使用磁场颤振聚焦粒子束的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 特此要求2012年9月28号提交的美国临时申请编号61/707, 572的优先权。美 国临时申请编号61/707, 572的内容通过引用并入本公开。
技术领域
[0003] 本公开总体设及使用磁场颤振（ma即eticfieldflutter)在同步回旋加速器中 聚焦粒子束。
【背景技术】
[0004] 粒子治疗系统使用加速器W产生用于治疗诸如肿瘤的病痛的粒子束。在操作中， 在磁场的存在下，粒子在空腔内的轨道上加速，并通过引出通道（extractionchannel)从 空腔中离开。可W在粒子治疗系统中使用的加速器的一个例子是同步回旋加速器。
[0005] 在同步回旋加速器中，等离子体柱是使用电离气体（例如，氨气）产生的。施加 RF(射频）电压W从等离子体柱中引出粒子，并且施加磁场W将那些粒子在它们增加能量 和半径时保持在螺旋轨道上，直到它们到达引出区域。考虑到当加速来自等离子体柱的粒 子时在粒子上的相对论效应（例如，增加的粒子质量），该RF电压扫过一定的频率范围。
【发明内容】
[0006] -种示例性粒子加速器可W包括下列各项：在空腔中扫描射频（RF)电压W从等 离子体柱加速粒子的电压源，其中，所述空腔具有使从等离子体柱加速的粒子在空腔内轨 道上运动的磁场，并且其中，所述磁场具有在空腔边缘处弯曲的通量；提供在空腔内的磁场 凸起化ump)的再生器，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续轨道，使得粒子最终输出 到引出点，其中，所述再生器相对于等离子体柱位于所述空腔内的半径处；W及定位在空腔 中接近所述半径的铁磁装置，其中，每个铁磁装置提供有磁场凸起，并且其中，邻近所述再 生器的铁磁装置W-定间隔与再生器隔开。或者单独地或者组合地，该种示例性粒子加速 器可W包括一个或多个W下特征。
[0007] 间隔、再生器和铁磁装置的组合产生具有与粒子轨道成角度的分量的磁场波动， W至少部分地抵消由磁场凸起导致的垂直聚焦的减少。磁场可W是至少4特斯拉，而由再 生器产生的磁场凸起至多可W是2特斯拉。粒子加速器可W是同步回旋加速器。
[0008] 可W只有两个铁磁装置，在再生器的各侧上有一个。可W在相对于等离子体柱的 相同半径上有多于两个的铁磁装置。可W在相对于等离子体柱的多个半径的每一个半径上 有多个铁磁装置。
[0009] 在一些例子中，所述铁磁装置产生磁场颤振，其包括在0. 25%至20%之间的方位 角平均分数归一化磁场方差。
[0010] 一种示例性质子治疗系统可W包括前述粒子加速器；W及所述粒子加速器安装在 其上的台架。台架相对于患者的位置是可旋转的。质子基本上直接地从同步回旋加速器输 出到患者的位置。粒子加速器可w是同步回旋加速器。
[0011] 一种示例性粒子加速器包括下列各项；在空腔中扫描射频（RF)电压W从等离子 体柱加速粒子的电压源，其中所述空腔具有使从等离子体柱加速的粒子在空腔内轨道上运 动的磁场，并且所述磁场具有在整个空腔中基本上是直的通量；所述空腔包括第一磁场与 第二磁场的交替区域，其中所述第一磁场与第二磁场不同，W在空腔内产生磁波动，其具有 在与粒子轨道基本垂直的角度上的分量。或者单独地或者组合地，该种示例性粒子加速器 可W包括一个或多个W下特征。
[0012] 所述交替区域可具有不同的铁磁材料等级。交替区域可包括铁磁材料区域和不存 在铁磁材料的区域。交替区域可W是饼状的，每个区域有在等离子体柱处的点W及在空腔 边缘处的边缘。交替区域可具有风车形状，每个区域有在等离子体柱处的点W及在空腔边 缘处的边缘。
[0013] 所述空腔可通过磁性结构限定。交替区域可包括垂直对准的交替区域，其中一个 被连接到第一磁性结构，而另一个被连接到第二磁性结构。
[0014] 磁波动可将粒子垂直地聚焦在空腔中的轨道上。粒子加速器可W是同步回旋加速 器。
[0015] 第一磁场和第二磁场的交替区域包括磁场颤振，其包括在0. 25%至20%之间的 方位角平均分数归一化磁场方差。
[0016] 每个示例性粒子加速器可W包括限定粒子在其中加速的空腔的磁性结构，其中粒 子用于作为粒子束输出，所述粒子束具有从能量范围内选择的能量。
[0017] 一种示例性质子治疗系统包括前述粒子加速器；W及所述粒子加速器安装在其上 的台架。台架相对于患者的位置是可旋转的。质子基本上直接地从粒子加速器输出到患者 的位置。所述粒子加速器可W是同步回旋加速器。
[0018] 在本公开中描述的两个或更多的特征，包括在此概述部分中描述的那些，可W被 组合W形成本文没有具体描述的实施方案。
[0019] 本文描述的各种系统或其部分的控制可经由包括指令的计算机程序产品实现，所 述指令存储在一个或多个非临时性可机读存储介质中，并且在一个或多个处理设备上可执 行。本文所描述的系统或其部分可W被实施为一种装置、方法或电子系统，所述电子系统可 W包括一个或多个处理设备和存储可执行指令W实施所述功能的控制的存储器。
