CN111556642A - 一种加速器磁场调节装置、方法及加速器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种加速器磁场调节装置、方法及加速器，涉及医疗设备领域，磁场机构，依次设置有多组，被配置为通电后产生不同强度的磁场；加速机构，多个加速机构一一对应设置于多组磁场机构内，被配置为在对应磁场作用下将内部的粒子加速后输出；切换机构，被配置为获取外部指令并对对应的磁场机构通电，使对应的加速机构输出所需的粒子，通过设置多组磁场机构并配合对应的加速机构，利用不同磁场机构内部铁芯材料的不同，在不调节供电参数的情况下，能够使磁场机构产生不同的磁场，从而适应不同需求磁场的强度，快速获取所需磁场的强度，缩短整体作业的时间。

Description

一种加速器磁场调节装置、方法及加速器

技术领域

本公开涉及医疗设备领域，特别涉及一种加速器磁场调节装置、方法及加速器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着时代的不断发展以及科学的不断进步，医疗技术以及医用设备也在不断进步，以便于给病人提供更好的治疗与服务。尤其是肿瘤，癌症等疾病，不能仅仅依靠手术治疗，有时放疗技术在治疗过程中是必不可少的；加速器是放疗设备的关键器件，所以加速器静态磁场分布状况，以及产生装置的研究也占据着极其重要的地位；加速器在医学领域应用，相关粒子通过加速器的不断加速，获得相当高的速度因而具备很高的能量，以致具有切除肿瘤，杀死癌细胞的作用。

发明人发现，目前，放射治疗过程中使用的医用设备中加速器的磁场变化复杂多样，因此首先需要采用磁针进行测量后，在此基础上对整个磁场系统进行精确地调整，并且调整步骤负责繁琐，要求较高，操作复杂，对操作人员而言其调试花费时间较长，难以满足快速调整、缩短整体作业时间的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种加速器磁场调节装置、方法及加速器，通过设置多组磁场机构并配合对应的加速机构，利用不同磁场机构内部铁芯材料的不同，在不调节供电参数的情况下，能够使磁场机构产生不同的磁场，从而适应不同需求磁场的强度，快速获取所需磁场的强度，缩短整体作业的时间。

本公开的第一目的是提供一种加速器磁场调节方法，采用以下技术方案：

包括以下步骤：

多组依次设置的磁场机构，在分别通电后产生不同强度的磁场；

每组磁场机构内的加速机构，在不同磁场机构作用下输出不同速度的粒子；

依据所需粒子的速度，选择对应工作的磁场机构并通电，输出所需的粒子。

本公开的第二目的是提供一种加速器磁场调节装置，采用以下技术方案：

包括：

磁场机构，依次设置有多组，被配置为通电后产生不同强度的磁场；

加速机构，多个加速机构一一对应设置于多组磁场机构内，被配置为在对应磁场作用下将内部的粒子加速后输出；

切换机构，被配置为获取外部指令并对对应的磁场机构通电，使对应的加速机构输出所需的粒子。

进一步地，所述磁场机构包括相对设置的两个极板，两个极板分别接入外部电源，用于在两极板之间产生均匀磁场。

进一步地，所述极板为带有铁芯的电磁铁，不同组磁场机构的极板对应的铁芯材料不同，用于在同一通电条件下使不同组的磁场机构产生不同的磁场。

进一步地，所述加速机构包括两个D形盒，粒子在D形盒内加速后输出。

进一步地，所述D形盒位于磁场机构内均匀磁场区域。

进一步地，所述磁场机构配合有调整电路，用于精细调整对应磁场机构内部的磁场的强度，使该磁场机构作用下的加速机构输出不同速度的粒子。

本公开的第三目的是提供一种基于加速器磁场调节装置的工作方法，包括以下步骤：

依据所需的粒子状态选择要启动磁场机构，对磁场机构进行通电；

加速机构在磁场机构作用下将粒子加速至所需状态后输出，并作用于设定位置；

在需求不同时，依据需求切换不同的磁场机构进行通电，输出所需的状态的粒子。

进一步地，在所有磁场机构通电后输出的粒子状态均不能满足需求时，对通入磁场机构的电流进行调节，从而获取所需的粒子状态。

本申请的第四目的是提供一种加速器，利用如上所述的加速器磁场调节装置。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)利用多个磁场依次布置，通过布置不同的极板材料，在同一通电状态下，能够产生不同的磁场，并对应输出不同速度的粒子，满足不同的放疗需求，从而实现不同需求下的快速切换，降低调整磁场系统的时间；

