加速管、加速带电粒子的方法以及医用直线加速器技术

一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元件，所述开关元件是可移动的从而所述边耦合腔耦合的相邻加速腔的谐振耦合相位不变情况下所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可调节的。根据本发明专利技术的加速管，因为加速管可以根据出束能量要求在各种模式间变化，所以出束能量的可选择性强，而且，可以得到出束能量连续变化的电子束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗设备领域，具体涉及一种加速管、在加速管中加速带电粒子的方法及医用直线加速器。
技术介绍
加速管是加速器的关键部件，它把从电子枪注入的电子在射频电场作用下加速到高能，最后打靶产生高能X射线。根据加速电子的方式的不同，加速管分为行波加速管和驻波加速管两种。影像引导放射治疗(ImageGuideRadiationTherapy，IGRT)是一种放射治疗技术，在放射治疗领域中具有广泛的应用。应用IGRT技术的加速器即IGRT加速器。IGRT加速器通常采用驻波加速管对电子进行加速。在工作时，既可以产生千伏级的电子束，也可以产生兆伏级的电子束。其中所述千伏级的电子束打在所述IGRT加速器的成像靶上，可以产生用于成像的X射线。所述兆伏级的电子束可以用于对患者体内的病灶进行放射治疗。其中，所述千伏级的电子束以及所述兆伏级的电子束既可以由具有同一个放射源的IGRT加速器即同源的IGRT加速器产生，也可以由具有不同放射源的IGRT加速器产生。因此，所述IGRT加速器不仅可以用于放射治疗，还可以在治疗前或治疗过程中，对患者体内的病灶或者正常器官进行监控，通过产生的影像来引导放射治疗，可以减少由于病灶移动等原因所引起的放射治疗的误差。目前，有些同源IGRT加速管，虽然可以达到一定的成像质量，但实现方法较复杂。总体而言，现有的加速管难以通过简单的结构获得不同能量的电子束。另外，现有的加速管出束能级一般都是确定的，即，一般只有能级相差较大的两级，一级用于兆伏级治疗另一级用于千伏级的成像。然而，目前，将电子治疗和光子治疗在一个医用直线加速器中实现是比较令人期待的，而且，治疗中能级的可选择性强也是令人期待的。
技术实现思路
本专利技术解决的问题包括如下其中之一：如何实现一种结构更加简单且能量分布更加广泛或能级分布区间大的加速管。为解决上述问题，本专利技术提供了一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元件，所述开关元件是可移动的从而所述边耦合腔耦合的相邻加速腔的谐振电场相位不变情况下与开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可调节的。优选地，所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可连续调节的。具体地，所述开关组件还包括位移传感器位移传感器，其用于检测所述开关元件的位置。更具体地，所述位移传感器为光栅。具体地，所述开关组件还包括驱动器，其用于驱动所述开关元件。更具体地，所述驱动器可以为电动的或气动的，例如为电机/气动装置。更进一步地，所述开关组件还包括控制器，所述控制器根据所述位移传感器检测的所述开关元件的位置以及所述加速管的出束能量要求控制所述驱动器以驱动所述开关元件到预定位置。具体地，所述开关元件包括平行于所述加速管的束流通道并相对布置的第一杆状件和第二杆状件。根据本专利技术的另一个方面，公开了一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件包括：第一杆状件和第二杆状件，其在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置；位移传感器，用于检测所述第一杆状件和所述第二杆状件的位置；驱动器，用于驱动所述第一杆状件和所述第二杆状件的至少其中之一者；以及控制器，其被配置成：根据出束能量要求以及所述位移传感器检测到的所述第一杆状件和所述第二杆状件的位置，控制所述驱动器移动所述第一杆状件和所述第二杆状件以在不改变所述开关组件所在的边耦合腔耦合的相邻加速腔的谐振耦合相位的情况下改变所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值。具体地，控制器被配置成还具有以下至少一种出束模式：在第一出束模式下，所述控制器控制所述驱动器以使所述开关组件所在的边耦合腔所耦合的两相邻加速腔的电场相位相同；以及在第二出束模式下，所述控制器控制所述驱动器以使所述开关组件将所在的边耦合腔短路。根据本专利技术的再一个方面，公开了一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元件，所述加速管具有第一出束模式以及第二、第三和第四出束模式中的至少一个出束模式，其中，在所述第一出束模式下，所述开关元件所在的边耦合腔耦合的两相邻加速腔的谐振电场相位相反而所述开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可调节的；在所述第二出束模式下，所述开关元件所在的边耦合腔所耦合的两相邻加速腔的谐振电场相位相反同时所述开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数之比为1；在所述第三出束模式下，所述开关元件所在的边耦合腔耦合的两相邻加速腔的谐振电场相位相同；在所述第四出束模式下，所述开关元件所在的边耦合腔被短路；其中，所述开关元件被配置为在所述第一出束模式以及所述第二、第三和第四出束模式中的至少一个出束模式之间是可调节的。