电子束多级加速器驱动的探针装置制造方法及图纸

在Ｘ射线治疗系统中使用的一种组合式多级加速器（１０２）包括用来容纳施加－５０ｋＶ电压的一个电子束枪的第一１０ｋＶ加速级（１５０）。组合式多级加速器还包括与第一级串联放置的四个附加１０ＫＶ级（１１２，１１４，１１６，１１８），整体上获得一个５０ＫＶ加速器。每一级都设有屏蔽（１９０），以防杂散电子沿着漂移管的长度扩散。每一组合级内部的三重点是凹进的，以明显减少每一级内部发射的杂散电子。另外，通过在电路连接中用一个清空节点将电子束电流与电子束电流测量电路（２００）隔离来测量Ｘ射线源的Ｘ射线发射探针的电子束电流，在这一清空节点上清空电路内的其他电流，并且让电子束电流流到电子束电流测量电路。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及到一种小型可编程X射线治疗系统，它具有一个电子束源和一个X射线发射探针，用于向一个规定区域输送基本上恒定或是间歇级的X射线，并且特别涉及到X射线治疗系统的电子束发生部件。在医学领域中将辐射用于对病人的诊断，治疗和缓解性治疗。用于这些治疗的常规医学辐射源包括大型的固定位置机器乃至小型便携式辐射发生探针。X射线治疗系统的现有技术状态是利用计算机为处理复杂的几何体积产生复杂的治疗方案。这些系统的典型作用是通过施加辐射来阻止新组织的生长，因为辐射对非生长性组织中的分裂细胞的作用比对成熟细胞的作用要大。可以用辐射治疗在切除肿瘤的位置上的癌组织的再生长，以防肿瘤复发。或者是可以对人体的其他区域施加辐射，阻止组织生长，例如是阻止眼睛内侧会造成斑点恶化的新血管的生长。在授予Nomikos等人并且由本专利技术的受让人所拥有的美国专利US5,153,900(“’900号专利”)中就描述了用于这种用途的一种X射线治疗系统，可供本文参考。’900号专利中描述的系统在靠近或是被照射体积的内部使用一种点辐射源。这种治疗方式被称为短程治疗。短程治疗的一个优点在于施加的辐射主要是用于治疗预定的组织体积，对邻近体积内的组织没有明显的影响。如附图说明图1所示，短程治疗X射线治疗系统包括一个X射线源10，它主要包括一个电子束(“e-beam”)源12和一个小型插入式探针组件14，它能够在一个预定位置周围按预定剂量几何形状或是轮廓产生低功率辐射。探针组件14包括用来提供刚性表面的一个肩部16，通过它可以将X射线源10固定到另一个元件上，例如是用于治疗脑瘤的一个定向框架。探针组件14还包括刚性固定在肩部16上的一个X射线放射管18或是“探针”。典型的此类探针大约有10-16cm长，内径大约是2mm，而外径大约是3mm。典型的短程辐射治疗包含将插入式探针18定位在肿瘤内或是肿瘤的位置或者是已经消除肿瘤的部位，用“局部增强”的辐射治疗邻近这一位置的组织。为了便于控制在这一位置上的治疗，在治疗中需要将这一组织部位支撑在与辐射源相距预定的距离。或者是，如果这种治疗中包括治疗表面组织或一个器官的表面，就需要控制表面的形状和施加到这一表面上的辐射场的形状。如图2所示，现有技术中一个典型的电子束源12包括单个50KV漂移管加速级或加速器20。加速器20包括一个由陶瓷部位24和金属部位26构成的圆筒体22。加速器20容纳的电子枪组件包括用来产生电子的针30和用来沿着贯穿金属管38、管开口36、探针接口40和探针18(未示出)的这一系统的中心轴线42引导电子枪32。金属部位26包括一个导电的环形端28，它包括Node X。在操作中，Node X上的理想电压是0V，而Node Y上的理想电压是-50KV(接近电子枪处)，这样就能为电子束提供一个加速电场。在操作中，从探针18的末端将电子束指向一个靶子。电子束沿着轴线42产生一个电流。沿着金属探针18的回流路径在环28处将探针的末端耦合到Node X。出现在Node X上的理想电流是电子束电流(IB)，测量这一电流并且将测量的读数传送给一个辐射控制器(未示出)。