，其功率范围为0.5kW～20kW。X射线光源\n1位于多毛细管X射线聚束系统2的入口端。\n[0028] 这里，当功率为0.5kW时，X射线光源1的焦斑直径为16微米左右，当功率为20kW时，X射线光源1的焦斑直径为1500微米左右。优选地，功率为5kW时较为理想，此时，X射线光源1的焦斑直径为100微米左右，这种尺寸的X射线光源1便于提高多毛细管X射线聚束系统的传输效率。\n[0029] 需要强调的是，本实施例的微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源1结构简单，根据实际情况，可以改变X射线光源1的能量。例如，对于皮肤附近的病灶采用较低能量的X射线进行治疗，对于远离皮肤的病灶，采用高能量的X射线进行治疗。\n[0030] 本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2由350～500万根单毛细管构成。其中，所有单毛细管的入口都指向X射线光源1。多毛细管X射线聚束系统2的入口端接收X射线光源1发出的X射线，经多毛细管X射线聚束系统2会聚后从出口端射出，形成X射线微束系列3。\n[0031] 微束X射线治疗谱仪工作过程中，X射线光源1发出的X射线，经多毛细管X射线聚束系统2会聚后，形成具有高功率密度的X射线微束系列3。该X射线微束系列3用于照射于病人的病灶。\n[0032] 此外，该微束X射线治疗谱仪还可包括三维支撑台4，三维支撑台4位于多毛细管X射线聚束系统2的出口端，支撑并调整病人相对于X射线微束系列3的位置，以使X射线微束系列3准确地照射在病人的病灶上，以达到有效治疗的目的。\n[0033] 下面结合图2至图4，对本实施例多毛细管X射线聚束系统2的主要参数进行说明：\n[0034] 1、能量范围\n[0035] 本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2适用的能量范围为100keV～200keV。通常，对于位于靠近皮肤的病灶，采用低能量的X射线进行治疗，对于远离皮肤的病灶，采用高能量的X射线进行治疗。例如，对于皮肤下1cm的病灶，采用100keV的X射线进行治疗，此时的治疗效果较佳；对于皮肤下10cm的病灶，采用200keV的X射线进行治疗，此时的治疗效果较佳；对于一般深度的病灶，采用150keV的X射线治疗，此时的治疗效果较佳。\n[0036] 2、入口焦距F\n[0037] 入口焦距F是指X射线光源1到多毛细管X射线聚束系统2入口端的距离，如图\n2所示。一般地，入口焦距F取决于多毛细管X射线聚束系统2中的单毛细管的数量，当单毛细管的数量越大时，多毛细管X射线聚束系统2入口焦距F越大，这是因为要使大数量的单毛细管同时具有会聚功能，必须使它们的入口端远离光源，即增加多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F。\n[0038] 另外，入口焦距F还与多毛细管X射线聚束系统2的入口直径有关。一般地，入口直径越大，多毛细管X射线聚束系统2入口焦距F越大。这是因为，多毛细管X射线聚束系统2的入口直径越大，则必须使它们的入口端越远离光源，才能发挥每根单毛细管的功能，所以入口直径较大时，会相应地要求多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F也较大。\n[0039] 需要指出的是，X射线光源1位于入口焦距F处，有利于提高多毛细管X射线聚束系统2的传输效率，这是因为，此时光源发出的X射线便于在多毛细管X射线聚束系统发生全反射。\n[0040] 本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2的入口焦距F的范围为：3厘米～40厘米。\n[0041] 3、长度\n[0042] 多毛细管X射线聚束系统2的长度L取决于其所采用的单通道玻璃毛细管的材料、X射线所采用的能量。多毛细管X射线聚束系统2的长度L的范围为10cm-50cm。\n[0043] 例如，当X射线采用100keV的能量时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L为10cm左右，此时便于发挥每根单毛细管的会聚功能；当X射线采用200keV的能量时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L为50cm左右，此时每根单毛细管的会聚功能最强。\n[0044] 又如，单通道玻璃毛细管采用由原子序数大的材料构成的重玻璃材料时，多毛细管X射线聚束系统2的长度L约为30cm左右，此时的效果较好，因为此时便于减小由多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3中每条微束的尺寸，从而提高所述微束X射线治疗谱仪的治疗效果。\n[0045] 4、入口端直径Din、出口端直径Dout及最大截面的直径Dmax\n[0046] (1)多毛细管X射线聚束系统2的最大截面的直径Dmax分别大于入口端直径Din和出口端直径Dout，这有利于多毛细管X射线聚束系统2高效率地收集来自X射线光源1的X射线，同时也便于将收集到的X射线会聚为X射线微束系列3。