线性加速器的屏蔽结构的制作方法

本公开的实施例一般涉及辐射治疗设备。特别地，描述了用于线性加速器的紧凑的集成屏蔽结构的各种实施例。

背景技术：

诸如医用线性加速器之类的辐射机器用于产生高能辐射以治疗癌症患者。根据癌症的类型、肿瘤的位置、肿瘤的尺寸及其周围的关键器官以及患者的体型，医用线性加速器可以在辐射治疗过程内以约4mv至约20mv的高能量运行。为了确保安全，必须采取诸如各种辐射屏蔽之类的防护措施，以将对所计划的治疗区以外的患者以及辐射治疗师和普通大众的有害辐射限制到可接受的水平。

图1a和图1b示意性地示出了用于线性加速器的常规蜂巢(beehive)或屏蔽结构10。蜂巢10包括多个行，例如，如所示出的垂直堆叠以包围加速器引导件的六行铅。堆叠中的每个堆叠进一步被切割成多个片，例如，示出两片到四片以保持对于某人而言可以管理安装或去除加速器引导件的重量。在图1a和图1b所示的常规蜂巢10中，间隙(gap)和螺栓空隙(clearance)孔中的每个表示潜在的辐射泄漏路径。进一步地，去除或安装加速器引导件需要去除所有重铅片，其是劳动密集的并且可能是危险的，因为引导件必须被去除，同时被定向在处于高于地板的垂直位置(约8至9英尺高)中。

在图1c所示的常规生产实施中，磁屏蔽件12是在添加上文所描述的铅屏蔽件之前围绕引导件14安装的单独零件，其是用于屏蔽加速器引导件14在转动期间免受地球磁场的各种变化影响的一部分。引导件14相对于等中心点的机械对准是使用三脚架特征16(tripodfeature)进行的。三脚架特征16径向地延伸到蜂巢10的基部11的外侧，以使可以进入顶起螺钉(jackingscrew)18和固紧螺栓20(retentionbolt)。当执行引导件14的对准时，引导件14通过调整三脚架特征16上的螺钉18和螺栓20、以及头部框架24上的横向调整螺栓22而横向地倾斜和偏移。在对准期间，铅蜂巢(图1a中的10)保持静止，同时引导件14和三脚架16平移或倾斜。常规设计和实施的一个限制在于，需要机械空隙以避免引导件14与蜂巢10和磁屏蔽件12等碰撞。所添加的空隙导致三脚架特征16的空隙孔更大，其必须使用附加的屏蔽延伸件来阻止到达蜂巢10。所增加的空隙还导致屏蔽直径增加以提供所需的衰减，其增加了成本、重量和在机架中占用的体积。

技术实现要素：

下文对线性加速器和紧凑的集成屏蔽结构的某些实施例进行阐述。应当理解，呈现这些实施例仅仅是为了向读者提供本发明可能采取的某些形式的简要概述，并且这些实施例并不旨在限制本发明的范围。实际上，本发明可以包括下文不能阐述的多种实施例或方面。

一种装置，包括加速器引导件和围绕加速器引导件的屏蔽结构。该加速器引导件包括第一端处的电子源、第二端处的靶、以及沿着纵向轴线在第一端和第二端之间串联耦合的多个加速腔。该加速器引导件具有如在纵向轴线上观察到的轮廓。该屏蔽结构具有限定如在纵向轴线上观察的轮廓的内壁表面。该屏蔽结构的内壁表面的轮廓通常与该加速器引导件的轮廓大体上一致。

一种装置，包括加速器引导件和围绕加速器引导件的屏蔽结构。该加速器引导件包括第一端处的电子源、第二端处的靶、以及沿着纵向轴线在第一端和第二端之间串联耦合的多个加速腔。该屏蔽结构包括能够操作以保持加速器引导件至少处于水平方位上的单块。在一些实施例中，该单块被配置成包围至少加速器引导件的大部分。

一种装置，包括加速器引导件和围绕加速器引导件的屏蔽结构。该加速器引导件包括第一端处的电子源、第二端处的靶、以及沿着纵向轴线在第一端和第二端之间串联耦合的多个加速腔。该加速器引导件包括第二端处的引导滑动件，其当加速器引导件滑入或滑出屏蔽结构时，提供接合屏蔽结构的内壁表面的接触表面。在一些实施例中，引导滑动件具有大体上为长圆形(obround)或卵形的轮廓，以向加速器引导件上的结构提供空隙。

