本發(fā)明涉及一種電子直線加速管，特別是以電子直線加速管為輻射源的醫(yī)用電子直線加速器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)越來(lái)越廣泛地利用電子直線加速管進(jìn)行對(duì)腫瘤的治療，其加速的電子能量為4mev到20mev不等。電子直線加速管系統(tǒng)由高壓脈沖調(diào)制器、微波功率源(磁控管或者速調(diào)管)、微波傳輸系統(tǒng)(通常包含環(huán)流器以及各類(lèi)波導(dǎo))以及加速管等組成。通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速管空間位置的控制，進(jìn)而控制治療時(shí)所用射線的空間位置以及照射方向。

加速管通常安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，射線照射方向可利用旋轉(zhuǎn)機(jī)架的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)。微波功率源可以和加速管一起安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上(在這種情況下通常是用磁控管作為微波功率源)；微波功率源系統(tǒng)(在這種情況下通常是速調(diào)管)也可以固定安裝，加速管和微波功率源系統(tǒng)之間通過(guò)一個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭連接。這種加速管裝置通常都比較龐大，位置固定。

現(xiàn)有技術(shù)常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)架的方案只有一個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，這極大地限制了射線方向選擇時(shí)的靈活性，對(duì)于治療十分不利。一種如cyberknife的裝置，其整個(gè)加速管系統(tǒng)安裝在機(jī)械臂上，位置和角度可隨意運(yùn)動(dòng)。所以cyberknife可以實(shí)現(xiàn)機(jī)頭的多維度運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)可以對(duì)射線方向有很好的控制。但該裝置中，其整個(gè)治療機(jī)頭包含了功率源和加速管裝置，重量達(dá)150kg，這就使得機(jī)頭十分的笨重，對(duì)機(jī)械支撐部分的要求很高，同時(shí)由于機(jī)頭重量很大，所以控制精確度也有所降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種醫(yī)用電子直線加速器，同時(shí)兼顧射線控制的靈活性和減輕機(jī)頭的重量，實(shí)現(xiàn)加速管在多個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種醫(yī)用電子直線加速器，包括脈沖高壓調(diào)制器、微波功率源、微波傳輸機(jī)構(gòu)和加速管，所述脈沖高壓調(diào)制器與所述微波功率源連接，所述微波傳輸機(jī)構(gòu)分別與所述微波功率源和所述加速管連接，其中，所述微波功率源固定安裝在一機(jī)架上，所述微波傳輸機(jī)構(gòu)包括：

環(huán)流器或隔離器，與所述微波功率源連接；以及

多個(gè)波導(dǎo)，所述多個(gè)波導(dǎo)之間分別通過(guò)多個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭順序連接，所述環(huán)流器或隔離器與所述多個(gè)波導(dǎo)的第一波導(dǎo)連接，所述加速管與所述多個(gè)波導(dǎo)的最末波導(dǎo)連接，所述多個(gè)波導(dǎo)帶動(dòng)所述加速管實(shí)現(xiàn)空間位置的調(diào)整和移動(dòng)。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭包括：

第一接頭體，包括第一旋轉(zhuǎn)體、第一連接部和第一調(diào)節(jié)端，所述第一連接部設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)體的側(cè)面，所述第一連接部的末端設(shè)置有微波接口，所述第一調(diào)節(jié)端同軸設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)體的頂部；以及