根据本专利技术的一个方面，还公开了一种在加速管中加速带电粒子的方法，其中，所述加速管包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述方法包括：将带电粒子沿着所述加速管的束流通道注入到所述加速腔内；向加速腔馈入能量以使所述加速腔和所述边耦合腔在基本相同的电场频率下谐振；通过开关组件调节与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值而不改变所述边耦合腔耦合的相邻加速腔之间的电场相位以得到出束能量。优选地，同所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数之比为1时相比，通过调节耦合系数之比，出束能量的变化量在20％-50％之间。优选地，所述出束能量通过连续地调节开关组件是可连续变化的。具体地，所述开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元件，所述开关元件是可移动的从而所述边耦合腔耦合的相邻加速腔的谐振耦合相位不变情况下所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可调节的。

【技术特征摘要】
1.一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合
腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元件，
所述开关元件是可移动的从而所述边耦合腔耦合的相邻加速腔的谐振耦合相
位不变情况下所述边耦合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合
系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的
比值是可调节的。
2.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述边耦合腔和与其耦合的束流
通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的束流通道下
游的加速腔之间的耦合系数的比值是可连续调节的。
3.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述开关组件还包括位移传感器，
其用于检测所述开关元件的位置。
4.根据权利要求3所述的加速管，其中，所述位移传感器为光栅。
5.根据权利要求3所述加速管，其中，所述开关组件还包括驱动器，其用
于驱动所述开关元件。
6.根据权利要求5所述的加速管，其中，所述驱动器为电动或者气动的。
7.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述开关组件还包括控制器，所
述控制器根据所述位移传感器检测的所述开关元件的位置以及所述加速管
的出束能量要求控制所述驱动器以驱动所述开关元件到预定位置。
8.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述开关元件包括平行于所述加
速管的束流通道并相对布置的第一杆状件和第二杆状件。
9.一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合
腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件包括：
第一杆状件和第二杆状件，其在基本平行于所述加速管的束流通道的
方向上相对地布置；
位移传感器，用于检测所述第一杆状件和所述第二杆状件的位置；
驱动器，用于驱动所述第一杆状件和所述第二杆状件的至少其中之一
者；以及
控制器，其被配置成：根据出束能量要求以及所述位移传感器检测到
的所述第一杆状件和所述第二杆状件的位置，控制所述驱动器移动所述第
一杆状件和所述第二杆状件以在不改变所述开关组件所在的边耦合腔耦
合的相邻加速腔的谐振耦合相位的情况下改变所述边耦合腔和与其耦合
的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔和与其耦合的
束流通道下游的加速腔之间的耦合系数之比。
10.根据权利要求9所述的加速管，其中，所述位移传感器为光栅。
11.根据权利要求9所述的加速管，其中，所述驱动器至少包括两个电机，
所述第一杆状件和所述第二杆状件是由两个电机分别驱动的。
12.根据权利要求9所述的加速管，其中，控制器被配置成还具有以下至
少一种出束模式：
在第一出束模式下，所述控制器控制所述驱动器以使所述开关组件所
在的边耦合腔所耦合的两相邻加速腔的电场相位相同；以及
在第二出束模式下，所述控制器控制所述驱动器以使所述开关组件将
所在的边耦合腔短路。
13.一种加速管，包括至少三个加速腔以及与相邻的加速腔耦接的边耦合
腔，至少一个边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件至少包括开关元
件，所述加速管具有第一出束模式，以及第二、第三和第四出束模式中的
至少一个出束模式，其中，在所述第一出束模式下，所述开关元件所在的
边耦合腔耦合的两相邻加速腔的电场相位相反而所述开关元件所在的边耦
合腔和与其耦合的束流通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述边耦合腔
和与其耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数的比值是可调节的；
在所述第二出束模式下，所述开关元件所在的边耦合腔所耦合的两相邻加
速腔的电场相位相反同时所述开关元件所在的边耦合腔和与其耦合的束流
通道上游的加速腔之间的耦合系数与所述开关元件所在的边耦合腔和与其
耦合的束流通道下游的加速腔之间的耦合系数之比为1；在所述第三出束
模式下，所述开关元件所在的边耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺守波，宋瑞英，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31