CN116271577B - 基于重频感应加速器的闪光x光放射肿瘤治疗装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置及应用，涉及放射性医疗设备技术领域，该治疗装置及应用包括重频感应叠加注入器、重频感应加速段、电子束偏转及漂移段、旋转靶和治疗台。重频感应叠加注入器用于产生和引出重频强流脉冲电子束，重频感应加速段用于加速重频强流脉冲电子束，电子束偏转及漂移段用于对强流脉冲电子束团进行偏转并轰击旋转靶。该治疗装置能够猝发输出数百个至上千个X光脉冲，从而在0.1～1s产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4～10E6Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的脉冲X光辐射，特别适合于闪光X光放射肿瘤治疗。

Description

基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置及应用

技术领域

本发明涉及放射性医疗设备技术领域，具体而言，涉及一种基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置及应用。

背景技术

放射治疗是指利用放射源产生X射线、质子、重离子等对肿瘤进行辐照损伤，进而杀死肿瘤细胞。放射治疗作为治疗恶性肿瘤的三大手段之一，现已成为肿瘤综合治疗的重要组成部分。据国内外文献统计，肿瘤患者中有60％～70％在整个治疗过程中需要接受放疗。随着科技的进步，包括采用质子、重离子、BNCT等新型放射治疗技术的持续出现。近年来，质子、重离子肿瘤放射治疗加速器在全国甚至全球范围内蓬勃发展，得到了快速推广。但迫于质子、重离子肿瘤治疗装备占地面积大、建造成本高，普通肿瘤患者仍然难以承担的高昂的治疗费用。有数据表明：肿瘤患者需为每一个质子、重离子疗程支付高达数十万元的医疗费用。

闪光放射治疗也是近年来国际肿瘤放疗领域研究的热点，其使用超高剂量率(通常大于100Gy/s)在极短时间内将超过10Gy的全部放疗剂量注入肿瘤区域。生物体在进行闪光放射治疗后会触发闪光效应，可在不降低放疗对肿瘤治疗效果的情况下，给正常组织提供更好的保护。肿瘤组织和正常组织对射线的敏感性存在差异，使得闪光放射治疗在肿瘤的治疗上具有颠覆性的优势。

目前，闪光放射治疗研究主要依赖于常规射频电子直线加速器开展，但由于射频电子直线加速器的流强有限，在进行闪光放射治疗时，射频电子直线加速器产生的剂量和剂量率很难同时满足目前认知的能够触发闪光效应的高剂量和剂量率(这里的剂量率包括瞬时剂量率和平均剂量率)，并且但由于直线感应加速器通常仅能单次工作或者猝发输出几个脉冲，其产生的平均剂量率很低。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置及应用，该治疗装置及应用利用重复频率脉冲功率源驱动重复频率感应腔工作，驱动从热阴极电子源引出的强流脉冲电子束团至高能，整个过程能够猝发输出数百个至上千个脉冲，从而在0.1～1s产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4～10E6Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的脉冲X光，特别适合闪光X光放射肿瘤治疗。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，包括：

重频感应叠加注入器，所述重频感应叠加注入器包括阴极段、阳极段、二极管段和热阴极电子源，用于产生和引出重频强流脉冲电子束团至重频感应加速段内；

重频感应加速段，所述重频感应加速段由重频感应加速单元构成，用于加速从所述重频感应叠加注入器引出的重频强流脉冲电子束团至高能；

电子束偏转及漂移段，所述电子束偏转及漂移段用于对离开所述重频感应加速段的重频强流脉冲电子束团进行偏转并轰击旋转靶；

旋转靶，所述旋转靶用于将重频强流脉冲电子束团携带的能量转换成重频脉冲X光及其携带的能量；以及

治疗台，所述治疗台用于使患者的肿瘤位置与X光位置对中，确保将重频脉冲X射线剂量精准递送至肿瘤位置。

优选地，所述重频感应叠加注入器包括重频感应加速单元、二极管外壳以及位于所述二极管外壳内的阴极叠加杆和阳极叠加杆，所述阴极叠加杆和所述阳极叠加杆相互靠近的一端分别设置有阴极头和阳极头，所述热阴极电子源位于所述阴极头上；当所述重频感应叠加注入器段的重频感应加速单元工作时，在所述阴极头和所述阳极头之间形成重频脉冲高压电场，该脉冲高压电场从热阴极电子源中引出重频强流脉冲电子束团，重频强流脉冲电子束团通过空芯管状的阳极叠加杆后进入所述重频感应加速段。

