医用直线加速器的内部冷却式单体构件制造技术

在一种医用直线加速器中，一系列单体腔限定单元连接起来形成一系列加速腔。将贯通一系列单体单元的内部冷却通道相互对准实现温度调节。因此，通过各单体单元形成一连续的冷却剂流动通道。在每个单元间界面处形成有泄漏一逸出通道，用于导出在界面处产生的泄漏。在选选实施例中，形成有一将界面处的泄漏一逸出通道与该界面处的冷却剂流动通道相隔离的钎焊区，进一步防止冷却剂进入影响系统性能的区域内。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及临床放射治疗装置，更具体地说，涉及医用直线加速器的温度调节。直线加速器可以用于各种医疗场合。来自直线加速器的带电粒子(例如电子)束可被引向由具有高原子序数的材料制成的靶，从而形成X射线束用以进行放射治疗。另外，在放射外科治疗的过程中可以将带电粒子束直接作用于病人。这种放射外科已经成为治疗脑部肿瘤公认的医疗手段。高能粒子束可以被引向一局部区域，以便能破坏在癌细胞内部的一个或两个DNA分子链，最低目标是延迟它的进一步生长，并且最好能对癌进行治疗。授予Symmons的4,324,980号美国专利介绍了一种用于放射治疗的常规的直线加速器(“linac”)。该直线加速器包括一系列沿粒子束轴线排列的加速腔。通常为一电子枪的粒子源将带电粒子引入第一加速腔。随着带电粒子穿过该一系列加速腔，利用电磁场对粒子进行聚焦和加速。例如可以将一射频(RF)源耦合到加速器，以便产生使直线加速器工作所需的电磁场。由临床直线加速器加速的粒子具有很高能量，例如为4MeV。通常将输出的粒子束引向一磁偏转系统，其作用为一能量过滤器。该粒子束偏转约270°。然后，或者利用输出的高能粒子束或者利用该输出粒子束轰击一个靶产生的X射线束对病人进行放射治疗。驱动信号源的频率以及加速腔和相邻加速腔之间的粒子束通道的尺寸决定了临床加速器的工作频率。加速器的最佳性能需要腔结构的谐振频率和驱动信号的频率相匹配。在具体的医疗处置的过程中由临床直线加速器输出的粒子束的特性保持恒定是重要的。此外，该粒子束特性应在各次连续治疗过程中保持一致。保持这种一致的一个困难在于加速过程导致产生热能。临床加速器的腔结构通常是很多的钎焊在一起的盒式或半盒式的单元。该盒式单元是由作为一种具有相当高的热膨胀系数的材料的铜制成的。热膨胀导致腔结构的热失谐。可以调节驱动信号来补偿一些热失谐，但是性能会受到影响。Symmons的专利介绍了控制盒式单元热膨胀的常规技术方案。将各盒式单元钎焊到一起，然后连接到一导管上。将一种冷却剂例如去离子水通过导管导过。热能由盒式单元传导到冷却剂，因此提供了一定程度的热调节。除了外部冷却之外，通过在一由盖板覆盖的基板内铣削形成C形槽在内部冷却电子出射窗口。当冷却剂在该槽中通过时，由靶散发的热量传到冷却剂中。在Syrmmons提出在临床直线加速器的电子出射窗口组件处进行内部冷却的同时，该专利继续采用对于形成临床直线加速器加速腔的盒式单元组件进行外部冷却的方式。制造用于医疗场合之外的其它场合的直线加速器采用了更为广泛的内部冷却方式。R.G.Schoenberg等人的题为“便携式X射线直线加速器系统(Portable，X-band，Linear Accelerator Systems)”的白皮书(White paper)中介绍了一种用于例如X射线检查核电站管道焊接等场合的直线加速器。X射线头被描述为具有内部水冷却通道。该自包含的冷却水源为在X射线头中的加速器部分和磁控管、RF环行器以及在RF头中的高功率RF负载提供可控制温度的水。适用于医疗处置之外应用场合的直线加速器的内部冷却的另一种形式介绍在授予Kornely，Jr.等人的5,021,741号美国专利中。在一系列的漂移管(drift tube)中的每一漂移管是单独冷却的。对于每一漂移管，冷却剂循环槽集成在漂移管的中心体部分，以及在相对的面板上。利用焊接/电铸技术将该面板附着到特定的漂移管的中心体上。冷却剂通过一具有同心通道的芯柱进出漂移管。该专利称，通过提供一铸造的漂移管，可以相对于通过制造和机加工很多单元然后钎焊在一起形成的漂移管降低冷却剂的泄漏的可能性。在由Kornely，Jr.