CN217160084U - 加速管、加速器和放疗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种加速管、加速器和放疗设备，涉及医疗器械技术领域，通过设置依次连通的多个加速腔，多个加速腔形成粒子通道，以供待加速粒子依次穿过多个加速腔的粒子通道，使得每个加速腔对待加速粒子都能够提供加速度。而通过耦接于相间隔的两个加速腔之间的边耦合腔和耦接于相邻两个加速腔之间的轴耦合腔，且边耦合腔和轴耦合腔错位分布，能够使加速腔对待加速粒子的加速度更大，从而使得加速管有更高的加速效率。

Description

加速管、加速器和放疗设备

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种加速管、加速器和放疗设备。

背景技术

医用直线加速器是指利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置。它能产生高能X射线和电子线，具有剂量率高，照射时间短，照射野大，剂量均匀性和稳定性好，以及半影区小等特点。

加速管是医用直线加速器的关键部件，它的作用是产生用于临床癌症治疗和成像的高能射线，通常使用加速管将电子加速至所需能量，然后输出治疗用的射线，然而，现有的加速管的加速效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种加速管、加速器和放疗设备，能够提供更高的加速效率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种加速管，包括：

依次连通的多个加速腔，多个所述加速腔形成粒子通道；所述粒子通道用于供待加速粒子依次穿过多个所述加速腔；

耦接于相间隔的两个所述加速腔之间的边耦合腔；

耦接于相邻的两个所述加速腔之间的轴耦合腔；

其中，所述边耦合腔和所述轴耦合腔错位分布。

在可选的实施方式中，间隔一个所述加速腔的两个所述加速腔之间耦接所述边耦合腔。

在可选的实施方式中，所述加速管还包括：

能量开关，设置于所述边耦合腔，用于调整与所述边耦合腔耦接的两个所述加速腔向所述待加速粒子提供的加速度。

在可选的实施方式中，所述能量开关包括调谐件，所述边耦合腔的外壁设有穿孔，所述调谐件密封地穿设于所述穿孔，且能够沿所述穿孔的轴向移动，通过调整伸入所述边耦合腔内的长度，以调整与所述边耦合腔耦接的两个所述加速腔向所述待加速粒子提供的加速度。

在可选的实施方式中，所述能量开关还包括驱动件，所述驱动件的输出端与所述调谐件连接，以带动所述调谐件沿所述穿孔的轴向移动。

在可选的实施方式中，所述能量开关还包括密封件，所述密封件设置于所述边耦合腔的外壁，用于密封所述穿孔。

在可选的实施方式中，所述调谐件与所述密封件朝向耦合腔内的一侧连接；所述密封件为柔性材质，能够随着所述调谐件的轴向移动而产生形变。

在可选的实施方式中，所述能量开关还包括驱动件；

所述驱动件的输出端与所述密封件背向所述边耦合腔内的一侧连接，以带动所述调谐件沿所述穿孔的轴向移动。

第二方面，本实用新型实施例提供一种加速器，包括如前述实施方式任一项所述的加速管。

第三方面，本实用新型实施例提供一种放疗设备，包括如前述实施方式所述的加速器。

本实用新型实施例提供了一种加速管、加速器和放疗设备，通过设置依次连通的多个加速腔，多个加速腔形成粒子通道，以供待加速粒子依次穿过多个加速腔的粒子通道，使得每个加速腔对待加速粒子都能够提供加速度。而通过耦接于相间隔的两个加速腔之间的边耦合腔和耦接于相邻两个加速腔之间的轴耦合腔，且边耦合腔和轴耦合腔错位分布，能够使加速腔对待加速粒子的加速度更大，从而使得加速管有更高的加速效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型实施例加速管的示意图；

图2为本实用新型实施例调谐件、密封件与边耦合腔的组合示意图之一；

图3为本实用新型实施例调谐件、密封件与边耦合腔的组合示意图之二。

图标：10-第一加速腔；11-第二加速腔；12-第三加速腔；13-第四加速腔；14-第五加速腔；20-边耦合腔；201-调谐件；205-密封件；2050-第一端；2052-第二端；30-第一轴耦合腔；40-第二轴耦合腔；50-粒子通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型实施例提供了一种加速器，该加速器包括：微波源、电子枪、靶组件和加速管。电子枪是加速管的电子注入器，其能够发射出具有一定能量、一定流强、一定束流直径以及一定发射角的待加速粒子。

加速管可以是驻波加速管，其一端用于与电子枪连接，另一端用于与靶组件连接，微波源用于向加速管提供电场，以使得电子枪射出的待加速粒子经过加速管加速后射出的高速粒子束撞击到靶组件上而产生放射束。其中，靶组件可以包括钨靶。靶组件可以是光子靶或电子靶，因此经加速管加速后射出的高能粒子束撞击到靶组件上形成的放射束可以是光子束或电子束。