优选地，所述重频感应加速单元包括重频方波脉冲功率源和重频感应加速腔，所述重频方波脉冲功率源作用于所述重频感应加速腔，并在该重频感应加速腔的间隙上产生重频脉冲电场，加速通过该间隙的重频强流脉冲电子束团。

优选地，所述重频感应加速段配置于所述重频感应叠加注入器与所述电子束偏转及漂移段之间，所述重频感应加速段配置有至少一个重频感应加速单元。

优选地，所述重频感应加速段与所述重频感应叠加注入器之间配置有多功能束测腔，所述多功能束测腔中配置有用于电子束流腔和电子束团位置参数的监测探头。

优选地，所述电子束偏转及漂移段用于使水平方向的重频强流脉冲电子束团发生90°偏转，成为垂直方向的重频强流脉冲电子束。

优选地，所述旋转靶与所述治疗台之间设置有X光准直及整形器，所述X光准直及整形器用于对强流脉冲电子束团打靶产生的X光进行准直及整形为适合于肿瘤治疗的X射线剂量分布。

优选地，所述重频方波脉冲功率源包括脉冲形成系统、重频充电系统和重频触发控制系统，所述脉冲形成系统用于脉冲整形产生高压脉冲，所述重频充电系统用于为所述脉冲形成系统充电，所述重频触发控制系统用于控制所述重频充电系统对所述脉冲形成系统进行充电以及用于控制所述脉冲形成系统在充电完成后进行放电，从而形成高压脉冲输出。

优选地，所述重频感应加速腔包括由外到内依次套设连接的壳体、磁芯和绝缘环，所述壳体周向配置有多个电阻接口和电缆接口，所述电缆接口通过电缆与所述重频方波脉冲功率源连接，所述电阻接口用于连接匹配电阻，所述绝缘环上形成所述重频感应加速腔的间隙。

第二方面，基于重频感应加速器在闪光X光放射肿瘤治疗装置的应用，利用重频感应加速器驱动电子源发射出的电子束团，以该电子束团打靶在0.1～1s时间内产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4～10E6 Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的重频脉冲X光。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置及应用利用重频感应加速器驱动电子源发射出的电子束团，以该电子束团打靶产生脉冲X光，从而使得该脉冲X光能够达到辐射总剂量和平均剂量率满足闪疗需求的标准，特别适合闪光X光放射肿瘤治疗；

总体而言，本发明实施例提供的肿瘤治疗装置及应用结合当前放射肿瘤治疗的需求与当前闪光放射治疗的局限性，以及直线感应加速器的“闪光”优势，提出了一种基于重复频率直线感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗思想，该技术的实现有望颠覆当前肿瘤放射治疗方式，使原本放射治疗的治疗时间从数月缩短至秒量级，明显提高医院的治疗效率，显著改善肿瘤患者的治疗体验，大大降低肿瘤患者的治疗成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的肿瘤治疗装置的结构组成原理图；

图2为本发明实施例提供的重频方波脉冲功率源的结构组成原理图；

图3为本发明实施例提供的重频感应加速腔的结构示意图。

图标：1-重频方波脉冲功率源；2-驱动电缆；3-重频感应加速腔；4-阴极叠加杆；5-二极管外壳；6-阴极头；7-热阴极电子源；8-阳极头；9-阳极叠加杆；10-电子束运动轨迹；11-多功能束测腔；12-加速段输运管道；13-转接管道；14-二极偏转磁铁；15-电子束偏转及漂移段；16-旋转靶；17-X光准直及整形器；18-脉冲X光；19-肿瘤患者；20-治疗台；21-阴极段；22-二极管段；23-阳极段；24-加速段；25-分子泵；101-电阻接口；102-电缆接口；103-壳体；104-磁芯；105-绝缘环。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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发明的限制。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参阅图1，本实施例提供的一种基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置包括重频感应叠加注入器、重频感应加速段、旋转靶16、电子束偏转及漂移段15以及治疗台20，所述重频感应叠加注入器包括阴极段、阳极段、二极管段和热阴极电子源7，用于产生和引出重频强流脉冲电子束团至重频感应加速段内；所述重频感应加速段由重频感应加速单元构成，用于加速从所述重频感应叠加注入器引出的重频强流脉冲电子束团至高能。

以上原理是：在热阴极电子源7处配置直线感应加速器便能够实现利用放射源产生X射线对肿瘤进行辐照损伤，进而杀死肿瘤细胞。考虑到一般的直线感应加速器通常仅能单次工作或者猝发输出几个脉冲，其产生的平均剂量率很低。为应对该问题，本发明的实施例采用重频感应加速器来产生kHz～10kHz的重复频率高压脉冲。