等人提出的漂移管内减少界面的数目可降低可能泄漏冷却剂区域的数目。对通过不同漂移管的冷却剂液流进行隔离据称与现有技术一致，并且在尽量减少冷却剂必须流过的界面数目时也坚持了这一点。在不增加临床装置对有关泄漏等问题的敏感度的情况下，需要使临床直线加速器相对于医用常规加速器增强热调节能力。在医用的沿粒子束轴线线性加速带电粒子的装置中的一个组件，包含一系列互连的单体腔限定(cavity-defining)单元，这些单元形成沿粒子束轴线相互对准的相连的多个加速腔。通过将各冷却剂通道相互连接形成至少一个贯通各单体单元的冷却剂流动通道可以实现内部冷却。在一个实施例中，在各相互贴靠的单体单元之间的界面处，围绕各冷却剂通道形成泄漏-逸出通道，使得泄漏液体不会侵入。附图说明图1是根据本专利技术所述具有内部冷却作用的临床直线加速器的示意图。图2是由单体的腔限定单元的正视图，该单元具有用于为图1中的临床直线加速器提供内部冷却能力的冷却剂通道。图3是沿图2中的断面线2-2所取的单体单元的侧向断面图；图4是多个相互连接构成加速器装置的单体单元的侧向断面图；图5是图2中的其中一个冷却剂通道的放大图。图6是沿图2中的断面线6-6所取的冷却剂通道的侧向断面图。参照图1，图中示有用于治疗的临床直线加速器系统10，具有一用于将带电粒子引入加速器装置14(也称为波导)的粒子源12。在该优选实施例中，该粒子源是电子枪，将电子注入到加速器装置的输入端。该电子枪是临床直线加速器(“linacs”)的常规部件。由信号源16向加速器装置14引入驱动信号。该信号源引入一具有适当频率的电磁波。通常采用射频或高频源，但对本专利技术来说，驱动信号的频率选择并不是关键性的。也可以利用一在闭环系统内部连接的控制电路18(未示出)动态地控制该频率。由电子枪12射入加速器装置14的电子沿着加速器装置的电子束轴线20加速。由于结合信号源16建立的电磁波的能量转换关系使电子得到很高的能量。由位于加速装置14的输送端的输出窗口24射出脉动的或稳态输出的电子束22。虽然对于本专利技术并不是关键性的，该输出窗口通常包含薄金属箔。输出的带电粒子流22引向一用作能量过滤器的磁偏转系统。输出的电子束被偏转约270°，然后引向靶28，例如金或钨靶。输出的电子束22轰击该靶并产生用于对病人进行放射治疗的X射线束30。另外，输出的电子束22可以直接作用于病人，例如在放射外科治疗过程中对脑肿瘤的治疗。磁偏转系统26和靶28的工作情况是本
的熟练人员所公知的。通常，加速器装置的热调节是通过沿加速装置的外表面附着一外导管来实现的。例如，可以设置铜管与加速装置的外表相接触，而使一种冷却剂，例如去离子水通过该管，以便从装置上带走热能。与常规方案不同，图1中的直线加速器系统采用内部冷却。即有通过加速装置14的内部冷却剂流动通道32。通过利用下文将详细介绍的内部冷却剂流动通道，实现了在液体冷却剂和需热调节的构件之间的明显增强的热耦合作用。在形成液流内部通道方面应注意的是，用于临床直线加速器的加速装置通常是通过钎焊一系列盒式单元或半盒式单元构成的，使得形成有很多的单元与单元的界面，当液体从流动通道的输入端向输出端流动时，会遇到这些界面。每一个界面是一冷却剂可能泄漏的区域，冷却剂可能进入加速装置的各加速腔内。然而，各相邻单体的半盒式单元(下文介绍)的界面包括泄漏-逸出通道，以防止冷却剂泄漏造成的有害影响。该冷却系统包括冷却剂源34，其将冷却剂引入加速装置的输入导管36并接收由加速装置的输出导管38流出的冷却剂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿粒子束轴线加速带电粒子的临床医疗装置的组件，包含：多个单体的腔限定单元，沿所述粒子束轴线对准连接形成一系列加速腔，所述腔限定单元具有冷却剂通道，各通道相互连接形成至少一个通过所述多个腔限定单元的连续的冷却剂流动通道。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚崇国，
申请(专利权)人：西门子医疗系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]