可以理解的是，加速管也可以不连接靶组件而直接以加速管加速后的粒子束来进行成像或治疗也是可行的。

该加速管还连接诸如真空泵的真空源以使加速管内部形成真空环境，另外，该加速管还通过加速腔的波导耦合口与包括诸如磁控管和波导的微波系统耦接以使微波能量馈入到加速管内以形成电场，进一步地，该加速管的周围还可以布置有束流元件，诸如磁铁等，以使加速管内的待加速粒子按照预设路径行进。

请参考图1，加速管包括边耦合腔20、轴耦合腔和多个加速腔。多个加速腔依次连通，多个加速腔形成粒子通道50，该粒子通道50用于供待加速粒子依次穿过多个加速腔，从而每个加速腔对待加速粒子都能够提供加速度。边耦合腔20耦接于相间隔的两个加速腔之间。轴耦合腔耦接于相邻的两个加速腔之间。且边耦合腔20和轴耦合腔错位分布，能够使得加速腔对待加速粒子的加速度更大，从而使得加速管有更高的加速效率。

其中，轴耦合腔和边耦合腔20呈错位分布，是指轴耦合腔和边耦合腔20在待加速粒子的行进方向上不交叠，也即与边耦合腔20耦接的两个加速腔之间的区域未耦接轴耦合腔。

加速腔的具体个数在本实施例中并不进行限制，例如，图1示出了五个加速腔依次排列，多个加速腔包括沿着依次连通的第一加速腔10、第二加速腔11、第三加速腔12、第四加速腔13和第五加速腔14，第一加速腔10、第二加速腔11、第三加速腔12、第四加速腔13和第五加速腔14形成粒子通道50，第一加速腔10可以与电子枪耦接，第五加速腔14可以与靶组件耦接，从而在电子枪射出待加速粒子后，待加速粒子通过粒子通道50依次经第一加速腔10、第二加速腔11、第三加速腔12、第四加速腔13和第五加速腔14加速后，再打击在靶组件上形成放射束。

进一步的，间隔一个加速腔的两个加速腔之间耦接边耦合腔20，即耦接边耦合腔20的两个加速腔之间耦接有一个加速腔。例如，图1示出了在第一加速器和第三加速器之间耦接边耦合腔20。轴耦合腔包括第一轴耦合腔30和第二轴耦合腔40，第一轴耦合腔30耦接于第三加速腔12与第四加速腔13之间，第二轴耦合腔40耦接于第四加速腔13与第五加速腔14之轴之间，即轴耦合腔既可以耦接于第三加速腔12与第四加速腔13之间，也可以耦接于第四加速腔13和第五加速腔14之间。

当然，在一些实施例中，也可以是耦接有边耦合的两个加速腔之间具有两个以上的加速腔，也就是说，耦接有边耦合的两个加速腔之间具有多少个加速腔在本申请中不做具体限制。

需要说明的是，由于在一些实施例中，加速管并不仅限于图1中所示的五个加速腔，因此加速管可以包括多个边耦合腔20和多个轴耦合腔，只要满足边耦合腔20和轴耦合腔在待加速粒子的行进方向上错位分布即可。

需要说明的是，现有技术中临床治疗时利用keV级射线进行医学成像，利用MeV级射线进行放射治疗。然而，由于现有技术中是采用两套射线系统分别输出KeV级射线和MeV级射线以进行成像和治疗，两套系统由于不同源、坐标不同等原因，会导致对治疗过程中的误差，无法精确地对病患进行放疗，另外两套射线系统也导致成本高昂。

在本实施例中，加速管还包括能量开关，能量开关设置于边耦合腔20，用于调节与边耦合腔20耦接的两个加速腔向待加速粒子提供的加速度，从而使得待加速粒子经过加速管加速后输出具有不同能量的粒子束，以通过一个加速管实现既可以输出keV级射线进行医学成像，又可以输出MeV级射线进行放射治疗，其中，在输出keV级射线时，也可以输出多个能量段的keV级射线；在输出MeV级射线时，也可以输出多个能量段的MeV级射线。从而可以改善了现有技术中由于设置两套射线系统导致的治疗过程中存在误差，无法精准地对病患放疗的缺陷，能够更为精准地对病患进行放疗，同时也降低了成本。

以驻波加速管为例介绍本实施例加速管的工作原理，微波源向加速管提供类型为驻波的电场，电场在任一加速腔中的值在正向最大值和负向最大值之间振荡。示例性地，在某一时刻，电场的值在第一加速腔10中为正，在第二加速腔11中为负，在第三加速腔12中为正，第四加速腔13中为负，在第五加速腔14中为正，以此类推。因此，电场在各加速腔中具有交变的极性。加速腔的尺寸和电场的频率有关，使得待加速经过粒子通道50从一个加速腔运动至另一个加速腔时，电场完成半周期。例如，当待加速粒子到达第一加速腔10时，第一加速腔10的电场为正值，当待加速粒子到达第二加速腔11时，第二加速腔11中的电场为正值，因而，当待加速粒子经过每一个加速腔时，该加速腔的电场均为正值，因此待加速粒子在每一个加速腔中都能够获得能量。

