CN109462934A - 缩短同步加速器的运行周期的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缩短同步加速器的运行周期的方法，包括如下步骤：S1、启动同步加速器，将主磁铁的电源的电流输出值从零上升到第一电流值，从第一电流值到最大电流值之间进行若干次升降循环后，将电源的电流输出值维持在第一电流值；以及S2、当向同步加速器中注入束流后，主磁铁的电源的电流输出值上升到最大值，然后下降到第一电流值，并将电源的电流输出值维持在第一电流值，直到下一次注入束流。

Description

缩短同步加速器的运行周期的方法

技术领域

本发明涉及同步加速器领域，尤其涉及一种缩短同步加速器的运行周期的方法。

背景技术

与常规放射线相比，质子重离子束具有倒转的深度剂量分布，因而可以精确的将剂量沉积在肿瘤区域，可将对正常组织的伤害降低到最小。同步加速器根据治疗计划的需要，可以不通过使用降能器就能主动提供各种能量的束流，因而成为了质子重离子治疗常用的加速器类型。

通常情况下可以通过提高电源的上升速度来缩短运行周期，该方法也是当前绝大部分同步加速器所采用的方法。但是利用该方法，需要增大电源的输入电压，同时还需要保证电源的同步性满足要求，从而造成电源的制造成本上升。同时，其他系统，如高频加速系统、束流诊断系统等也需要同步加快上升速度，也会造成加速器的建造成本上升。

发明内容

为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提供一种缩短同步加速器的运行周期的方法，其通过将电流维持在第一电流值，省略了主磁铁电源从零上升到第一电流值的时间，同时由于电流无需下降到零，也省略了电流从第一电流值下降到零的时间，大大减少了同步加速器的运行周期。

根据本发明的一个方面，提供一种缩短同步加速器的运行周期的方法，包括如下步骤：S1、启动同步加速器，将主磁铁的电源的电流输出值从零上升到第一电流值，从第一电流值到最大电流值之间进行若干次升降循环后，将电源的电流输出值维持在第一电流值；以及S2、当向同步加速器中注入束流后，主磁铁的电源的电流输出值上升到最大值，然后下降到第一电流值，并将电源的电流输出值维持在第一电流值，直到下一次注入束流。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，步骤S2之后还包括以下步骤：S3、在同步加速器停止运行时，将电源的电流输出值从第一电流值下降到零。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，步骤S2中的注入束流步骤之后还包括：将束流加速到预定的能量，并进行慢引出。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，步骤S1之前还包括以下步骤：S0、获取第一电流值。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，步骤S0包括：S0.1、对单个主磁铁从0到最大电流值之间进行多次磁场升降循环，得到单个主磁铁的电流与磁场的对应关系；S0.2、根据同步加速器的磁聚焦结构，得到主磁铁对应的第一磁场值，根据S0.1确定对应的第一电流值；S0.3、从S0.2得到的第一电流值到最高磁场值进行若干次磁场升降循环；S0.4、根据第一磁场值再次更新第一电流值，并从第一电流值到最大磁场值之间进行多次升降循环；S0.5、重复步骤S0.4二到三次，直至第一磁场值对应的电流值不再发生变化，该电流值为该主磁铁的第一电流值；以及S0.6、重复步骤S0.1-S0.5，获取所有主磁铁的第一电流值。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，第一磁场值与第一电流值对应。

根据本发明的缩短同步加速器的运行周期的方法的一些实施例，主磁铁包括二极铁、四极铁和六极铁。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点之一：

(1)省略了主磁铁电源从零上升到第一电流值的时间，同时也省略了电流从第一电流值下降到零的时间；

(2)第一电流值不到峰值电流的十分之一，同步加速器待机状态的功耗非常低。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是同步加速器的常规运行周期示意图；

图2是根据本发明实施例的缩短同步加速器的运行周期的方法的流程图；

图3是重离子医疗机的同步加速器的示意图；

图4是根据本发明实施例的运行周期与常规运行周期的对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明实施例提供一种缩短同步加速器的运行周期的方法，其通过将电流维持在第一电流值，省略了主磁铁电源从零上升到第一电流值的时间，同时由于电流无需下降到零，也省略了电流从第一电流值下降到零的时间，大大减少了同步加速器的运行周期。而且第一电流值通常不到峰值电流的十分之一，待机状态时产生的功耗非常低，不会造成过多的能源消耗。

