本發(fā)明涉及加速器治療裝置，具體涉及一種同源多能加速器及加速器治療裝置。

背景技術(shù)：

隨著腫瘤放射學(xué)與材料科學(xué)的發(fā)展，作為治療癌癥的一種重要手段，放療逐步邁入精確定位、精確計劃、精確治療的“三精”時代。設(shè)定主機架的旋轉(zhuǎn)平面與水平面垂直時，該旋轉(zhuǎn)平面為X平面，此時其轉(zhuǎn)軸定義為Z軸，與Z軸垂直且相交的水平直線為X軸，與Z軸、X軸分別垂直且均相交的直線為Y軸。Z軸和Y軸確立Y平面，Y軸和X軸確立X平面，Z軸和X軸確立水平面(Z平面)。目前的醫(yī)用直線加速器(放射治療設(shè)備)通過主機架旋轉(zhuǎn)帶動加速器在X平面或與其平行的平面上旋轉(zhuǎn)，所述加速器跟隨主機架旋轉(zhuǎn)，并且其發(fā)射的射線中軸線與主機架的旋轉(zhuǎn)軸線垂直并相交于一點，即等中心點。一般來說，治療時，將病患的病灶放置于等中心處，旋轉(zhuǎn)主機架，使得加速器在X平面或其平行平面上圍繞病灶旋轉(zhuǎn)，從而使射線從不同的方向照射病灶，以更好的殺死患病細胞。

通常，由于病灶的位置會隨病患的呼吸而發(fā)生位移，以及需要及時了解治療情況，需要對病灶進行治療前定位、治療過程中的跟蹤檢測，以前是需要將病患置于不同的設(shè)備上進行，如在低能級的加速器設(shè)備上進行檢測和定位，然后在高能級的加速器設(shè)備上進行治療，最后再回到低能級的加速器設(shè)備上進行檢測，觀察治療效果。為了克服上述技術(shù)方案的低效率及檢測的及時性差等問題，目前有兩種技術(shù)方案被公開，一種是同源雙束方案，如公開號CN104188679A，該發(fā)明涉及一種同源雙束醫(yī)用加速器，包括電子槍，所述電子槍連接有加速管，加速管連接耦合器，耦合器通過波導(dǎo)窗連接有波導(dǎo)，波導(dǎo)連接有微波功率源，微波功率源連接有調(diào)制器，加速管上設(shè)置有三個能量開關(guān)，三個能量開關(guān)分別位于加速管內(nèi)的三個加速腔之間，每個能量開關(guān)包括邊耦合腔和位于邊耦合腔內(nèi)的失諧棒，加速器的出口端設(shè)置有可移動靶；通過調(diào)制器控制微波功率源的輸出功率，同時調(diào)整三根失諧棒在邊耦合腔內(nèi)的長度，從而調(diào)整電子槍發(fā)射出的電子在加速管內(nèi)獲得的能量，從而獲取KeV級射線和MeV級射線，保證了成像、治療的同源共軸，提高對患者的治愈效果。但是該方案實質(zhì)上加速管控制系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，難以商業(yè)化應(yīng)用。另一種是雙源系統(tǒng)，即在現(xiàn)有的MV級加速器系統(tǒng)上再集成一個KV級加速器，使得系統(tǒng)同時具備兩種不同量級的射線，該系統(tǒng)也存在造價高、結(jié)構(gòu)笨重等問題。