由此，当能量开关工作于第一工作模式时，腔间耦合系数不变，在待加速粒子的行进方向上，与边耦合腔20耦接的两个加速腔中位于下游的加速腔和位于上游的加速腔具有相同强度的电场，从而边耦合腔20耦接的两个加速腔分别向待加速粒子提供的加速度相等，使得经过加速管后的待加速粒子获得的能量最大，由此得到能级最大的放射束。当能量开关工作于第二工作模式时，腔间耦合系数改变，从而在待加速粒子的行进方向上，与边耦合腔20耦接的两个加速腔中位于下游的加速腔的电场的强度减小，由此在待加速粒子的行进方向上，与边耦合腔20耦接的两个加速腔中，位于下游的加速腔向待加速粒子提供的加速度小于位于上游的加速腔向待加速粒子提供的加速度，例如图1所示，待加速粒子从第一加速腔10的左侧进入，再从第五加速腔14穿出，待加速粒子的行进方向即为图示的F方向，因此第三加速腔11对待加速粒子提供的加速度即小于第一加速腔10对带加速粒子提供的加速度，以使得经过加速管后加速后的粒子获得的能量减小，从而得到能级相对较小的放射束。

在本实施例中，能量开关包括由金属材料制成的调谐件201，边耦合腔20的外壁设有穿孔，调谐件201密封地穿设于该穿孔，且能够沿穿孔的轴向移动，以通过调节伸入边耦合腔20内的长度来调节腔间耦合系数，进而改变边耦合腔20耦接的两个加速腔向待加速粒子提供的加速度，以获得不同能级的放射束。

可选的，调谐件201为杆状物或板状物以及其他形状，伸入边耦合腔20内的长度越大，位于边耦合腔20下游的加速腔的电场强度越小，从而获得的放射束的能级越小。示例性的，调谐件201伸入边耦合腔20内的长度为零，即调谐件201未伸入边耦合腔20，此时调谐件201对边耦合腔20没有干涉，腔间耦合系数保持不变，此时能量开关处于第一工作模式，待加速粒子获得的能量最大，进而输出最高档能量的放射束，例如以形成MeV级射线进行放射治疗。调谐件201伸入边耦合腔20内的长度为预设极限长度时，即调谐件201伸入边耦合腔20的长度为能够实现的最大值，此时调谐件201使得腔间耦合系数最小，此时能量开关处于第二工作模式，使得待加速粒子获得的能量最小，进而输出最低档能量的放射束，例如形成KeV级射线进行医学成像。

穿孔的轴线与待加速粒子的行进方向呈夹角进而调谐件201沿着与待加速粒子的行进方向呈夹角的方向由穿孔向边耦合腔20内移动。其中穿孔的轴线可以设置为与待加速粒子的行进方向呈直角，从而减少调谐件201的移动距离，以降低调谐件201移动所需要的能量，从而使得调谐件201通过最小的移动距离实现对能量最大范围的调节。

当然，在一些实施例中，穿孔的轴线也可以是与待加速粒子的行进方向平行，在本申请中对穿孔的轴线的具体方向不做具体限制，只要能够实现调谐件201能够改变伸入边耦合腔20内的长度即可。

需要理解的是，调谐件201的移动通常需要一个驱动件来提供动力，因此，在本实施例中，能量开关还包括驱动件，驱动件的输出端与调谐件201连接，以带动调谐件201沿穿孔的轴向移动，从而调谐件201可以从穿孔伸入边耦合腔20或者从边耦合腔20缩回穿孔。其中，驱动件可以是气缸、油缸以及电机等部件，只要是能够提供动力的元件均可。以选择气缸作为驱动件为例，气缸的活塞通过一连杆与调谐件201连接，从而通过气缸的活塞的移动来带动调谐件201沿穿孔的轴向移动。

当然，为了准确控制调谐件201的移动位置，因此可以通过设置机械限位或者传感器实现。例如，通过设置两个传感器分别用于检测调谐件201是否到达预设位置，到达预设位置后即控制驱动件停止驱动调谐件201。其中一个传感器用于检测调谐件201是否到达第一预设位置，当检测到调谐件201位于第一预设位置时，说明调谐件201伸入边耦合腔20内的长度最大，为预设极限长度，此时控制驱动件停止，从而能量开关进入第二工作模式，以输出最低档能量的放射束。另一个传感器用于检测调谐件201是否到达第二预设位置，当检测到调谐件201位于第二预设位置时，说明调谐件201伸入边耦合腔20内的长度为零，即调谐件201还未伸入边耦合腔20内，此时控制驱动件停止，从而能量开关进入第一工作模式，以输出最高档能量的放射束。

