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      用于直線加速器的電子源的制作方法

      文檔序號(hào):2851901閱讀:283來(lái)源:國(guó)知局
      用于直線加速器的電子源的制作方法
      【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電子槍(12),其包括用于生成電子的陰極(20);陽(yáng)極(22);位于陰極和陽(yáng)極之間的中間電極(24);以及控制器(14)。所述控制器施加電勢(shì)至所述中間電極,分析最終得到的電參數(shù),以確定所述中間電極的完整性;并且控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
      【專利說(shuō)明】用于直線加速器的電子源發(fā)明領(lǐng)域
      [0001 ] 本發(fā)明涉及電子源,特別是涉及供直線加速器和放射治療系統(tǒng)之用的電子源。
      【背景技術(shù)】
      [0002]在三極管槍電子源中,為了控制來(lái)自電子槍的電子流,柵格放置在電子源(陰極)和加速電極(陽(yáng)極)之間。這種電子源的一般原理是:電子從陰極釋放出來(lái),并且朝向陽(yáng)極加速,同時(shí)通常還被聚焦為波束。柵格被充電到電勢(shì),所述電勢(shì)對(duì)電子具有減速(并且因此控制)的效果。
      [0003]電子源具有很多用途。其中一種用途是放射治療。在該應(yīng)用中,電子源將電子注入直線加速器中,所述直線加速器將電子加速到相對(duì)論性速度(并且因此治療能量)。在一種治療模式中,電子本身被朝向患者的目標(biāo)區(qū)域?qū)?。這種被稱作電子治療的治療,可用于治療患者表面上或者附近的治療目標(biāo)??商鎿Q地,電子可被朝向X射線靶導(dǎo)向,生成治療X射線,其可被聚焦為波束并且朝向目標(biāo)區(qū)域?qū)?。放射治療系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成輸送電子或者X射線放射治療,并且實(shí)際上某些系統(tǒng)能夠根據(jù)需要有選擇性地輸送這兩種治療模式(諸如PCT申請(qǐng)?zhí)朠CT/GB2009/001217中所描述的)。
      [0004]人類或者動(dòng)物的組織暴露于離子輻射(即電子、X射線等)將殺滅因此暴露的細(xì)胞。在放射治療中,這一原理被使用,以便殺死特定目標(biāo)的細(xì)胞(例如癌細(xì)胞)。然而,輻射還能影響鄰近的、健康的組織,并且因此重要的研究集中在這樣的目標(biāo),即最小化輸送到健康組織的劑量(例如通過(guò)適當(dāng)?shù)厮茉煲约翱刂戚椛洳ㄊ?并且在治療期間確保患者的安全。
      [0005]顯然,電子源是任何放射治療系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,并且因此當(dāng)作為一個(gè)整體評(píng)估放射治療系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮其安全性。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到,常規(guī)的三極管電子槍具有瑕疵,其可導(dǎo)致到達(dá)患者的大劑量的不可控的輻射。如上所述,常規(guī)的三極管電子槍具有電子源(陰極)、加速電極(陽(yáng)極)以及定位于其二者之間的中間電極(柵格)。柵格被保持在電勢(shì),以控制從陰極到達(dá)陽(yáng)極并且來(lái)自電子槍的電子流。
      [0007]如果到柵格的連接失敗(例如,如果其變?yōu)殚_路),則其電壓將缺省為陰極和陽(yáng)極之間的等電勢(shì)線的值。在此電壓下,電子槍未有效控制,并且將全部的電子流輸送到加速器結(jié)構(gòu)中。特別是在電子治療期間,這將導(dǎo)致對(duì)患者的大的劑量,甚至來(lái)自于電子的單個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖的劑量可上升達(dá)300倍。
      [0008]因此,在本發(fā)明的一個(gè)方面中,提供有一種直線加速器,其包括加速器結(jié)構(gòu),所述加速器結(jié)構(gòu)具有電子注入點(diǎn)并且限定了來(lái)自所述電子注入點(diǎn)的電子流通路;電子槍,所述電子槍用于在電子注入點(diǎn)向加速器結(jié)構(gòu)注入電子,所述電子槍包括:陰極,所述陰極用于生成電子;陽(yáng)極;以及中間電極,所述中間電極位于陰極和陽(yáng)極之間;微波源,所述微波源可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu);以及控制器,所述控制器適配于:施加電勢(shì)至所述中間電極,并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的;并且控制電子槍以及微波源,以分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖,定時(shí)使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。
