超导质子医疗设备氦气室系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种超导质子医疗设备氦气室系统。

背景技术

相关技术中，质子加速器中运行的质子束必须处于高真空环境，但是在高能质子输运线下游的治疗端处，可能产生其他放射性气体，从而破坏束流真空，并产生辐射剂量影响，并且上述的气体对质子输运以及束流输运线设备具有明显的破坏作用，存在损坏医疗设备的风险。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种超导质子医疗设备氦气室系统，以为质子束提供束流传输的环境，实现质子束流稳定传输到治疗端。

根据本发明实施例的超导质子医疗设备氦气室系统，包括：氦气室，所述氦气室设有高能质子输入端和高能质子输出端，所述高能质子输入端和所述高能质子输出端相对设置；氦气供给装置，所述氦气供给装置与所述氦气室连通，并用于向所述氦气室供给氦气；稳压装置，所述稳压装置设在所述氦气室与所述氦气供给装置之间，并用于调节由所述氦气供给装置与所述氦气室传递路径上的气体压力。

根据本发明实施例的超导质子医疗设备氦气室系统，氦气室可以为质子束流提供稳定束流运行环境，并起到保障治疗端的束流输出、传输设备安全运行的作用。

在本发明的一些实施例中，所述氦气室包括：第一部分，所述第一部分沿第一方向延伸，并形成所述高能质子输入端；第二部分，所述第二部分与所述第一部分相连，并沿第一方向向远离所述第一部分一侧延伸，并形成高能质子输出端。

在本发明的一些实施例中，所述第一部分具有沿第一方向延伸且孔径一致的第一腔体；所述第二部分具有沿所述第一方向延伸且孔径自与所述第一部分相连的一侧向远离所述第一部分一侧呈渐扩状的第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体连通。

在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统还包括：第一端膜，所述第一端膜设在所述高能质子输入端一侧，并用于防止所述氦气室内的氦气排出；第二端膜，所述第二端膜设在所述高能质子输出端一侧，并用于防止所述氦气室内的氦气排出。

在本申请的一些实施例中，所述第一部分设有第一压板，所述第一压板设于所述高能质子输入端，并环绕所述高能质子输入端的开口设置，且所述第一端膜设在所述第一压板与所述高能质子输入端之间；所述第二部分设有第二压板，所述第二压板设于所述高能质子输出端，并环绕所述高能质子输出端的开口设置，且所述第二端膜设在所述第二压板与所述高能质子输出端之间。

在本申请的一些实施例中，所述高能质子输入端与所述第一压板相对的一侧表面设有第一环形密封槽，所述氦气室还包括第一密封圈，至少部分所述第一密封圈嵌设在所述第一环形密封槽内；和/或，所述高能质子输出端与所述第二压板相对的一侧表面设有第二环形密封槽，所述氦气室还包括第二密封圈，至少部分所述第二密封圈嵌设在所述第二环形密封槽内。

在本发明的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统还包括：含氧量监测装置，所述含氧量监测装置与所述氦气室连通，并用于检测所述氦气室内的氧气含量；和/或，压力检测装置，所述压力检测装置设于所述氦气室，并用于检测所述氦气室内的压力。

在本发明的一些实施例中，所述稳压装置包括减压阀，所述减压阀设于所述氦气供给装置的出气端，并用于对气体减压。

在本发明的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统还包括氦气回收装置，所述氦气回收装置与所述氦气室连通，并用于回收所述氦气室内的氦气。

在本发明的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统还包括：第一管路，所述第一管路连接在所述氦气供给装置和所述氦气室之间，所述稳压装置设在所述第一管路上，且所述第一管路与所述氦气室的连接端口临近所述高能质子输出端设置；第二管路，所述第二管路连接在所述氦气回收装置和所述氦气室之间，且所述第二管路与所述氦气室的连接端口临近所述高能质子输出端设置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请实施例所述的超导质子医疗设备氦气室系统的示意图；

图2是根据本申请实施例所述的氦气室的结构示意图；

图3是根据本申请实施例所述的氦气室的第一部分的局部示意图；

图4是根据本申请实施例所述的氦气室的第二部分的局部示意图。

附图标记：

超导质子医疗设备氦气室系统100；

氦气室1；高能质子输入端101；高能质子输出端102；第一部分11；第一压板111；第一环形密封槽113；第二部分12；第二压板121；第二环形密封槽123；第一密封圈131；第二密封圈132；连接件14；接口15；第一端膜161；第二端膜162；

