一种同源双束医用加速器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种同源双束医用加速器，包括电子枪，所述电子枪连接有加速管，加速管连接耦合器，耦合器通过波导窗连接有波导，波导连接有微波功率源，微波功率源连接有调制器，加速管上设置有三个能量开关，三个能量开关分别位于加速管内的三个加速腔之间，每个能量开关包括边耦合腔和位于边耦合腔内的失谐棒，加速器的出口端设置有可移动靶；通过调制器控制微波功率源的输出功率，同时调整三根失谐棒在边耦合腔内的长度，从而调整电子枪发射出的电子在加速管内获得的能量，从而获取KeV级射线和MeV级射线，保证了成像、治疗的同源共轴，提高对患者的治愈效果；此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
【专利说明】一种同源双束医用加速器
【技术领域】
[0001] 本发明属于医用设备【技术领域】，涉及一种同源双束医用加速器，以及应用该加速 器的放射治疗设备，该医用加速器能够实现KeV射线(千电子伏特级射线)和MeV射线(兆电 子伏特级射线）的同源共轴，从而实现临床放射治疗时成像系统与治疗系统的同源共轴。
【背景技术】
[0002] 医用电子直线加速器是目前放射治疗的主要设备，属于低能加速器的一种应用。 按其输出能量的高低，可分为低能机（4?6MeV)、中能机（8?15MeV)和高能机（20? 25MeV)三种。
[0003] 在临床放射治疗过程中，摆位是一个重要的环节。目前的摆位方式存在着较大的 随机误差和设备误差，减弱了治疗效果，这主要是由于成像系统和治疗系统分别属于不同 的坐标系造成的。一般而言，医疗上采用KeV级射线成像，MeV级射线治疗。如果直接采用 MeV级射线成像，由于人体不同组织的衰减差异较小，故成像效果较差。因此，目前的设备都 是采用两套系统，分别用于成像和治疗。如何实现成像系统和治疗系统的同源共轴，是目前 医用加速器的一大课题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，针对上述现有技术中存在的放射治疗过程中成像系统和治疗 系统无法同源共轴的缺陷，提供设计一种同源双束医用加速器及应用该加速器的放射治疗 设备，以解决上述技术问题，实现成像系统和治疗系统的同源共轴，从而提高治疗效果。
[0005] -种同源双束医用加速器，包括电子枪，所述电子枪连接有加速管；其特征在于： 所述加速管连接耦合器，耦合器通过波导窗连接有波导，波导连接有微波功率源，微波功率 源连接有调制器，加速管上设置有三个能量开关，三个能量开关分别位于加速管内的三个 加速腔之间，每个能量开关包括边耦合腔和位于边耦合腔内的失谐棒。
[0006] 优选地，所述加速管为驻波直线加速管；驻波加速管相对于行波加速管，分路阻抗 商，品质因数大，具有更商的加速效率。
[0007] 优选地，所述微波功率源为磁控管或者速调管；磁控管自身能够产生较大功率的 微波，以确保电子获得足够的能量。
[0008] 优选地，所述失谐棒为无氧铜制成的失谐棒；无氧铜失谐棒易于加工，导体损耗 小，产生的热量小，便于冷却。
[0009] 优选地，所述失谐棒为圆柱形失谐棒；将失谐棒设置为圆柱形，不仅便于操作，而 且能够确保失谐棒的失谐效果。
[0010] 一种放射治疗设备，包括机架和治疗床，机架上固定设置有治疗仪，所述治疗仪上 固定设置有射野成像系统，射野成像系统上设置有探测器；其特征在于：所述治疗仪的上 部设置有电子加速器，所述电子加速器包括电子枪，所述电子枪连接有加速管，所述加速管 连接耦合器，耦合器通过波导窗连接有波导，波导连接有微波功率源，微波功率源连接有调 制器，加速管上设置有三个能量开关，三个能量开关分别位于加速管内的三个加速腔之间， 每个能量开关包括边耦合腔和位于边耦合腔内的失谐棒，加速器的出口端设置有可移动 靶。
[0011] 优选地，所述加速管为驻波直线加速管；驻波加速管相对于行波加速管，分路阻抗 商，品质因数大，具有更商的加速效率。
[0012] 优选地，所述可移动靶上设置有重金属靶盘和低原子序数靶盘；重金属靶盘用于 获得MeV级X射线，对患者进行放射性治疗，低原子序数靶盘用于获得KeV级X射线，以获 取验证图像。
