质子治疗系统中的能量选择系统和束流传输系统

能量选择系统是质子治疗系统中的关键部分，它用于调节质子束的能量。由于不同患者的肿瘤体积和深度各不相同，质子束的照射能量也会有所不同。超导回旋加速器能够输出固定能量的质子束，因此在加速器后端需要配备能量选择系统来实现能量调节，并根据临床需求进行发射度选择和能量散射调节。

能量选择系统主要由降能器、准直器、限制狭缝和二、四极铁组成。它对质子束的作用可以分为三个过程：

质子束通过降能器时与降能材料相互作用，经历散射、电离、核反应等物理过程，使能量降低、发射度增加和能散增加。
能量调节完成后的质子束进入一组准直器，用于限制发射度的增长。准直器采用不同孔径的多孔结构，以匹配治疗端所需的发射度大小。
经过降能和发射度选择后的质子束进入二、四极铁组成的能散调节段，利用磁铁的光学特性构建色散函数，并设置限制狭缝，以实现对质子束的能散控制和选择。

束流传输系统是质子束流输送的关键部分。通常，束流传输系统与治疗室数量相匹配，并在需要偏转束流方向的位置安装二极铁。支线路的物理设计旨在实现束流特性与能量的解耦，并通过分布在传输路径上的四极铁进行横向聚焦，将束流限制在良好的区域内，以降低不必要的束流损失和额外的辐射管理措施。

当束流传输系统将束流输送至束流配送系统后，扫描磁铁会根据病灶尺寸横向扩展束流，以完成放射治疗。为了进一步降低患者局部外周组织的剂量，减少正常部位的功能损伤，在治疗时，通常需要设置多个角度的照射。这一功能由治疗室的旋转机架完成，即将磁铁安装在可旋转的机械支架上。首先，使用二极铁将束流偏转至垂直平面，然后通过四极铁调整束流包络形状，再利用二极铁回偏，将偏回的束流与原始束流延长线相交于等中心点。将肿瘤放置于该点处，即可实现不同角度的束流照射。

作为束流传输系统中最关键的子部件，旋转机架直接面向患者，因此定位精度和束流调节的稳定性至关重要。在常规的物理设计中，通常根据入口处的束流状态来匹配等中心点处的束斑大小和形态，并同时满足消色散要求。此外，机架上的传输线必须确保在不同旋转角度下束流参数一致，并能承载不同能量的束流。

治疗实施是质子治疗系统将临床端治疗计划实施的过程，需要确保患者的安全，并将质子束流投递到患者的病灶中。这一过程主要通过质子治疗软件来实现。质子治疗软件的核心系统是TCS，它负责全面协调整个质子治疗过程。TCS的主要任务是从OIS和PACS等系统获取必要的信息，并执行治疗患者所需的所有步骤。通过响应OIS和PACS，TCS协调所有子系统，以满足治疗要求。在治疗过程中，TCS控制ACS和BCS提供满足要求的质子束流，并控制治疗室内的运动设备进行患者的精确定位。最后，通过笔形束扫描的治疗头进行束流方向和剂量的高精度控制，达到治疗目标。在整个治疗过程中，TCS还执行质量保证的工作，以确保治疗师和患者的安全。