本發(fā)明人在本案之前提出了另一種解決方案，一種同源多能加速器，包括：電子發(fā)射裝置和加速裝置，所述電子發(fā)射裝置位于加速裝置的輸入端，其產(chǎn)生的電子經(jīng)加速裝置加速后從加速裝置的輸出端射出，所述同源多能加速器還包括至少一個分離偏轉(zhuǎn)裝置，設(shè)置于加速裝置的輸出端一側(cè)，用于使經(jīng)過加速裝置加速后的電子中的部分電子運動軌跡發(fā)生改變。該發(fā)明的優(yōu)點是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)電子經(jīng)加速裝置加速后，所有電子的速度及能量并不完全相同，發(fā)明人利用這一發(fā)現(xiàn)，使用分離偏轉(zhuǎn)裝置，設(shè)置于加速裝置的輸出端一側(cè)，將經(jīng)過加速裝置加速后的粒子中的部分能量等級較低的電子運動軌跡強制改變，將同源電子束中不同能級的電子進行分離，從而獲得兩種能級的電子束，其中高能電子束繼續(xù)原有路徑，用于放射治療，而另一路低能電子束則用于跟蹤病灶，及檢測治療效果。雖然該方案和現(xiàn)有技術(shù)相比具有很多優(yōu)勢，但是其高低能射線束畢竟沒有同軸，其中心軸是相互之間有一點距離的平行線，同時，額外的折射部件使得加速器的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時可能增加了與其它部件如準直器之間的布局及協(xié)調(diào)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠的同源多能加速器及加速器治療裝置，。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種同源多能加速器，包括：電子發(fā)射裝置和加速裝置，所述電子發(fā)射裝置位于加速裝置的輸入端，其產(chǎn)生的電子經(jīng)加速裝置加速后從加速裝置的輸出端射出，所述同源多能加速器還包括高低能射線輸出控制器，由所述高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置產(chǎn)生不同脈寬的束流脈沖，對應(yīng)于每一個脈寬的束流脈沖，經(jīng)過加速裝置分別產(chǎn)生不同能量的射線。

本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)置一個高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置，由其作為電子發(fā)射裝置的輸出控制裝置，只有當(dāng)高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置輸出高電平(當(dāng)然也可以是負向脈沖)時，電子發(fā)射裝置才有輸出，這樣，通過寬度不等的束流脈沖控制，電子發(fā)射裝置就可以輸出時間長短不等的電子束，經(jīng)加速裝置加速后，獲得不同能量等級的射線輸出，以滿足不同能量級別的需求，用于治療或成像。

進一步的，所述束流脈沖的脈寬包括2-5微秒和0.1-2微秒兩種，經(jīng)過加速裝置加速后分別產(chǎn)生治療用高能射線及成像用低能射線。

根據(jù)高標準醫(yī)療作業(yè)需要，最佳治療效果的獲得需要一邊治療一邊進行驗證，包括位置驗證和效果驗證，時長達到2-5微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于治療的MV級能量射線，0.1-2微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于驗證的KV級能量射線。

進一步的，所述高低能射線輸出控制器設(shè)有高低能射線快速切換裝置，用于根據(jù)設(shè)定快速切換不同脈寬的束流脈沖的輸出。

進一步的，所述高低能射線快速切換裝置包括：脈寬調(diào)制裝置，脈寬調(diào)制裝置根據(jù)設(shè)定輸出不同脈寬的束流脈沖。

進一步的，所述高低能射線快速切換裝置包括：多個輸出不同設(shè)定脈寬束流脈沖的脈沖輸出電路，和一個輸出切換電路，輸出切換電路決定接通其中某一個脈沖輸出電路，而斷開其他脈沖電路的輸出。

進一步的，所述高低能射線輸出控制器包括：

脈寬變化控制模塊，其根據(jù)治療計劃或者實時命令生成脈寬變化的命令；

脈寬調(diào)節(jié)電路，接收脈寬變化控制模塊發(fā)送過來的命令，輸出設(shè)定寬度的脈沖；

定時器，為脈寬調(diào)節(jié)電路提供觸發(fā)脈沖。

進一步的，所述高低能射線輸出控制器還包括：

調(diào)制器，輸入端接收來自脈寬調(diào)節(jié)電路的脈沖輸出，轉(zhuǎn)換為加速裝置的控制信號，其輸出端與加速裝置連接；

脈沖同步裝置，其輸入端接收來自脈寬調(diào)節(jié)電路的脈沖輸出，將該脈沖延時后再從輸出端輸出，其輸出端與電子發(fā)射裝置連接，使得電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射與加速裝置的微波信號同步。

進一步的，所述高低能射線輸出控制器與加速裝置之間還設(shè)有調(diào)制器，所述調(diào)制器的輸入端接收來自高低能射線輸出控制器的脈沖輸出，轉(zhuǎn)換為加速裝置的控制信號，其輸出端與加速裝置連接；使得電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射與加速裝置的微波信號協(xié)調(diào)一致。

