[發明專利]一種用于產生勵磁電流的掃描電源

無效

• 申請號: 201210264162.7
• 申請日: 2012-07-28
• 公開（公告）號: CN102761270A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 陳又新;周忠祖;燕宏斌;張顯來;高大慶;申萬曾;馮秀明;高亞林;吳鳳軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;A61N5/10
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

技術領域

本發明涉及重離子腫瘤治療設備技術領域，尤其是涉及一種用于產生勵磁用掃描電流的電源。

背景技術·

重離子治癌是放射治療中最新發展起來的一種方法，其工作原理是利用高能重離子束對腫瘤進行照射從而殺死腫瘤細胞。重離子束流在加速完成之后配送至治療終端時，一般都是很細的一束（又稱為筆束）。腫瘤病灶一般是無固定形狀的，但是總可以用空間三維坐標來精確描述腫瘤形狀。一般情況下Z方向定義為腫瘤深度，X和Y方向定義為腫瘤長度和寬度。為了提高治療效率，減小副作用，需要將配送系統送過來的筆束進行變換，即將束流按照被照射腫瘤的XYZ三個方向的尺寸進行控制和變換，以適應腫瘤的形狀，此過程又稱為適形。其中深度方向即Z方向控制是由束流能量決定的。X方向和Y方向控制是通過掃描系統實現的，X方向掃描磁鐵和Y方向掃描磁鐵與其勵磁電源一起組成掃描了系統。掃描磁鐵與其勵磁電流是通過考掃描系統中的掃描電源供電。

重離子腫瘤治療中一般有兩種掃描方式，一種為被動掃描，又稱為連續掃描；另外一種為主動掃描，又稱為點掃描。所謂被動掃描就是離子束流在X方向和Y方向上、在特定波形、特定頻率和特定幅度的連續磁場的控制下，在長度和寬度方向上形成一個連續的、均勻的束流平面，同時與Z方向束流能量相結合之后，使得束流在空間的分布形狀與被照射腫瘤的形狀變得一致，這樣束流只會對腫瘤產生作用，而對腫瘤之外的正常細胞和組織不造成影響。主動掃描在深度方向上與被動掃描一樣，但在長度和寬度方向上完全不同，離子束在一系列階躍脈沖磁場的控制下，在長度和寬度方向上形成一個由一系列點組成的束流平面，如果點足夠密集，則形成的束流平面也足夠均勻。兩種掃描的不同可以與在一張白紙上切出一個圓片來相比，被動掃描就像拿剪子在紙上直接剪出一個圓片，主動掃描就像拿一根針沿著一個圓圈扎出一個個眼，當眼足夠密時，也會得到圓片片。不論是被動掃描還是主動掃描，都需要磁場來控制束流的運動，掃描電源就是用來產生勵磁電流的供電系統。

掃描電源或類似裝置廣泛應用于輻照領域，包括材料輻照、生物輻照、醫療輻照等領域。醫療輻照主要有質子輻射治療裝置、電子輻射治療裝置等。在實際科研及工業應用中，都需通過掃描裝置要將一束射線或離子均勻分布于一個平面上，以便更好地發揮輻照的作用，或者方便于操作等。因此掃描電源也廣泛應用與輻照行業中。目前常用輻照用掃描電源，主要應用于電子束應用中，一般采用單方向掃描或雙方向掃描，所用波形主要是三角波、鋸齒波、正弦波等，電子質量小，因此掃描電源電流及功率都較小，且常應用于被動掃描方式。在腫瘤治療放射治療領域，電子束、質子束都是常用離子，都已有成熟產品應用于臨床中。以碳束為代表的重離子治療是近幾年才開始發展起來的一種新的放射治療方法，目前國內還未有一家醫院進行商業化的臨床應用。相比碳而言、電子和質子質量都要輕的多，其加速后的能量也要小得多。因此應用于重離子腫瘤治療的掃描電源掃描電流、功率都要大10-100倍。另外重離子治療一般有主動掃描和被動掃描兩種工作方式，兩種掃描方式完全不同，對掃描電源的要求也完全不一樣，現有做法一般是兩種電源分別實現。綜上所述，現有的用于產生勵磁電流的掃描電源存在電源功率小、電源輸出波形少，功能不完備，主動掃描與被動掃描工作模式不能一體化實現，誤差較大等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中電源功率小、電源輸出波形少，功能不完備等缺陷，提供了一種用于產生勵磁電流的掃描電源，其電源主拓撲采用了多個全橋式功率變換器串聯和并聯拓撲結構，可以有效解決現有技術中存在的缺陷。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案，所述的一種用于產生勵磁電流的掃描電源，包括功率變換器和電源控制器，其特點在于：所述的功率變換器前端與三相交流電源相連，功率變換器后端與負載相連，功率變換器為多級，多級功率變換器組成串聯和并聯結構，單級功率變換器由整流器和全橋開關變換器組成，功率變換器主要功能是對來自電網的能量功率的控制和變換，按照負載所需要的方式傳送至負載；所述的電源控制器與功率變換器相連，電源控制器由PI調節器和脈沖產生及移相模塊組成，其作用是實現電源的調節和控制，生成脈沖寬度調制信號并按照串聯級數進行錯相分配。

所述的功率變換器的全橋開關變換器由四個開關管組成，每個開關管均以脈寬調制方式工作于開關狀態；所述的功率變換器的整流器包含整流變壓器、整流橋和低頻LC濾波器，主要是為后級的全橋開關變換器提供所需直流電壓。