[0020] 一个或多个实施方案的细节阐述于附图和W下说明中。其他特征、目的和优点从 说明书和附图中W及从权利要求书中将是显而易见的。
【附图说明】
[0021] 图1是一种示例性治疗系统的透视图。
[0022] 图2是一种示例性同步回旋加速器的部件的分解透视图。
[0023] 图3、图4和图5是一种示例性同步回旋加速器的剖视图。
[0024] 图6是一种示例性同步回旋加速器的透视图。
[0025] 图7是一种示例性反向线圈架和绕组的一部分的剖视图。
[0026] 图8是一种示例性沟道内电缆（C油le-in-channel)复合导体的剖视图。
[0027] 图9是一种示例性离子源的剖视图。
[002引图10是一种示例性D形板和示例性虚拟D形板的透视图。
[0029] 图11是一种示例性穴室的透视图。
[0030] 图12是一种有穴室的示例性治疗室的透视图。
[0031] 图13示出了靠近示例性粒子加速器的患者。
[0032] 图14示出了安置在治疗室内的示例性内台架内的患者。
[0033] 图15是一种示例性加速空腔和引出通道的顶视图。
[0034] 图16是连同超导磁体的低温恒温器的示例性部分的横截面一起，示出磁场强度 与距等离子体柱的径向距离的关系的曲线图。
[0035] 图17是一种示例性加速空腔和引出通道的顶视图，其描绘了移动进入引出通道 的轨道。
[0036] 图18是一种示例性加速空腔和再生器的顶视图，其描绘了空腔中的磁场线。
[0037] 图19是粒子加速器的具有弯曲磁场线的加速空腔的剖切侧视图。
[0038] 图20是包含绕空腔圆周的颤振块的加速空腔的顶视图。
[0039] 图21是在不同径向位置处包含绕空腔圆周的颤振块的加速空腔的顶视图。
[0040] 图22是粒子加速器的具有直线磁场线的加速空腔的剖切侧视图。
[0041] 图23是具有磁峰和磁谷的饼状颤振诱导结构的顶视图。
[0042] 图24是具有磁峰和磁谷的风车状颤振诱导结构的顶视图。
[0043] 图25是多层颤振诱导结构的一部分的剖切侧视图。
[0044] 图26是可使用可变能量粒子加速器的示例性粒子治疗系统的概念性视图。
[0045] 图27是对于粒子加速器中的磁场和距离中的变化示出能量和电流的示例性曲线 图。
[0046] 图28是用于在D形板上在用于粒子束各能级的频率范围内扫描电压，并且用于在 粒子束能量变化时改变频率范围的示例性结构的侧视图。
[0047] 图29是可W在可变能量粒子加速器中使用的示例性磁体系统的分解透视图。
[004引在不同附图中的相同参考标记指示相同的元件。
【具体实施方式】
[0049] 概述
[0050] 本文所描述的是用于在示例性系统中使用的粒子加速器的例子，所述系统诸如质 子或离子治疗系统。该系统包括安装在台架上的粒子加速器-在该个例子中是同步回旋加 速器。如在下面更详细地解释的，所述台架使得加速器能够围绕患者的位置旋转。在一些 实施方案中，所述台架是钢的并且具有两个腿部，所述腿部安装用于在位于患者的相对侧 上的两个相应轴承上旋转。粒子加速器由钢巧架支撑，所述钢巧架对于跨越患者所在的治 疗区域是足够长的，并且在两端稳定地附接到台架的旋转腿部。作为台架围绕患者旋转的 结果，所述粒子加速器也旋转。
[0051] 在一个示例性实施方案中，所述粒子加速器（例如，同步回旋加速器）包括低温恒 温器，其容纳用于传导产生磁场炬）的电流的超导线圈。在该个例子中，低温恒温器使用液 氮化e)W将线圈维持在超导温度下，例如，4°开尔文化elvin，K)。磁辆邻近（例如，围绕） 低温恒温器，并限定粒子在其中加速的空腔。空腔中的磁场（称为"背景磁场"）是至少4 特斯拉、5特斯拉或6特斯拉，并且可W更大（例如，8特斯拉、8. 5特斯拉、9特斯拉、9. 5特 斯拉、10特斯拉、10. 5特斯拉，或更大）。低温恒温器通过带子或类似物附接到磁辆。
[0052] 在该种示例性实施方案中，所述粒子加速器包括粒子源（例如，潘宁离子规 (PenningIonGauge)-PIG源）W提供等离子体柱到空腔中。氨气被电离W产生等离子体 柱。电压源提供射频（R巧电压到空腔中W加速来自等离子体柱的粒子。正如所指出的，在 该个例子中，粒子加速器是同步回旋加速器。因此，考虑到当从所述柱引出粒子时在粒子上 的相对论效应（例如，增加的粒子质量），该RF电压扫过一定的频率范围。由线圈产生的磁 场导致从等离子体柱加速的粒子在空腔内轨道上加速。磁场再生器再生器"）被定位在 空腔边缘的附近W调整在该位置上存在的磁场，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续 轨道的位置（例如，间距和角度），使得粒子最终输出至穿过所述辆的引出通道。再生器可 W增加在所述空腔中的点处的磁场（例如，它可W在空腔的区域处产生磁场"凸起"），从而 使粒子的各连续轨道在该点向外朝向引出通道的入口点进动，直到它到达引出通道。典型 地，磁场凸起在0. 5特斯拉至2特斯拉之间；然而