進一步的，所述高低能射線輸出控制器還包括：

脈寬變換控制電路，其輸入端接入開始脈寬變換的指令信號，其輸出端連接脈寬調(diào)節(jié)電路，并向其輸出開始或停止脈寬變換的使能信號；

定時器，其向脈寬調(diào)節(jié)電路輸出觸發(fā)脈沖，作為基準的定時裝置。

本發(fā)明還提供一種加速器治療裝置，所述加速器治療裝置包括治療控制裝置、主機架，包括上述任一的同源多能加速器。

附圖說明

圖1，高低能X射線輸出裝置示意圖，由脈沖寬度控制模塊、電子槍電源、調(diào)制器和加速管裝置(包含電子槍、靶及微波輸入耦合系統(tǒng))組成；

圖2，脈沖寬度為正常治療模式下，射線能量隨脈沖時間變化的包絡(luò)圖。在脈沖前段和后端都有一個緩沖的過程，即微波建成過程。

圖3，高低能射線控制的控制流程圖，通過定時器控制觸發(fā)脈沖重復(fù)周期，通過獨立的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號(由上層控制系統(tǒng)或者劑量控制系統(tǒng)發(fā)送)控制高低能射線切換。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖2所示，激發(fā)脈沖寬度為正常治療模式下，圖2中采用5微秒寬度的脈沖，射線能量隨時間變化的包絡(luò)圖。在脈沖前段和后端都有一個緩沖的過程，即微波建成過程。

由圖2我們可以發(fā)現(xiàn)，射線能量在0-2微秒之間大約為峰值的0-90％之間，2-4微秒之間射線能量基本達到峰值，即對應(yīng)于治療所需的能量要求(MV級)，因此實際上，現(xiàn)有設(shè)備通常是利用2-5微秒之間的射線來進行治療(這里之所以提及5微秒，是因為4-5微秒之間是射線能量逐步衰減的過程，是兩個治療周期之間必然需要的一個過程，因此將其也納入治療的周期范圍)，0-2微秒期間，是射線能量的建立過程，在本發(fā)明之前，沒有人想到其具有任何利用價值，其不過是現(xiàn)有設(shè)備能量建立不得不具有的一個固有缺陷或特征而已，但是本發(fā)明人卻從中發(fā)現(xiàn)了它的重大價值，0-2微秒之間的能量建立過程中，其對應(yīng)的平均能級，如果應(yīng)用得當(dāng)，剛好可以對應(yīng)于KV級的能量值，將其用來進行影像驗證，就可以實現(xiàn)同源雙能甚至多能的治療加驗證交叉實時進行的功能，這將大大提高加速器的治療精度和效率，對于醫(yī)生和病患來說，都是革命性的福音。

基于上述發(fā)現(xiàn)，我們提出，一種同源多能加速器，包括：電子發(fā)射裝置和加速裝置，所述電子發(fā)射裝置位于加速裝置的輸入端，其產(chǎn)生的電子經(jīng)加速裝置加速后從加速裝置的輸出端射出，所述同源多能加速器還包括高低能射線輸出控制器，由所述高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置產(chǎn)生不同脈寬的束流脈沖，對應(yīng)于每一個脈寬的束流脈沖，經(jīng)過加速裝置分別產(chǎn)生不同能量的射線。

本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)置一個高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置，由其作為電子發(fā)射裝置的輸出控制裝置，只有當(dāng)高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置輸出高電平(當(dāng)然也可以是負向脈沖)時，電子發(fā)射裝置才有輸出，這樣，通過寬度不等的束流脈沖控制，電子發(fā)射裝置就可以輸出時間長短不等的電子束，經(jīng)加速裝置加速后，獲得不同能量等級的射線輸出，以滿足不同能量級別的需求，用于治療或成像。

在實際應(yīng)用中，所述束流脈沖的脈寬包括2-5微秒和0.1-2微秒兩種，經(jīng)過加速裝置加速后分別產(chǎn)生治療用高能射線及成像用低能射線。

根據(jù)高標準醫(yī)療作業(yè)需要，最佳治療效果的獲得需要一邊治療一邊進行驗證，包括位置驗證和效果驗證，時長達到2-5微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于治療的MV級能量射線，0.1-2微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于驗證的KV級能量射線。

在一些實施例中，所述高低能射線輸出控制器設(shè)有高低能射線快速切換裝置，用于根據(jù)設(shè)定快速切換不同脈寬的束流脈沖的輸出。

在一些實施例中，所述高低能射線快速切換裝置包括：脈寬調(diào)制裝置，脈寬調(diào)制裝置根據(jù)設(shè)定輸出不同脈寬的束流脈沖。

在一些實施例中，所述高低能射線快速切換裝置包括：多個輸出不同設(shè)定脈寬束流脈沖的脈沖輸出電路，和一個輸出切換電路，輸出切換電路決定接通其中某一個脈沖輸出電路，而斷開其他脈沖電路的輸出。

