[发明专利]一种用于产生励磁电流的扫描电源

说明书

技术领域

本发明涉及重离子肿瘤治疗设备技术领域，尤其是涉及一种用于产生励磁用扫描电流的电源。

背景技术·

重离子治癌是放射治疗中最新发展起来的一种方法，其工作原理是利用高能重离子束对肿瘤进行照射从而杀死肿瘤细胞。重离子束流在加速完成之后配送至治疗终端时，一般都是很细的一束（又称为笔束）。肿瘤病灶一般是无固定形状的，但是总可以用空间三维坐标来精确描述肿瘤形状。一般情况下Z方向定义为肿瘤深度，X和Y方向定义为肿瘤长度和宽度。为了提高治疗效率，减小副作用，需要将配送系统送过来的笔束进行变换，即将束流按照被照射肿瘤的XYZ三个方向的尺寸进行控制和变换，以适应肿瘤的形状，此过程又称为适形。其中深度方向即Z方向控制是由束流能量决定的。X方向和Y方向控制是通过扫描系统实现的，X方向扫描磁铁和Y方向扫描磁铁与其励磁电源一起组成扫描了系统。扫描磁铁与其励磁电流是通过考扫描系统中的扫描电源供电。

重离子肿瘤治疗中一般有两种扫描方式，一种为被动扫描，又称为连续扫描；另外一种为主动扫描，又称为点扫描。所谓被动扫描就是离子束流在X方向和Y方向上、在特定波形、特定频率和特定幅度的连续磁场的控制下，在长度和宽度方向上形成一个连续的、均匀的束流平面，同时与Z方向束流能量相结合之后，使得束流在空间的分布形状与被照射肿瘤的形状变得一致，这样束流只会对肿瘤产生作用，而对肿瘤之外的正常细胞和组织不造成影响。主动扫描在深度方向上与被动扫描一样，但在长度和宽度方向上完全不同，离子束在一系列阶跃脉冲磁场的控制下，在长度和宽度方向上形成一个由一系列点组成的束流平面，如果点足够密集，则形成的束流平面也足够均匀。两种扫描的不同可以与在一张白纸上切出一个圆片来相比，被动扫描就像拿剪子在纸上直接剪出一个圆片，主动扫描就像拿一根针沿着一个圆圈扎出一个个眼，当眼足够密时，也会得到圆片片。不论是被动扫描还是主动扫描，都需要磁场来控制束流的运动，扫描电源就是用来产生励磁电流的供电系统。

扫描电源或类似装置广泛应用于辐照领域，包括材料辐照、生物辐照、医疗辐照等领域。医疗辐照主要有质子辐射治疗装置、电子辐射治疗装置等。在实际科研及工业应用中，都需通过扫描装置要将一束射线或离子均匀分布于一个平面上，以便更好地发挥辐照的作用，或者方便于操作等。因此扫描电源也广泛应用与辐照行业中。目前常用辐照用扫描电源，主要应用于电子束应用中，一般采用单方向扫描或双方向扫描，所用波形主要是三角波、锯齿波、正弦波等，电子质量小，因此扫描电源电流及功率都较小，且常应用于被动扫描方式。在肿瘤治疗放射治疗领域，电子束、质子束都是常用离子，都已有成熟产品应用于临床中。以碳束为代表的重离子治疗是近几年才开始发展起来的一种新的放射治疗方法，目前国内还未有一家医院进行商业化的临床应用。相比碳而言、电子和质子质量都要轻的多，其加速后的能量也要小得多。因此应用于重离子肿瘤治疗的扫描电源扫描电流、功率都要大10-100倍。另外重离子治疗一般有主动扫描和被动扫描两种工作方式，两种扫描方式完全不同，对扫描电源的要求也完全不一样，现有做法一般是两种电源分别实现。综上所述，现有的用于产生励磁电流的扫描电源存在电源功率小、电源输出波形少，功能不完备，主动扫描与被动扫描工作模式不能一体化实现，误差较大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中电源功率小、电源输出波形少，功能不完备等缺陷，提供了一种用于产生励磁电流的扫描电源，其电源主拓扑采用了多个全桥式功率变换器串联和并联拓扑结构，可以有效解决现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，所述的一种用于产生励磁电流的扫描电源，包括功率变换器和电源控制器，其特点在于：所述的功率变换器前端与三相交流电源相连，功率变换器后端与负载相连，功率变换器为多级，多级功率变换器组成串联和并联结构，单级功率变换器由整流器和全桥开关变换器组成，功率变换器主要功能是对来自电网的能量功率的控制和变换，按照负载所需要的方式传送至负载；所述的电源控制器与功率变换器相连，电源控制器由PI调节器和脉冲产生及移相模块组成，其作用是实现电源的调节和控制，生成脉冲宽度调制信号并按照串联级数进行错相分配。

所述的功率变换器的全桥开关变换器由四个开关管组成，每个开关管均以脉宽调制方式工作于开关状态；所述的功率变换器的整流器包含整流变压器、整流桥和低频LC滤波器，主要是为后级的全桥开关变换器提供所需直流电压。