[發明專利]使用磁場顫振聚焦粒子束

有效

• 申請號: 201380062107.2
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN104813747B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: G.T.茲瓦特;K.P.高爾;J.V.D.蘭;C.D.奧尼爾三世;K.Y.弗蘭岑
• 申請（專利權）人: 梅維昂醫療系統股份有限公司
• 主分類號: H05H7/04
• 分類號: H05H7/04;H05H13/00;H05H13/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 曲瑩

相關申請的交叉參考

特此要求2012年9月28號提交的美國臨時申請編號61/707,572的優先權。美國臨時申請編號61/707,572的內容通過引用并入本公開。

技術領域

本公開總體涉及使用磁場顫振(magnetic field flutter)在同步回旋加速器中聚焦粒子束。

背景技術

粒子治療系統使用加速器以產生用于治療諸如腫瘤的病痛的粒子束。在操作中，在磁場的存在下，粒子在空腔內的軌道上加速，并通過引出通道(extraction channel)從空腔中離開。可以在粒子治療系統中使用的加速器的一個例子是同步回旋加速器。

在同步回旋加速器中，等離子體柱是使用電離氣體(例如，氫氣)產生的。施加RF(射頻)電壓以從等離子體柱中引出粒子，并且施加磁場以將那些粒子在它們增加能量和半徑時保持在螺旋軌道上，直到它們到達引出區域。考慮到當加速來自等離子體柱的粒子時在粒子上的相對論效應(例如，增加的粒子質量)，該RF電壓掃過一定的頻率范圍。

發明內容

一種示例性粒子加速器可以包括下列各項：在空腔中掃描射頻(RF)電壓以從等離子體柱加速粒子的電壓源，其中，所述空腔具有使從等離子體柱加速的粒子在空腔內軌道上運動的磁場，并且其中，所述磁場具有在空腔邊緣處彎曲的通量；提供在空腔內的磁場凸起(bump)的再生器，從而改變從等離子體柱加速的粒子的連續軌道，使得粒子最終輸出到引出點，其中，所述再生器相對于等離子體柱位于所述空腔內的半徑處；以及定位在空腔中接近所述半徑的鐵磁裝置，其中，每個鐵磁裝置提供有磁場凸起，并且其中，鄰近所述再生器的鐵磁裝置以一定間隔與再生器隔開。或者單獨地或者組合地，這種示例性粒子加速器可以包括一個或多個以下特征。

間隔、再生器和鐵磁裝置的組合產生具有與粒子軌道成角度的分量的磁場波動，以至少部分地抵消由磁場凸起導致的垂直聚焦的減少。磁場可以是至少4特斯拉，而由再生器產生的磁場凸起至多可以是2特斯拉。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

可以只有兩個鐵磁裝置，在再生器的各側上有一個。可以在相對于等離子體柱的相同半徑上有多于兩個的鐵磁裝置。可以在相對于等離子體柱的多個半徑的每一個半徑上有多個鐵磁裝置。

在一些例子中，所述鐵磁裝置產生磁場顫振，其包括在0.25％至20％之間的方位角平均分數歸一化磁場方差。

一種示例性質子治療系統可以包括前述粒子加速器；以及所述粒子加速器安裝在其上的臺架。臺架相對于患者的位置是可旋轉的。質子基本上直接地從同步回旋加速器輸出到患者的位置。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

一種示例性粒子加速器包括下列各項：在空腔中掃描射頻(RF)電壓以從等離子體柱加速粒子的電壓源，其中所述空腔具有使從等離子體柱加速的粒子在空腔內軌道上運動的磁場，并且所述磁場具有在整個空腔中基本上是直的通量；所述空腔包括第一磁場與第二磁場的交替區域，其中所述第一磁場與第二磁場不同，以在空腔內產生磁波動，其具有在與粒子軌道基本垂直的角度上的分量。或者單獨地或者組合地，這種示例性粒子加速器可以包括一個或多個以下特征。

所述交替區域可具有不同的鐵磁材料等級。交替區域可包括鐵磁材料區域和不存在鐵磁材料的區域。交替區域可以是餅狀的，每個區域有在等離子體柱處的點以及在空腔邊緣處的邊緣。交替區域可具有風車形狀，每個區域有在等離子體柱處的點以及在空腔邊緣處的邊緣。

所述空腔可通過磁性結構限定。交替區域可包括垂直對準的交替區域，其中一個被連接到第一磁性結構，而另一個被連接到第二磁性結構。

磁波動可將粒子垂直地聚焦在空腔中的軌道上。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

第一磁場和第二磁場的交替區域包括磁場顫振，其包括在0.25％至20％之間的方位角平均分數歸一化磁場方差。

每個示例性粒子加速器可以包括限定粒子在其中加速的空腔的磁性結構，其中粒子用于作為粒子束輸出，所述粒子束具有從能量范圍內選擇的能量。

一種示例性質子治療系統包括前述粒子加速器；以及所述粒子加速器安裝在其上的臺架。臺架相對于患者的位置是可旋轉的。質子基本上直接地從粒子加速器輸出到患者的位置。所述粒子加速器可以是同步回旋加速器。

在本公開中描述的兩個或更多的特征，包括在此概述部分中描述的那些，可以被組合以形成本文沒有具體描述的實施方案。