\n[0047] (2)多毛细管X射线聚束系统2的入口端直径Din大于出口端直径Dout，这便于提高多毛细管X射线聚束系统2的传输效率。\n[0048] 5、单毛细管\n[0049] 多毛细管X射线聚束系统2中的单毛细管的呈条状排列，形成一定数量的条状或近似条状的单毛细管组。来自X射线光源的X射线，经条状单毛细管组会聚后，形成一系列线状的X射线微束，即X射线微束系列3。例如，图3示所示出的多毛细管X射线聚束系统\n2包括四个单毛细管组，对应形成四束线焦斑(X射线微束系列3)，该多毛细管X射线聚束系统2大约由400万根单毛细管构成。\n[0050] 如图4所示，决定每个单毛细管组的宽度D1和长度L1、以及相邻单毛细管组之间的距离D2的因素包括：构成多毛细管X射线聚束系统2的单毛细管的排列方式、单毛细管的材料、X射线光源斑点的大小等。例如，采用由重玻璃材料制成的单毛细管和功率约为4kW的小焦斑光源时，每个单毛细管组的宽度D1和长度L1、以及相邻单毛细管组之间的距离D2会比较小；反之，采用由轻玻璃材料制成的单毛细管和功率约为15kW的大焦斑光源时，每个单毛细管组的宽度D1和长度L1、以及相邻单毛细管组之间的距离D2则会比较大。其中，所述重玻璃材料由原子序数大的材料构成；所述轻玻璃材料由原子序数小的材料构成。\n[0051] 以上对多毛细管X射线聚束系统2的相关参数进行了说明，这里，结合图1～4对X射线微束系列3的特性进行如下说明：\n[0052] 本实施例中，多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3是线形的。\n参见图4，其示出了17条X射线微束。每条X射线微束的宽度D′1和长度L′1、以及相邻X射线微束之间的距离D′2由构成多毛细管X射线聚束系统2的单毛细管的排列方式决定。\n[0053] 一般而言，每个单毛细管组的宽度D1和长度L1、以及相邻单毛细管组之间的距离D2都变小的情况下，每条X射线微束的宽度D′1和长度L′1、以及相邻X射线微束之间的距离D′2也会变小，反之亦然。\n[0054] 值得一提的是，经多毛细管X射线聚束系统2会聚得到的X射线微束系列3，具有如下特点：\n[0055] A、包括200～600条的X射线微束；\n[0056] B、每条X射线微束的宽度D1范围为20微米～120微米；\n[0057] C、每条X射线微束长度L1为60毫米；\n[0058] D、每条X射线微束处的X射线功率密度增益范围约为1000～5000；\n[0059] E、相邻X射线微束的中心间隔范围为100～900微米。\n[0060] 至此可见，本实施例的微束X射线治疗谱仪主要是通过采用具有高功率密度增益的多毛细管X射线聚束系统和低功率X射线光源构建的，这大大降低了微束X射线治疗谱仪的成本，从而便于推广微束X射线治疗谱仪。\n[0061] 此外，本实施例微束X射线治疗谱仪所采用的多毛细管X射线聚束系统，起到过滤低能X射线的作用，因此不需要另外添加低能X射线过滤器，使微束X射线治疗谱仪的结构紧凑，这使得本实施例的微束X射线治疗谱仪使用起来非常方便。\n[0062] 下面结合一个具体实施例，说明本发明基于多毛细管X射线聚束系统的微束X射线治疗谱仪：\n[0063] 本实施例中，微束X射线治疗谱仪所采用的X射线光源能量为120keV，功率为\n5kW，所采用的多毛细管X射线聚束系统是由400万根单玻璃毛细管构成的，多毛细管X射线聚束系统的入口焦距20厘米。\n[0064] 其中，多毛细管X射线聚束系统将来自X射线光源的X射线会聚，并在其出口处形成X射线微束系列，所形成的X射线微束系列的X射线微束条数为400条，每条X射线微束的宽度为80微米，每条X射线微束的长度为60毫米，每条X射线微束形成处的X射线功率密度增益为3000，相邻X射线微束中心间隔的范围为600微米。\n[0065] 微束X射线治疗谱仪工作过程中，通过控制三维支撑台使位于三维支撑台上的病人进入微束X射线治疗谱仪的治疗区域，然后通过移动三维支撑台，使微束X射线治疗谱仪发出的X射线微束系列对准病灶，以进行治疗。\n[0066] 相应地，本发明还公开一种多毛细管X射线聚束方法，该方法包括：多毛细管X射线聚束系统在其入口端接收来自X射线光源的X射线；所述多毛细管X射线聚束系统内的单通道玻璃毛细管对所接收的X射线进行会聚，得到X射线微束系列。\n[0067] 上述方法中，所述多毛细管X射线聚束系统包括：350～500万根单通道玻璃毛细管；其中，所述多毛细管X射线聚束系统的入口端直径Din大于出口端直径Dout、所述入口端直径Din小于多毛细管X射线聚束系统的最大截面的直径Dmax。\n[0068] 需要说明的是，关于所述多毛细管X射线聚束系统、X射线微束系列的进一步描述，参照上文相关描述即可，本实施例在这里不再赘述。\n[0069] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述即可。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，只是用来说明和解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。