本发明涉及用于肿瘤治疗的同步加速器领域，尤其涉及一种采用组合型磁铁的质子同步加速器。
背景技术：
质子在深度方向上优异的布拉格峰特性使得其成为肿瘤治疗中最为先进的手段之一，目前世界上质子治疗装置和治疗中心的建设越来越多。目前运行及建造中的质子治癌加速器主要是回旋加速器和同步加速器。
回旋加速器可以提供稳定的连续束，其束流切断和开启速度很快，可以满足呼吸门控的要求。但是回旋加速器改变能量依靠的是安放在高能线上的机械装置——降能器，利用散射将束流能量降低；其优点是能量调节迅速，可以实现50毫秒一档的改变能量速度，能够支持快速重复扫描模式来治疗移动肿瘤；但缺点是散射造成束流利用率很低，治疗时最低能量70mev时的通过效率不到1％，降能造成的散射和之后能量选择造成的大量束流损失会导致极大的辐射，对辐射防护以及设备安全造成很大的压力。
与回旋加速器相比，同步加速器的明显优点在于它可以对束流的能量方便地进行调节，以适应放射治疗对离子能量精确变化的需要，不需要额外的能量降能片，能够确保相对干净(辐射小)的环境。采用了新的多能量引出方式之后，其固有的换能时间缓慢、造成无效治疗时间长而无法适应快速重复扫描的缺点基本不存在。
已有专利文献cn105392270a在具体磁铁、电源等设计时，考虑上述这种新的技术，从而极大减少了治疗时间。但是这种加速器的设计一是较为复杂，采用了8块偏转二极磁铁和12块聚焦和散焦四极磁铁，元件的增加意味着可靠性的下降；二是结构不够紧凑，元件与元件之间的空隙成了浪费；三是磁场强度很高，接近饱和，励磁效率不高，造成能耗较高，磁铁是大功率设备，循环的升能降能过程浪费了大量能量。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种采用组合型磁铁的质子同步加速器。
本发明的一种采用组合型磁铁的质子同步加速器，包括通过八个直线节连接以形成环形结构的八个偏转组合磁铁；或者质子同步加速器包括通过八个直线节连接以形成环形结构的六个偏转组合磁铁和两个偏转二极磁铁；所述偏转组合磁铁为兼具偏转二极磁铁和水平聚焦、水平散焦四极磁铁功能的二四极组合磁铁，所述直线节中包括具有水平聚焦或水平散焦功能的四六极组合磁铁。
所述偏转组合磁铁为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁，其中，第一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁相连，第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁相连，第三偏转组合磁铁和第四偏转组合磁铁相连，第四偏转组合磁铁与第五偏转组合磁铁相连，第五偏转组合磁铁与第六偏转组合磁铁相连，第六偏转组合磁铁与第七偏转组合磁铁相连，第七偏转组合磁铁与第八偏转组合磁铁相连，第八偏转组合磁铁还与第一偏转组合磁铁相连以构成一环形结构。
所述四六极组合磁铁包括第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁，其中，第一水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第八偏转组合磁铁和第一偏转组合磁铁之间，第二水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁之间，第三水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第四偏转组合磁铁和第五偏转组合磁铁之间，第四水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第六偏转组合磁铁和第七偏转组合磁铁之间。
第一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁之间依次连接有高频加速装置和第一注入凸轨磁铁。
第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁之间依次连接有横向高频激励电极和第二水平散焦四极与六极组合磁铁。
第四偏转组合磁铁和第五偏转组合磁铁之间依次连接有第三水平散焦四极与六极组合磁铁和引出静电切割板。