[0013] 优选地，所述失谐棒为无氧铜制成的失谐棒；无氧铜失谐棒易于加工，导体损耗 小，产生的热量小，便于冷却。
[0014] 优选地，所述失谐棒为圆柱形失谐棒；将失谐棒设置为圆柱形，不仅便于操作，而 且能够确保失谐棒的失谐效果。
[0015] 本发明的有益效果在于，通过调制器控制微波功率源的输出功率，同时调整三根 失谐棒在边耦合腔内的长度，从而调整电子枪发射出的电子在加速管内获得的能量，从而 获取KeV级射线和MeV级射线，保证了成像、治疗的同源共轴，提高对患者的治愈效果；此 夕卜，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
[0016] 由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也 是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明提供的一种同源双束医用加速器的结构示意图。
[0018] 图2为图1中加速管和能量开关的外部结构示意图。
[0019] 图3为本发明提供的一种同源双束医用加速器的第一种工作状态图。
[0020] 图4为本发明提供的一种同源双束医用加速器的第二种工作状态图。
[0021] 图5为本发明提供的一种同源双束医用加速器的第三种工作状态图。
[0022] 图6为本发明提供的一种同源双束医用加速器的第四种工作状态图。
[0023] 图7为本发明提供的一种放射治疗设备的结构示意图。
[0024] 图8为图7中A部分的局部放大图。
[0025] 其中，1-电子枪，2-加速管，201-第一加速腔，202-第二加速腔，203-第三加速腔， 3_微波功率源，41-第一能量开关，42-第二能量开关，43-第三能量开关，401-第一边耦合 腔，402第二边耦合腔，403-第三边耦合腔，5-失谐棒，6-机架，7-治疗床，8-治疗仪，9-射 野成像系统，10-探测器，11-可移动靶，12-计算机系统，13-调制器，14-耦合器，15-波导， 16-波导窗。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明 的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
[0027] 如图1和2所示，本发明提供的一种同源双束医用加速器，包括电子枪1，所述电 子枪1连接有加速管2,所述加速管2连接耦合器14,耦合器14通过波导窗16连接有波导 15,波导15连接有微波功率源3,微波功率源3连接有调制器13,加速管2上设置有三个能 量开关，三个能量开关分别位于加速管2内的三个加速腔之间，每个能量开关包括边耦合 腔和位于边耦合腔内的失谐棒5 ; 三个能量开关分别为第一能量开关41、第二能量开关42、第三能量开关43 ; 三个加速腔分别为第一加速腔201、第二加速腔202、第三加速腔203 ; 第一能量开关41包括第一边耦合腔401和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第二能量开关42包括第二边耦合腔402和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第三能量开关43包括第三边耦合腔403和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第一能量开关41位于第一加速腔201与第二加速腔202之间，第一边稱合腔401的腔 体同第一加速腔201的腔体、第二加速腔202的腔体相通； 第二能量开关42位于第二加速腔202与第三加速腔203之间，第二边耦合腔402的腔 体同第二加速腔203的腔体、第三加速腔203的腔体相通； 第三能量开关43位于第三加速腔203与第一加速腔201之间，第三边耦合腔403的腔 体同第三加速腔203的腔体、第一加速腔201的腔体相通； 本实施例中，所述加速管2为驻波直线加速管；驻波加速管分路阻抗高，品质因数大， 具有更高的加速效率。
[0028] 所述微波功率源3为磁控管或者速调管；磁控管自身能够产生较大功率的微波， 以确保电子获得足够的能量。