第二接頭體，與所述第一接頭體樞接并同軸設(shè)置，所述第二接頭體包括第二旋轉(zhuǎn)體、第二連接部和第二調(diào)節(jié)端，所述第二連接部設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)體的側(cè)面，所述第二連接部的末端設(shè)置有微波接口，所述第二調(diào)節(jié)端同軸設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)體的底部，所述第一接頭體與所述第二接頭體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)所述第一連接部與所述第二連接部之間的夾角。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其特征在于，所述第一連接部位于所述第一旋轉(zhuǎn)體的上部，所述第二連接部位于所述第二旋轉(zhuǎn)體的下部，所述第一旋轉(zhuǎn)體、第一連接部和所述第一調(diào)節(jié)端為一體結(jié)構(gòu)件，所述第二旋轉(zhuǎn)體、第二連接部和所述第二調(diào)節(jié)端為一體結(jié)構(gòu)件。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，與所述第一波導(dǎo)連接的所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭的軸線垂直于與所述多個(gè)波導(dǎo)中其他所述波導(dǎo)連接的所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭的軸線。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，所述多個(gè)波導(dǎo)包括第一波導(dǎo)、第二波導(dǎo)、第三波導(dǎo)、第四波導(dǎo)和第五波導(dǎo)，所述第一波導(dǎo)、第三波導(dǎo)和所述第四波導(dǎo)為直波導(dǎo)，所述第二波導(dǎo)和所述第五波導(dǎo)為扭波導(dǎo)。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括微波控制機(jī)構(gòu)和機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，所述機(jī)械控制結(jié)構(gòu)與所述多個(gè)波導(dǎo)連接，所述機(jī)械控制機(jī)構(gòu)調(diào)整所述多個(gè)波導(dǎo)之間的夾角實(shí)現(xiàn)所述加速管空間位置的調(diào)整和移動(dòng)，所述微波控制機(jī)構(gòu)控制所述脈沖高壓調(diào)制器、微波功率源及所述加速管產(chǎn)生滿足治療要求的電子束或x射線。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，所述微波功率源為磁控管或速調(diào)管。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，所述脈沖高壓調(diào)制器通過(guò)電纜與所述微波功率源連接。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，所述加速管為駐波加速管，所述駐波加速管通過(guò)所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭與所述最末波導(dǎo)連接，且所述駐波加速管通過(guò)單一波導(dǎo)口與所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭連接。

上述的醫(yī)用電子直線加速器，其中，還包括機(jī)械臂，所述機(jī)械臂的一端固定在所述機(jī)架上，所述加速管安裝在所述機(jī)械臂的另一端，所述機(jī)械臂對(duì)應(yīng)所述多個(gè)波導(dǎo)平行設(shè)置并同步運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明微波功率源固定不動(dòng)，并與加速管分離安裝，通過(guò)機(jī)械臂控制加速管的空間位置，加速管和功率源系統(tǒng)的連接采用多個(gè)微波旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)加速管在多個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)。將功率源和波導(dǎo)系統(tǒng)與加速管分開(kāi)，可以極大減少可移動(dòng)部分機(jī)頭的重量(估計(jì)由200kg減至50kg以下)，機(jī)械臂承重減輕后可提高定位精度，同時(shí)保持了靈活性，也提高了系統(tǒng)的可移動(dòng)性以及穩(wěn)定性。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的醫(yī)用電子直線加速器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的微波接口結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記

1脈沖高壓調(diào)制器

2微波功率源

3微波傳輸機(jī)構(gòu)

31環(huán)流器

32波導(dǎo)

321第一波導(dǎo)

322第二波導(dǎo)

323第三波導(dǎo)

324第四波導(dǎo)

325第五波導(dǎo)

33波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

331第一接頭體

3311第一旋轉(zhuǎn)體

3312第一連接部

3313第一調(diào)節(jié)端

332第二接頭體

3321第二旋轉(zhuǎn)體

3322第二連接部

3323第二調(diào)節(jié)端

333第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

334第二波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

335第三波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

336第四波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭

34微波接口

341波導(dǎo)口

4加速管

5電子束或x射線

6機(jī)械臂

7電纜

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的醫(yī)用電子直線加速器結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的醫(yī)用電子直線加速器，包括脈沖高壓調(diào)制器1、微波功率源2、微波傳輸機(jī)構(gòu)3和加速管4，所述脈沖高壓調(diào)制器1與所述微波功率源2連接，所述微波傳輸機(jī)構(gòu)3分別與所述微波功率源2和所述加速管4連接，所述微波功率源2固定安裝在一機(jī)架上(圖未示)，所述微波傳輸機(jī)構(gòu)3包括：環(huán)流器31或隔離器，與所述微波功率源2連接；以及多個(gè)波導(dǎo)32，所述多個(gè)波導(dǎo)32之間分別通過(guò)多個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33順序連接，所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33能調(diào)整任意兩個(gè)所述波導(dǎo)32之間的夾角θ，所述環(huán)流器31或隔離器與所述多個(gè)波導(dǎo)32的第一波導(dǎo)321連接，所述加速管4與所述多個(gè)波導(dǎo)32的最末波導(dǎo)32連接，所述加速管4在所述多個(gè)波導(dǎo)32的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)空間位置的調(diào)整和移動(dòng)。