具体而言，所述重频感应加速器包括重频方波脉冲功率源1和重频感应加速腔3，所述重频方波脉冲功率源1(通过驱动电缆2)作用重频感应加速腔3并在该重频感应加速腔3的间隙产生重频方波高压脉冲，再驱动热阴极电子源7发射出来的强流脉冲电子束团，即所述热阴极电子源7用于发射强流脉冲电子束团至重频感应加速腔3内。其中，重频方波脉冲功率源1采用采用kHz～10kHz脉冲功率源，即能够产生kHz～10kHz的重复频率的脉冲高压驱动重频感应加速腔2，重频感应加速腔2将脉冲高压传输到感应加速间隙上，从而驱动从热阴极电子源7发射出来的强流脉冲电子束团至高能。

所述电子束偏转及漂移段15用于对离开重频感应加速腔3内的强流脉冲电子束团进行偏转并轰击旋转靶16；所述旋转靶16用于将强流脉冲电子束团携带的能量转换成X光及其携带的能量；所述治疗台20用于使放射治疗处与X光位置对中，即治疗台20主要用于肿瘤患者19固定和肿瘤与X光位置对中，在一些实施方式中，由于X光出光位置相对固定，为了能实现肿瘤区域和X光出光孔精准对中，可将治疗台20设计成可360°旋转和水平移动的结构。

通过以上以技术方案，该装置利用重频方波脉冲功率源1驱动重频感应加速腔3工作，再驱动从热阴极电子源7发射出来的强流脉冲电子束团至高能，高能强流脉冲电子束再经过电子束偏转及漂移段15被改变方向后，轰击旋转靶16产生高剂量及高瞬时剂量率的脉冲X光，从而对平躺在治疗台20上的肿瘤患者19的肿瘤部位进行精准治疗。其中，重频感应加速器的重复频率1～10kHz可调，强流脉冲电子束团的能量1～10MeV可选及其流强数十A至kA级可选，从而在0.1～1s时间内可以在肿瘤区产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4-10E6Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的脉冲X光，这种参数的脉冲X光18特别适合闪光放射治疗肿瘤。

在一些实施方式中，所述旋转靶16与所述治疗台20之间设置有X光准直及整形器17，所述X光准直及整形器17用于对强流脉冲电子束团打靶产生的具有一定空间分布的X光进行准直及整形，仅保留肿瘤治疗所需的形状和大小等参数的脉冲X光18通过准直孔，脉冲X光18通过准直器屏蔽选择整形后，从而对平躺在治疗台20上的患者的肿瘤部位进行精准治疗。

请再次参阅图1，所述感应叠加注入器主要是用于形成电场并结合热阴极电子源7引出电子束团，具体而言，所述感应叠加注入器包括二极管外壳5以及位于二极管外壳5内的阴极叠加杆4和阳极叠加杆9，所述阴极叠加杆4和阳极叠加杆9相互靠近的一端分别设置有阴极头6和阳极头8，阴极头6和阳极头8之间具备形成电场的间隙，所述热阴极电子源7位于阴极头6和阳极头8之间(例如在阴极头6上)，以在二极管外壳5内形成引出电子束团的二极管电场。通过以上技术方案，布局在感应叠加注入器的感应腔产生的脉冲电压叠加到阴极叠加杆4和阳极叠加杆9上，并经阴极头6和阳极头8的整形，在二极管外壳5内产生引出电子束的所需的二极管电场。

在一具体的实施方式中，为了使重频感应加速腔3产生的脉冲电压更好地作用阴极叠加杆4和阳极叠加杆9，二极管外壳5的阴极端和阳极端分别配置有重频感应加速器，重频感应加速器的重频感应加速腔3包覆该二极管外壳5的阴极端和阳极端，位于二极管外壳5的阴极端和阳极端内的阴极叠加杆4和阳极叠加杆9也位于重频感应加速腔3内。即整个阴极叠加杆4、二极管外壳5的阴极端及相应位置的的重频感应加速器构成阴极段21；整个阳极叠加杆9、二极管外壳5的阳极端及相应位置的的重频感应加速器构成阳极段23；阴极头6、阳极头8以及二极管外壳5中部构成二极管段22，从而使得在阴极头6处的热阴极电子源7发射出来的电子束团能够被充分激发至高能，以便于在猝发输出数百个至上千个脉冲情况下(感应腔间隙电压通过阴阳极叠加杆将电压逐级叠加到二极管间隙上，在二极管间隙上产生MV量级的脉冲高压)，从而将数十至kA级的强流脉冲电子束从热阴极电子源7引出。

