CN107942370A - 束流诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子加速器的束流诊断系统，包括：真空管，适于所述电子加速器出射的电子束流在其中传输；流强测量装置，设置于所述真空管上，适于以非阻断的方式测量所述电子束流的流强；束斑测量装置，设置于所述真空管上，适于测量所述电子束流的横向尺寸；以及能谱测量装置，设置于所述真空管的末端，适于测量所述电子束流的能谱。本发明的束流诊断系统能够测量流强、束斑和能谱，具有测量过程简单、耗时短、实时性高、直观等特点。

Description

束流诊断系统

技术领域

本发明主要涉及电子加速器的束流诊断，尤其涉及一种一体化的束流诊断系统。

背景技术

放射治疗(以下简称放疗)是治疗癌症的一个重要手段，电子直线加速器作为放疗设备里最重要的核心部件，它的性能直接决定了治疗效果。具体来说，放疗是利用电子经过直线加速器加速后打靶产生的X射线照射深层癌细胞，或者电子经过直线加速器加速后直接被引出照射浅表癌细胞。通常希望X射线或电子线能最大程度地杀死某一区域内的癌细胞，而癌细胞周围的健康细胞需要最大限度地免受伤害。为满足这些需求，需要对电子直线加速器的束流品质进行优化。束斑大小、束流能谱以及靶电流大小，作为束流品质的重要参数，直接影响束流打靶产生的X射线的品质。

目前获取这些束流参数的方法已经很成熟。例如，可以使用磁偏转法获取加速器出口的束流能谱，即束流在抽着真空的环境中被偏转磁铁的磁场偏转，在偏转末端接收这些电子，不同能量的电子在末端的位置也不相同，通过分析这些电子的位置信息，可以得到束流的能谱。又例如，可以将一定能量的束流打到荧光屏等器件上，荧光屏等器件上会有部分能量沉积从而产生可见光，通过CCD相机等捕捉到可见光斑的形状，即可得到电子束流的横向尺寸(即束斑大小)。再例如，可以使用法拉第筒或磁环来测量束流流强(与靶电流直接相关)。法拉第筒属于阻断式的流强测量部件，其被放置在束流传输通道的末端，电子束流撞击法拉第筒中的收集极后损失全部能量，通过测量收集极与地之间的电流即可测得束流流强。磁环是套设在真空管外，束流经过磁环时与磁环组成一个变压器，束流充当变压器的初级线圈，磁环为次级线圈，通过获取次级线圈上的电流和电压，即可以得到束流流强。

然而，在现有技术中对上述的束流能谱、束流横向尺寸和束流流强的测量通常是单独进行的，每进行一项测量均需要对被诊断的直线加速器进行摆放、安装、校准和测量，无疑地，这样的测量过程是繁琐耗时的。此外，这种单独进行测量的方式也无法实时地提供束流能谱、束流横向尺寸和束流流强等参数，这就导致无法直观地得到被诊断的直线加速器的束流品质与束流参数之间的关系。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种一体化的电子加速器的束流诊断系统，其能够测量流强、束斑和能谱，具有测量过程简单、耗时短、实时性高、直观等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子加速器的束流诊断系统，包括：真空管，适于所述电子加速器出射的电子束流在其中传输；流强测量装置，设置于所述真空管上，适于以非阻断的方式测量所述电子束流的流强；束斑测量装置，设置于所述真空管上，适于测量所述电子束流的横向尺寸；以及能谱测量装置，设置于所述真空管的末端，适于测量所述电子束流的能谱。

在本发明的一实施例中，所述流强测量装置包括壁电流检测器或电流变压器。

在本发明的一实施例中，所述电流变压器包括快速电流变压器、谐振式电流变压器、积分电流变压器或直流流强变压器。

在本发明的一实施例中，所述电流变压器套设于所述真空管上。

在本发明的一实施例中，所述束斑测量装置包括影像获取模块和荧光屏，所述荧光屏设置于所述真空管内，并且适于在所述电子束流轰击的区域发出荧光，所述影像获取模块设置于所述真空管外，并且适于透过所述真空管获取所述荧光。

在本发明的一实施例中，所述真空管在其轴线的一侧具有一向外凸起的容纳空间，用以容纳所述荧光屏。

在本发明的一实施例中，所述束斑测量装置还包括驱动模块，适于驱动所述荧光屏在所述真空管的轴线和所述容纳空间之间移动。

在本发明的一实施例中，所述真空管在其轴线的另一侧具有一透明窗，所述影像获取模块透过所述透明窗获取所述荧光。

在本发明的一实施例中，所述能谱测量装置采用磁偏转法或射程法来测量所述电子束流的能谱。

在本发明的一实施例中，当所述能谱测量装置采用所述磁偏转法来测量所述电子束流的能谱时，所述能谱测量装置包括偏转磁场提供模块和探测器，所述偏转磁场提供模块适于使穿过偏转磁场的所述电子束流发生偏转，所述探测器适于接受经偏转后的所述电子束流，以探测所述电子束流的能谱。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