下面结合附图对本发明实施例作进一步的说明。

图1是同步加速器的常规运行周期示意图。如图1所示，横坐标表示的是时间，单位是ms，纵坐标表示的是电流值，单位是A，同步加速器的一个常规运行周期包括五个阶段，第一阶段是电流值从零上升到第一电流值，第一电流值是指束流注入对应的电流值；第二阶段是电流值从第一电流值上升到第二电流值，第二电流值是指束流引出对应的电流值；第三阶段是束流持续引出，电流值维持在第二电流值，第三阶段通常用ΔT表示；第四阶段是电流值从第二电流值上升到最大值；第五阶段是电流值从最大值下降到零，整个周期通常用T表示。

初始状态下，同步加速器的主磁铁的电流的输出值为零，然后通过将主磁铁的电流的输出值上升到第一电流值，同步加速器加速后电流值会上升到第二电流值，最终上升到最大值，然后再降到零。接着下一个周期主磁铁的电流的输出值再从零开始上升，重复上述过程。通常情况下，束流的引出时间长度ΔT保持不变，若能缩短同步加速器的运行周期T，则相对来说慢引出束流在整个运行周期中的时间占比ΔT/T便提高了，从而可提高终端的辐照效率，缩短病人的辐照时间。

本发明在不改变同步加速器电源上升速度的情况下，通过改变同步加速器的运行模式，省略每个周期电流值从零上升到第一电流值以及从第一电流值回零的时间，来缩短运行周期T，从而提高运行效率。本发明除了用于质子重离子治癌，还可以用于生物辐照、材料制造、原子核物理实验等方面。

图2是根据本发明实施例的缩短同步加速器的运行周期的方法的流程图。如图2所示，缩短同步加速器的运行周期的方法包括如下步骤：

S1、启动同步加速器，将主磁铁的电源的电流输出值从零上升到第一电流值，从第一电流值到最大电流值之间进行若干次升降循环后，将电源的电流输出值维持在第一电流值。

S2、当需要为终端提供束流时，将向同步加速器中注入束流，并对束流进行加速引出，然后将主磁铁的电流值上升到最大值，再将电流下降到第一电流值，并维持该电流值，直到下一次注入，即重复步骤S2。

步骤S2注入束流后包括：将束流加速到预定的能量，并进行慢引出。根据治疗的需要，可以将束流加速到不同的能量，然后对加速到预定能量值的束流进行慢引出操作，从而对患者进行治疗。在束流注入、加速、引出的过程中，同步加速器的磁场值与电流值一一对应，同样需要主磁铁输出的磁场保持良好的同步性，其要求与常规模式无异。

步骤S2之后还包括：S3、在同步加速器停止运行时，将电源的电流输出值从第一电流值下降到零。

同时，由于主磁铁存在磁滞效应，相比于常规的运行模式，本发明实施例的另外一个关键点在于主磁铁的测磁方式也要相应的发生变化。常规情况下，会将主磁铁的电流从零加到最大值，再将电流下降到零，反复进行若干次，例如可以是5次之后，再从零开始逐点依次测量不同电流值所对应的磁场值。而本发明实施例要求主磁铁的电流值从第一电流值开始上升，直到最大值，然后下降到第一电流值，反复若干次之后，再从第一电流值开始逐点依次测量不同电流值对应的磁场值。

步骤S1之前还包括：S0、获取第一电流值。

步骤S0包括：

S0.1、对单个主磁铁从0到最大电流值之间进行多次磁场升降循环，得到单个主磁铁的电流与磁场的对应关系。

S0.2、根据同步加速器的磁聚焦结构，得到主磁铁对应的第一磁场值，根据S0.1大致确定对应的第一电流值。

S0.3、从S0.2得到的第一电流值到最高磁场值进行若干次磁场升降循环，此时会发现第一磁场值所对应的电流值发生了改变。

S0.4、根据第一磁场值再次更新第一电流值，并从第一电流值到最大磁场值之间进行多次升降循环。

S0.5、重复步骤S0.4大约两到三次，直至第一磁场值对应的电流值不再发生变化，于是获得了该主磁铁第一电流值。

S0.6、重复步骤S0.1-S0.5，获取所有主磁铁的第一电流值。

下面以重离子医疗机(heavy ion medical machine，HIMM)为例，对本发明的完整步骤进行阐述。

图3是重离子医疗机的同步加速器的示意图。如图3所示，同步加速器包括8个二极铁1，12个四极铁2和9个六级铁3。任意选择一个二极铁，例如图中虚线框内的4D31。

首先，对这个二极铁进行测磁操作，将二极铁从0到最高磁场值之间进行5次左右的升降循环，也即是将二极铁的磁场值从0上升到最高磁场值，然后下降到0的循环。然后根据同步加速器的磁聚焦结构得到二极铁的第一磁场值，根据该第一磁场值，并依据前述方法得到第一电流值。然后逐点依次测得从第一磁场值到最高磁场值之间，电流与磁场的对应关系。

