控制粒子束的强度的制作方法
【专利说明】控制粒子束的强度
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年9月28日提交的美国临时申请第61/707466号的优先权。美国临时申请第61/707466号的内容通过弓I用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及控制粒子束比如用于粒子治疗系统的质子或离子束的强度。
【背景技术】
[0004]粒子治疗系统使用加速器来产生粒子束用于治疗病痛，比如肿瘤。在操作中，粒子束在粒子加速器的腔内得到加速，并通过提取通道从该腔移除。使用各种元件来聚焦粒子束，并且将其施加至患者的适当区域。
[0005]不同的患者可能需要不同的粒子剂量及剂量率。施加至患者的剂量及剂量率是粒子束强度的函数。因此，控制粒子束的强度使得能够对剂量及剂量率进行控制。
【发明内容】
[0006]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述粒子源配置成控制所述电离等离子体的脉冲宽度，以便控制所述粒子束的强度。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0007]所述粒子源可以配置成响应于控制信号来激活达一时间周期，其中，所述粒子源在被激活时产生电离等离子体的脉冲。所述粒子源可以配置成周期性地产生电离等离子体的脉冲。所述粒子束可以被输出达约0.1 μ s至100 μ s (例如I μ s至10 μ s)的持续时间。所述粒子束可以被输出达约每2ms的约0.1 μ s至100 μ s (例如I μ s至10 μ s)的持续时间。所述粒子源可以包括提供电压来电离氢从而产生所述电离等离子体的阴极。所述阴极可以不由外部源加热。
[0008]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器，其中，所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0009]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲，其中所述粒子源包括提供电压来电离氢从而产生所述电离等离子体的阴极；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。与所述阴极相关联的电压是可控制的，以便控制所述粒子束的强度。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0010]所述阴极可不由外部源加热。所述电压是可控制的，从而使得增加所述电压而增加所述粒子束的强度，并且使得减小所述电压而减小所述粒子束的强度。
[0011]在示例中，一种质子治疗系统包括前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0012]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲，其中，所述粒子源包括提供电压来电离氢从而产生所述电离等离子体的阴极；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述粒子源是可控制的，以调整所述阴极之间的氢量，以便控制所述粒子束的强度。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0013]所述阴极可以不由外部源加热。所述氢量是可调整的，从而使得增加所述氢量而增加所述粒子束的强度，并且使得减小所述氢量而减小所述粒子束的强度。
[0014]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0015]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述电压源是可控制的，以控制RF电压率，以便控制所述粒子束的强度。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0016]所述粒子源可以包括提供电压来电离氢从而产生所述电离等离子体的阴极，其中，所述阴极不由外部源加热。所述RF电压的量值是可调整的，从而使得增加所述量值而增加所述粒子束的强度，并且使得减小所述量值而减小所述粒子束的强度。
[0017]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0018]在示例中，一种同步回旋加速器，包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速，其中，所述RF电压在最大频率与最小频率之间扫掠；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述粒子源是可控制的，以在接近于从所述RF电压的最大频率至所述RF电压的最小频率的减小的特定频率下提供所述电离等离子体的脉冲。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0019]所述粒子加速器是可控制的，以由从所述RF电压的约135MHz的最大频率的减小在RF电压的132MHz与RF电压的131MHz之间提供所述电离等离子体的脉冲。所述粒子源可以包括提供电压来电离氢从而产生所述电离等离子体的阴极。所述阴极可以不由外部源加热。
