[发明专利]用于在辐射传输设备中稳定能量源的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年8月15日提交的临时专利申请 No.60/837,901的优先权，此临时专利申请的全部内容通过引用结合于 此。

技术领域

本发明涉及辐射传输设备，诸如放疗治疗系统。更具体地，本发 明涉及用于稳定微波能量源的操作频率的方法和装置以最优化来自系 统内粒子加速器的输出，该微波能量源诸如磁控管振荡器。

背景技术

用于放疗的医疗仪器利用高能辐射来治疗肿瘤性组织。必须精确 控制剂量和剂量的部位以确保肿瘤接收充分辐射以被破坏且最小化对 于周围和邻近的非肿瘤性组织的损伤。调强放疗(IMRT)利用多条辐 射线来治疗患者，其中能够独立地控制每条辐射线的强度和/或能量。 在患者周围将射线取向来自不同的角度，并组合以提供期望的剂量图 案。在外部源放疗中，利用患者外部的辐射源来治疗内部的肿瘤。通 常使外部源准直以将束仅仅对准肿瘤性部位。典型地，辐射源由来自 高度准直的放射性同位素的高能量X射线、电子或伽马射线组成。执 行这类放疗的辐射源能够包括已知为磁控管的设备，该磁控管提供微 波功率到线性加速器(“LINAC”)。

发明内容

为了使用磁控管驱动的线性加速器利用IMRT有效地治疗患者， 要求从LINAC输出的剂量是稳定的。磁控管提供紧凑功率源，该紧凑 功率源适于与尺寸合适的旋转放疗传输(delivery)系统一起使用，该 尺寸合适的旋转放疗传输系统诸如下面将要详细描述的系统。然而， 线性加速器通常需要比利用磁控管能够容易获得的针对恒定输出的更 大频率稳定性。磁控管的机械振动能够导致足够频率变化，从而产生 比连续传输IMRT系统中所期望的更大的输出变化。因此，本发明提供 用于稳定磁控管频率以获得期望的恒定输出的装置。实际上，本发明 的目的是采用具有广泛特征的诸如磁控管的源设备，并由于将该设备 耦合到高度谐振的负载(例如LINAC)导致将该设备限制为在较窄的 带宽内操作。为了防止系统中的不稳定性，磁控管的输出频率应该与 LINAC的操作频率匹配。

在一个实施例中，本发明提供了一种辐射传输设备。该设备包括： 微波能量源，诸如磁控管；以及耦合到该能量源的微波利用设备。非 相互(non-reciprocal)传送装置将该源耦合到利用设备，以及接收来自 该利用设备的能量的未利用部分。传送设备调整(condition)至少一部 分未利用能量，并将调整后的能量返回到能量源。传送设备包括第一 部件，该第一部件操作以调节能量的第一属性，其中使得该调节不影 响能量的任何其他属性。返回的调整后的能量起修改能量源的频率的 作用，以使得在辐射传输设备中的未利用能量最小化。

在这种情况下，利用设备，在所示实施例中为粒子加速器，具有 比能量发生源中固有的操作带宽窄的操作带宽。该差异由下述所导致： 需要磁控管收集来自它的高电流电子束的热扩散所占据的大部分相位 空间的电子，以实现束能量到射频(RF)振荡的高效转换。加速器的 窄带宽是下述目标的结果：获得最大化的内部电场，以对于给定的功 率输入产生最短实际长度中的最高辐射能量。根据本发明的稳定系统 的方法能够应用于任何基于RF-加速粒子/光子的形式(modality)。

将由磁控管产生的微波能量传递经过非相互传送设备，诸如波导， 到达线性加速器，该线性加速器利用该能量来产生高能电子和/或X射 线。使用传统自动频率控制反馈环将磁控管的输出频率机械调谐到 LINAC的谐振操作频率，以跟踪热变化。当来自磁控管的能量的频率 与LINAC的谐振操作频率不匹配时，微波能量被从LINAC反射。反 射的能量路由通过循环器(circulator)到波导部件，这些波导部件分开 地控制反射能量的幅度和相位。幅度和相位受控的能量然后返回到磁 控管，在该磁控管处，受控的能量施加频率牵引效应。当以特定方式 来应用反射能量的幅度和相位时，牵引效应与磁控管频率偏离LINAC 的谐振频率的小偏移对立(in opposition to)。该效应在几分之一微秒内 发生，与机械调谐系统的几毫秒响应时间形成对比。