氦气供给装置2；稳压装置3；减压阀31；减压部32；含氧量监测装置4；

压力检测装置5；氦气回收装置6；第一管路71；第二管路72；支架8；进气电磁阀91；出气电磁阀92。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的超导质子医疗设备氦气室系统100。

根据本发明实施例的超导质子医疗设备氦气室系统100包括氦气室1、氦气供给装置2以及稳压装置3。

其中，氦气室1设有高能质子输入端101和高能质子输出端102，高能质子输入端101和高能质子输出端102相对设置，高能质子束可通过高能质子输入端101射入氦气室1，并由高能质子输出端102射出。

参照图1，氦气供给装置2与氦气室1连通，并且氦气供给装置2用于向氦气室1供给氦气，以使得氦气室1内可填充有充足的氦气，保证高能质子束的通过效果。其中，高能质子束在通过氦气室1的过程中将沉积大量的功率，氦气作为介质，可以将这部分功率带出氦气室1。

参照图1，稳压装置3设置在氦气室1与氦气供给装置2之间，并用于调节由氦气供给装置2与氦气室1传递路径上的气体压力，以提升氦气供给装置2向氦气室1供给氦气过程的稳定性和可靠性。

需要说明的是，本发明中的超导质子医疗设备氦气室系统100应用于医疗领域，超导质子医疗设备是治愈肿瘤的大型医疗设备，超导质子医疗设备氦气室系统100用于为质子束流提供束流传输环境，以使得质子束流可稳定传输到治疗端。

相关技术中，质子加速器中运行的质子束流必须处于高真空环境，但是在高能质子输运线下游的治疗端处，可能产生其他放射性气体，从而破坏束流真空，并产生辐射剂量影响，并且上述的气体对质子输运以及束流输运线设备具有明显的破坏作用，存在损坏医疗设备的风险。同时，治疗末端设置在氦气室1的下游，在束流准直器限制约束下，少量的背散射中子会集中在以束流运行方向为轴的反方向的立体角内。

在本申请中，氦气供给装置2用于储存氦气，具体可构造为氦气瓶等。

在本申请中，提供了一种超导质子医疗设备氦气室系统100，氦气室1可以为质子束流提供通过环境，通过氦气供给装置2和稳压装置3配合，可以保证氦气室1内的氦气填充效果，为质子束流提供稳定的通过环境，实现质子束流稳定传输到治疗端。同时，氦气室1能够有效隔离背散射中子，保护输运端(即超导质子医疗设备氦气室系统100的上游侧)真空环境，保障束流设备安全。

根据本发明实施例的超导质子医疗设备氦气室系统100，氦气室1可以为质子束流提供稳定束流运行环境，并起到保障治疗端的束流输出、传输设备安全运行的作用。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，氦气室1包括：第一部分11和第二部分12，第一部分11沿第一方向延伸，并形成高能质子输入端101；第二部分12与第一部分11相连，并且第二部分12沿第一方向向远离第一部分11一侧延伸，并形成高能质子输出端102。

其中，第一方向可以与质子束流的入射方向平行，以保证质子束流在氦气室1内输送效果。质子束流可以通过高能质子输入端101射入氦气室1，并由高能质子输出端102射出。

参照图2，在本发明的一些实施例中，第一部分11形具有沿第一方向延伸且孔径一致的第一腔体；第二部分12具有沿第一方向延伸且孔径自与第一部分11相连的一侧向远离第一部分11一侧呈渐扩状的第二腔体，第二腔体与第一腔体连通。

其中，第一部分11具有第一腔体，第二部分12具有第二腔体，第一腔体与第二腔体连通并共同形成供质子束流通过的腔结构。高能质子输入端101形成在第一部分11上，高能质子输出端102形成在第二部分12上，也就是说，质子束流通过高能质子输入端101射入第一腔体，并射向第二腔体一侧。需要说明的是，在质子束流传输的过程中，质子束流会逐渐发生扩散，即质子束流的径向尺寸会由高能质子输入端101向高能质子输出端102一侧逐渐增大。

在本申请中，通过将第二部分12(即氦气室1形成高能质子输出端102的部分)构造呈渐扩状的结构，可以防止氦气室1的内壁面对质子束流产生干涉，保证质子束流的传输效果，可以稳定传输到治疗端。

可以理解的是，质子束流的径向尺寸随着传输距离的增加逐渐增大，质子束流在第一部分11处的扩散效果不明显，故可以将第一腔体构造为孔径保持一致的形状，而在远离高能质子输入端101一侧的第二部分12中，可以将第二腔体构造为孔径逐渐增大的形状。

