專利名稱：高加速梯度直立式雙射線醫(yī)用駐波加速管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及醫(yī)用駐波加速管的物理設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
電子直線加速器是利用射頻電磁場(chǎng)按直線軌道，將電子加速，提高電子能量的裝置，它在惡性腫瘤的治療方面有重要應(yīng)用。醫(yī)用電子直線加速器按應(yīng)用能區(qū)的不同分為低能機(jī)(4-6MeV)，中能機(jī)(8～14MeV)和高能機(jī)(15～25MeV)三種；按加速方式的不同分為駐波加速與行波加速兩種類型。被加速電子束可直接用于治療，稱為電子線治療；被加速的電子束也可以轟擊重金屬靶子，以產(chǎn)生χ線射線用于治療，稱為χ線治療。中能機(jī)和高能機(jī)一般可同時(shí)產(chǎn)生多檔能量的電子線和兩檔χ線(俗稱雙光子)。而低能機(jī)由于被加速電子能量低(4-6MeV)，都只作一檔χ線(4MV或6MV)使用(俗稱單光子)。電子直線加速器的核心部件是加速管。行波加速管縱向尺寸比較長，因此醫(yī)用行波電子直線加速器，無論是低能機(jī)，中能機(jī)，還是高能機(jī)，其行波加速管都大體上水平放置在醫(yī)用加速器機(jī)架上，束流在照射頭中經(jīng)90°偏轉(zhuǎn)后，再照射到病人病灶上，機(jī)型比較龐大。而醫(yī)用駐波電子直線加速器則分兩種情況，低能檔機(jī)器，其照射頭部分如

圖1所示，圖中給出了低能檔駐波加速管在照射頭中的位置，在加速管的下方有初準(zhǔn)直錐和上下可移動(dòng)光闌。低能檔駐波加速管12比較短，可直立在照射頭14內(nèi)，電子束流由電子槍1發(fā)射，經(jīng)駐波加速管加速無須偏轉(zhuǎn)，直接轟擊重金屬靶13，產(chǎn)生χ射線，以作χ線治療之用，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，但只能提供一檔χ射線；而中能機(jī)和高能機(jī)，其照射頭部分如圖2所示，圖中給出了中能檔或高能檔駐波加速管在醫(yī)用加速器機(jī)架中及照射頭的相對(duì)位置，其駐波加速管22長于1米以上，也得大體水平放置在機(jī)架上，又由于其能量分散性較大，束流在照射頭24中需經(jīng)270°偏轉(zhuǎn)23，束流轟擊重金屬靶25或經(jīng)散射箔26，再照射到病人病灶上。
已有的低能檔醫(yī)用駐波電子直線加速器，其駐波加速器是全密封結(jié)構(gòu)，包括駐波加速管本體，安裝在該本體兩端的電子槍與鈦窗，與該本體側(cè)壁相連的饋能矩形波導(dǎo)；其中該駐波加速管本體內(nèi)有6個(gè)孔徑為6-10mm的駐波加速腔形成的腔鏈，重金屬靶焊于駐波加速管末端。重金屬靶的厚度超過被加速電子線的射程，電子束不能穿透重金屬靶。
這種駐波加速管比較短，一般為28.5cm，可直立在照射頭內(nèi)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)型輕便。屏蔽治療室尺寸可較小。但受機(jī)器等中心高度(約135cm)和加速梯度的限制，加速電子束流的能量不超過6MeV，并只作χ線治療使用。在惡性腫瘤的臨床放射治療中，常常需要輕便而又緊湊型醫(yī)用電子直線加速器，它除能提供6MV的χ射線之外，還希望提供涉及中能檔下限的多檔電子線，以作各種目的放射治療之用。而目前尚沒有相應(yīng)的技術(shù)能提供這種跨低能檔和中能檔的緊湊型機(jī)器，而核心問題是沒有這樣的駐波加速管。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)中的不足之處，設(shè)計(jì)出一種高加速梯度直立式雙射線醫(yī)用駐波加速管，使其具有長度較短，能直立在照射頭上，而加速梯度又足夠高，除提供6MV的χ線還，還能提供中能檔下限的電子線的特點(diǎn)。