在以上方案的基础上，所述重频感应加速段(以下简称加速段24)配置于所述重频感应叠加注入器与所述电子束偏转及漂移段15之间，所述重频感应加速段配置有至少一个重频感应加速单元。即表示所述加速段24配置于感应叠加注入器与电子束偏转及漂移段15之间，所述加速段24的加速输运管道12上配置有至少一个重频感应加速单元。通过以上技术方案，引出后的强流脉冲电子束进入加速段24，被加速段24的感应腔间隙电压进一步加速，通过改变加速段24的数目和调节工作电压的方式，实现电子束的能量1～10MeV可调。需要说明的是感应叠加注入器和加速段24所使用加速腔的数目依据需要达到的设计能量来确定，即根据需要引出电子束能量的高低以及加速电子束至所需能量，选择相应数量的重频感应加速单元，合理选择该加速器的数目，并将多个加速器直线串接即可。

此外，所述加速段24与感应叠加注入器之间配置有多功能束测腔11，所述多功能束测腔11中配置有用于电子束流强和电子束团位置参数的监测探头，即顺着电子束运动轨迹10，在感应叠加注入器引出后的强流脉冲电子束通过多功能束测腔11后再进入加速段24，其中，多功能束测腔11主要用于安放监测脉冲电子束的各种探头，实现对电子束流强、位置等参数的测量。在一些实施方式中，所述多功能束测腔11还配置有分子泵25，确保电子束在高真空度的环境下无损传输。同样在一些实施方式中，所述加速段24与电子束偏转及漂移段15之间通过转接管道12连接，所述转接管道12上配置有分子泵25，能够确保电子束在高真空度的环境下无损传输。具体而言，所述电子束偏转及漂移段15内配置有二极偏转磁铁，电子束偏转及漂移段15用于使水平方向的重频强流脉冲电子束团发生90°偏转，成为垂直方向的重频强流脉冲电子束，在该电子束偏转及漂移段15也配置有分子泵25。

由于直线感应加速器依靠强大的脉冲峰值功率，可以轻松产生高剂量及高瞬时剂量率的脉冲X光18，由重频方波脉冲功率源驱动，因此直线感应加速器可以以连续重复频率运行。当1～10MeV的直线感应加速器以最高达10kHz的高重复频率工作，猝发输出数百个至上千个脉冲时，就可以在0.1～1s产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4-10E6Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的脉冲X光18。这就需要在直线感应加速器形成重复频率的高压脉冲，为了达到上述参数或更高参数。重频方波脉冲功率源1驱动重频感应加速腔13，并在感应腔次级上产生脉冲电压，这样一组重频方波脉冲功率源1和重频感应加速腔13构成一个加速单元，每个重频感应加速段可以包括多个上述的加速单元，例如由数十至数百个相同的加速单元的积木式累加。

以单个加速单元为例展开说明，所述重频方波脉冲功率源1包括脉冲形成系统、重频充电系统和重频触发控制系统，所述脉冲形成系统用于脉冲整形产生高压脉冲，所述重频充电系统用于为所述脉冲形成系统充电，所述重频触发控制系统用于控制所述重频充电系统对所述脉冲形成系统进行充电以及用于控制所述脉冲形成系统在充电完成后进行放电，从而形成所述高压脉冲。以上方案即表示重频方波脉冲功率源主要由脉冲形成系统、重频充电系统、重频触发控制系统等构成，通过以上信号连接与作用关系，可猝发输出一定数量的重频达10kHz、幅值数十kV的方波高压脉冲，具备连续输出重频达10kHz、幅值数十kV的方波高压脉冲的能力。

具体请参阅图2，在一些实施方式中，所述脉冲形成系统包括氢闸流管和三同轴电缆脉冲形成线(例如可卷绕三同轴Blumlein脉冲形成线)，所述三同轴电缆脉冲形成线(可以参见我们此前的公开技术：CN114373570A)的中间导体在开关端与氢闸流管的阳极连接，所述三同轴电缆脉冲形成线的外导体在开关端与氢闸流管的阴极连接，所述三同轴电缆脉冲形成线的内导体在负载端与所述重频感应加速腔的高压端连接，所述三同轴电缆脉冲形成线的外导体还与所述重频感应加速腔的地端连接；所述氢闸流管的栅极与所述重频触发控制系统连接，所述氢闸流管的栅极与所述重频触发控制系统连接，所述重频充电系统的高压输出与所述三同轴电缆脉冲形成线的中间导体连接，所述重频充电系统的接地输出与所述三同轴电缆脉冲形成线的外导体连接，通过以上技术方案能够在三同轴电缆脉冲形成线输出高压脉冲。