一种屏蔽结构，包括辐射屏蔽件和磁屏蔽件。该辐射屏蔽件和磁屏蔽件以单块形式而被集成，以提供被配置成包围至少加速器引导件的大部分的内部体积。

提供了一种用于将加速器引导件安装在屏蔽结构中和/或从屏蔽结构中去除加速器引导件的方法。根据该方法，加速器引导件和屏蔽结构被定向，以使当加速器引导件可滑动地放置在屏蔽结构中或从屏蔽结构中去除时，加速器引导件保持处于基本上水平的位置中。

在具体实施方式中对其它实施例进行描述。

附图说明

通过结合附图和所附权利要求书阅读以下具体实施方式，将更好地理解这些和各种其它特征和优点，其中：

图1a示意性地示出了用于加速器引导件的常规屏蔽结构；

图1b是图1a所示的常规屏蔽结构的分解图；

图1c是示出了加速器引导件的常规安装方法的分解图；

图2是示出了根据本公开的实施例的加速器引导件和屏蔽结构的辐射装置的分解图；

图3是在将加速器引导件安装在根据本公开的实施例的屏蔽结构中之后，沿着线3-3截取的图2所示的辐射装置的横截面图；

图4是在将加速器引导件安装在根据本公开的实施例的屏蔽结构中之后，沿着线4-4截取的图2所示的辐射装置的横截面图；

图5是在将加速器引导件安装在根据本公开的实施例的屏蔽结构中之后，沿着线5-5截取的图2所示的辐射装置的横截面图；

图6是在将加速器引导件安装在根据本公开的实施例的屏蔽结构中之后的、图2所示的辐射装置的仰视图；

图7是示出了根据本公开的实施例的引导滑动件、侧腔和水线的一些细节的加速器引导件的透视图；以及

图8是根据本公开的实施例的示出了与辐射屏蔽件集成的磁屏蔽件的屏蔽结构的透视图。

具体实施方式

描述了线性加速器和屏蔽结构的各种实施例。应当理解，本公开不限于如此描述的特定实施例。结合特定实施例描述的方面不一定限于该实施例，并且可以在任何其它实施例中实践。

本文中所使用的所有技术术语和科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有具体定义。如在说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数形式的“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数。除非上下文另有明确规定，否则术语“或”是指非排他性的“或”。

如本文中所使用的，术语“加速器引导件”或“引导件”是指电子线性加速器的部件，其包括电子枪、靶、以及在电子枪和靶之间串联耦合的多个加速腔。

如本文中所使用的，术语“蜂巢”和“屏蔽结构”可以互换使用，并且是指围绕加速器引导件以屏蔽引导辉光(glow)和散射靶辐射的结构。

如本文中所使用的，短语“加速器引导件的大部分”是指包括加速腔和侧腔、但不包括枪端和靶端的加速器引导件本体的体积的50％以上。作为示例，如果沿着纵向轴线切割加速器引导件本体的横截面，则加速器引导件可能大约相等地分开(50％-50％)。

如本文中所使用的，术语“整合”、“集成”或其它语法等同物是指其中两个或更多个功能部件被构造成用作单元的实施例。

如本文中所使用的，术语“单块(mono-block)”是指单片屏蔽结构。单块可以包括在单个单元中集成或构造的两个或更多个功能部件。作为示例，单块可以包括被配置成衰减辐射的辐射屏蔽件、以及被配置成重定向磁场的磁屏蔽件。可以集成磁屏蔽件和辐射屏蔽件，以形成屏蔽结构的单块来执行双重屏蔽功能。

现在将参考图2至图8对本公开的实施例进行描述。应该指出，一些附图并不一定按比例绘制。附图仅旨在便于对特定实施例的描述，并不旨在作为穷尽描述或对本公开的范围的限制。进一步地，在附图中，可以示出一些具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员清楚的是，这些具体细节中的一些具体细节可以不被用于实践本公开的实施例。在其它实例中，可以不详细地示出公知的部件，以便避免不必要地模糊本公开的实施例。

在一方面中，本公开提供了一种辐射装置100，如图2中更好地观察到的，其包括加速器引导件200和屏蔽结构300。图2是辐射装置100的分解图，其示出了在安装在屏蔽结构300中之前或从屏蔽结构300中去除之后的加速器引导件200。如将在下文更详细地描述的，加速器引导件200被构造或配置成产生适合于辐射治疗的诸如x射线之类的辐射。屏蔽结构300可以包括多个屏蔽块302至310，其被构造或配置成围绕加速器引导件200以屏蔽加速器引导辉光和散射的靶辐射。