(2)利用电磁铁作为极板材料，一方面能够避免在未使用期间产生的磁消耗，延长使用寿命，另一方面，能够通过调整供电参数来精确调整极板的磁力，从而精确调整两极板间的磁场强度，提高其适应性；配合切换磁场机构，分别实现粗调和精调，达到磁场强度的快速调整；再一方面，电磁铁在不通电时不会对其他通电电磁铁产生磁场干扰，提高其磁场参数精度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2、3、4中磁场机构配合加速机构的示意图；

图2为本公开实施例1、2、3、4中切换机构的示意图；

图3为本公开实施例1、2、3、4中多个磁场机构依次设置的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中使用的医用设备中加速器的磁场变化复杂多样，因此首先需要采用磁针进行测量后，在此基础上对整个磁场系统进行精确地调整，并且调整步骤负责繁琐，要求较高，操作复杂，对操作人员而言其调试花费时间较长，难以满足快速调整、缩短整体作业时间的需求；针对上述问题，本公开提出了一种加速器磁场调节装置、方法及加速器。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种加速器磁场调节方法。

包括以下步骤：

多组依次设置的磁场机构，在分别通电后产生不同强度的磁场；

每组磁场机构内的加速机构，在不同磁场机构作用下输出不同速度的粒子；

依据所需粒子的速度，选择对应工作的磁场机构并通电，输出所需的粒子。

利用多组磁场机构配合，在通电后能够产生不同的磁场，能够根据需求设定常用的几个值，从而通过切换通电的磁场来切换输出粒子的速度，相较于传统的调节电流参数来调节磁场，通过切换磁场机构能够达到快速切换输出粒子速度的目的，满足对加速器快速调整的需求。

实施例2

本公开的另一典型实施例中，如图1-图3所示，提供一种加速器磁场调节装置。

磁场机构，依次设置有多组，被配置为通电后产生不同强度的磁场；

加速机构，多个加速机构一一对应设置于多组磁场机构内，被配置为在对应磁场作用下将内部的粒子加速后输出；

切换机构，被配置为获取外部指令并对对应的磁场机构通电，使对应的加速机构输出所需的粒子。

具体的，在本实施例中，每组磁场机构均包括相对设置的两极板，分别接入外部电源，能够在两个极板支架产生均匀磁场，供给加速机构对粒子进行加速后输出；

当然，每组磁场机构的结构和参数并不相同，因此在接入相同参数的电源后，不同组之间的磁场机构能够在其对应的两极板之间产生不同磁感应强度的均匀磁场，从而能够输出不同速度的粒子；

通过切换磁场机构的通电状态，能够切换输出不同的速度的粒子；通过预先调整每组磁场机构在接入特定参数的电源时产生特定的磁场，将不同的磁场结构接入电源，便能够实现特定磁场的快速切换。

进一步地，所述极板为带有铁芯的电磁铁，不同组磁场机构的极板对应的铁芯材料不同，用于在同一通电条件下使不同组的磁场机构产生不同的磁场；

在本实施例中，每组磁场机构的上、下极板均为电磁铁，极板存在八种不同材料，分别与外加选择电路连接；极板同时与外加电流控制电路连接，实现对电流微调进而对磁场微调；

所述磁场机构配合有调整电路，精细调整对应磁场机构内部的磁场的强度，使该磁场机构作用下的加速机构输出不同速度的粒子。

加速器是利用磁场使粒子在两个D形盒中不断加速，当粒子进入稳恒磁场后只受洛伦兹力的作用，在在磁场内做圆周运动，又因为粒子圆周运动的周期与速度无关，因此利用相同频率的交变电流可每次为粒子加速；