參見(jiàn)圖2及圖3，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2的俯視圖。本實(shí)施例中，所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33包括：第一接頭體331，包括第一旋轉(zhuǎn)體3311、第一連接部3312和第一調(diào)節(jié)端3313，所述第一連接部3312設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)體3311的側(cè)面，所述第一連接部3312的末端設(shè)置有微波接口，所述第一調(diào)節(jié)端3313同軸設(shè)置在所述第一旋轉(zhuǎn)體3311的頂部；以及第二接頭體332，與所述第一接頭體331樞接并同軸設(shè)置，所述第二接頭體332包括第二旋轉(zhuǎn)體3321、第二連接部3322和第二調(diào)節(jié)端3323，所述第二連接部3322設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)體3321的側(cè)面，所述第二連接部3322的末端設(shè)置有微波接口，所述第二調(diào)節(jié)端3323同軸設(shè)置在所述第二旋轉(zhuǎn)體3321的底部，所述第一接頭體331與所述第二接頭體332相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)所述第一連接部3312與所述第二連接部3322之間的夾角，所述第一調(diào)節(jié)端3313與第二調(diào)節(jié)端3323用于微波匹配的調(diào)節(jié)。其中，優(yōu)選所述第一連接部3312位于所述第一旋轉(zhuǎn)體3311的上部，所述第二連接部3322位于所述第二旋轉(zhuǎn)體3321的下部，所述第一旋轉(zhuǎn)體3311、第一連接部3312和所述第一調(diào)節(jié)端3313為一體結(jié)構(gòu)件，所述第二旋轉(zhuǎn)體3321、第二連接部3322和所述第二調(diào)節(jié)端3323為一體結(jié)構(gòu)件。本實(shí)施例中，優(yōu)選與所述第一波導(dǎo)321連接的所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33的軸線垂直于與所述多個(gè)波導(dǎo)32中其他所述波導(dǎo)32連接的所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33的軸線。

本實(shí)施例中，所述多個(gè)波導(dǎo)32包括第一波導(dǎo)321、第二波導(dǎo)322、第三波導(dǎo)323、第四波導(dǎo)324和第五波導(dǎo)325，所述第一波導(dǎo)321、第三波導(dǎo)323和所述第四波導(dǎo)324為直波導(dǎo)，所述第二波導(dǎo)322和所述第五波導(dǎo)325為扭波導(dǎo)。其中兩波導(dǎo)32之間的夾角θ可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，但并不影響微波的傳輸。本實(shí)施例共采用四個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33，其中與第一波導(dǎo)321直波導(dǎo)連接的第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭333運(yùn)動(dòng)的平面與其他三個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭(依次分別為第二波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭334、第三波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭335和第四波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭336)運(yùn)動(dòng)的平面垂直。該第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭333前方(即圖1中右側(cè))的部分固定，靜止不動(dòng)，該第一波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭333后方的部分(即圖1中左側(cè))是可以控制運(yùn)動(dòng)的部分?？刂频谝徊▽?dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭333連接的第一波導(dǎo)321和第二波導(dǎo)322之間的夾角θ，可以實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)部分水平方向的位移，通過(guò)控制后面三個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭即第二波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭334、第三波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭335和第四波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭336，調(diào)整第二波導(dǎo)322、第三波導(dǎo)323、第四波導(dǎo)324及第五波導(dǎo)325之間的三個(gè)夾角θ就可以控制加速管4在垂直的一個(gè)面上前后上下運(yùn)動(dòng)，所以四個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33的配合可以實(shí)現(xiàn)加速管4空間位置的多維控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述控制，本發(fā)明還可包括控制系統(tǒng)(圖未示)，所述控制系統(tǒng)可包括微波控制機(jī)構(gòu)和機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，所述機(jī)械控制結(jié)構(gòu)與所述多個(gè)波導(dǎo)32連接，所述機(jī)械控制機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整所述多個(gè)波導(dǎo)32之間的夾角θ實(shí)現(xiàn)所述加速管4空間位置的調(diào)整和移動(dòng)，所述微波控制機(jī)構(gòu)用于控制所述脈沖高壓調(diào)制器1、微波功率源2及所述加速管4以產(chǎn)生滿足治療要求的電子束或x射線5。其中，所述微波功率源2優(yōu)選為磁控管或速調(diào)管。所述脈沖高壓調(diào)制器1通過(guò)電纜7與所述微波功率源2連接并提供高壓電。所述加速管4優(yōu)選為駐波加速管4，只有一個(gè)波導(dǎo)口。所述駐波加速管4通過(guò)所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33與所述最末波導(dǎo)32連接，且所述駐波加速管4通過(guò)單一波導(dǎo)口341與所述波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33連接。