[0029] 所述失谐棒5为无氧铜制成的失谐棒；无氧铜失谐棒易于加工，导体损耗小，产生 的热量小，便于冷却。
[0030] 所述失谐棒5为圆柱形失谐棒；将失谐棒设置为圆柱形，不仅便于操作，而且能够 确保失谐棒的失谐效果。
[0031] 三个能量开关均与加速管2的轴向垂直设置，并且任意两个能量开关在空间上相 差120度，三个能量开关位于不同的平面；便于调整失谐棒5在各边耦合腔内的长度，以准 确控制加速腔内的电场强度，从而获取相应的电子射线。
[0032] 本实施例中的电子加速器具有四种工作状态： 如图3所示，该医用加速器的第一种工作状态为，第一边耦合腔401和第二边耦合腔 402的失谐棒均未插入相应腔体内，第三边耦合腔403的失谐棒完全插入其腔体内，此时， 失谐棒对加速腔内的电场不产生影响，三个加速腔内的电场均匀分布，电子在三个加速腔 内均获得最大限度的加速，该工作状态下，加速器输出MeV级电子射线，并且该MeV级电子 能量最1? ; 如图4所示，该医用加速器的第二种工作状态为，第一边耦合腔401和第二边耦合腔 402的失谐棒均部分插入相应腔体内，第三边耦合腔403的失谐棒完全插入其腔体内，此 时，失谐棒使得三个加速腔均部分失谐，使得三个加速腔内的电场幅值减小，但是电子依然 处于加速状态，该工作状态下，加速器输出MeV级电子射线，但不如第一种工作状态下加速 器输出的MeV级电子射线的能量高； 如图5所示，该医用加速器的第三种工作状态，第一边耦合腔401和第二边耦合腔402 的失谐棒均全部插入相应腔体内，第三边耦合腔403的失谐棒部分插入其腔体内，此时，第 二加速腔202内的电场强度为零，电子由第一加速腔201经第二加速腔202进入第三加速 腔203,电子进入第三加速腔203后处于减速状态，即电子在第一加速腔201内获得能量，在 第三加速腔203内失去能量，该工作状态下，加速器可以输出MeV级电子射线，但是能量比 第二种状态低； 如图6所示，该医用加速器的第四种工作状态，第一边耦合腔401和第二边耦合腔402 的失谐棒均全部插入相应腔体内，第三边耦合腔403的失谐棒未插入其腔体内，该工作状 态下，加速器输出KeV级电子射线。
[0033] 在具体使用过程中，通过调制器13控制微波功率源3的输出功率，并结合上述加 速器的四种工作状态，能够获得不同能量级的MeV级电子射线和KeV级电子射线，满足临床 治疗的需求。
[0034] 如图7和8所示，本发明提供的一种放射治疗设备，包括机架6和治疗床7,机架6 上固定设置有治疗仪8,所述治疗仪8上固定设置有射野成像系统9,射野成像系统9上设 置有探测器10,所述治疗仪的上部设置有电子加速器，所述电子加速器包括电子枪1，所述 电子枪1连接有加速管2,所述加速管2连接耦合器14,耦合器14通过波导窗16连接有波 导15,波导15连接有微波功率源3,微波功率源3连接有调制器13,加速管2上设置有三个 能量开关，三个能量开关分别位于加速管2内的三个加速腔之间，每个能量开关包括边耦 合腔和位于边耦合腔内的失谐棒5,加速器的出口端设置有可移动靶11 ; 三个能量开关分别为第一能量开关41、第二能量开关42、第三能量开关43 ; 三个加速腔分别为第一加速腔201、第二加速腔202、第三加速腔203 ; 第一能量开关41包括第一边耦合腔401和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第二能量开关42包括第二边耦合腔402和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第三能量开关43包括第三边耦合腔403和位于该边耦合腔内的失谐棒； 第一能量开关41位于第一加速腔201与第二加速腔202之间，第一边稱合腔401的腔 体同第一加速腔201的腔体、第二加速腔202的腔体相通； 第二能量开关42位于第二加速腔202与第三加速腔203之间，第二边耦合腔402的腔 体同第二加速腔203的腔体、第三加速腔203的腔体相通； 第三能量开关43位于第三加速腔203与第一加速腔201之间，第三边耦合腔403的腔 体同第三加速腔203的腔体、第一加速腔201的腔体相通； 本实施例中，所述加速管2为驻波直线加速管；驻波加速管分路阻抗高，品质因数大， 具有更高的加速效率。
