用于直線加速器的電子源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電子槍(12)，其包括用于生成電子的陰極(20)；陽極(22)；位于陰極和陽極之間的中間電極(24)；以及控制器(14)。所述控制器施加電勢至所述中間電極，分析最終得到的電參數(shù)，以確定所述中間電極的完整性；并且控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
【專利說明】用于直線加速器的電子源發(fā)明領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子源，特別是涉及供直線加速器和放射治療系統(tǒng)之用的電子源。
【背景技術(shù)】
[0002]在三極管槍電子源中，為了控制來自電子槍的電子流，柵格放置在電子源(陰極)和加速電極(陽極)之間。這種電子源的一般原理是:電子從陰極釋放出來，并且朝向陽極加速，同時通常還被聚焦為波束。柵格被充電到電勢，所述電勢對電子具有減速(并且因此控制)的效果。
[0003]電子源具有很多用途。其中一種用途是放射治療。在該應(yīng)用中，電子源將電子注入直線加速器中，所述直線加速器將電子加速到相對論性速度(并且因此治療能量)。在一種治療模式中，電子本身被朝向患者的目標(biāo)區(qū)域?qū)?。這種被稱作電子治療的治療，可用于治療患者表面上或者附近的治療目標(biāo)?？商鎿Q地，電子可被朝向X射線靶導(dǎo)向，生成治療X射線，其可被聚焦為波束并且朝向目標(biāo)區(qū)域?qū)?。放射治療系統(tǒng)可被設(shè)計成輸送電子或者X射線放射治療，并且實際上某些系統(tǒng)能夠根據(jù)需要有選擇性地輸送這兩種治療模式(諸如PCT申請?zhí)朠CT/GB2009/001217中所描述的)。
[0004]人類或者動物的組織暴露于離子輻射(即電子、X射線等)將殺滅因此暴露的細(xì)胞。在放射治療中，這一原理被使用，以便殺死特定目標(biāo)的細(xì)胞(例如癌細(xì)胞)。然而，輻射還能影響鄰近的、健康的組織，并且因此重要的研究集中在這樣的目標(biāo)，即最小化輸送到健康組織的劑量(例如通過適當(dāng)?shù)厮茉煲约翱刂戚椛洳ㄊ?并且在治療期間確保患者的安全。
[0005]顯然，電子源是任何放射治療系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，并且因此當(dāng)作為一個整體評估放射治療系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)考慮其安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明人已經(jīng)意識到，常規(guī)的三極管電子槍具有瑕疵，其可導(dǎo)致到達患者的大劑量的不可控的輻射。如上所述，常規(guī)的三極管電子槍具有電子源(陰極)、加速電極(陽極)以及定位于其二者之間的中間電極(柵格)。柵格被保持在電勢，以控制從陰極到達陽極并且來自電子槍的電子流。
[0007]如果到柵格的連接失敗(例如，如果其變?yōu)殚_路)，則其電壓將缺省為陰極和陽極之間的等電勢線的值。在此電壓下，電子槍未有效控制，并且將全部的電子流輸送到加速器結(jié)構(gòu)中。特別是在電子治療期間，這將導(dǎo)致對患者的大的劑量，甚至來自于電子的單個脈沖。每個脈沖的劑量可上升達300倍。
[0008]因此，在本發(fā)明的一個方面中，提供有一種直線加速器，其包括加速器結(jié)構(gòu)，所述加速器結(jié)構(gòu)具有電子注入點并且限定了來自所述電子注入點的電子流通路；電子槍，所述電子槍用于在電子注入點向加速器結(jié)構(gòu)注入電子，所述電子槍包括:陰極，所述陰極用于生成電子；陽極；以及中間電極，所述中間電極位于陰極和陽極之間；微波源，所述微波源可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu)；以及控制器，所述控制器適配于:施加電勢至所述中間電極，并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的；并且控制電子槍以及微波源，以分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖，定時使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。