本發(fā)明的一實(shí)施例中，還可包括機(jī)械臂6，所述機(jī)械臂6的一端固定在所述機(jī)架上，所述加速管4安裝在所述機(jī)械臂6的另一端，所述機(jī)械臂6對(duì)應(yīng)所述多個(gè)波導(dǎo)32平行設(shè)置并同步運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂6與波導(dǎo)32安裝在一起，微波傳輸機(jī)構(gòu)3中波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33的第一連接部3312與第二連接部3322之間的夾角θ隨著機(jī)械臂6改變。加速管4通過(guò)機(jī)械臂6控制，微波功率源2固定不動(dòng)，加速管4和微波功率源2的連接采用包括多個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33的微波傳輸機(jī)構(gòu)3。脈沖高壓調(diào)制器1給出高壓脈沖，并將高壓加在微波功率源2(磁控管或速調(diào)管)上。微波功率源2得到高壓開(kāi)始工作輸出微波脈沖。微波脈沖首先通過(guò)隔離器(或環(huán)流器31)，然后經(jīng)過(guò)波導(dǎo)32傳輸?shù)郊铀俟?。

參見(jiàn)圖4，圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的微波接口結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明中所有微波器件的連接都可通過(guò)相同的微波接口34進(jìn)行連接。本發(fā)明利用多段波導(dǎo)32傳輸微波脈沖，多個(gè)波導(dǎo)32間由波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33相連接，并和機(jī)械臂6整合。脈沖高壓調(diào)制器1通過(guò)電纜7給微波功率源2提供高壓電，微波功率源2工作后產(chǎn)生的微波通過(guò)微波接口34的波導(dǎo)口341(參見(jiàn)圖4)出來(lái)。之后的環(huán)流器31(或隔離器)、扭波導(dǎo)32、直波導(dǎo)32、波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33都是雙口元件(即每一個(gè)器件都有兩個(gè)波導(dǎo)口341，系統(tǒng)里所有微波接口34的波導(dǎo)口341都是同樣規(guī)格)。從微波功率源2開(kāi)始所有器件的連接都是波導(dǎo)口341對(duì)接。加速管4在多維度上的運(yùn)動(dòng)通過(guò)調(diào)整波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33而實(shí)現(xiàn)。微波脈沖進(jìn)入加速管4并在加速管4內(nèi)建立電磁場(chǎng)，同時(shí)電子槍發(fā)射電子束。電子束被加速至所需能量后，可直接通過(guò)金屬窗引出進(jìn)行治療，也可以通過(guò)電子束打靶產(chǎn)生x射線進(jìn)行治療。

本發(fā)明采用多個(gè)波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)接頭33與多段波導(dǎo)32的配合使用，在不影響微波傳輸?shù)那闆r下實(shí)現(xiàn)了加速管4的多維運(yùn)動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)射波刀(cyberknife)的功能，但可以很大地減少機(jī)頭的重量，從而可以提高射線控制的精度，改善治療效果。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。