      [0009]最終得到的電參數(shù)可以是對(duì)中間電極充電到特定電勢(shì)所需的電流。例如,控制器可適配于將測(cè)量的電流值與閾值比較,并且如果測(cè)量的電流值超過(guò)閾值,則確定中間電極是起作用的。
      [0010]在可替換的實(shí)施例中,控制器適配于向所述中間電極施加交流電壓。在那種情況下,控制器可進(jìn)一步測(cè)量由交流電壓引起的紋波電流;將紋波電流與閾值比較;并且如果所述紋波電流超過(guò)閾值,則確定中間電極是起作用的。
      [0011]如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的那樣,電子槍的陽(yáng)極可形成加速結(jié)構(gòu)的一部分(即“陽(yáng)極”是該結(jié)構(gòu)的第一加速單元)。
      [0012]本發(fā)明已經(jīng)應(yīng)用在直線加速器,如上所述。然而,在這里闡述的原理也同樣更普遍地應(yīng)用于電子槍。因此,在本發(fā)明的另外的方面,提供由一種電子槍,所述電子槍包括用于生成電子的陰極;陽(yáng)極;以及位于陰極和陽(yáng)極之間的中間電極;以及控制器,所述控制器適配于:施加電勢(shì)至所述中間電極,并且分析最終得到的電參數(shù),以確定所述中間電極的完整性;并且控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
      【專利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0013]現(xiàn)在將參考附圖、借助于示例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例,在所述附圖中:
      [0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直線加速器和電子槍;以及
      [0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的直線加速器(Iinac) 10的示意圖。如在該領(lǐng)域中常規(guī)的那樣,直線加速器10包括電子源12 (也稱作電子槍)、加速器結(jié)構(gòu)18、微波源16,以及控制器14,所述控制器14通常控制直線加速器10的操作,特別情況下還控制電子源和微波源
      12、16的操作。
      [0017]微波源16可以是適于該目的的任何設(shè)備,諸如例如磁控管或者速調(diào)管(klystron)。在操作中,控制器14可控制微波源16的操作以沿著加速器結(jié)構(gòu)18發(fā)出脈沖或者RF功率。
      [0018]電子源12可通過(guò)控制器14控制,以向加速器結(jié)構(gòu)18注入電子脈沖,并且常規(guī)使用中,這些電子脈沖是定時(shí)的,以與微波脈沖一致。加速器結(jié)構(gòu)包括多個(gè)鏈接的加速單元(未圖示),通過(guò)這些加速單元限定電子流通路。微波信號(hào)同樣沿著加速器結(jié)構(gòu)傳輸,從而導(dǎo)致電磁駐波。由于電子以相對(duì)論性速度通過(guò)加速器結(jié)構(gòu),可以控制微波和電子脈沖的定時(shí),使得電子在每一個(gè)單元“看見”正的加速電勢(shì)。這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的,并且在諸如W0-A-99/40759,W0-A-01/11928以及W0-A-2006/097697之類的申請(qǐng)中更加詳細(xì)地描述。
      [0019]電子源12具有三極管結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō),它包括一個(gè)陰極20,所述陰極20可被加熱或者冷卻,電子從所述陰極20被釋放出來(lái)。陽(yáng)極22朝著加速器結(jié)構(gòu)18加速電子。在圖示的實(shí)施例中(其中電子源被采用在直線加速器10中),陽(yáng)極22實(shí)際上可以是加速器結(jié)構(gòu)18的一部分(例如,第一加速單元)。聚焦的電極26被定位在來(lái)自陰極20的電子流周圍,使得電子聚焦為適于在加速器結(jié)構(gòu)18中加速的波束。
      [0020]中間電極24,也叫做電子?xùn)鸥?,定位在陰極和陽(yáng)極之間。在使用中,中間電極24通常保持在這樣的電勢(shì),所述這樣的電勢(shì)使朝向陽(yáng)極的電子的加速運(yùn)動(dòng)減速。通過(guò)這樣的方式,到加速器結(jié)構(gòu)的來(lái)自電子源12的電子流能夠被控制。
      [0021]控制器14包括至少一個(gè)電壓源28,其驅(qū)動(dòng)每一個(gè)電極至操作需要的電勢(shì)。為了發(fā)出電子的脈沖,可使用若干過(guò)程,如本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟知的那樣。例如,通過(guò)由加熱線圈或者激光脈沖(激光沒有圖示)的加熱,陰極20可被誘導(dǎo)以產(chǎn)生自由電子。一旦在這種狀態(tài)中,陰極20可保持在高度負(fù)的電勢(shì),并且在中間電極24上施加足夠電壓的負(fù)的偏置,以在陰極區(qū)域控制電子。中間電極24接著從其最初的電勢(shì)脈沖調(diào)節(jié)到較小的負(fù)電壓,從而導(dǎo)致從陰極釋放出的相應(yīng)的電子脈沖??商鎿Q地,陰極20本身可被脈沖調(diào)制為較大的負(fù)電壓。