[0009]最終得到的電參數(shù)可以是對中間電極充電到特定電勢所需的電流。例如，控制器可適配于將測量的電流值與閾值比較，并且如果測量的電流值超過閾值，則確定中間電極是起作用的。
[0010]在可替換的實施例中，控制器適配于向所述中間電極施加交流電壓。在那種情況下，控制器可進一步測量由交流電壓引起的紋波電流；將紋波電流與閾值比較；并且如果所述紋波電流超過閾值，則確定中間電極是起作用的。
[0011]如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的那樣，電子槍的陽極可形成加速結(jié)構(gòu)的一部分(即“陽極”是該結(jié)構(gòu)的第一加速單元)。
[0012]本發(fā)明已經(jīng)應(yīng)用在直線加速器，如上所述。然而，在這里闡述的原理也同樣更普遍地應(yīng)用于電子槍。因此，在本發(fā)明的另外的方面，提供由一種電子槍，所述電子槍包括用于生成電子的陰極；陽極；以及位于陰極和陽極之間的中間電極；以及控制器，所述控制器適配于:施加電勢至所述中間電極，并且分析最終得到的電參數(shù)，以確定所述中間電極的完整性；并且控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]現(xiàn)在將參考附圖、借助于示例來描述本發(fā)明的實施例，在所述附圖中:
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的直線加速器和電子槍；以及
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的直線加速器(Iinac) 10的示意圖。如在該領(lǐng)域中常規(guī)的那樣，直線加速器10包括電子源12 (也稱作電子槍)、加速器結(jié)構(gòu)18、微波源16，以及控制器14，所述控制器14通?？刂浦本€加速器10的操作，特別情況下還控制電子源和微波源
12、16的操作。
[0017]微波源16可以是適于該目的的任何設(shè)備，諸如例如磁控管或者速調(diào)管(klystron)。在操作中,控制器14可控制微波源16的操作以沿著加速器結(jié)構(gòu)18發(fā)出脈沖或者RF功率。
[0018]電子源12可通過控制器14控制，以向加速器結(jié)構(gòu)18注入電子脈沖，并且常規(guī)使用中，這些電子脈沖是定時的，以與微波脈沖一致。加速器結(jié)構(gòu)包括多個鏈接的加速單元(未圖示)，通過這些加速單元限定電子流通路。微波信號同樣沿著加速器結(jié)構(gòu)傳輸，從而導(dǎo)致電磁駐波。由于電子以相對論性速度通過加速器結(jié)構(gòu)，可以控制微波和電子脈沖的定時，使得電子在每一個單元“看見”正的加速電勢。這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的，并且在諸如W0-A-99/40759，W0-A-01/11928以及W0-A-2006/097697之類的申請中更加詳細(xì)地描述。
[0019]電子源12具有三極管結(jié)構(gòu)。也就是說，它包括一個陰極20，所述陰極20可被加熱或者冷卻，電子從所述陰極20被釋放出來。陽極22朝著加速器結(jié)構(gòu)18加速電子。在圖示的實施例中(其中電子源被采用在直線加速器10中)，陽極22實際上可以是加速器結(jié)構(gòu)18的一部分(例如，第一加速單元)。聚焦的電極26被定位在來自陰極20的電子流周圍，使得電子聚焦為適于在加速器結(jié)構(gòu)18中加速的波束。
[0020]中間電極24，也叫做電子?xùn)鸥?，定位在陰極和陽極之間。在使用中，中間電極24通常保持在這樣的電勢，所述這樣的電勢使朝向陽極的電子的加速運動減速。通過這樣的方式，到加速器結(jié)構(gòu)的來自電子源12的電子流能夠被控制。
[0021]控制器14包括至少一個電壓源28，其驅(qū)動每一個電極至操作需要的電勢。為了發(fā)出電子的脈沖，可使用若干過程，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟知的那樣。例如，通過由加熱線圈或者激光脈沖(激光沒有圖示)的加熱，陰極20可被誘導(dǎo)以產(chǎn)生自由電子。一旦在這種狀態(tài)中，陰極20可保持在高度負(fù)的電勢，并且在中間電極24上施加足夠電壓的負(fù)的偏置，以在陰極區(qū)域控制電子。中間電極24接著從其最初的電勢脈沖調(diào)節(jié)到較小的負(fù)電壓，從而導(dǎo)致從陰極釋放出的相應(yīng)的電子脈沖?？商鎿Q地，陰極20本身可被脈沖調(diào)制為較大的負(fù)電壓。