如将在下文更详细地体现的，本公开的屏蔽结构300被设计、构造或配置成与加速器引导件200的轮廓一致或紧密一致。紧密一致性使屏蔽结构300接近加速器引导件200或辐射源，其导致减少所需的屏蔽的总重量和体积，并且使屏蔽成本最小化。紧密一致性还允许加速器引导件200和屏蔽结构300作为一个单元而被移动，例如，当加速器引导件200与等中心点成角度对准和/或位置对准时，一起倾斜和/或移位。

如图3和图4中更好地观察到的，加速器引导件200可以包括第一端204处的电子源202、第二端208处的靶206、以及沿着纵向轴线212串联耦合的多个加速腔210。图3和图4是在加速器引导件200安装在屏蔽结构300中之后，分别沿着线3-3和线4-4截取的图2所示的辐射装置100的横截面图。如所示出的，电子源202可以是电子枪，其经由馈通214而被连接到电源(未示出)、并且被配置成将连续或脉冲电子注入到加速腔210中。可以对准多个加速腔210以准许电子射束通过射束中心孔径(未示出)。多个加速腔210可以经由多个侧腔216而电磁地耦合。如所示出的，侧腔216中的每个侧腔可以耦合两个相邻的加速腔210。波导218可以耦合到加速腔210中的一个加速腔，以将微波功率从源(未示出)递送到加速器引导件200。靶206可以在第二端208处被支撑在基板219上。靶206可以包括钨或其它高密度金属，其在由电子源202产生的、并且被加速腔210加速的电子撞击时生成x射线。在本公开的实施例中，加速器引导件200可以被设计和构造成生成能级范围从约1mev到20mev的x射线。

返回到图2，屏蔽结构300可以包括多个屏蔽块302至310，其当组装时，形成壳体以屏蔽加速器引导辉光和散射的靶辐射。该壳体具有内壁表面311，其限定用于接收加速器引导件200的内部体积。根据本公开的实施例，屏蔽结构300或多个屏蔽块302至310可以被设计或配置成形成与加速器引导件200的轮廓一致的内部体积。通过示例，加速器引导件200可以具有如在纵向轴线212上观察到的轮廓。壳体的内壁表面311可以限定如在纵向轴线212上观察到的轮廓，其与加速器引导件200的轮廓一致。作为示例，加速器引导件200可以具有如在纵向轴线212上观察到的大体上呈卵形或长圆形的轮廓。对应地，壳体的内壁表面311可以具有如在纵向轴线212上观察到的大体上呈卵形或长圆形的轮廓，以与加速器引导件200的轮廓一致。

图5更好地示出了如在纵向轴线212上观察到的加速器引导件200的示例性轮廓。图5是在加速器引导件200安装在屏蔽结构300中之后，沿着线5-5截取的图2所示的辐射装置100的横截面图。如在纵向轴线212上观察到的，加速器引导件200的示例性轮廓可以部分地由大体上呈圆形的加速腔210来限定，并且部分地由大体上呈半圆形的两个侧腔216来限定。圆形加速腔210可以限定第一尺寸，并且所组合的半圆形侧腔216和圆形加速腔210可以限定第二尺寸。屏蔽结构300或屏蔽块302至310可能被设计或构造成形成具有如在纵向轴线212上观察到的轮廓的内部体积，该轮廓与由两个侧腔216和加速腔210限定的轮廓大体上一致。可替代地，如下文将更详细描述的，加速器引导件200可以包括位于第二端208处的引导滑动件220(图2至图4)。引导滑动件220可以大体上为如在纵向轴线212上观察到的卵形或者长圆形，并且大小被设置为适于容纳加速腔210的第一尺寸、以及所组合的侧腔216和加速腔210的第二尺寸。在这种实施例中，如在纵向轴线212上观察到的加速器引导件200的轮廓可以由引导滑动件220和屏蔽结构300限定，或者如图6所示并且如下文更详细地描述的，屏蔽块302至310可以被设计或构造成形成内部体积，其与由引导滑动件220限定的轮廓大体上一致。

应当指出，加速器引导件200可以被构造成具有其它形状的轮廓，并且屏蔽结构300或屏蔽块302至310可以被设计或构造成形成具有其它形状的轮廓的内部体积，以与各种其它形状的加速器引导件200的轮廓一致。本公开的原理不限于加速器引导件200的特定轮廓形状和由屏蔽结构300限定的内部体积。

参考图4，当加速器引导件200安装在屏蔽结构300中时，空间301可以存在于相邻的侧腔216之间、或者加速腔210和屏蔽结构300之间。附加的屏蔽片(未示出)可以设置在空间301中以进一步改善屏蔽。在备选实施例中，铅或钨bb、载有钨的环氧树脂、或其它合适的辐射衰减材料可以填充可能存在的任何间隙和/或接头以进一步改善屏蔽。