辐射控制器调节提供给电子枪32的功率，从而调节电流，并且最终在探针18的端部获得理想的输出辐射电平。作为系统的一种测试和加强手段，在Node X和Y之间施加75KV的电压；这被称为“过电压”系统。典型X射线源10的单级50KV加速器20的结果是这样的，在操作中会从针30上泄漏杂散电子并且沿着陶瓷壁24和金属壁26发生“雪崩”，如图中箭头44所示。这些杂散电子主要是从“三重点”34上发射的，也就是负电极30，加速器内部的真空和绝缘体24的会合点。最后，杂散电子会在端部28处撞击加速器20的端部。如果电压很高，例如达到75KV测试电压和50KV操作电压，入射到金属端28的电子就会具有发射X射线所需的足够能量，产生不受屏蔽的X射线，可能带来危险。另外，在使用施加到单级加速器上的75KV级测试电压时还需要避免诸如电弧等高电压危害的风险。入射到金属28上的杂散电子也会造成与性能有关的问题。杂散电子会在Node X上造成伴随电子束电流的“漏电流”。这一杂散电流与电子束电流组合造成电子束电流测量的误差，并且会导致辐射控制器校准输出辐射。这样，辐射控制器就会错误地调节供给电子枪32的功率，改变电子束电流，并且改变从探针18发出辐射的特性。系统的操作安全性和高电压下正常工作的能力会受到“高电压平衡”能力的影响。本专利技术的一个目的是提供一种具有改进的高电压平衡能力的X射线源。本专利技术的另一个目的是提供一种具有改进的高电压平衡能力的电子束加速器。本专利技术的再一个目的是提供一种组合式电子束加速器，在它的加速器级上需要较低的电压应力，可用于测试目的和缩小等效系统的整体尺寸。本专利技术的又一个目的是提供一种具有改进的辐射精度的X射线源，在精确测量电子束电流的基础上实现改进的X射线源校准。专利技术概述本专利技术的组合式多级加速器就可以实现这些和其他目的。加速器包括的第一级可容纳用来产生电子束的电子枪。加速器第一级的形状是围绕着包括系统的一个X射线发射探针在内的系统公共中心轴线的一个圆筒。圆筒形第一级的一端有一个形成真空密封的镀铜的头。在第一级圆筒的另一端可以加装多个组合式加速级。在最佳实施例中，第一级以及沿着轴线定位的后续的各个组合级用每一级上的10KV电位差加速电子。用铜将第二10KV组合级焊接在第一级上，其结果是总体上获得一个20KV加速器。与此类似地依次加上第三，第四和第五10KV组合级，总体上获得一个50KV加速器。10KV级的独特设计在级与级之间实现屏蔽，因而比以往的系统具有更好的高电压平衡性能。大致成环形地围绕中心轴线的一个基础段将最后加速级与用于治疗的X射线发射探针对接。按照这一最佳形式，第二，第三，第四和第五加速级基本上相同。这些组合级各自包括一个电极(阳极)和介质绝缘体，用于为后续级屏蔽杂散电子并且耗散杂散电子所产生的电流。每一级的三重点凹进介质中形成的一个空腔。在从这一三重点发射电子时，电子被介质收集在空腔中，并且最终产生一个电场，防止从三重点上进一步发射电子。从空腔中逃脱的电子进入介质和电极的一个突起之间的区域。然后，由于绝缘体的圆锥形状和阳极的位置，电子会直接传播到阳极。这样就能防止雪崩和随之的电弧放电。另外，由于每一级的屏蔽和绝缘特性，电子不容易传播到后续加速级。为了监视X射线系统的输出辐射，需要测量输送到探针的电子束的电子束电流，这就需要隔离X射线源电路内部的电子束电流。按照一种最佳形式，电路中的每个加速级用电路连接到一个10-级倍压器的一部分，由倍压器为加速级提供电压，每一个加速级有两个专用的倍压器级。这些电连接在加速级的阴极各自为漏电流提供一条反馈回到倍压器的路径。除了末级之外的所有漏电流都被包含在倍压器之内。来自末级的漏电流传播通过倍压器，脱离倍压器，并且流入一个“零位连接点”。另外，用一个电压监视器电路测量电源的输出电压，并且用电路路径到零位连接点。电压监视器具有高阻抗，因而从零位连接点吸取一个小电流，并且将其反馈给倍压器。倍压器接着将监视器电流反馈给零位连接点。最后，电子束电流测量电路也用电路连接到零位连接点并且与探针连接。第一级的电子枪本文档来自技高网...