因此在每组磁场机构的两极板之间设置两个D型盒作为加速机构，粒子在D形盒内加速后输出；

利用上下两个磁极来作为产生加速磁场的磁极，所述D形盒位于磁场机构内均匀磁场区域，粒子能够在稳恒磁场下实现加速；

应该尽量让加速装置处于两磁极中间，因为中间的磁场可以近似认为是静态磁场，当越靠近旁边时磁场带来的误差会越大。

为了避免在未使用期间产生的磁消耗，对其进行改进，将两个磁极改变为两个电磁极；

在使用过程中，接通电源两电磁极就会在之间产生一个静态磁场，使粒子进行偏转，当不使用仪器的时候就可以关闭电源没有电流通过，就无法产生磁场，确保电流稳恒，以此来确保磁场稳定。

因为一种电磁铁在电流相同时只能产生一种磁场，面对不同的病人可能需要不同强度的粒子束，因此就需要在电流接口处增加一个控制因子，能够通过不同的电流强度产生磁感应强度不同磁场，但是这样需要不断调节电流来获得医师需要的磁感应强度；

针对上述问题，在本实施例中，使用8种不同的材料，采用译码器及编码器构成控制电路，控制电路作为控制机构控制不同材料的电磁铁；

译码器三个输入端分别对应三个不同的按钮，按钮的开关决定控制某一种材料的电磁铁，其他少量的使用可以通过调节电流来获得对应磁场，可减少操作人员的工作量；

具体的，如图2和图3所示，图2为译码器与门电路的连接情况，输出的高电平通过变压器为电磁铁提供足够电压；八个接口应同第一个接口接不同的材料，控制端接100使译码器正常工作，三个输入端接三个按键通过不同按键来选择不同的材料工作，发出不同的磁场

图3为单电极与控制电路的连接示意图，并配置相应的电流改变电路。

利用电磁铁作为极板材料，一方面能够避免在未使用期间产生的磁消耗，延长使用寿命，另一方面，能够通过调整供电参数来精确调整极板的磁力，从而精确调整两极板间的磁场强度，提高其适应性；配合切换磁场机构，分别实现粗调和精调，达到磁场强度的快速调整；再一方面，电磁铁在不通电时不会对其他通电电磁铁产生磁场干扰，提高其磁场参数精度。

以上述结构产生磁场的系统可以广泛用于加速器中，粒子经过加速器在磁场中加速，产生射线用于放射治疗肿瘤癌症等疾病，可以减轻病人的痛苦。

实施例3

本公开的再一典型实施例中，如图1-图3所示，提供一种加速器磁场调节装置的工作方法。

包括以下步骤：

依据所需的粒子状态选择要启动磁场机构，对磁场机构进行通电；

加速机构在磁场机构作用下将粒子加速至所需状态后输出，并作用于设定位置；

在需求不同时，依据需求切换不同的磁场机构进行通电，输出所需的状态的粒子；

在所有磁场机构通电后输出的粒子状态均不能满足需求时，对通入磁场机构的电流进行调节，从而获取所需的粒子状态。

具体的，磁场机构内的磁场分布情况如图1所示；

磁场方向与加速器D形盒相互垂直，垂直的磁场使粒子产生转向的洛伦兹力，所以此处研究的磁场系统主要应用于回旋加速器中，根据回旋加速器的半径R，以及最后需要的速度通过洛伦兹力提供向心力便可以求出所需的磁场强度B：

B＝mv/qR (1)

同理可以根据公式要求不同的能量即根据不同的粒子速度从而确定相应的磁场，对应不同的磁场利用相关公式获取不同的材料，与选择电路相关联就可实现一种半自动化的磁场选取装置。可以广泛用于回旋加速器中。

上述为材料的选取，此外选择电路，控制端子正常工作时应接对应电平，输入端子应与三个按键连接，按键处于断开状态为低电平，按下为高电平，利用二进制八位数对八种不同的材料进行选择，如图2，其余输出端子应同样与图示接口类似，可以通过门电路对电工纯铁、电磁纯铁、纯铁、硅钢片、铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、铁氧体八种材料进行选择。这些不同的材料可以产生不同磁场。因为粒子速度v＝qBR/m,所以不同的磁场强度使得最终粒子的速度也不同，又因为粒子能量为：

E＝hf (2)

其中h为普朗克常量，f为粒子的频率。

由于粒子的频率与粒子速度有关，因此不同的材料产生不同能量的粒子。其中电工纯铁、电磁纯铁、纯铁中纯铁的纯度，电磁性能最好，最大磁导率能够达到0.024H/m。而在合金材料中，铁磁性合金的相对磁导率为：