返回到图2，在本公开的一些实施例中，屏蔽结构300可以包括单块302，其在安装时包围加速器引导件200的大部分。如所示出的，示例性单块302可以包括开口312和切口314，该开口312允许加速器引导件200放置在屏蔽结构300中或从屏蔽结构300中去除，该切口314在加速器引导件200可滑动地放置在屏蔽结构300中或从屏蔽结构300中去除时、为耦合至加速器引导件200的波导218提供空隙。在如图2所示的示例性实施例中，单块302可以包围整个加速器引导件200，除了可能暴露在切口314中的与波导218相邻的部分、以及可能暴露在开口312中的枪端部之外。波导218附近的暴露部分可以被较小的屏蔽片304和306覆盖。开口312附近的所暴露的枪端部可以被较小的屏蔽件308和端盖310覆盖。图3示出了当加速器引导件200安装在屏蔽结构300中时，覆盖波导218附近的引导件部分的较小屏蔽片304至306、以及覆盖枪端部的屏蔽片308和端盖310。

包围加速器引导件的大部分的单块的使用会导致屏蔽结构300和相关联的安装硬件中的屏蔽块的总片数目的显著减少，并且因此使屏蔽结构中的间隙或接头最小化，以减少可能的辐射泄漏。根据本公开的实施例，常规蜂巢和相关联的安装硬件中的屏蔽片的总数目可以显著减少大约75％。

应当指出，图2中所描绘的示例性单块302是为了说明的目的而提供，并且本公开不限于该特定示例。虽然加速器引导件的大约一半或更多部分可以被单块包围，并且如图2至图3所示，加速器引导件和枪端的剩余部分被较小的屏蔽片覆盖，但是如下文将更详细描述的，本发明的原理还可以应用于单块包围加速器引导件的小于一半部分、但仍然可以将整个加速器引导件稳定地保持处于水平方位上的情形，其允许加速器引导件可滑动地放置在屏蔽结构中或从屏蔽结构中去除。

图8示意性地示出了根据本公开的实施例的屏蔽结构的示例性单块302。如所示出的，单块302包括磁屏蔽件316和辐射屏蔽件318。磁屏蔽件316和辐射屏蔽件318以单块形式而被集成，提供被配置成包围至少加速器引导件的大部分的内部体积320。

磁屏蔽件316用于屏蔽加速器引导件在转动期间免受地球磁场变化的影响，其可能不经意地转向由引导件生成的射束。磁屏蔽件316可以由铁、钢或可以重定向磁场的任何其它合适的铁磁金属或合金制成。磁屏蔽件316还可以用作用于倾倒或产生辐射屏蔽件318的模具的一部分。磁屏蔽件316可以大体上呈管状，其中在侧面中具有切口以提供如上文所描述的波导的空隙。磁屏蔽件316可以限定用于接收或保持加速器引导件的一部分或大部分的体积。磁屏蔽件316可以具有与加速器引导件的轮廓大体上一致的横截面轮廓。例如，磁屏蔽件316可以限定如在纵向轴线上观察到的卵形、长圆形或其它合适形状，以紧密地与加速器引导件的轮廓一致。

辐射屏蔽件318可以由铅或其它高密度辐射衰减材料来制成。辐射屏蔽件318可以在支撑板322上使用磁屏蔽件316通过铸造被构造作为模具的一部分。结构元件(图8中未示出)可以用于当辐射屏蔽件318被铸造和形成时，支撑或稳定板322上的磁屏蔽件316。如图8所示，辐射屏蔽件318的厚度随着相对于靶的空间位置而变化。这主要是由于由靶生成的辐射的空间分布。当电子撞击靶时，所生成的x射线光子主要在前向方向上传播到等中心点或患者用于治疗。在所得x射线光子中存在相当大的角度扩展。一些光子反向散射，即，相对于电子射束方向以180度传播。所生成的x射线光子的分布是空间角度的函数，并且可能受到撞击靶的电子的能量、靶的几何配置、靶的材料组成等的影响。结果，辐射屏蔽件318的厚度还可以根据其空间角度而变化，以便将屏蔽件外的辐射泄漏限制在如由例如国际电工委员会(iec)所要求的大体上均一的阈值之下。如所示的附加的更高密度的屏蔽(诸如钨块324)可以设置或浇注就位在预先确定的位置中，以帮助补偿缺失的为接收辐射屏蔽件318中的波导或其部件而被取出的屏蔽。