当然，也可以将氦气室1的腔体构造为自高能质子输入端101向高能质子输出段一侧呈渐扩状。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，第一部分11一侧设有第一压板111，第一压板111设置在高能质子输入端101上，并且第一压板111环绕高能质子输入端101的开口设置，以便于对质子束流避让；第二部分12设有第二压板121，第二压板121设于高能质子输出端102，并环绕高能质子输出端102的开口设置，以便于对质子束流避让。

需要说明的是，氦气室1的下游是治疗末端，氦气室1的上游是磁铁、真空环境。高能质子输入端101用于将氦气室1与其上游的真空环境相连，使得质子束流可通过高能质子输入端101的开口处射入，并且保证氦气室1与其上游设备的连接可靠性、紧密性；高能质子输出端102用于将氦气室1与其下游的治疗末端相连，使得经高能质子输出端102的开口射出的质子束流能够稳定地传输至治疗末端。

在本发明的一些实施例中，第一压板111和第二压板121分别设有孔结构，孔结构用于供连接件14穿过，以将第一压板111和第二压板121分别与高能质子输入端101和高能质子输出端102连接固定。上述的“连接件14”具体可构造为螺纹连接件，如：螺栓、螺钉等。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，高能质子输入端101与第一压板111相对的一侧设有第一环形密封槽113，第一环形密封槽113凹入高能质子输入端101设置，并且氦气室1还包括第一密封圈131，至少部分第一密封圈131嵌设在第一环形密封槽113内。第一密封圈131夹设在第一端膜161和高能质子输入端101之间，以通过第一密封圈131提升氦气室1端部的密封性。

在本发明的一些实施例中，高能质子输出端102与第二压板121相对的一侧表面设有第二环形密封槽123，第二环形密封槽123凹入高能质子输出端102设置，氦气室1还包括第二密封圈132，至少部分第二密封圈132嵌设在第二环形密封槽123内。第二密封圈132夹设在第二端膜162和高能质子输出端102之间，以通过第二密封圈132提升氦气室1端部的密封性。

可以理解的是，密封凹槽(即上述第一环形密封槽113和第二环形密封槽123)可以对密封件(即上述的第一密封圈131和第二密封圈132)起到约束和定位作用，并且保证氦气室1两端的密封效果。

在本申请的一些实施例中，氦气室1还包括：第一端膜161和第二端膜162，第一端膜161设置在在高能质子输入端101，并且第一端膜161夹设在第一压板111与高能质子输入端101之间，而且第一端膜161用于防止氦气室1内的氦气从高能质子输入端101的开口处排出；第二端膜162设置在高能质子输出端102，并且第二端膜162夹设在第二压板121与高能质子输出端102之间，而且第二端膜162用于防止氦气室1内的氦气从高能质子输出端102的开口处排出。

需要说明的是，端膜可以为分子筛膜(如：氦气过滤膜)，用于对分子进行过滤，也就是说，质子束流可以通过端膜，而氦分子无法通过端膜，可以在满足质子束流通过性的同时保证氦气室1的密封性，防止氦分子从高能质子输入端101和高能质子输出端102的开口处泄露，提升氦气室1的可靠性。

进一步地，第一端膜161固定在第一压板111上，第二端膜162固定在第二压板121上，从而便于端膜(即第一端膜161和第二端膜162)的固定。

其中，连接件14可依次穿设于压板、端膜并与氦气室1的端部相连。

在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括含氧量监测装置4，含氧量监测装置4与氦气室1连通，并用于检测氦气室1内的氧气含量，以根据氦气室1内的氧气含量判断氦气室1的密封性，通过间接检测的方式反馈氦气室1中氦气的浓度，并判断氦气室1的密封状况。

可以理解的是，若氦气室1内的氧气含量增大，则说明氦气室1存在泄露的风险；若氦气室1内的氧气含量保持不变(或变化不明显)，则说明氦气室1密封性良好。

在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括压力检测装置5，压力检测装置5设置在氦气室1上，并且压力检测装置5用于检测氦气室1内的压力，以便于根据压力检测装置5检测到的氦气室1的内部压力值对氦气供给装置2进行控制。

具体地，当压力值小于预设值(即适于供质子束流通过)时，可通过氦气供给装置2向氦气室1内输送氦气，以增大氦气室1内的压力；当压力值大于预设值时，可以将氦气室1内的氦气排出。