[0035] 所述可移动靶11上设置有重金属靶盘和低原子序数靶盘；重金属靶盘用于获得 MeV级X射线，对患者进行放射性治疗，低原子序数靶盘用于获得KeV级X射线，以获取验证 图像。
[0036] 所述失谐棒5为无氧铜制成的失谐棒；无氧铜失谐棒易于加工，导体损耗小，产生 的热量小，便于冷却。
[0037] 所述失谐棒5为圆柱形失谐棒；将失谐棒设置为圆柱形，不仅便于操作，而且能够 确保失谐棒的失谐效果。
[0038] 在具体治疗过程中，首先进行摆位验证，进行摆位验证时需要使用KeV级X射线进 行成像，通过调整调制器13,并结合加速器的工作状态使加速器输出KeV级电子射线；将可 移动靶11的低原子序数靶盘转至加速管的出口，加速器输出KeV级电子射线打靶产生相应 的X射线，射野成像系统9的探测器10将检测到的KeV级X射线信号传入计算机系统12,形 成验证图像，将此图像与治疗计划系统产生的图像进行比对，完成摆位验证(验证图像的生 成，以及将验证图像与治疗计划系统产生的图像进行对比属于现有技术，在此不再敖述）； 摆位验证结束后对患者进行放射治疗，放射治疗需要MeV级射线，通过调整调制器13， 并结合加速器的工作状态使加速器输出MeV级电子射线，将可移动靶11的重金属靶盘移至 加速管的出口，加速器输出MeV级电子射线打靶后产生相应的MeV级X射线，以实现对患者 的放射治疗； 或者直接采用MeV级电子射线对患者进行治疗，此时，只需将可移动靶11移开，采用 MeV级电子射线对患者进行治疗。
[0039] 在放射治疗过程中，可以将探测器10移开，以避免探测器10接受过高能量的射线 照射而损坏。
[0040] 以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的 技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和 润饰，都应落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种同源双束医用加速器，包括电子枪，所述电子枪连接有加速管；其特征在于：所 述加速管连接耦合器，耦合器通过波导窗连接有波导，波导连接有微波功率源，微波功率源 连接有调制器，加速管上设置有三个能量开关，三个能量开关分别位于加速管内的三个加 速腔之间，每个能量开关包括边耦合腔和位于边耦合腔内的失谐棒。
2. 根据权利要求1所述的同源双束医用加速器，其特征在于：所述加速管为驻波直线 加速管。
3. 根据权利要求1或2所述的同源双束医用加速器，其特征在于：所述微波功率源为 磁控管或速调管。
4. 根据权利要求3所述的同源双束医用加速器，其特征在于：所述失谐棒为无氧铜制 成的失谐棒。
5. 根据权利要求4所述的同源双束医用加速器，其特征在于：所述失谐棒为圆柱形失 谐棒。
6. -种放射治疗设备，包括机架和治疗床，机架上固定设置有治疗仪，所述治疗仪上固 定设置有射野成像系统，射野成像系统上设置有探测器；其特征在于：所述治疗仪的上部 设置有电子加速器，所述电子加速器包括电子枪，所述电子枪连接有加速管，所述加速管连 接耦合器，耦合器通过波导窗连接有波导，波导连接有微波功率源，微波功率源连接有调制 器，加速管上设置有三个能量开关，三个能量开关分别位于加速管内的三个加速腔之间，每 个能量开关包括边耦合腔和位于边耦合腔内的失谐棒，加速器的出口端设置有可移动靶。
7. 根据权利要求6所述的放射治疗设备，其特征在于：所述加速管为驻波直线加速管。
8. 根据权利要求6或7所述的放射治疗设备，其特征在于：所述可移动靶上设置有重 金属靶盘和低原子序数靶盘。
9. 根据权利要求8所述的放射治疗设备，其特征在于：所述失谐棒为无氧铜制成的失 谐棒。
10. 根据权利要求9所述的放射治疗设备，其特征在于：所述失谐棒为圆柱形失谐棒。
【文档编号】A61B6/00GK104188679SQ201410496376
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】任旗, 刘广超, 王爱涛, 孟超, 苗青 申请人:山东新华医疗器械股份有限公司