在本实施例中，能量开关还包括密封件，该密封件设置于边耦合腔20的外壁，用于密封该穿孔。进一步的，请参考图2，密封件205的第一端2050连接于边耦合腔20的外壁，且围绕于穿孔的外周缘，调谐件201穿设于密封件205内，且调谐件201背向边耦合腔20内的一端连接于密封件的第二端2052，且该密封件205为柔性材料制成，能够随着调谐件201的移动而产生形变，起到将穿孔和调谐件201之间密封的作用。其中，密封件205可以是波纹管、弹性管等管状元件，从而调谐件201背向边耦合腔20内的一端的外周缘与密封件205的第二端2052的内周缘连接，以此在调谐件201由穿孔向边耦合腔20伸入时，该密封件205缩短，在调谐件201由边耦合腔20向穿孔缩回时，该密封件205伸长。

当然，密封件205也可以是如图3所示的罩状元件，直接覆盖在穿孔外，从而驱动件的输出端通过该密封件与调谐件201连接，即驱动件的输出端连接于密封件背向边耦合腔20内的一侧，调谐件201即连接于密封件朝向边耦合腔20内的一侧，由此驱动件通过密封件带动调谐件201沿穿孔的轴向移动，密封件随着调谐件201的移动而产生相应的形变。

本实用新型实施例还提供了一种放疗设备，该放疗设备包括上述实施例的加速器和加速管，因此也具有相应的结构和技术效果，具体参照上述内容，在此不再赘述。

综上，本实用新型实施例提供了一种加速管、加速器和放疗设备，通过设置依次连通的多个加速腔，多个加速腔形成粒子通道50，以供待加速粒子依次穿过多个加速腔的粒子通道50，使得每个加速腔对待加速粒子都能够提供加速度。而通过耦接于相间隔的两个加速腔之间的边耦合腔20和耦接于相邻两个加速腔之间的轴耦合腔，且边耦合腔20和轴耦合腔错位分布，能够使加速腔对待加速粒子的加速度更大，从而使得加速管有更高的加速效率。又将能量开关设置于边耦合腔20，来调节与边耦合腔20耦接的两个加速腔向待加速粒子提供的加速度，从而使得待加速粒子经过加速管加速后输出具有不同能量的粒子束，以通过一个加速管实现既可以输出keV级射线进行医学成像，又可以输出MeV级射线进行放射治疗，从而可以改善了现有技术中由于设置两套射线系统导致的治疗过程中存在误差，无法精准地对病患放疗的缺陷，能够更为精准地对病患进行放疗，同时也降低了成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种加速管，其特征在于，包括：

依次连通的多个加速腔，多个所述加速腔形成粒子通道；所述粒子通道用于供待加速粒子依次穿过多个所述加速腔；

耦接于相间隔的两个所述加速腔之间的边耦合腔；

耦接于相邻的两个所述加速腔之间的轴耦合腔；

其中，所述边耦合腔和所述轴耦合腔错位分布。

2.根据权利要求1所述的加速管，其特征在于，间隔一个所述加速腔的两个所述加速腔之间耦接所述边耦合腔。

3.根据权利要求1所述的加速管，其特征在于，所述加速管还包括：

能量开关，设置于所述边耦合腔，用于调整与所述边耦合腔耦接的两个所述加速腔向所述待加速粒子提供的加速度。

4.根据权利要求3所述的加速管，其特征在于，所述能量开关包括调谐件，所述边耦合腔的外壁设有穿孔，所述调谐件密封地穿设于所述穿孔，且能够沿所述穿孔的轴向移动，通过调整伸入所述边耦合腔内的长度，以调整与所述边耦合腔耦接的两个所述加速腔向所述待加速粒子提供的加速度。

5.根据权利要求4所述的加速管，其特征在于，所述能量开关还包括驱动件，所述驱动件的输出端与所述调谐件连接，以带动所述调谐件沿所述穿孔的轴向移动。

6.根据权利要求4所述的加速管，其特征在于，所述能量开关还包括密封件，所述密封件设置于所述边耦合腔的外壁，用于密封所述穿孔。

7.根据权利要求6所述的加速管，其特征在于，所述调谐件与所述密封件朝向耦合腔内的一侧连接；所述密封件为柔性材质，能够随着所述调谐件的轴向移动而产生形变。

8.根据权利要求7所述的加速管，其特征在于，所述能量开关还包括驱动件；

所述驱动件的输出端与所述密封件背向所述边耦合腔内的一侧连接，以带动所述调谐件沿所述穿孔的轴向移动。

9.一种加速器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的加速管。

10.一种放疗设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的加速器。

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