[發明專利]用于在直線加速器中測量成束存在的粒子輻射的位置的方法和裝置

無效

• 申請號: 201080052548.0
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN102648423A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: S.塞特澤;M.魯夫;L-P.施米特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 任宇

本發明涉及一種用于在直線加速器中測量成束存在的粒子輻射的位置的方法和裝置。本發明還涉及一種帶有這種裝置的直線加速器。

在直線加速器中，帶電粒子在沿縱軸線方向延伸的空腔結構中借助靜止的或在空腔結構中軸向傳播的高頻電磁波加速，其電場在縱軸線的區域內與該縱軸線平行。

為了在直線加速器端部處有效地利用加速的粒子，粒子輻射相對參照點的精確位置是重要的。這種射束位置很小的變化就已經會不利地影響預計的使用。這例如出現在無損的材料檢測的設備中或在醫療上癌癥治療使用的直線加速器中。在此，借助一般具有幾兆電子伏能量的電子在目標物上產生X射線軔制輻射。在此，產生的射束斷面的特性在有些情況下可能靈敏地與電子束在目標物上的定位有關。

此外，為了在粒子加速器中測量成束存在的，所謂成扎存在的(捆束的)粒子輻射的位置已知的是，在粒子輻射的附近布置多個測量敏感元件，所謂的撿拾探針，在這些探針中產生與粒子輻射相對測量敏感元件的位置有關的電感或電容的測量信號。在這種基于電容或電感原理工作的測量敏感元件中充分利用，粒子輻射束或扎經過具有與電磁波的基礎頻率相當的頻率的測量敏感元件并且在該測量敏感元件中產生相應的高頻測量信號。若測量敏感元件和空腔的沒有空間分離，則該測量信號(有效信號)疊加到以相同頻率振蕩的、由在測量敏感元件中加速粒子的電磁波產生的基本信號上。因此，為了借助這種電容或電感式的測量敏感元件測量粒子輻射的位置，將這些測量敏感元件遠離原本的加速器區段布置，以避免不期望的耦合。然而，測量敏感元件和加速器區段的空間分離不可能在緊湊的，例如在醫療技術中使用的直線加速器中實現。

因此，本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于在直線加速器中測量成束存在的粒子輻射，尤其是電子射束的位置的方法和裝置，該裝置能夠以較少的技術耗費使用在緊湊的，例如在放射治療中用于產生高能電子的粒子加速器中。本發明所要解決的另一技術問題是，提供一種帶有這種裝置的直線加速器。

就方法而言，所述的技術問題通過具有權利要求1所述特征的方法解決。按這些特征，為了在具有空腔結構的直線加速器中測量成束存在的粒子輻射的位置，在該空腔結構中為了加速粒子產生以基礎頻率振蕩的電磁波，通過至少一個布置在空腔結構內部的測量敏感元件采集由粒子輻射通過與測量敏感元件電磁交互作用產生的、與測量敏感元件和粒子輻射之間的距離有關的電測量信號，并且在不同于基礎頻率和空腔結構高頻的固有頻率的、包括基礎頻率整數倍的頻率范圍內評估該測量信號。

現在，本發明基于這種考慮，雖然通過粒子輻射在測量敏感元件中產生的電信號的基礎頻率與造成粒子加速的電磁波的基礎頻率一致，但它們的頻譜不同。由粒子輻射產生的測量信號具有較高的、是基礎頻率整數倍的諧波頻率份額，而在直線加速器的空腔結構中較高的諧波模式下一般不是這樣。換言之，存在于空腔結構中較高的振蕩模式的固有頻率不相當于基本模式下的(基礎)頻率的整數多倍。通過在與基礎頻率和空腔結構高頻的固有頻率不同的、包括基礎頻率整數多倍的頻率范圍內評估測量信號，可以將由測量敏感元件中的粒子輻射產生的測量信號，亦即，本來的有效信號與在測量敏感元件中由空腔結構中振蕩的電磁波產生的信號分離。以這種方式，即使在測量敏感元件布置在空腔結構的內部并且由測量敏感元件中的粒子輻射產生的測量信號比由空腔結構中的電磁波產生的測量信號小若干數量級時也可以精確地確定粒子輻射的位置。因為粒子輻射位置的確定僅基于電磁交互作用實現，并且不決定性地影響粒子輻射，所以能夠在連續運行狀態下確定與額定位置的偏差，基于此，可以借助根據該偏差控制的致偏單元實施粒子輻射精確的位置修正。由此，始終可實現電子射束相對參照點的正確定位。

如果空腔結構具有多個空腔以及至少一個布置在相鄰的空腔之間的中間區域，在該中間區域中，引起加速的電磁波的場強低于在空腔中的場強，并且至少一個測量敏感元件定位在中間區域中，則可以額外減小在空腔結構內部的電磁波對測量信號的影響。

如果分別用兩個成對地彼此對置的、相對直線加速器的中軸線對稱，亦即到中軸線距離相等地布置的測量敏感元件采集測量信號，則測量精度附加地得到提高。在這種情況下，若粒子輻射偏離中軸線(額定位置)，則可以推導出不為零的差動信號。

就裝置而言，本發明所要的技術問題通過權利要求6的特征解決，這些特征按意義與在權利要求1給出的方法特征相對應。

為進一步闡述本發明參考附圖所示的實施例。在附圖中示出:

圖1是用于借助按本發明的裝置產生高能量粒子，例如電子的直線加速器的示意原理圖，