[发明专利]用于近距离放射治疗的冷阴极X射线球管

说明书

本发明提供用于近距离放射治疗的冷阴极X射线球管，涉及纳米材料的X射线管设计和使用技术领域。所述X射线球管包括管壳、管壳内部设置的阳极材料和阴极材料，且采用纳米碳管作为阴极材料，所述阳极材料与微型散热结构进行连接，阴极材料与外部电源连通，同时在近阴极处设置一个网格，通过调节电流和电压、驻留时间和驻留位置来实现X射线的射束强度、射束方向以及X射线源位置的调节，从而实现近距离的放射治疗。本发明克服现有技术的不足，对人体内使用的放射源进行设计，可以对球管发出的X射线的角度和能量能进行选择和调整，能够对多种恶性肿瘤的放射性治疗起到良好的改进和控制作用。

技术领域

本发明涉及纳米材料的X射线管设计和使用技术领域，具体涉及一种用于近距离放射治疗的冷阴极X射线球管。

背景技术

放射治疗被广泛运用于恶性肿瘤的治疗，利用电离辐射引起肿瘤细胞凋亡的特性来杀灭肿瘤。近距离放疗广泛应用于宫颈癌、乳腺癌、前列腺癌、头颈肿瘤、食管癌、其他妇癌等常见肿瘤。高剂量率(High Dose Rate，HDR)近距离放疗将微小的放射源(半衰期为73.827天、活度为10Ci的Ir-192伽马源或者其它源)置入患者体内进行辐照，从而为肿瘤目标提供尽可能吻合的剂量分布，同时避免辐射毒性对危及器官造成严重的副作用，是非常重要的放射治疗方法，例如在宫颈癌治疗中的肿瘤局控和生存率上效果显著大于外照射放疗。

目前国内主流近距离放疗设备、操作系统及放射源昂贵，临床医生操作流程复杂，Ir-192源的价格高昂，由于半衰期为 73.827天，每三个月需要换一次，成本高，消耗大。且近距离放疗中使用的放射源有固定的伽马能量，辐射的穿透范围是固定不可变的，对患者的靶区状况来讲并非最佳，比如Ir-192源22％的光子(也称为“伽马射线”)能量高达468keV，不可避免的辐照患者身体中很多远离靶区的健康部位。目前近距离治疗的剂量量算法仅限于调整源的位置与停留时间，而不能采用外照射常用的更先进的调强适形(Intensity Modulated Radiotherapy–IMRT)方法来调控辐射的能量、方向和形状。另外，即使不使用时也必须放射性核素进行辐射屏蔽，以保护工作人员，操作麻烦，不易携带。同时，Ir-192的生产依赖于核反应堆设施，面临棘手的成本和核安全问题。

从辐射物理学可知，放射性同位素的伽马射线，在本质上与“X 射线”光子相同。第一个用于临床的X射线管由高温钨阴极通过加热离子发射而获得电子流，然后被电场吸引到阳极(通常由钨制成)。X 射线光子是在电子与阳极碰撞过程中产生的，电子最终获得的能量由阴极和阳极之间的电势差决定。该电势可调控X射线光子的最大能量，也即光子在人体组织中的穿透深度(这是确保肿瘤体积周围辐射剂量分布的关键因素)。另外，阳极/阴极的布置核角度可以使辐射向理想方向发射，从而更好地照射靶向非对称的肿瘤细胞团簇。最后，X射线装置只会在加电源时才产生辐射，操作比同位素放射源更方便和安全，用户也不需要获得政府放射性材料许可证，避免棘手的放射性同位素生产问题。但传统X射线球管体积很大，时间分辨率差(热离子发射慢)，寿命短，高温钨阴极的冷却很难实现微型化。同时，为了实现“调强适形”近距离放疗的剂量学要求，X射线器件需要具有灵活的电子控制特性。