一种新型医用质子治疗系统(专利)：可大幅降低质子治疗系统成本
一种医用质子放射治疗系统，包括一个非直线质子加速器、一个旋转机构和多个环形布置的机架。其中，质子加速器与其下方的旋转机构连接，侧向安装一个负责将质子束输运到加速器之外的直线束流输运段A；机架的背侧安装一个负责将质子射束导入机架的直线束流输运段B；旋转机构驱动质子加速器旋转，可使直线束流输运段A与任意一个直线束流输运段B对接，组成一个完整的直线束流输运段，实现加速器与机架之间的束流贯通。
2、质子线在射程的末端会形成一个高剂量区，称布拉格峰(Bragg Peak)，这个布拉格峰可以拉宽，形成扩展的布拉格峰(SOBP)，用来覆盖整个肿瘤，峰前的坪区剂量较低且平坦，且沿射线方向，肿瘤越短，峰坪比越高。如是光子射线，在肿瘤的前方剂量可能更高。
迈胜为实现将质子加速器直接与束流输送系统连通，可以将质子加速器整体以较长的力臂旋转起来，最初的想法要有很大的气魄。有前人鼓励，作者才有胆让未加超导技术的又大又笨重的质子加速器整体自旋起来。
概述中使用了非直线质子加速器的概念。
目前用于放射治疗的质子加速器主要有回旋加速器、同步加速器和直线加速器，非直线质子加速器的含义是排除了直线加速器。
唯一的改动是在下磁轭横向接出一个短悬臂，用来安装一个半截直线射束输运段A。左右两个白色物体是用来形成一个真空环境。质子束经偏转后，再经直线射束输运段A引导出来，并穿过右边锥形体顶端的真空窗，进入下一行程。直线射束输运段A主要由几个聚焦棱镜构成，以黄色方体示意。
旋转系统由旋转机构、旋转驱动机构和限位机构构成； 旋转机构是一个回旋支撑轴，有现成的尺寸； 旋转驱动机构采用的是带轮机构，也可采用其它驱动方式。
无论采用那种旋转驱动机构都很难将真空窗位置的弧线位置精度控制在0.1 mm以内，为此，已采用了机械限位，如上图，为每个预定转位设置两个限位桩，限位过程如下：质子加速器开始旋转时，所有限位桩都落下，当加速器的悬臂接近某一预定位置时，前面的限位桩升起，旋转速度放慢，靠向限位桩，贴紧后，后面的限位桩也升起，将悬臂夹住，然后驱动电机停止工作。
为给主机架提供侧向支撑，安装了两个侧向三角支撑板，分别与前环形支撑架、主机架和后回旋支撑轴连接。
后回旋支撑轴
后回旋支撑轴可采用单排滚珠、双排滚珠或三排滚珠，视吃重情况而定。
后回旋支撑轴的旋转驱动有多种方式，如齿轮方式、沃伦涡杆方式和带轮方式，这里采用的是带轮驱动方式。
在45°偏转磁铁和135°偏转磁铁之间安装的是五个四级聚焦磁铁、四个六级磁铁、两个单导向二级磁铁和三个位置截面测量探头，用若干黄绿粉白方体示意。
后回旋支撑轴后面安装的是四个四级聚焦磁铁，用四个黄色方体示意。
为概念完整，在机架旋转轴心线上还安装了一个屏蔽体，为一级屏蔽。
如上图所示，影像定位系统中的两个平板探测器安装在束流配送系统的两侧，平板表面至等中心的距离可在1000~1500 mm之间调整，图中是按1000 mm设计。两个球管安装在前环形支撑架的内环上。
本设计没有为平板探测器安装摆动机构，是为减少机械环节。但为避免进行非共面照射时，与治疗床发生干涉，特别设计了一个五轴治疗床，见下图。
下面将构成质子放射治疗系统的三个主要部分——质子加速器、旋转机构、多个环形布置的机架，组合在一起，见下图。