在以上方案的基础上，所述重频充电系统包括直流电源、直流充电限流电阻、高压储能电容、可关断开关以及充电限流和放电隔离模块，所述直流电源与重频触发控制系统连接，所述直流电源通过所述直流充电限流电阻对所述高压储能电容直流充电，所述高压储能电容通过所述充电限流和放电隔离模块实现所述脉冲形成系统的脉冲充电，所述可关断开关用于实现所述高压储能电容与所述脉冲形成系统之间的开、关连接，且所述可关断开关与所述重频触发控制系统连接。在所述可关断开关之后连接所述充电限流和放电隔离模块，用于实现在充电时该充电限流和放电隔离模块起限流作用，在放电时该充电限流和放电隔离模块起隔离保护作用。

此外，所述重频触发控制系统包括控制模块、信号发生器模块、光电隔离模块、氢闸流管栅极触发模块和氢闸流管加热模块，所述氢闸流管加热模块的输出与所述氢闸流管的热阴极和氢储存器连接，用于实现对所述氢闸流管的预热；所述氢闸流管栅极触发模块的输出与所述氢闸流管栅极连接，用于实现对所述氢闸流管的触发导通；所述控制模块生成三路信号，其中第一路信号与所述氢闸流管加热模块连接，用于控制氢闸流管的预热；第二路信号与所述重频充电系统连接，用于控制重频充电系统充电输出；第三路信号通过所述信号发生器模块和所述光电隔离模块与所述氢闸流管栅极触发模块连接，用于控制所述氢闸流管栅极触发模块输出。具体而言，所述控制模块使直流电源通过充电限流电阻对高压储能电容充电，然后控制模块使信号发生器产生两路触发信号，两路触发信号经光电隔离模块的“电光+光电”转换后，一路信号触发可关断开关导通，此时高压储能电容开始通过充电限流和放电隔离模块对三同轴电缆脉冲形成线进行充电，当充电至电压最大幅值时，控制模块使可关断开关断开充电回路，与此同时，信号发生器产生的另外一路信号使氢闸流管栅极触发模块工作，并触发氢闸流管导通。

在一些实施方式中，请参阅图3，所述重频感应加速腔包括由外到内依次套设连接的壳体103、磁芯104(例如铁氧体磁芯、非晶磁芯和纳米晶磁芯等常见磁性材料)和绝缘环105，所述壳体103周向配置有多个电阻接口101和电缆接口102(例如4个电阻接口、8个电缆接口)，所述电缆接口102通过电缆与重频方波脉冲功率源1连接，所述电阻接口101用于连接匹配电阻，所述绝缘环105上形成重频感应加速腔3的间隙。

该加速单元的工作流程如下：1、控制模块使氢闸流管加热模块对氢闸流管3进行预热；2、控制模块使直流电源通过充电限流电阻对高压储能电容充电；3、控制模块使信号发生器模块产生两路触发信号，两路触发信号经光电隔离模块的“电光+光电”转换后，一路信号触发可关断开关导通，此时高压储能电容开始通过充电限流和放电隔离模块对三同轴电缆脉冲形成线4进行充电。当充电至电压最大幅值时，可关断开关断开充电回路，与此同时，信号发生器模块产生的另外一路信号使氢闸流管栅极触发模块工作，并触发氢闸流管3导通；4、当氢闸流管3导通后，氢闸流管3驱动三同轴电缆脉冲形成线4工作，在负载上产生需要的脉冲方波高压。由于脉冲形成系统、充电系统、触发和控制系统均具有10kHz重频功能，因此，当直流电源输出数十kV的高压时，该重频方波脉冲功率源可猝发输出一定数量的重频达10kHz、幅值数十kV的方波高压脉冲串，具备连续输出重频达10kHz、幅值数十kV的方波脉冲高压的能力。

本实施例还提供了一种基于重频感应加速器在闪光X光放射肿瘤治疗装置的应用，其利用重频感应加速器驱动电子源发射出的电子束团，以该电子束团打靶在0.1～1s时间内产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4～10E6 Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的重频脉冲X光。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。