第五偏转组合磁铁和第六偏转组合磁铁之间设置有连接在第五偏转组合磁铁上的第一引出静磁切割磁铁。
第一引出静磁切割磁铁上连接有第二引出静磁切割磁铁。
第七偏转组合磁铁和第八偏转组合磁铁之间连接有第二注入凸轨磁铁。
第八偏转组合磁铁和第一偏转组合磁铁之间依次连接有第一水平散焦四极与六极组合磁铁和注入静电切割板。
注入静电切割板上连接有注入静磁切割磁铁。
本发明通过使偏转组合磁铁兼具偏转二极磁铁和水平聚焦、水平散焦四极磁铁功能，从而达到双向聚焦控制其水平和垂直包络函数都在较小水平，通过设计偏转组合磁铁所具有的四极分量的强度，可以将工作点控制在弱聚焦(工作点小于1)和强聚焦(工作点大于1)。强聚焦可以提高束流对磁场和安装等误差的容忍性。由于在设计和制造中就固定了每块偏转组合磁铁具有的四极分量强度，制造过程中的误差和设计的不完美会造成不同偏转组合磁铁强度下所具有的四极分量的相对强度(四极分量强度/偏转二极磁铁强度)不同，且无法进行调节，这就需要一些附加的四极磁铁进行工作点校正，以及进行工作点移动。此外，同步加速器还需要六极磁铁进行共振激发和色品校正。将校正四极磁铁和六极磁铁组合成四极六极组合磁铁使得同一元件具有两种功能也有助于结构的优化。第三和第七偏转二极磁铁可以与其他偏转组合磁铁结构相同，也可以采用普通偏转二极磁铁。与专利文献cn105392270a相比，本发明的包络函数更小，进而有效增加了同步加速器的接受度，增加了质子储存数目，提高了质子利用率和占空比，缩短了治疗时间；小的包络函数意味着较小的磁铁孔径和小的磁铁储能，也降低了能量消耗；也减少整个加速器的周长，进而最大程度地降低装置和建筑的建造成本，降低了治疗成本。另外，本发明的结构非常紧凑，减少了不必要的间隙和磁铁元件，以利用尽可能少的元件数目实现医用加速器的功能。总之，本发明通过首次在医用质子加速器上采用四极二极组合磁铁和四极六极组合磁铁，将全环包络函数控制在较小水平和同时保持了强聚焦结构，有效增加了同步加速器的接受度和质子储存数目，降低了误差影响，提高了质子利用率和占空比，缩短治疗时间；另外，组合型磁铁的采用减少了间隙和磁铁元件，以利用尽可能少的元件数目实现医用加速器的功能，从而有效地利用了同步加速器占用的空间，降低了治疗成本。
附图说明
图1是根据本发明的采用组合型磁铁的质子同步加速器的结构示意图；
图2是图1的质子同步加速器的包络函数的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2，给出本发明的优选实施例，并予以详细描述。
如图1所示，根据本发明的采用组合型磁铁的质子同步加速器包括依次连接的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁1、2、3、4、5、6、7、8。其中，第一偏转组合磁铁1与第二偏转组合磁铁2相连，第二偏转组合磁铁2与第三偏转组合磁铁3相连，第三偏转组合磁铁3与第四偏转组合磁铁4相连，第四偏转组合磁铁4与第五偏转组合磁铁5相连，第五偏转组合磁铁5与第六偏转组合磁铁6相连，第六偏转组合磁铁6与第七偏转组合磁铁7相连，第七偏转组合磁铁7与第八偏转组合磁铁8相连，第八偏转组合磁铁8与第一偏转组合磁铁1相连以构成一环形结构以偏转束流(束流方向为图1中环形结构的顺时针方向)。其中，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁1、2、3、4、5、6、7、8均为偏转角度为45度的组合型磁铁，其同时具有偏转二极磁铁、水平聚焦和水平散焦四极磁铁功能。具体地，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁1、2、3、4、5、6、7、8均由两部分组成，每部分具有预定的不同强度四极分量，分别具有水平散焦和水平聚焦作用，构成二极四极组合型磁铁。
优选地，第三和第七偏转组合磁铁3、7可以替换为普通偏转二极磁铁。
质子同步加速器还包括第一、第二、第三和第四长直线节，其中，第一长直线节连接在第一偏转组合磁铁1与第八偏转组合磁铁8之间，第二长直线节连接在第一偏转组合磁铁1与第二偏转组合磁铁2之间，第三长直线节连接在第四偏转组合磁铁4与第五偏转组合磁铁5之间，第四长直线节连接在第五偏转组合磁铁5与第六偏转组合磁铁6之间。