其中，压力检测装置5可构造为压力传感器。

如图1所示，在本申请的一些实施例中，稳压装置3包括减压阀31，减压阀31设于氦气供给装置2的出气端，并用于对气体减压，以提升氦气供给装置2向氦气室1输送氦气过程的稳定性、可靠性。

在本申请的一些实施例中，稳压装置3还包括稳压部，稳压部设置在减压阀31的下游处，并用于稳定管路中的气体压力，提升氦气供给装置2向氦气室1输送氦气的稳定性。其中，稳压部可构造为气体膨胀稳压设备(如：稳压罐、稳压泵等)，稳压部可以包括多个气体膨胀稳压设备，在此不做具体限定。

在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括氦气回收装置6，氦气回收装置6与氦气室1连通，并用于回收氦气室1内的氦气。氦气回收装置6可以与氦气室1连通，氦气室1内的氦气可以通过氦气回收装置6进行回收，从而使得氦气可以重复利用，降低超导质子医疗设备氦气室系统100的运行成本。其中，氦气回收装置6可以对氦气进行过滤、收集处理。

如图1所示，在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括：第一管路71和第二管路72，第一管路71连接在氦气供给装置2和氦气室1之间，稳压装置3设在第一管路71上，而且第一管路71与氦气室1的连接端口临近高能质子输出端102设置，第二管路72连接在氦气回收装置6和氦气室1之间，而且第二管路72与氦气室1的连接端口临近高能质子输出端102设置。

其中，第一管路71与氦气室1连接的一端、第二管路72与氦气室1连接的一端均设置在临近高能质子输出端102的一侧，从而可以保证氦气在氦气室1内的填充效果，并且氦气室1在高能质子输出端102的一侧结构尺寸相较于高能质子输入端101一侧的结构尺寸更大，可以降低接口15处的加工难度。

如图2所示，氦气室1设有两个接口15，两个接口15间隔设置，并且两个接口15分别用于与第一管路71和第二管路72相连。

在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括进气电磁阀91和出气电磁阀92。其中，进气电磁阀91设置在第一管路71上，并用于控制氦气供给装置2与氦气室1的通断状态，以选择性地向氦气室1内供给氦气，并防止氦气室1内的氦气发生回流；出气电磁阀92设置在第二管路72上，并用于控制氦气室1与氦气回收装置6的通断状态，以选择性地回收氦气室1内的氦气。

由此，可以通过控制进气电磁阀91和出气电磁阀92以将氦气室1内的氦气浓度、压力控制在一定范围内，保证质子束流的通过效果。

如图1所示，在本申请的一些实施例中，超导质子医疗设备氦气室系统100还包括支架8，支架8与氦气室1相连，并用于安装固定氦气室1。

可以理解的是，氦气室1与超导质子医疗设备中的治疗终端、传输设备相连，支架8的设置可以为氦气室1在超导质子医疗设备氦气室系统100中的固定提供安装结构，以便于氦气室1安装固定。

参照图1，支架8为多个，多个支架8分别设置在氦气室1的端部或中部区域，并且布置在氦气室1的下方，以对氦气室1起到支撑作用，承载氦气室1的重量。需要说明的是，当支架8构造为多个时，多个支架8之间的结构可以相同，也可以不同，满足氦气室1支撑、固定的安装需求即可。

参照图1描述根据本申请实施例的超导质子医疗设备氦气室系统100的运行方式：

当需要向氦气室1内输送氦气时，进气电磁阀91打开，出气电磁阀92关闭，氦气从氦气瓶中经过减压阀31减压，并在流经减压部32后流入氦气室1。

当需要回收氦气时，进气电磁阀91关闭，出气电磁阀92打开，氦气从氦气室1流向氦气回收装置。

根据本申请实施例的超导质子医疗设备氦气室系统100，可以为质子束流提供稳定的通过环境，以使得质子束流通过氦气室1可保持稳定的状态，通过电磁阀通断(进气电磁阀91和出气电磁阀92)控制氦气室1的氦气流通，含氧量监测装置4监测氦气含量，压力检测装置5反馈氦气室1压力。同时，氦气室1的两端分别设有端膜以及密封圈，为质子束流通过提供稳定的环境，可以有效地隔离背散射种子，保护输送端真空环境，保障束流设备安全，实现质子束流稳定传输到治疗端，起到稳定束流运行环境、保障治疗端的束流输出、传输段设备安全运行的作用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。