Claims (7)

1.基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，包括：

重频感应叠加注入器，所述重频感应叠加注入器包括阴极段、阳极段、二极管段和热阴极电子源，用于产生和引出重频强流脉冲电子束团至重频感应加速段内；

重频感应加速段，所述重频感应加速段由重频感应加速单元构成，用于加速从所述重频感应叠加注入器引出的重频强流脉冲电子束团至高能；

所述重频感应叠加注入器包括重频感应加速单元、二极管外壳以及位于所述二极管外壳内的阴极叠加杆和阳极叠加杆；

所述阴极叠加杆和所述阳极叠加杆相互靠近的一端分别设置有阴极头和阳极头，所述热阴极电子源位于所述阴极头上；

所述二极管外壳的阴极端和阳极端分别配置有重频感应加速单元，所述重频感应加速单元的重频感应加速腔包覆该二极管外壳的阴极端和阳极端，位于所述二极管外壳的阴极端和阳极端内的阴极叠加杆和阳极叠加杆也位于重频感应加速腔内；

即整个阴极叠加杆、二极管外壳的阴极端及相应位置的重频感应加速单元构成阴极段；

整个阳极叠加杆、二极管外壳的阳极端及相应位置的重频感应加速单元构成阳极段；

阴极头、阳极头以及二极管外壳中部构成二极管段；

当所述重频感应叠加注入器段的重频感应加速单元工作时，在所述阴极头和所述阳极头之间形成重频脉冲高压电场，该脉冲高压电场从热阴极电子源中引出重频强流脉冲电子束团，重频强流脉冲电子束团通过空芯管状的阳极叠加杆后进入所述重频感应加速段；

所述重频感应加速单元包括重频方波脉冲功率源和重频感应加速腔，所述重频方波脉冲功率源作用于所述重频感应加速腔，并在该重频感应加速腔的间隙上产生重频脉冲电场，加速通过该间隙的重频强流脉冲电子束团；

所述重频感应加速腔包括由外到内依次套设连接的壳体、磁芯和绝缘环，所述壳体周向配置有多个电阻接口和电缆接口，所述电缆接口通过电缆与所述重频方波脉冲功率源连接，所述电阻接口用于连接匹配电阻，所述绝缘环上形成所述重频感应加速腔的间隙；

电子束偏转及漂移段，所述电子束偏转及漂移段用于对离开所述重频感应加速段的重频强流脉冲电子束团进行偏转并轰击旋转靶；

旋转靶，所述旋转靶用于将重频强流脉冲电子束团携带的能量转换成重频脉冲X光及其携带的能量；以及

治疗台，所述治疗台用于使患者的肿瘤位置与X光位置对中，确保将重频脉冲X射线剂量精准递送至肿瘤位置。

2.根据权利要求1所述的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，所述重频感应加速段配置于所述重频感应叠加注入器与所述电子束偏转及漂移段之间，所述重频感应加速段配置有至少一个重频感应加速单元。

3.根据权利要求1所述的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，所述重频感应加速段与所述重频感应叠加注入器之间配置有多功能束测腔，所述多功能束测腔中配置有用于电子束流腔和电子束团位置参数的监测探头。

4.根据权利要求1所述的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，所述电子束偏转及漂移段用于使水平方向的重频强流脉冲电子束团发生90°偏转，成为垂直方向的重频强流脉冲电子束。

5.根据权利要求1所述的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，所述旋转靶与所述治疗台之间设置有X光准直及整形器，所述X光准直及整形器用于对强流脉冲电子束团打靶产生的X光进行准直及整形为适合于肿瘤治疗的X射线剂量分布。

6.根据权利要求1所述的基于重频感应加速器的闪光X光放射肿瘤治疗装置，其特征在于，所述重频方波脉冲功率源包括脉冲形成系统、重频充电系统和重频触发控制系统，所述脉冲形成系统用于脉冲整形产生高压脉冲，所述重频充电系统用于为所述脉冲形成系统充电，所述重频触发控制系统用于控制所述重频充电系统对所述脉冲形成系统进行充电以及用于控制所述脉冲形成系统在充电完成后进行放电，从而形成高压脉冲输出。

7.基于重频感应加速器在闪光X光放射肿瘤治疗装置的应用，其特征在于，利用重频感应加速器驱动电子源发射出的电子束团，以该电子束团打靶在0.1～1s时间内产生总剂量大于10Gy、瞬时剂量率10E4～10E6Gy/s、平均剂量率大于100Gy/s的重频脉冲X光。