在一些實施例中，所述高低能射線輸出控制器包括：

脈寬變化控制模塊，其根據(jù)治療計劃或者實時命令生成脈寬變化的命令；

脈寬調(diào)節(jié)電路，接收脈寬變化控制模塊發(fā)送過來的命令，輸出設(shè)定寬度的脈沖；

定時器，為脈寬調(diào)節(jié)電路提供觸發(fā)脈沖。

在一些實施例中，所述高低能射線輸出控制器還包括：

調(diào)制器，輸入端接收來自脈寬調(diào)節(jié)電路的脈沖輸出，轉(zhuǎn)換為加速裝置的控制信號，其輸出端與加速裝置連接；

脈沖同步裝置，其輸入端接收來自脈寬調(diào)節(jié)電路的脈沖輸出，將該脈沖延時后再從輸出端輸出，其輸出端與電子發(fā)射裝置連接，使得電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射與加速裝置的微波信號同步。

在一些實施例中，所述高低能射線輸出控制器與加速裝置之間還設(shè)有調(diào)制器，所述調(diào)制器的輸入端接收來自高低能射線輸出控制器的脈沖輸出，轉(zhuǎn)換為加速裝置的控制信號，其輸出端與加速裝置連接；使得電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射與加速裝置的微波信號協(xié)調(diào)一致。

在一些實施例中，所述高低能射線輸出控制器還包括：

脈寬變換控制電路，其輸入端接入開始脈寬變換的指令信號，其輸出端連接脈寬調(diào)節(jié)電路，并向其輸出開始或停止脈寬變換的使能信號；

定時器，其向脈寬調(diào)節(jié)電路輸出觸發(fā)脈沖，作為基準的定時裝置。

例如圖1所示的裝置示例，加速管和微波系統(tǒng)構(gòu)成的加速裝置、電子槍(電子發(fā)射裝置)等是現(xiàn)有加速器中已有的主要部件，在此基礎(chǔ)上，我們增設(shè)了高低能射線輸出控制器，其一個輸出端連接電子槍，并向其提供觸發(fā)脈沖信號，當(dāng)脈沖信號為正值(或負值)時，電子槍啟動，發(fā)射出電子束，這個脈沖的長度是可以調(diào)節(jié)的，比如實際應(yīng)用中，我們選擇0.1-2微秒長度的脈沖作為低能射線觸發(fā)脈沖，此時電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)微波系統(tǒng)加速，其能量從零開始逐步增加建立，如圖2中對應(yīng)的圖形前沿部分，整個加速器相當(dāng)于輸出了一個不完整的能量建立波形，如果脈沖長度選擇得當(dāng)，對應(yīng)的加速器平均能量輸出和KV級相當(dāng)，如果此時配合圖形檢測平板進行圖形劑量驗證、病灶位置驗證等KV級對應(yīng)的應(yīng)用作業(yè)，就使得加速器具備了KV級的工作功能，脈沖長度可根據(jù)需要選擇0.1微秒到2微秒之間的任一數(shù)值，例如0.1、0.5、0.8、1、1.2、1.5、1.8、2微秒等，根據(jù)作業(yè)需要的能量進行精確的選擇，這也是本發(fā)明一大優(yōu)勢，實現(xiàn)同源多能，適應(yīng)范圍大大提高；當(dāng)我們選擇2-5微秒長度的脈沖作為高能射線觸發(fā)脈沖時，此時電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)微波系統(tǒng)加速，其能量從零開始逐步增加建立，如圖2中對應(yīng)的圖形中0開始到2秒以后的部分，整個加速器相當(dāng)于輸出了一個能量逐步達到峰值甚至完整的能量建立波形，根據(jù)治療的劑量需要進行適當(dāng)?shù)拿}沖長度選擇，對應(yīng)的加速器平均能量輸出和MV級相當(dāng)，用于治療作業(yè)，此時加速器使用傳統(tǒng)的資料的工作功能，不同點在于，本發(fā)明提供了更加細化的治療劑量的選擇，克服了傳統(tǒng)加速器每一個治療周期都是一個對應(yīng)于5秒時長的完整能量輻射，如圖2所示。例如對應(yīng)于治療的脈沖長度可根據(jù)需要選擇2微秒到5微秒之間的任一數(shù)值，例如2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.8、4、4.5、5微秒等，根據(jù)作業(yè)需要的能量進行精確的選擇，這也是本發(fā)明一大優(yōu)勢，實現(xiàn)同源多能，適應(yīng)范圍大大提高。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明提供的技術(shù)，可以方便的實現(xiàn)同源多能，并且可以實現(xiàn)KV級和MV級實時轉(zhuǎn)換，隨時進行KV級圖像驗證及實現(xiàn)實時病灶的位置跟蹤，可以大大提高治療精度和效果，方便實現(xiàn)加速器的智能化。