[0020]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0021]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述粒子源配置成选择性地输出所述电离等离子体的脉冲，以便控制所述粒子束的强度。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0022]所述RF电压可以从最大频率周期性地扫掠至最小频率。选择性地输出所述脉冲可以包括在一些所述RF电压扫掠中并且不在其它所述RF电压扫掠中输出脉冲。选择性地输出所述脉冲可以包括跳过在每第N(N>1)个扫掠中的脉冲输出。
[0023]所述同步回旋加速器可以包括控制器，用于执行以下操作，包括:确定所述粒子束的强度；以及基于所确定的强度来选择性地输出所述脉冲。
[0024]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0025]在示例中，一种同步回旋加速器包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。所述电压源配置成改变所述RF电压的斜率，以便控制所述粒子束的强度。
[0026]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0027]在示例中，一种同步回旋加速器，包括:粒子源，以向腔提供电离等离子体的脉冲；电压源，以向所述腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱向外加速，其中，所述电压源包括第一 D形件和第二 D形件，并且其中，所述第一 D形件和第二 D形件中的至少一个具有施加至其的偏置电压；以及提取通道，以接收来自所述腔的粒子束，用于从粒子加速器输出。该示例性同步回旋加速器可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0028]所述第一 D形件可以具有施加至其的第一偏置电压，所述第二 D形件具有施加至其的第二偏置电压，其中，所述第一偏置电压不同于所述第二偏置电压。所述第一 D形件可以具有施加至其的偏置电压，所述第二 D形件电接地。
[0029]在示例中，一种质子治疗系统包括:前述的同步回旋加速器；以及台架，其上安装有所述同步回旋加速器。所述台架可相对于患者位置旋转。质子从所述同步回旋加速器被大致直接输出至患者位置。
[0030]在示例中，一种粒子治疗系统可以包括:同步回旋加速器，以输出包括脉冲的粒子束；以及扫描系统，其用于所述同步回旋加速器，以扫描在至少部分照射目标上的粒子束。所述扫描系统可以配置成在相对于(例如，垂直于)所述粒子束的纵向方向上成一定角度的两个维度上扫描粒子束。所述粒子束在所述照射目标生成点。所述同步回旋加速器是可控制的，以改变所述脉冲的宽度，以便在扫描过程中改变在所述照射目标上的不同点之间的粒子束的强度。所述粒子治疗系统的实施方式可以单独地或组合地包括一个或多个以下特征。
[0031]所述同步回旋加速器可以包括粒子源，并且所述粒子源是可控制的，以激活达一时间周期来产生宽度不同的脉冲。所述同步回旋加速器可以配置成在低电压与高电压之间扫掠，并且所述电压扫掠的速率(或速度)是可控制的，以改变所述脉冲的宽度。所述粒子源可以包括第一和第二阴极，以从气体产生等离子体流。粒子束的脉冲可从所述等离子流中提取。所述气体可以是氢和小于25%的惰性气体的组合或氢和小于10%的惰性气体的组合。所述气体可以是氢和氦的组合。所述氦可以是所述气体的组合物的不到25%。在另一示例中，所述氦可以是所述气体的组合物的不到10%。
[0032]所述扫描系统可以包括:磁体，以影响所述粒子束的方向来在至少部分照射目标上的两个维度上扫描所述粒子束；以及降能器，以在将粒子束输出到照射目标之前改变束的能量。所述降能器可以相对于所述同步回旋加速器在所述磁体的顺流方向(down-beam)。
[0033]所述同步回旋加速器可以包括:电压源，以向腔提供射频(RF)电压来使粒子从等离子体柱加速，其中，所述腔具有的磁场促使从所述等离子体柱被加速的粒子在所述腔内沿轨道移动；提取通道，以接收从所述等离子体柱被加速的粒子，并且输出来自所述腔的所接收的粒子；以及再生器，以提供磁场凸起在所述腔内，从而改变从所述等离子体柱被加速的粒子的连续轨道，最终使得离子输出至所述提取通道。所述磁场可以在4特斯拉(T)和20T之间(或者在6T和20T之间)，所述磁场凸起可以至多为2特斯拉。
[0034]在本发明中所阐述的两个或更多个特征(例如控制粒子束强度的两种或更多种方法)，包括在此
【发明内容】
中所阐述的那些特征，可以组合来形成未在本文中具体阐述的实施方式。
[0035]可以通过计算机程序产品来实施本文中所述的各种系统或其部分的控制，所述计算机程序产品包括储存在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可以在一个或多个处理器件上执行的指令。本文中所述的系统或其部分可以实施为可包括一个或多个处理器件及用于储存可执行指令的存储器以实施对所述功能的控制的装置、方法或电子系统。
[0036]下面参照附图以及说明书，对一个或多个实施方式的细节进行阐述。根据说明书、附图以及根据权利要求书，本发明的其它特征、目标及优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0037]图1是示例性治疗系统的透视图。
[0038]图2是示例性同步回旋加速器的组件的分解透视图。
[0039]图3、4和5是示例性同步回旋加速器的剖视图。
[0040]图6是示例性同步回旋加速器的透视图。
[0041]图7是示例性反向线圈架及绕组的一部分的剖视图。
[0042]图8是示例性通道中电缆复合导体的剖视图。
[0043]图9是示例性粒子源的剖视图。
[0044]图10是示例性D形板和示例性虚拟D形件的透视图。
[0045]图11是示例性穴室的透视图。
[0046]图12是带有穴室的示例性治疗室的透视图。
[0047]图13示出了患者相对于示例性