【技术保护点】
在Ｘ射线源的电子束源中使用的一种组合式多级电子束加速器，Ｘ射线源包括用来产生并沿着一条中心轴线引导电子束的电子束源和一个从电子束源沿着上述中心轴线延伸的Ｘ射线发射探针，这一组合式多级加速器包括：Ａ．延长的加速器第一级，它包括：ｉ．围 绕着上述中心轴线形成的一个绝缘的第一级外壳，并且在上述第一级外壳内部限定了一个中心空旷区域；ｉｉ．延长的第一级外壳的一个闭合并绝缘的第一端；ｉｉｉ．上述第一级外壳上与第一端相对并且比第一端更加靠近Ｘ射线发射探针的第二端，在这一端上围 绕着上述中心轴线有一个开口，并且有一个第一级阳极固定在上述开口上；以及ｉｖ．一个电子枪，它包括设在第一级外壳内的电子枪阴极，将电子枪发射的电子沿着中心轴线引向上述第二端；Ｂ．用电路连接到上述电子枪阴极的电子枪电源，电子枪响应由上述电 子枪电源提供给上述电子枪阴极的电压而发射电子；以及Ｃ．用电路连接到第一级阳极的第一级电源，向第一级阳极提供正的第一级加速器电压，使电子枪沿着上述中心轴线发射的电子沿着上述中心轴线朝第二端加速。

【技术特征摘要】
US 1998-12-14 09/2111441.在X射线源的电子束源中使用的一种组合式多级电子束加速器，X射线源包括用来产生并沿着一条中心轴线引导电子束的电子束源和一个从电子束源沿着上述中心轴线延伸的X射线发射探针，这一组合式多级加速器包括A.延长的加速器第一级，它包括i.围绕着上述中心轴线形成的一个绝缘的第一级外壳，并且在上述第一级外壳内部限定了一个中心空旷区域；ii.延长的第一级外壳的一个闭合并绝缘的第一端；iii.上述第一级外壳上与第一端相对并且比第一端更加靠近X射线发射探针的第二端，在这一端上围绕着上述中心轴线有一个开口，并且有一个第一级阳极固定在上述开口上；以及iv.一个电子枪，它包括设在第一级外壳内的电子枪阴极，将电子枪发射的电子沿着中心轴线引向上述第二端；B.用电路连接到上述电子枪阴极的电子枪电源，电子枪响应由上述电子枪电源提供给上述电子枪阴极的电压而发射电子；以及C.用电路连接到第一级阳极的第一级电源，向第一级阳极提供正的第一级加速器电压，使电子枪沿着上述中心轴线发射的电子沿着上述中心轴线朝第二端加速。2.按照权利要求1的组合式多级电子束加速器，其特征是由电子枪电源提供给电子枪阴极的电压是-50KV。3.按照权利要求1的组合式多级电子束加速器，其特征是由第一级电源提供给第一级阳极的正电压相对于电子枪阴极是10KV。4.按照权利要求1的组合式多级电子束加速器，其特征是进一步包括D.第二加速级，它包括i.围绕着上述中心轴线形成的绝缘的第二级外壳，并且在上述第二级外壳内部限定了一个中心空旷区域；ii.由上述第二级外壳限定的第三端，真空密封并且用电路连接到第一级的第二端上，在这一端上围绕着上述中心轴线有一个开口，其中的第三端和第二端维持在相同的电压，并且将第一级的阳极用做第二级的阴极；iii.由上述外壳限定的与上述第三端相对的第四端，在这一端上围绕着上述中心轴线有一个开口，并且有一个第二级阳极固定在上述开口上；iv.用电路连接到第二级阳极的第二级电源，用提供给第二级阳极的正的第二级加速器电压使从第一加速级沿着中心轴线传播的电子沿着上述中心轴线朝着第四端加速。5.按照权利要求4的组合式多级电子束加速器，其特征是由第二级电源提供给第二级阳极的正电压相对于第二级阴极是10KV。6.按照权利要求4的组合式多级电子束加速器，其特征是绝缘的第二级外壳包括一个环形绝缘体，在绝缘体的第三端靠近与第一级的第二端真空密封处形成一个凹槽，将从第二级阳极，第二加速级的中心空旷区域及绝缘体的接合点上发射的电子诱捕进上述凹槽。7.按照权利要求6的组合式多级电子束加速器，其特征是第二级绝缘体的一个内表面限定了围绕着中心轴线大致呈圆锥形的第二级中心空旷区域，圆锥形第二级中心空旷区域的基础靠近第二级阳极。8.按照权利要求6的组合式多级电子束加速器，其特征在于绝缘体由陶瓷材料制成。9.按照权利要求6的组合式多级电子束加速器，其特征是第二级阳极包括A.一个扁平的阳极环，它限定了一个围绕中心轴线的环形开口；以及B.围绕着中心轴线设置的一个阳极圆筒，其直径大致与环形开口的直径相同，圆筒在上述阳极圆筒的第一端和上述阳极环构成整体，而上述阳极圆筒的第二端在径向上背离中心轴线弯曲。10.按照权利要求4的组合式多级电子束加速器，其特征是进一步包括E.第三加速级，它包括i.围绕着上述中心轴线形成的绝缘的第三级外壳，并且在上述第三级外壳内部限定了一个中心空旷区域；ii.由上述外壳限定的第五端，真空密封并且用电路连接到第二级的第四端上，在这一端上围绕着上述中心轴线有一个开口，其中的第五端和第四端维持在相同的电压，并且将第二级的阳极用做第三级的阴极；iii.由上述外壳限定的与上述第五端相对的第六端，在这一端上围绕着上述中心轴线有一个开口，并且有一个第三级阳极固定在上述开口上；i...

【专利技术属性】
技术研发人员：M丁斯默雷，
申请(专利权)人：光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]