圖1中，高低能射線輸出控制器的另一個輸出端還連接有一個調(diào)制器，該調(diào)制器的輸出端與微波系統(tǒng)(也可以說是加速裝置的控制端)連接，調(diào)制器的作用是，根據(jù)高低能射線輸出控制器的輸出信號，向微波系統(tǒng)發(fā)出指令，使得加速裝置和電子槍實現(xiàn)同步工作。

本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)置一個高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置，由其作為電子發(fā)射裝置的輸出控制裝置，只有當(dāng)高低能射線輸出控制器控制電子發(fā)射裝置輸出高電平(當(dāng)然也可以是負向脈沖)時，電子發(fā)射裝置才有輸出，這樣，通過寬度不等的束流脈沖控制，電子發(fā)射裝置就可以輸出時間長短不等的電子束，經(jīng)加速裝置加速后，獲得不同能量等級的射線輸出，以滿足不同能量級別的需求，用于治療或成像。本發(fā)明使得一臺加速器的應(yīng)用范圍大幅度擴展獲得可能，例如能實現(xiàn)多種能級的自由調(diào)整，更小的治療劑量控制精度，能方便的實現(xiàn)KV級和MV級同源間隔輸出，快速交替切換，使得放射治療和病灶跟蹤及檢測治療效果能夠方便的實現(xiàn)實時控制，使設(shè)備更加高效智能，并且提高了治療效果及精度。

根據(jù)高標準醫(yī)療作業(yè)需要，最佳治療效果的獲得需要一邊治療一邊進行驗證，包括位置驗證和效果驗證，時長達到2-5微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于治療的MV級能量射線，0.1-2微秒范圍的脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于驗證的KV級能量射線。

在一些實施例中，比較理想的參數(shù)是：4微秒脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于治療的MV級能量射線，2微秒脈沖對應(yīng)產(chǎn)生用于驗證的KV級能量射線。

如圖3，是一些實施例中高低能射線控制的控制流程圖，高低能射線輸出控制器包括：脈寬變換控制電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、定時器、調(diào)制器和脈沖同步裝置，由劑量控制系統(tǒng)或者上層控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖寬度轉(zhuǎn)換信號，作用脈寬變換控制電路。脈寬變換控制電路輸出使能信號，控制脈寬調(diào)節(jié)電路進行脈沖寬度調(diào)節(jié)。輸出高低能射線所需脈沖，觸發(fā)調(diào)制器及電子槍。電子槍前的脈沖同步裝置實現(xiàn)脈沖延遲調(diào)節(jié)，配合控制加速裝置的調(diào)制器，使得微波信號與電子束同步輸入加速管。實現(xiàn)高低能X射線的快速切換。由于射線的能量切換僅通過硬件電路的信號觸發(fā)實現(xiàn)，硬件的控制可以達到毫秒甚至微秒級。因此，整個轉(zhuǎn)換可實現(xiàn)快速切換，并可用于治療過程中的影像跟蹤。定時器，其向脈寬調(diào)節(jié)電路輸出觸發(fā)脈沖，作為基準的定時裝置。

治療和驗證之間，切換的頻率在一定范圍內(nèi)時，越高的頻率，其治療的精確度越高，因為治療獲得了及時的位置及效果反饋，計算機可以對治療方案進行快速的調(diào)整，保證達到最佳的治療效果，這為設(shè)備的智能升級提供了無限可能。

因此，根據(jù)上述需求，可以在高低能射線輸出控制器設(shè)有高低能射線快速切換裝置，用于根據(jù)設(shè)定快速切換不同脈寬的束流脈沖的輸出。

本發(fā)明還提供一種加速器治療裝置，所述加速器治療裝置包括治療控制裝置、主機架，包括上述任一的同源多能加速器。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。