[0022]然而，如對于所有的設(shè)備那樣，在硬件超時中或者在生產(chǎn)期間，都有可能發(fā)生缺陷。如果中間電極24與其驅(qū)動電壓源之間的連接中發(fā)生這種缺陷，則該電極變?yōu)殚_路，并且其電壓缺省為陰極和陽極之間的等電勢線上的值。在這樣的配置中，中間電極對于無論什么沒有減速效果，并且電子的猛烈增加的劑量從電子源12釋放到加速器結(jié)構(gòu)16，并且潛在地到患者。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制器14包括用于測定中間電極24的完整性的裝置30 (也就是，其是否起作用)，并且特別是其是否正確地連接至其電壓源28。
[0024]在一個實施例中，裝置30通過測量將中間電極充電至其需要的電勢所需的電流，并且將該電流與閾值比較，來檢查中間電極24是否正確地起作用。如果該電流超過閾值(也就是需要相對大量的電流)，則中間電極正確地起作用。如果該電流低于閾值(也就是需要相對小量的電流)，則中間電極可能變?yōu)閺碾妷涸?8斷開連接。
[0025]在可替換的實施例中，裝置30通過在中間電極上施加小的交流電壓(可能疊加到直流電壓上)，并且測量最終得到的紋波電流，來檢測中間電極24是否正確地起作用。如果該電流超過閾值(也就是測量到相對大量的電流值)，則中間電極正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是測量到相對小量的電流值或者零電流)，那么中間電極可能變?yōu)閺碾妷涸?8斷開連接，因為沒有電容效應(yīng)。
[0026]在任一實施例中，一旦探測到故障，電子源12和/或直線加速器10作為一個整體可被去激活，以確保使用者和患者的安全。
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖。在步驟102中，控制器發(fā)送電信號至中間電極以檢查其完整性。如上文所述，電信號可以是小的交流電壓，或者設(shè)計對中間電極24充電至所需電勢的直流電壓。
[0028]在步驟104中，測量最終得到的參數(shù)。例如，在施加小的交流電壓至中間電極之處，電流表可探測紋波電流。在施加較大的、直流電壓至中間電極之處，電流表可探測在電壓源28和中間電極之間流動的電流。
[0029]在步驟106中，測得的參數(shù)與閾值比較，并且確定中間電極是否正確地起作用。例如，在施加交流電壓之處，如果電流超過閾值(也就是，測量到相對大的電流值)，則中間電極被認(rèn)為正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是，測量到相對小量的電流值或者零電流)，則中間電極被認(rèn)為是已經(jīng)停止正確地起作用。
[0030]在施加較大的、直流電壓之處，如果電流超過閾值(也就是，需要相對大量的電流)，則中間電極被認(rèn)為正確地起作用。如果電流低于閾值(也就是，需要相對小量的電流)，則中間電極被認(rèn)為是已經(jīng)停止正確地起作用。
[0031]如果中間電極被認(rèn)為起作用，則可在步驟108發(fā)出電子和微波的脈沖(也就是，電子源和直線加速器的操作可以繼續(xù))。如果中間電極被認(rèn)為已經(jīng)停止起作用，則在步驟110中暫停操作。例如，可暫停向加速器結(jié)構(gòu)18供應(yīng)微波，所以就不再將電子加速至治療能量。
[0032]根據(jù)本發(fā)明實施例的方法可只在電子源12的操作之前執(zhí)行，或者在電子源12的脈沖之間執(zhí)行。在后者的實施例中，可在每個脈沖之前檢查中間電極的完整性，從而允許直線加速器的安全性在所有時間都被確保。
[0033]本發(fā)明因而提供電子源、直線加速器以及操作兩者的方法，其確保設(shè)備的持續(xù)安全性。如這里已經(jīng)描述的那樣，通過施加電信號并且分析最終得到的電參數(shù)來檢查電子?xùn)鸥窕蛘咧虚g電極。如果檢查顯示電子?xùn)鸥褡優(yōu)閿嚅_連接或者功能失常，其操作可被暫停。