现在可以计算，这种加速器与多个机架的并联方式，与以往那种加速器经输运系统与多个机架的串联方式相比，省下的功能部件数量。对此，《肿瘤质子放射治疗学》中提供的“北京质子医疗中心的质子治疗系统和装置”设计方案给出了详细介绍，摘录如下：
1个降能器
1个固定准直器
7个四级聚焦棱镜
1个截束器
2个窄缝
1个Y导向磁铁
3个二级磁铁
1个位置探头
能量选择系统还包括前后聚束段，已分别归入前述的直线束流输运段A和B，两者重新组成一个直线输运段。
5个四级聚焦棱镜×4
2个束流探头×4
3个导向磁铁×4
1个开关磁铁×5
3个四级聚焦棱镜×5
1个偏转二级磁铁×5
2个导向引导磁铁×5
2个束流截面探头×5
本设计以IBA固定能量等时性回旋加速器为蓝本，能量选择的功能不可缺少。在作者的设计中没有给能量选择系统留下空间，那么它的功能如何发挥，在哪里发挥呢，这要先说说降能系统的功能。
实际放疗时，人们要控制射束的射程，以使布拉格峰区与肿瘤区域吻合。控制射程的主要方法是改变射线的能量。对等时性回旋加速器而言，其输出的能量是固定的，改变能量需要外在的方法，主要是通过降能器来实现。降能器由低原子序数N的材料制作，一般采用石墨体，它有很好的吸收能量的作用，通过改变射线穿过石墨体的厚度改变射线的能量。射束经过降能器后会出现发散，可通过其后安置的限制缝消除过于发散的部分。射束经过降能器后还会出现能量变化，称为“能散”或“色散”，这要通过其后安置的偏转磁铁将能散的射束分开(不同能量的射束通过偏转磁铁时偏转半径会不同)，再通过其后的限制缝，将超过或低于所需能量的射束去除。
能量选择系统既可以安置在射束传输系统中，也可安置在束流配送系统中，前者称为前降能，后者称为后将能。本设计采用的是后降能系统。在上一系列《一种质子加速器束流配送系统》中，作者介绍了一种降能器，叫做“环形台阶式吸收体”，它既可以进行能量调节，也可以进行能量调制，只是能量调节的幅度小一些而已，可通过放大直径，增加吸收体厚度、宽度和台阶数目，增加调能范围，达到标准的70~235 MeV区间。详情请见质子中国往期报道《一种质子加速器束流配送系统(一)：拉峰照射》、《一种质子加速器束流配送系统(二)：变野拉峰照射》、《一种质子加速器束流配送机构(三)：拉峰照射》。
后降能有一个缺陷，就是它虽可以方便地消除射束的几何发散，但不能消除能散。
为解决这个问题，有一个方法，就是将环形台阶式吸收体置于旋转机架中45°前偏转磁铁的前端，让该磁铁和后面的135°偏转磁铁同时发挥分离能散射线的作用，再安置两个限制缝消除能散的射线。
质子射束在加速器与直线束流输运段A之间输运时，和在直线束流输运段B与旋转机架内的束流输运系统之间输运时，要保持真空状态。两个独立的真空系统对接时，质子射束要先离开前真空环境，再进入后真空环境，其间有一个很小的间距要通过空气，理论上会对射束的品质有影响，如有可监测到的变化，可通过活塞式真空窗将质子射束在空气中输运的距离降低为零；如观测不到变化，可省略该装置。
同步加速器体积较大，占地面积较大，如让其旋转起来，旋转机构的直径也较大，制造成本会大幅度增加，得失不明。看来这种结构方式的首选还是回旋加速器，但作为权利要求，还是尽可能扩大保护范围，给自己留下余地。
本设计提供了一个质子放射治疗系统降低制造成本的途径，过程中还会遇到许多问题，需逐一加以克服。
本设想如能实现，一定会加速质子治疗的普及。(质子中国 编辑报道)