矩阵调强准直器在质子加速器扩束照射方式中的应用(下篇)
作者曾为X射线发明了两款矩阵调强准直器，它们是一种二进制准直器，是调强专用准直器，准直器的主体是N排每排n个屏蔽体，其中一款N排屏蔽体同层排列，另一款N排屏蔽体多层排列。矩阵调强准直器是它们的专利名称，沿用至今。
矩阵调强准直器虽为X射线而研发，却可在质子加速器扩束照射方式中发挥独特和奇妙的作用，它们不仅可以高效精准地实现三维适形照射，也可以方便地实现调强照射。引入矩阵调强准直器后，质子加速器束流配送机构主要由能量调制机构、扩束机构和矩阵调强准直器构成，其中能量调制机构既可位于扩束机构之前，称为上调制(区别于回旋质子加速器能量的前调制和后调制)；也可位于扩束机构之后，称为下调制。
两种矩阵调强准直器和两种能量调制机构可形成四种组合，为便于叙述，分两篇向大家介绍。本期为大家带来下篇《下能量调制与屏蔽体多层排列矩阵调强准直器的组合》。
下图是该配送机构的侧视图，从上往下依次是：
导向机构；
第一组电离室；
双散射机构的第一散射体；
双散射机构的第二散射体；
锥形孔准直器；
第二组电离室；
多层契形板接力式能量连续调制机构；
屏蔽体多层排列的矩阵调强准直器；
透射式剂量仪；
其中，最体现本配送系统特征的是：
双散射机构；
多层契形吸收板接力式能量连续调制机构；
屏蔽体多层排列的矩阵调强准直器。
双散射机构采用了通行的样式，见下图。
上方是第一散射体，由若干高原子序数Z材料制成的薄板组成，并可以切换，用于散射射线，形成Gauss分布；
下方是《医用加速器》中图19-15介绍的第二散射体，也配备若干个，可以切换，用于将Gauss分布的射束改造成较大范围均匀分布的射束；
依据不同的能量，多个第一散射体和第二散射体可采用不同的组合。
作者最初设想的方案是，将上篇介绍的环形阶梯式吸收体移到下面来，并放大环形直径和内外环半径的差值，见下图。由于过于笨重，随即被否定。
这里推荐全新设计的、可实现拉峰照射的“多层契形吸收板接力式能量连续调制机构”。由于它的创新性，作者为它申报了专利。
下面用一组图演示它的工作原理。
开始拉峰前，最上一层的契形吸收板先行进一段距离，并跨过射野边界（图中右侧的红线），与最下层的反方向契形吸收板形成一个组合，构成一个等厚度吸收层。
以此类推。最后一块长吸收板不必走完行程，在上平面区域进入射野区域前停下。
上述过程的综合效果用下图演示更为直观。总的效果相当于一个小的契形板在一个大的契形板上滑动，小契形板覆盖下的区域厚度是相等的，随着小契形板的滑动，这个厚度会连续变化。
对矩阵调强准直器而言，这个小的反向契形板是不需要的，它是专门为普通的多叶准直器而增设的。
每个契形板连同它的托架并不很重，且是水平移动，但却为它配备了大号电机，为的是能做到灵活改变速度，如若电机两边放置，可进一步放大尺寸。
各层安装直线导轨的基座的中间部位都开有一个矩形孔，共同组成了一个矩形野准直器，见下图。
下图展示了屏蔽体多层排列矩阵调强准直器的结构外观与透视图。
从核心的多层屏蔽体开始介绍。
屏蔽体采用了四层，每层两排，合计8排的设计；
最下面是一个矩形射野准直器；
每层屏蔽体和托架采用了连体设计。
最下层屏蔽体的尾端投影在由矩形射野准直器确定的准直器最大射野之外，其上三层屏蔽体的投影都在最大射野之内；
各层屏蔽体的投影相互衔接，并覆盖准直器最大射野；
每个屏蔽体都有两个位置，要么其投影在最大射野之内，要么移至射野之外，在磁缸的驱动下，位置变化可瞬间完成；
准直器的最大射野为80 mm×200 mm，每个屏蔽体的投影为10 mm×10 mm；
设计最大计划射野为240 mm×200 mm，准直器要三次才能完成最大计划射野的照射。
由准直器最大射野拼出计划最大射野，是通过以点光源为圆心沿屏蔽体移动方向摆动准直器来实现的，见下图。白色格子覆盖的面积表示最大计划射野，绿色格子覆盖的面积表示准直器最大射野，或由准直器最大射野拼出的射野。
上篇介绍的屏蔽体同层排列的矩阵调强准直器，无论肿瘤大小，都要三次拉峰照射才能完成一个射野的照射，与此相比，屏蔽体多层排列的矩阵调强准直器的效率有所提高，具体来说：
对长度≦80 mm的肿瘤，一次拉峰即可完成一个射野的照射；
对长度8 0mm≦160 mm的肿瘤，两次拉峰可完成一个射野的照射;
对长度160 mm≦240 mm的肿瘤，三次拉峰才能完成一个射野的照射。
屏蔽体多层排列的矩阵调强准直器的适形和调强照射原理与屏蔽体同层排列的矩阵调强准直器完全相同，可参见上篇，这里不再赘述。
下面讲述几个技术问题。
由于射线源不是纯粹的点光源，有一定物理宽度(假设这个宽度为4 mm)，推算下来自然就形成了上下屏蔽体交接处的相互屏蔽，防止射线侧向漏射。
先看下数第二层屏蔽体(第一层屏蔽体不存在这个问题)。屏蔽体和屏蔽体支座连体加工，并尽量减少连接部分的截面积，好在屏蔽体和支座都有钢材制作，工艺上是可以实现的。
上两层同样处理，并让连接部分左右错开，减少上下重叠，见下图。
还可考虑屏蔽体与支座分开制作，用两个细圆柱体实现连接，可进一步减少连接件的截面积。
下面把准直器组装起来。下图为每个屏蔽体加装了移动机构和驱动机构。
下图演示一个屏蔽体的驱动。
屏蔽体的一端经一个导向轴与两个直线轴承活动连接，另一端在导槽中滑动，只限左右，不限上下。
驱动机构是磁动气缸，为双向气缸。
最后将四层屏蔽体连为一体，再加上摆动机构。
作者在拙文《一种质子加速器束流配送系统(一)：拉峰照射》中首次提出拉峰(连续拉动Bragg峰)照射概念。拉峰分窄束拉峰和宽束拉峰，相比来说，窄束拉峰更容易实现；宽束拉峰又分为扩束前拉峰和扩束后拉峰。扩束前拉峰只有想法并没有实践，本次提出扩束后拉峰照射的方法，可以与“二进制调能器”进行类比。
矩阵调强准直器使三维适形照射更为精准，调强照射更为简单，其中补差调强可提高调强的效率。拉峰照射与矩阵调强准直器的组合使配送系统大大简化，也许这是目前能看到的最简单的束流配送系统。(质子中国 编辑报道)