[0034]當(dāng)然可以理解的是，可以對上述實施例進行許多變形，而不偏離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種直線加速器，包括: 加速器結(jié)構(gòu)，其具有電子注入點并且限定了來自所述電子注入點的電子流通路； 電子槍，其用于在電子注入點向加速器結(jié)構(gòu)注入電子，所述電子槍包括: 1.陰極，其用于生成電子； i1.陽極；以及 ii1.中間電極，其位于陰極和陽極之間； 微波源，其可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu)；以及 控制器，其適配于: 1.施加電勢至所述中間電極，并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的；并且 ?.控制電子槍以及微波源，以分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖，定時使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線加速器，其中， 控制器適配于測量對中間電極充電至電勢所需的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線加速器，其中， 控制器適配于將所述測量的電流與閾值比較，并且如果所述測量的電流超過閾值，則確定所述中間電極是起作用的。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的直線加速器，其中， 控制器適配于施加交流電壓至所述中間電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直線加速器，其中， 控制器適配于: 測量由所述交流電壓引起的紋波電流； 將所述紋波電流與閾值比較；并且 如果所述紋波電流超過所述閾值，則確定所述中間電極是起作用的。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的直線加速器，其中， 所述陽極位于所述加速器結(jié)構(gòu)中。
7.—種電子槍,包括: 陰極，其用于生成電子； 陽極； 中間電極，其位于陰極和陽極之間；以及 控制器，其適配于: 1.施加電勢至所述中間電極，并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極的完整性；并且 ?.控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
8.—種控制電子槍的方法，所述電子槍包括用于生成電子的陰極、陽極以及位于陰極和陽極之間的中間電極，所述方法包括: 施加電勢至所述中間電極，并且分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的；并且` 控制電子槍發(fā)出電子脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括測量對中間電極充電至電勢所需的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括將所述測量的電流與閾值比較，并且如果所述測量的電流超過閾值，則確定所述中間電極是起作用的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一所述的方法，進一步包括施加交流電壓至所述中間電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括: 測量由所述交流電壓引起的紋波電流； 將所述紋波電流與閾值比較；并且 如果所述紋波電流超過所述閾值，則確定所述中間電極是起作用的。
13.一種操作直線加速器的方法，所述直線加速器包括加速器結(jié)構(gòu)、電子槍以及微波源，所述加速器結(jié)構(gòu)具有電子注入點并且限定了來自所述電子注入點的電子流通路，所述電子槍用于在電子注入點向加速器結(jié)構(gòu)注入電子，所述電子槍包括用于生成電子的陰極、陽極、以及位于陰極和陽極之間的中間電極，所述微波源可操作地連接至加速器結(jié)構(gòu)，所述方法包括: 施加電勢至所述中間電極； 分析最終得到的電參數(shù)以確定所述中間電極是否是起作用的；并且控制電子槍和微波源分別發(fā)出電子脈沖和微波脈沖，定時使得所述電子脈沖沿著電子流通路被加速。`
【文檔編號】H01J23/075GK103535119SQ201280012756
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月10日
【發(fā)明者】T·A·拉奇 申請人:伊利克塔股份有限公司