      [0022]然而,如對(duì)于所有的設(shè)備那樣,在硬件超時(shí)中或者在生產(chǎn)期間,都有可能發(fā)生缺陷。如果中間電極24與其驅(qū)動(dòng)電壓源之間的連接中發(fā)生這種缺陷,則該電極變?yōu)殚_路,并且其電壓缺省為陰極和陽(yáng)極之間的等電勢(shì)線上的值。在這樣的配置中,中間電極對(duì)于無(wú)論什么沒有減速效果,并且電子的猛烈增加的劑量從電子源12釋放到加速器結(jié)構(gòu)16,并且潛在地到患者。
      [0023]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,控制器14包括用于測(cè)定中間電極24的完整性的裝置30 (也就是,其是否起作用),并且特別是其是否正確地連接至其電壓源28。
      [0024]在一個(gè)實(shí)施例中,裝置30通過(guò)測(cè)量將中間電極充電至其需要的電勢(shì)所需的電流,并且將該電流與閾值比較,來(lái)檢查中間電極24是否正確地起作用。如果該電流超過(guò)閾值(也就是需要相對(duì)大量的電流),則中間電極正確地起作用。如果該電流低于閾值(也就是需要相對(duì)小量的電流),則中間電極可能變?yōu)閺碾妷涸?8斷開連接。
      [0025]在可替換的實(shí)施例中,裝置30通過(guò)在中間電極上施加小的交流電壓(可能疊加到直流電壓上),并且測(cè)量最終得到的紋波電流,來(lái)檢測(cè)中間電極24是否正確地起作用。如果該電流超過(guò)閾值(也就是測(cè)量到相對(duì)大量的電流值),則中間電極正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是測(cè)量到相對(duì)小量的電流值或者零電流),那么中間電極可能變?yōu)閺碾妷涸?8斷開連接,因?yàn)闆]有電容效應(yīng)。
      [0026]在任一實(shí)施例中,一旦探測(cè)到故障,電子源12和/或直線加速器10作為一個(gè)整體可被去激活,以確保使用者和患者的安全。
      [0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。在步驟102中,控制器發(fā)送電信號(hào)至中間電極以檢查其完整性。如上文所述,電信號(hào)可以是小的交流電壓,或者設(shè)計(jì)對(duì)中間電極24充電至所需電勢(shì)的直流電壓。
      [0028]在步驟104中,測(cè)量最終得到的參數(shù)。例如,在施加小的交流電壓至中間電極之處,電流表可探測(cè)紋波電流。在施加較大的、直流電壓至中間電極之處,電流表可探測(cè)在電壓源28和中間電極之間流動(dòng)的電流。
      [0029]在步驟106中,測(cè)得的參數(shù)與閾值比較,并且確定中間電極是否正確地起作用。例如,在施加交流電壓之處,如果電流超過(guò)閾值(也就是,測(cè)量到相對(duì)大的電流值),則中間電極被認(rèn)為正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是,測(cè)量到相對(duì)小量的電流值或者零電流),則中間電極被認(rèn)為是已經(jīng)停止正確地起作用。
      [0030]在施加較大的、直流電壓之處,如果電流超過(guò)閾值(也就是,需要相對(duì)大量的電流),則中間電極被認(rèn)為正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是,需要相對(duì)小量的電流),則中間電極被認(rèn)為是已經(jīng)停止正確地起作用。
      [0031]如果中間電極被認(rèn)為起作用,則可在步驟108發(fā)出電子和微波的脈沖(也就是,電子源和直線加速器的操作可以繼續(xù))。如果中間電極被認(rèn)為已經(jīng)停止起作用,則在步驟110中暫停操作。例如,可暫停向加速器結(jié)構(gòu)18供應(yīng)微波,所以就不再將電子加速至治療能量。
      [0032]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可只在電子源12的操作之前執(zhí)行,或者在電子源12的脈沖之間執(zhí)行。在后者的實(shí)施例中,可在每個(gè)脈沖之前檢查中間電極的完整性,從而允許直線加速器的安全性在所有時(shí)間都被確保。
      [0033]本發(fā)明因而提供電子源、直線加速器以及操作兩者的方法,其確保設(shè)備的持續(xù)安全性。如這里已經(jīng)描述的那樣,通過(guò)施加電信號(hào)并且分析最終得到的電參數(shù)來(lái)檢查電子?xùn)鸥窕蛘咧虚g電極。如果檢查顯示電子?xùn)鸥褡優(yōu)閿嚅_連接或者功能失常,其操作可被暫停。
      [0034]當(dāng)然可以理解的是,可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行許多變形,而不偏離本發(fā)明的范圍。
      【權(quán)利要求】