质子同步加速器还包括第一、第二、第三和第四迷你直线节，其中，第一迷你直线节连接在第二偏转组合磁铁2与第三偏转组合磁铁3之间，第二迷你直线节连接在第三偏转组合磁铁3与第四偏转组合磁铁4之间，第三迷你直线节连接在第六偏转组合磁铁6与第七偏转组合磁铁7之间，第四迷你直线节连接在第七偏转组合磁铁7与第八偏转组合磁铁8之间。
具体地，第一长直线节包括依次连接在第八偏转组合磁铁8与第一偏转组合磁铁1之间的第一水平散焦四极与六极组合磁铁24(靠近第八偏转组合磁铁8)和注入静电切割板12(靠近第一偏转组合磁铁1)。另外，第一长直线节还包括与注入静电切割板12连接的注入静磁切割磁铁11。
第二长直线节包括依次连接在第一偏转组合磁铁1与第二偏转组合磁铁2之间的高频加速装置41和第一注入凸轨磁铁13。
第一迷你直线节包括依次连接在第二偏转组合磁铁2与第三偏转组合磁铁3之间的横向高频激励电极31和第二水平散焦四极与六极组合磁铁21。
第二迷你直线节仅由连接在第三偏转组合磁铁3与第四偏转组合磁铁4之间的真空管51组成。
第三长直线节包括依次连接在第四偏转组合磁铁4与第五偏转组合磁铁5之间的第三水平散焦四极与六极组合磁铁22和引出静电切割板32。
第四长直线节包括在第五偏转组合磁铁5与第六偏转组合磁铁6之间设置有连接在第五偏转组合磁铁5上的第一引出静磁切割磁铁33。另外，第四长直线节还包括与第一引出静磁切割磁铁33连接的第二引出静磁切割磁铁34。
第三迷你直线节包括连接在第六偏转组合磁铁6与第七偏转组合磁铁7之间的第四水平散焦四极与六极组合磁铁23。
第四迷你直线节包括连接在第七偏转组合磁铁7与第八偏转组合磁铁8之间的第二注入凸轨磁铁14。
其中，第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁24、21、22、23同时具有水平散焦四极磁铁和水平散焦六极磁铁功能，构成四极六极组合磁铁。具体地，第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁24、21、22、23具有既定的六极分量，分别具有共振六极磁铁和色品六极磁铁作用，形成了四极六极组合磁铁。
应理解，第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁24、21、22、23也可以替换为第一、第二、第三和第四水平聚焦四极与六极组合磁铁。
以上提到的各部件之间通过真空管(图中未示)相连。
在实际使用时，一个治疗周期内由注入器提供低能质子束经过注入静磁切割磁铁11、注入静电切割板12、第一和第二注入凸轨磁铁13、14、以及第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁1、2、3、4、5、6、7、8注入到本发明的采用组合型磁铁的医用质子同步加速器并形成储存；然后，根据治疗要求，通过同步上升第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏转组合磁铁1、2、3、4、5、6、7、8的场强，质子在高频加速装置41的作用下能量得到提升。在相应治疗的能量，激励第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁24、21、22、23，移动工作点到靠近三阶共振线，在横向高频激励电极31、第一和第三水平散焦四极与六极组合磁铁24、22所具有的六极分量的作用下扩散到引出通道，经过引出静电切割板32、第一引出静磁切割磁铁33和第二引出静磁切割磁铁34引出到质子同步加速器外直至病人。在需要时，可以在治疗周期内停止引出，并切换能量实施引出。
图2为本发明的水平和垂直束流包络函数，其中，纵坐标表示函数的大小，单位为米(m)，横坐标表示在同步加速器中的纵向位置，单位为米(m)。可见，本发明具有包络函数小，有效接受度大的特点，模拟计算表明可以储存更多的质子。
综上，本发明采用了8块组合型偏转磁铁的偏转组合磁铁降低了包络函数和缩短周长，并且4块四极六极组合磁铁可以调节工作点和误差补偿。
以上的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。
本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。