其中μ为该材料的磁导率，μ₀为真空的磁导率，为常数4π×10^-7H/m。

硅钢片的相对磁导率为7000-10000，铁镍合金在较低磁通密度下，磁导率比硅钢片高10-20倍。其主要特点是在较低磁场下有极高的磁导率与矫顽力，但是成本高。铁铝合金有高的电阻率和硬度，磁性能对应力不如铁镍合金敏感，适用于产生强度不高的粒子。铁钴合金的饱和磁感应强度最高，甚至高于纯铁，适用于产生强度高的粒子，但钴的成本尤为高。

如果上述粒子不能满足要求可以再利用精细调整电路，精细调整时应利用多余的电流控制端子，通过调阻等手段改变电流达到改变磁场的效果。此类可以产生不同能量粒子的磁场不仅可以适用于一般放疗机器中，多个接口仅用一个仅利用一个状态。除此之外其更重要的是用于精准放疗技术中，对不同的疾病会划分更加细致的区域，同样也会选择更加精确地能量，这就要用到了选择电路。

极板处也应与之对应，将不同材料极板与对应控制端子连接，中间接一变压器，为极板提供足够电流。因为每一时刻只有一个接口是高电平，通过升压变压器为极板提供足够电压。其余接口低电平不会产生电流也就是磁场。八种材料的极板与不同按键一一对应，每一时刻只有一个极板处于工作状态，只产生一种类型的稳恒磁场。

通过设置多组磁场机构并配合对应的加速机构，利用不同磁场机构内部铁芯材料的不同，在不调节供电参数的情况下，能够使磁场机构产生不同的磁场，从而适应不同需求磁场的强度，快速获取所需磁场的强度，缩短整体作业的时间。

实施例4

本公开的再一实施例中，提供一种加速器。

其安装有如实施例2所述的加速器磁场调节装置，在工作时，利用如实施例3所述的工作方法对其所需的粒子输出进行调节。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加速器磁场调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

多组依次设置的磁场机构，在分别通电后产生不同强度的磁场；

每组磁场机构内的加速机构，在不同磁场机构作用下输出不同速度的粒子；

依据所需粒子的速度，选择对应工作的磁场机构并通电，输出所需的粒子。

2.一种加速器磁场调节装置，其特征在于，包括：

磁场机构，依次设置有多组，被配置为通电后产生不同强度的磁场；

加速机构，多个加速机构一一对应设置于多组磁场机构内，被配置为在对应磁场作用下将内部的粒子加速后输出；

切换机构，被配置为获取外部指令并对对应的磁场机构通电，使对应的加速机构输出所需的粒子。

3.如权利要求2所述的加速器磁场调节装置，其特征在于，所述磁场机构包括相对设置的两个极板，两个极板分别接入外部电源，用于在两极板之间产生均匀磁场。

4.如权利要求3所述的加速器磁场调节装置，其特征在于，所述极板为带有铁芯的电磁铁，不同组磁场机构的极板对应的铁芯材料不同，用于在同一通电条件下使不同组的磁场机构产生不同的磁场。

5.如权利要求2所述的加速器磁场调节装置，其特征在于，所述加速机构包括两个D形盒，粒子在D形盒内加速后输出。

6.如权利要求5所述的加速器磁场调节装置，其特征在于，所述D形盒位于磁场机构内均匀磁场区域。

7.如权利要求2所述的加速器磁场调节装置，其特征在于，所述磁场机构配合有调整电路，用于精细调整对应磁场机构内部的磁场的强度，使该磁场机构作用下的加速机构输出不同速度的粒子。

8.一种利用实施例2-7任一项所述的加速器磁场调节装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

依据所需的粒子状态选择要启动磁场机构，对磁场机构进行通电；

加速机构在磁场机构作用下将粒子加速至所需状态后输出，并作用于设定位置；在需求不同时，依据需求切换不同的磁场机构进行通电，输出所需的状态的粒子。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，在所有磁场机构通电后输出的粒子状态均不能满足需求时，对通入磁场机构的电流进行调节，从而获取所需的粒子状态。

10.一种加速器，其特征在于，包括如权利要求2-7任一项所述的加速器磁场调节装置。

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