相对于现有技术中，单独对电子束流的流强、横向尺寸和能谱进行测量，每进行一项测量均需要对被诊断的直线加速器进行摆放、安装、校准和测量的技术方案而言，本发明的束流诊断系统是一体化的，其与电子加速器连接后，即可进行电子束流的流强、横向尺寸和能谱的测量，无需进行多次的摆放、安装等，这就能够节省测试时间。此外，由于本发明的束流诊断系统能够对电子束流的流强、横向尺寸和能谱进行一体化的测试，在每次测试时，可以对电子束流的流强、横向尺寸和能谱进行实时分析、实时给出，具有良好的信息实时性，这对于分析电子束流品质与电子束流参数之间的规律有着重要、直观的意义。

附图说明

图1是本发明一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。

图2是本发明另一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。

图3是本发明一实施例的能谱测量装置的结构示意图。

图4是本发明另一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

图1是本发明一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。参考图1所示，电子加速器的束流诊断系统100包括真空管110、流强测量装置120、束斑测量装置130和能谱测量装置140。

从电子加速器出射的电子束流可以从真空管110的一端入射到真空管110中，并且在真空管110中继续传输。

流强测量装置120设置于真空管110上，其能够以非阻断的方式测量电子束流的流强。可以理解，本发明上下文所述的“非阻断”是指不会完全阻止电子束流继续传播的情形。在图1所示的实施例中，流强测量装置120包括一电流变压器，该电流变压器套设于真空管110上，其是通过测量二级绕组耦合出的电流信号，经由该电流信号可以计算出电子束流的流强。可选地，电流变压器可以是快速电流变压器(Fast Current Transformer，FCT)、谐振式电流变压器、积分电流变压器或直流流强变压器。

图2是本发明另一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。图2所示出的束流诊断系统200与图1所示出的束流诊断系统100基本相同，其中相同的部件采用了相同的附图标记。与图1所示出的实施例相比，图2所示出的实施例中流强测量装置120是包括一壁电流检测器，该壁电流检测器通过在真空管110上加一段陶瓷管道，将真空管110隔成两段，并在陶瓷管道两端跨接一电阻，可以通过测量这一电阻两端的电压计算得到电子束流的流强。

请继续参考图1或图2，束斑测量装置130设置于真空管110上，其能够测量电子束流的横向尺寸。具体来说，束斑测量装置130可以包括影像获取模块131和荧光屏132。荧光屏132设置于真空管110中，其能够在电子束流轰击的区域发出荧光。影像获取模块131设置于真空管110外，并且能够透过真空管110获取荧光屏132所发出的荧光，以获得电子束流的束斑，也就可以得到电子束流的横向尺寸。可以理解，为了影像获取模块131能够获取到荧光屏132所发出的荧光，真空管110在影像获取模块131和荧光屏132之间的区域内设置一透明窗112，以使荧光能够透过透明窗112，进而被影像获取模块131捕获。

在一优选的实施例中，真空管110在其轴线的一侧可以设置有一向外凸起的容纳空间111，用以容纳荧光屏132。相应地，透明窗112设置于真空管110在其轴线的另一侧。当要测量电子束流的横向尺寸时，可以将荧光屏132移动至真空管110轴线附件，以使电子束流轰击荧光屏132。当不测量电子束流的横向尺寸时，可以将荧光屏132移动至容纳空间111内，以让电子束流继续传播。在一可选的实施例中，束斑测量装置130还可以包括驱动模块133，其能够驱动荧光屏132在真空管110轴线和容纳空间111之间移动。在图1和图2所示的实施例中，荧光屏132与驱动模块133是通过金属杆链接，但应可以理解，荧光屏132与驱动模块133还可以通过其他方式连接。

能谱测量装置140设置于真空管110的末端，其能够测量电子束流的能谱。可选地，能谱测量装置140可以采用磁偏转法或射程法来测量电子束流的能谱。

图3是本发明一实施例的能谱测量装置的结构示意图。图3示出了能谱测量装置140采用磁偏转法来测量电子束流的能谱的装置的结构示意图，此时能谱测量装置140例如可以是磁谱分析仪。参考图3所示，能谱测量装置140可以包括偏转磁场提供模块141和探测器142。偏转磁场提供模块141能够使穿过偏转磁场的电子束流发生偏转，如图3中的虚线所示。探测器142能够接收经偏转后的电子束流，以探测电子束流的能谱。具体来说，由于电子束流中不同能量的电子具有不同的速度，具有不同速度的电子在偏转磁场中受到的洛伦兹力也不同，这就导致具有不同速度的电子具有不同的偏转角度，电子束流在经偏转磁场作用后，即可将具有不同能量的电子分散开来，探测器142即可根据接收到的电子的位置确定出该电子所具有的能量。