      1.一種直線加速器,包括: 加速器結(jié)構(gòu),其具有電子注入點(diǎn)并且限定了來(lái)自所述電子注入點(diǎn)的電子流通路; 電子槍,其用于在電子注入點(diǎn)向加速器結(jié)構(gòu)注入電子,所述電子槍包括: 1.陰極,其用于生成電子; i1.陽(yáng)極;以及 ii1.中間電極,其位于陰極和陽(yáng)極之間; 微波源,其可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu);以及 控制器,其適配于: 1.施加電勢(shì)至所述中間電極,并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的;并且 ?.控制電子槍以及微波源,以分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖,定時(shí)使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線加速器,其中, 控制器適配于測(cè)量對(duì)中間電極充電至電勢(shì)所需的電流。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線加速器,其中, 控制器適配于將所述測(cè)量的電流與閾值比較,并且如果所述測(cè)量的電流超過(guò)閾值,則確定所述中間電極是起作用的。
      4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的直線加速器,其中, 控制器適配于施加交流電壓至所述中間電極。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直線加速器,其中, 控制器適配于: 測(cè)量由所述交流電壓引起的紋波電流; 將所述紋波電流與閾值比較;并且 如果所述紋波電流超過(guò)所述閾值,則確定所述中間電極是起作用的。
      6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的直線加速器,其中, 所述陽(yáng)極位于所述加速器結(jié)構(gòu)中。
      7.—種電子槍,包括: 陰極,其用于生成電子; 陽(yáng)極; 中間電極,其位于陰極和陽(yáng)極之間;以及 控制器,其適配于: 1.施加電勢(shì)至所述中間電極,并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極的完整性;并且 ?.控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
      8.—種控制電子槍的方法,所述電子槍包括用于生成電子的陰極、陽(yáng)極以及位于陰極和陽(yáng)極之間的中間電極,所述方法包括: 施加電勢(shì)至所述中間電極,并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的;并且` 控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,進(jìn)一步包括測(cè)量對(duì)中間電極充電至電勢(shì)所需的電流。
      10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,進(jìn)一步包括將所述測(cè)量的電流與閾值比較,并且如果所述測(cè)量的電流超過(guò)閾值,則確定所述中間電極是起作用的。
      11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一所述的方法,進(jìn)一步包括施加交流電壓至所述中間電極。
      12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,進(jìn)一步包括: 測(cè)量由所述交流電壓引起的紋波電流; 將所述紋波電流與閾值比較;并且 如果所述紋波電流超過(guò)所述閾值,則確定所述中間電極是起作用的。
      13.一種操作直線加速器的方法,所述直線加速器包括加速器結(jié)構(gòu)、電子槍以及微波源,所述加速器結(jié)構(gòu)具有電子注入點(diǎn)并且限定了來(lái)自所述電子注入點(diǎn)的電子流通路,所述電子槍用于在電子注入點(diǎn)向加速器結(jié)構(gòu)注入電子,所述電子槍包括用于生成電子的陰極、陽(yáng)極、以及位于陰極和陽(yáng)極之間的中間電極,所述微波源可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu),所述方法包括: 施加電勢(shì)至所述中間電極; 分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的;并且控制電子槍和微波源分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖,定時(shí)使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。`
      【文檔編號(hào)】H01J23/075GK103535119SQ201280012756
      【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月10日
      【發(fā)明者】T·A·拉奇 申請(qǐng)人:伊利克塔股份有限公司
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