本發(fā)明提出的一種高加速梯度直立式雙射線醫(yī)用駐波加速管，包括駐波加速管本體，封接在該本體兩端的電子槍與鈦窗，與該本體側(cè)壁相連的饋能矩形波導(dǎo)；其特征在于，該駐波加速管本體內(nèi)有7-9個(gè)孔徑為4-5.5mm的駐波加速腔形成的腔鏈。所說的駐波加速腔的腔鼻錐高與半腔長之比取值可為0.36-0.44。所說的加速腔鏈長度可為38-40cm范圍以內(nèi)。所說的電子槍可采用柵控電子槍；所說的加速腔和耦合腔可形成共軸的加速結(jié)構(gòu)；也可構(gòu)成耦合腔置于加速腔軸線之外的加速結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的特點(diǎn)(1)通過減少束流孔徑，優(yōu)化駐波加速腔的腔型，提高了加速管有效分流阻抗，在輕束流負(fù)載條件下加速梯度達(dá)到230KeV/cm以上；(2)加速腔鏈長度較短，使駐波加速管能直立在照射頭上；(3)采用柵控電子槍，以調(diào)節(jié)束流強(qiáng)度。加速器作χ線治療時(shí)，加速管工作于強(qiáng)束流負(fù)載狀態(tài)；作電子線治療時(shí)，加速管工作于輕束流負(fù)載狀態(tài)。
(4)駐波加速管末端封裝鈦窗，以使電子束流引出使用。
采用本發(fā)明研制的駐波加速管，可以提供一新品種的醫(yī)用駐波加速器。它具有低能機(jī)(4或6MV)的機(jī)架及規(guī)模，但卻可同時(shí)提供涉及中能檔能量(9MeV)的電子線。這對(duì)中小醫(yī)院有特別意義，一臺(tái)低檔的機(jī)器可同時(shí)提供χ線和電子線進(jìn)行放射治療。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1為已有技術(shù)的低能檔機(jī)器的駐波加速管在照射頭中的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為已有技術(shù)的中、高能檔機(jī)器的駐波加速管在照射頭中的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的一種駐波加速管實(shí)施例在照射頭中的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的軸耦合駐波加速腔型結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖。
圖5為本發(fā)明的邊耦合駐波加速腔型結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖。
本發(fā)明的一種駐波加速管實(shí)施例，結(jié)合圖3、圖4、圖5所示詳細(xì)說明如下本實(shí)施例包括柵控電子槍31、高梯度駐波加速腔鏈32、饋能矩形波導(dǎo)33、鈦窗34，它們?cè)谡丈漕^37中的位置如圖3所示。在此加速管下方安裝有重金屬靶35、散射箔36、初準(zhǔn)直錐38和可移動(dòng)上下光闌39、40。在本實(shí)施例的駐波加速管中，加速腔鏈32長度H為38.5cm，駐波加速管的束流孔徑φ2a為φ5mm以下，腔鼻錐高與半腔長之比lDT/D取值為0.4本發(fā)明的加速結(jié)構(gòu)實(shí)施例可包括雙周期軸耦合結(jié)構(gòu)指加速腔41和耦合腔42共軸的加速結(jié)構(gòu)，如圖4所示，雙周期邊耦合結(jié)構(gòu)指耦合腔52置于加速腔51軸線之外的加速結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
本實(shí)施例通過提高駐波加速管32的加速梯度，使加速管能輸出最高能量達(dá)9MeV的束流，即涉及中能檔機(jī)器的水平?？空{(diào)節(jié)經(jīng)矩形波導(dǎo)33饋入的微波功率及調(diào)節(jié)電子槍1發(fā)射的電子束流強(qiáng)度，可改變被加速的束流能量及流強(qiáng)，以提供多檔能量及多檔束流強(qiáng)度的電子束流。束流經(jīng)鈦窗34，轟擊重金屬靶35可產(chǎn)生低能檔χ射線(4MV或6MV)；也可以將散射箔36移動(dòng)到鈦窗正下方，將被加速的束流散射開之后，提供多檔電子線(如4，6，9MeV)。不同工作檔的束流強(qiáng)度由柵控電子槍31控制。