当能谱测量装置140采用射程法来测量电子束流的能谱时，其是让电子束流轰击密度均匀的物质，通过测量电子束流在密度均匀物质中的射程来确定其能谱。其中，密度均匀的物质可以为铝、聚乙烯、聚苯乙烯、石墨、聚甲基丙烯酸甲酯或者尼龙等低密度材料。

请继续参考图1和图2，在图1和图2所示出的实施例中，沿电子束流的传输方向，流强测量装置120、束斑测量装置130和能谱测量装置140是依次布置的。也就是说，电子束流先经过流强测量装置120，进行电子束流流强的测量；由于流强测量装置120不会阻止电子束流继续传输，电子束流可以继续传输至束斑测量装置130轰击荧光屏132，以进行电子束流横向尺寸的测量，此时电子束流基本被阻断；当电子束流的横向尺寸测量完毕时，需将荧光屏132收回至容纳空间111中，以避免阻断电子束流的传输；当荧光屏132被收回至容纳空间111时，电子束流可以继续传输至能谱测量装置140，以对电子束流的能谱进行测量。

图4是本发明另一实施例的电子加速器的束流诊断系统的结构示意图。图4所示出的束流诊断系统300与图1或图2所示出的束流诊断系统100或束流诊断系统200所采用的部件基本相同，其中相同的部件采用了相同的附图标记。参考图4所示，束流诊断系统300与束流诊断系统100和束流诊断系统200的主要区别在于流强测量装置120和束斑测量装置130的布置顺序不同。在束流诊断系统100和束流诊断系统200中，沿电子束流的传输方向，是先设置流强测量装置120，后设置束斑测量装置130，再设置能谱测量装置140，也就是说，束斑测量装置130是设置于流强测量装置120和能谱测量装置140之间。在束流诊断系统300中，沿电子束流的传输方向，是先设置束斑测量装置130，后设置流强测量装置120，再设置能谱测量装置140，也就是说，流强测量装置120是设置在束斑测量装置130和能谱测量装置140之间。虽然图4所示出的流强测量装置120是采用电流变压器，但可以理解，流强测量装置120采用壁电流检测器时同样可以采用如图4所示出的部件布置顺序。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种电子加速器的束流诊断系统，包括：

真空管，适于所述电子加速器出射的电子束流在其中传输；

流强测量装置，设置于所述真空管上，适于以非阻断的方式测量所述电子束流的流强；

束斑测量装置，设置于所述真空管上，适于测量所述电子束流的横向尺寸；以及

能谱测量装置，设置于所述真空管的末端，适于测量所述电子束流的能谱。

2.根据权利要求1所述的束流诊断系统，其特征在于，所述流强测量装置包括壁电流检测器或电流变压器。

3.根据权利要求2所述的束流诊断系统，其特征在于，所述电流变压器包括快速电流变压器、谐振式电流变压器、积分电流变压器或直流流强变压器。

4.根据权利要求2所述的束流诊断系统，其特征在于，所述电流变压器套设于所述真空管上。

5.根据权利要求1所述的束流诊断系统，其特征在于，所述束斑测量装置包括影像获取模块和荧光屏，所述荧光屏设置于所述真空管内，并且适于在所述电子束流轰击的区域发出荧光，所述影像获取模块设置于所述真空管外，并且适于透过所述真空管获取所述荧光。

6.根据权利要求5所述的束流诊断系统，其特征在于，所述真空管在其轴线的一侧具有一向外凸起的容纳空间，用以容纳所述荧光屏。

7.根据权利要求6所述的束流诊断系统，其特征在于，所述束斑测量装置还包括驱动模块，适于驱动所述荧光屏在所述真空管的轴线和所述容纳空间之间移动。

8.根据权利要求5所述的束流诊断系统，其特征在于，所述真空管在其轴线的另一侧具有一透明窗，所述影像获取模块透过所述透明窗获取所述荧光。

9.根据权利要求1所述的束流诊断系统，其特征在于，所述能谱测量装置采用磁偏转法或射程法来测量所述电子束流的能谱。

10.根据权利要求9所述的束流诊断系统，其特征在于，当所述能谱测量装置采用所述磁偏转法来测量所述电子束流的能谱时，所述能谱测量装置包括偏转磁场提供模块和探测器，所述偏转磁场提供模块适于使穿过偏转磁场的所述电子束流发生偏转，所述探测器适于接受经偏转后的所述电子束流，以探测所述电子束流的能谱。