然后，对所有的二极铁、四极铁和六极铁进行上述操作，得到所有主磁铁的电流与磁场的对应关系。将主磁铁的电流值从零上升到第一电流值并维持。

注入束流，然后将束流加速到终端所需要的能量，并进行慢引出；引出完成后，将主磁铁的电流值上升到最大值，然后下降到第一电流值，并维持该电流值，直到下一次注入；注入束流，重复本步骤。

停机时，将主磁铁的电流从第一电流值下降到零。

图4是根据本发明实施例的运行周期与常规运行周期的对比图。如图4所示，图中的新模式是指采用本发明实施例的运行模式，旧模式是指常规模式，注入电流值是指第一电流值。旧模式中，电源的电流值将从0开始上升，在周期结束时，将下降到0，而在新模式中，电源从第一电流值上升到最大值，然后降低到第一电流值，图中第一电流值约为167.3A，第一电流值相当于旧模式中的“零点”，电流处于“零点”时，束流可以随时注入，然后与旧模式一样完成一个周期的束流加速、引出，再将电源电流值上升到最大值，然后降低到第一电流值处，完成一个周期的运行。旧模式中每个周期为7s，而采用本发明后，周期从7s缩短至6.2s，运行周期缩短了11.4％，引出平台的时间为2s，引出束流的占空比由原来的28.6％提高到了32.3％。可以发现，周期的时间被显著缩短了，引出束流的占空比也显著提高了。

本发明通过改变同步加速器主磁铁的运行模式，缩短同步加速器的运行周期来提高引出束流的占空比。其关键点在于需要精确测量从第一电流值到最大电流值的电流-磁场对应关系，且在运行时需要将主磁铁的电流值的“零点”设置为第一电流值。

本发明实施例通过将电流维持在第一电流值，省略了主磁铁电源从零上升到第一电流值的时间和电流从第一电流值下降到零的时间，大大减少了同步加速器的运行周期。而且第一电流值通常不到峰值电流的十分之一，待机状态时产生的功耗非常低，不会造成过多的能源消耗。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、启动所述同步加速器，将主磁铁的电源的电流输出值从零上升到第一电流值，从第一电流值到最大电流值之间进行若干次升降循环后，将电源的电流输出值维持在所述第一电流值；以及

S2、当向所述同步加速器中注入束流后，所述主磁铁的电源的电流输出值上升到最大值，然后下降到所述第一电流值，并将电源的电流输出值维持在所述第一电流值，直到下一次注入束流。

2.根据权利要求1所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，步骤S2之后还包括以下步骤：

S3、在所述同步加速器停止运行时，将电源的电流输出值从所述第一电流值下降到零。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，所述步骤S2中的注入束流步骤之后还包括：

将束流加速到预定的能量，并进行慢引出。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括以下步骤：

S0、获取所述第一电流值。

5.根据权利要求4所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，所述步骤S0包括：

S0.1、对单个主磁铁从0到最大电流值之间进行多次磁场升降循环，得到单个主磁铁的电流与磁场的对应关系；

S0.2、根据同步加速器的磁聚焦结构，得到主磁铁对应的第一磁场值，根据S0.1确定对应的第一电流值；

S0.3、从S0.2得到的第一电流值到最高磁场值进行若干次磁场升降循环；

S0.4、根据所述第一磁场值再次更新第一电流值，并从第一电流值到最大磁场值之间进行多次升降循环；

S0.5、重复步骤S0.4二到三次，直至第一磁场值对应的电流值不再发生变化，所述电流值为所述主磁铁的第一电流值；以及

S0.6、重复步骤S0.1-S0.5，获取所有主磁铁的第一电流值。

6.根据权利要求5所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，所述第一磁场值与所述第一电流值对应。

7.根据权利要求5所述的缩短同步加速器的运行周期的方法，其特征在于，所述主磁铁包括二极铁、四极铁和六极铁。