本實(shí)施例中電子由柵控電子槍31發(fā)射，柵控電子槍可控制發(fā)射電流強(qiáng)度的大小，當(dāng)加速管工作于χ線治療工作狀態(tài)時(shí)，柵控電子槍發(fā)射束流強(qiáng)度可高達(dá)800mA而工作于電子線治療工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)射束流強(qiáng)度只有數(shù)mA。經(jīng)電子槍發(fā)射的束流進(jìn)入駐波加速管32。由于駐波加速管的束流孔徑減小，以及優(yōu)化駐波加速腔的腔型，使在輕束流負(fù)載條件下，加速梯度達(dá)到230KeV/cm。從而使長度約為38.5cm的加速腔鏈能產(chǎn)生9MeV的電子束流。束流通過加速腔鏈末端的鈦窗。若作χ線治療使用時(shí)，電子束流則轟擊重金屬靶35，以產(chǎn)生χ線；若作電子線治療使用時(shí)，則移開重金屬靶，并移入散射箔36，將電子束散射開。在它們下面是初準(zhǔn)直錐38。
本實(shí)施例的高梯度駐波加速管可為放射治療界裝備出一種嶄新的醫(yī)用電子直線加速器機(jī)型。駐波加速管能直立在醫(yī)用電子直線加速器的照射頭37中。并維持醫(yī)用加速器的等中心高度約為135cm左右。它可以在低能醫(yī)用電子直線加速器機(jī)型上，能產(chǎn)生涉及中能檔機(jī)器的電子束。它既能提供低能檔的χ射線，也能提供涉及中能檔的多檔電子束。χ線的能量為4MV或6MV；電子線的能量可為4.6，9MeV。
權(quán)利要求
1.一種高加速梯度直立式雙射線醫(yī)用駐波加速管，包括駐波加速管本體，封接在該本體兩端的電子槍與鈦窗，與該本體側(cè)壁相連的饋能矩形波導(dǎo)；其特征在于，該駐波加速管本體內(nèi)有7--9個(gè)孔徑為4-5mm的駐波加速腔與耦合腔形成的腔鏈。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用駐波加速管，其特征在于，所說的駐波加速腔的腔鼻錐高與半腔長之比取值可為0.36～0.44。
3.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用駐波加速管，其特征在于，所說的加速腔鏈長度可為38--40cm范圍以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用駐波加速管，其特征在于，所說的電子槍可采用柵控電子槍。
5.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用駐波加速管，其特征在于，所說的加速腔和耦合腔共軸。
6.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用駐波加速管，其特征在于，所說的耦合腔置于加速腔軸線之外。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域,包括駐波加速管本體,封接在該本體兩端的電子槍與鈦窗,與該本體側(cè)壁相連的饋能矩形波導(dǎo);其特征在于,該駐波加速管本體內(nèi)有7—9個(gè)孔徑為4—5mm的駐波加速腔形成的腔鏈。本發(fā)明具有長度較短,能直立在照射頭上,而加速梯度又足夠高,除提供6MV的x線還,還能提供中能檔下限的電子線的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61N5/00GK1261764SQ0010055
公開日2000年8月2日 申請(qǐng)日期2000年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月25日
發(fā)明者林郁正, 陳秉彝, 童德春, 靳清秀, 孫寶玉, 孫敬清, 胡少光, 李躍增, 鄒陽 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 信息產(chǎn)業(yè)部電子第十二研究所