仍然参考图8，单块302可以包括安装界面326，如将在下文更详细描述的，其提供用于将加速器引导件安装到单块302的特征。界面特征328可以设置在切口314附近，用于在将加速器引导件放置在单块中之后紧固较小的屏蔽片(图2)。诸如台阶、凹陷等之类的特征可以设置在切口314附近以容纳波导和相关联的部件。

返回到图2并且还参照图6和图7，在本公开的一些实施例中，加速器引导件200可以包括引导滑动件220。该引导滑动件220通过提供给屏蔽结构300接触表面222来便于安装和/或去除加速器引导件200。引导滑动件220的接触表面222允许加速器引导件200滑入或移出屏蔽结构300，同时保护加速器引导件200(例如，侧腔216和水线224至226)不受碰撞和损坏。

引导滑动件220可以位于加速器引导件200的第二端208(靶端)处。例如，引导滑动件220可以耦合至支撑靶206的基板219。引导滑动件220具有如在纵向轴线212上观察到的轮廓。引导滑动件220的轮廓可以基本上与如在纵向轴线212上观察到的所组合的侧腔216和加速腔210的轮廓一致。在备选实施例中，引导滑动件220的轮廓可以略微不同，但如上文所描述的，可以容纳加速腔的第一尺寸、以及所组合的侧腔和加速腔的第二尺寸。

图6是在加速器引导件200安装在屏蔽结构300中之后的、图2所示的辐射装置100的仰视图。通过示例，图6所描绘的引导滑动件220可以具有如在纵向轴线上观察到的长圆形形状，其具有略微大于由加速腔限定的尺寸的第一尺寸、以及略微大于由加速腔和耦合至加速腔的两个侧腔两者限定的尺寸的第二尺寸。循环用于散发在电子加速并且产生x射线的期间生成的热量的冷却剂的水线224至226可以设置在引导滑动件220的第一尺寸和/或第二尺寸内，如图7中更好地观察到的，以在安装和/或去除加速器引导件200期间保护它们免于碰撞或损坏。可替代地，狭槽228可以设置在引导滑动件220的周边中，以容纳如图7中更好地观察到的水线226。

引导滑动件220的使用允许屏蔽结构300与加速器引导件200紧密一致，同时当加速器引导件200滑入和滑出屏蔽结构300时，保护引导件和水线的侧腔免受碰撞和损坏。引导滑动件220的使用还允许将加速器引导件安装在水平位置中和/或从水平位置中去除加速器引导件。如上文所描述的，常规屏蔽结构包括垂直堆叠以包围加速器引导件的多行铅，并且堆叠中每个堆叠被进一步切割成多个片，以保持对于某人而言可以管理安装或去除加速器引导件的重量。去除或安装加速器引导件需要去除所有的重铅片，同时引导件被定向为处于垂直位置中。这是劳动密集型和危险的，因为安装和/或去除必须在地板上方进行。

根据本公开的实施例，在安装加速器引导件时，加速器引导件和屏蔽结构可以被定向为使得加速器引导件的纵向轴线基本上是水平的。然后，加速器引导件可以滑动到屏蔽结构中，同时引导件保持基本上水平。类似地，在将加速器引导件移出屏蔽结构之外，加速器引导件和屏蔽结构可以被定向为使得引导件的纵向轴线基本上是水平的。然后，在处于水平方位上的同时，可以(例如，通过滑动)从屏蔽结构中去除加速器引导件。

在水平位置中安装和去除加速器引导件消除了在高于地板上方的高度执行的常规方法中可能产生的危险的风险。进一步地，在水平位置中安装和去除加速器引导件避免需要增加天花板的高度，否则，其如果必须在垂直位置中从屏蔽结构中去除加速器引导件，则可能是必需的，在这种情况下，可能需要更多的天花板空隙。

返回到图2，在本公开的一些实施例中，加速器引导件200可以通过安装凸缘230而被紧固到屏蔽结构300。安装凸缘230可以耦合至加速器引导件200的第一端204(枪端)，例如，与电子枪的阳极板集成。如上文结合图8所描述的，在一些实施例中，屏蔽结构300可以包括具有安装界面326的单块302。如此，安装凸缘230可以通过将安装凸缘230连接到单块302的安装界面326而将加速引导件200紧固到单块302。可以在用于水线324至326和馈通214的安装凸缘230中提供诸如开口或狭槽之类的特征。当紧固到屏蔽结构300时，加速器引导件200可以在相对于等中心点的角度对准和/或位置对准期间与屏蔽结构300一起移动。

已经对用于加速器引导件的辐射装置和屏蔽结构的各种实施例进行了描述。本领域技术人员应当理解，可以在本发明的精神和范围内进行各种其它修改。所有这些或其它变型和修改均是本发明人设想的并且在本发明的范围内。