本实用新型涉及用于肿瘤治疗的同步加速器领域，尤其涉及一种组合型磁铁构成的质子同步加速器。
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，从而极大减少的治疗时间。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，本实用新型旨在提供一种组合型磁铁构成的质子同步加速器。
本实用新型所述的组合型磁铁构成的质子同步加速器，包括通过四个直线节连接以形成环形结构的四个偏转组合磁铁，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、第三和第四偏转组合磁铁，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一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁之间，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三偏转组合磁铁和第四偏转组合磁铁之间，第四水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第四偏转组合磁铁和第一偏转组合磁铁之间。
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、第一注入凸轨磁铁、横向高频激励电极、以及第一水平散焦四极与六极组合磁铁。
第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁之间依次连接有第二水平散焦四极与六极组合磁铁和引出静电切割板。
第三偏转组合磁铁和第四偏转组合磁铁之间依次连接有第二注入凸轨磁铁和第三水平散焦四极与六极组合磁铁。
第三偏转组合磁铁依次连接有第一引出静磁切割磁铁和第二引出静磁切割磁铁。
第四偏转组合磁铁和第一偏转组合磁铁之间依次连接有第四水平散焦四极与六极组合磁铁和注入静电切割板。
注入静电切割板连接有注入静磁切割磁铁。
所述偏转组合磁铁为分段式结构，形成为带梯度的偏转磁铁。
本实用新型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。与专利文献CN105392270A相比，本实用新型的包络函数更小，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，本实用新型的结构非常紧凑，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，本实用新型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，有效增加了同步加速器的接受度和质子储存数目，提高了质子利用率和占空比，缩短治疗时间；另外，组合型磁铁和四块弯铁的采用减少了磁铁元件和他们之间的间隙，利用尽可能少的元件数目实现医用加速器的功能，从而减少同步加速器占用的空间，降低了设备成本和治疗成本。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个优选实施例的组合型磁铁构成的质子同步加速器的结构示意图；
图2是图1的组合型磁铁构成的医用质子同步加速器的包络函数的示意图；
图3是根据本实用新型的另一个优选实施例的偏转组合磁铁的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，给出本实用新型的优选实施例，并予以详细描述。
如图1所示，根据本实用新型的组合型磁铁构成的质子同步加速器包括第一、第二、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4，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、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4均为偏转角度为90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、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4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。
质子同步加速器还包括第一直线节、第二直线节、第三直线节和第四直线节，其中第一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，第二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，第三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，第四直线节连接在第四偏转组合磁铁4与第一偏转组合磁铁1之间。
第一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、第一注入凸轨磁铁13、横向高频激励电极31、以及第一水平散焦四极与六极组合磁铁21。
第二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之间的第二水平散焦四极与六极组合磁铁22、以及引出静电切割板32。
第三直线节包括依次连接在第三偏转组合磁铁3与第四偏转组合磁铁4之间的第二注入凸轨磁铁14、以及第三水平散焦四极与六极组合磁铁23。另外，第三直线节还包括与第三偏转组合磁铁3依次连接的第一引出静磁切割磁铁33和第二引出静磁切割磁铁34。
第四直线节包括依次连接在第四偏转组合磁铁4与第一偏转组合磁铁1的第四水平散焦四极与六极组合磁铁24、以及注入静电切割板12。另外，第四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。
其中，第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁21、22、23、24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21、22、23、24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21、22、23、24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、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4注入到本实用新型的组合型磁铁构成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、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4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21、22、23、24，移动工作点到靠近三阶共振线，在横向激励电极31、第一、第三水平散焦四极与六极组合磁铁21、23所具有的六极分量作用下扩散到引出通道，经过引出静电切割板32和第一、第二引出静电切割磁铁33、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为本实用新型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，本实用新型具有包络函数小，有效接受度大的特点，模拟计算表明可以储存更多的质子。
在本实施例中，第四偏转组合磁铁4为两段式结构，每段都具有不同强度的水平散焦或水平聚焦四极分量，形成为带梯度的偏转磁铁。实际上，第四偏转组合磁铁40也可以根据需要形成为三段式结构，如图3所示。应理解，根据本实用新型的第一、第二、第三和第四偏转组合磁铁1、2、3、4均可以根据需要进行设计。
综上，本实用新型采用了4块组合型偏转磁铁形成双向聚焦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同时完成调节工作点和激励三阶共振工作。这样的结构极大的减少了元件数量，同时为了保证一定的调节的灵活性。
以上的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。
本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型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，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。