[发明专利]电子束多级加速器驱动的探针装置

说明书

发明背景

本发明涉及到一种小型可编程X射线治疗系统，它具有一个电子束源和一个X射线发射探针，用于向一个规定区域输送基本上恒定或是间歇级的X射线，并且特别涉及到X射线治疗系统的电子束发生部件。

在医学领域中将辐射用于对病人的诊断，治疗和缓解性治疗。用于这些治疗的常规医学辐射源包括大型的固定位置机器乃至小型便携式辐射发生探针。X射线治疗系统的现有技术状态是利用计算机为处理复杂的几何体积产生复杂的治疗方案。

这些系统的典型作用是通过施加辐射来阻止新组织的生长，因为辐射对非生长性组织中的分裂细胞的作用比对成熟细胞的作用要大。可以用辐射治疗在切除肿瘤的位置上的癌组织的再生长，以防肿瘤复发。或者是可以对人体的其他区域施加辐射，阻止组织生长，例如是阻止眼睛内侧会造成斑点恶化的新血管的生长。

在授予Nomikos等人并且由本发明的受让人所拥有的美国专利US5,153,900(“’900号专利”)中就描述了用于这种用途的一种X射线治疗系统，可供本文参考。’900号专利中描述的系统在靠近或是被照射体积的内部使用一种点辐射源。这种治疗方式被称为短程治疗。短程治疗的一个优点在于施加的辐射主要是用于治疗预定的组织体积，对邻近体积内的组织没有明显的影响。

如图1所示，短程治疗X射线治疗系统包括一个X射线源10，它主要包括一个电子束(“e-beam”)源12和一个小型插入式探针组件14，它能够在一个预定位置周围按预定剂量几何形状或是轮廓产生低功率辐射。探针组件14包括用来提供刚性表面的一个肩部16，通过它可以将X射线源10固定到另一个元件上，例如是用于治疗脑瘤的一个定向框架。探针组件14还包括刚性固定在肩部16上的一个X射线放射管18或是“探针”。典型的此类探针大约有10-16cm长，内径大约是2mm，而外径大约是3mm。

典型的短程辐射治疗包含将插入式探针18定位在肿瘤内或是肿瘤的位置或者是已经消除肿瘤的部位，用“局部增强”的辐射治疗邻近这一位置的组织。为了便于控制在这一位置上的治疗，在治疗中需要将这一组织部位支撑在与辐射源相距预定的距离。或者是，如果这种治疗中包括治疗表面组织或一个器官的表面，就需要控制表面的形状和施加到这一表面上的辐射场的形状。

如图2所示，现有技术中一个典型的电子束源12包括单个50KV漂移管加速级或加速器20。加速器20包括一个由陶瓷部位24和金属部位26构成的圆筒体22。加速器20容纳的电子枪组件包括用来产生电子的针30和用来沿着贯穿金属管38、管开口36、探针接口40和探针18(未示出)的这一系统的中心轴线42引导电子枪32。金属部位26包括一个导电的环形端28，它包括Node X。在操作中，Node X上的理想电压是0V，而Node Y上的理想电压是-50KV(接近电子枪处)，这样就能为电子束提供一个加速电场。

在操作中，从探针18的末端将电子束指向一个靶子。电子束沿着轴线42产生一个电流。沿着金属探针18的回流路径在环28处将探针的末端耦合到Node X。出现在Node X上的理想电流是电子束电流(IB)，测量这一电流并且将测量的读数传送给一个辐射控制器(未示出)。辐射控制器调节提供给电子枪32的功率，从而调节电流，并且最终在探针18的端部获得理想的输出辐射电平。作为系统的一种测试和加强手段，在Node X和Y之间施加75KV的电压；这被称为“过电压”系统。

典型X射线源10的单级50KV加速器20的结果是这样的，在操作中会从针30上泄漏杂散电子并且沿着陶瓷壁24和金属壁26发生“雪崩”，如图中箭头44所示。这些杂散电子主要是从“三重点”34上发射的，也就是负电极30，加速器内部的真空和绝缘体24的会合点。最后，杂散电子会在端部28处撞击加速器20的端部。如果电压很高，例如达到75KV测试电压和50KV操作电压，入射到金属端28的电子就会具有发射X射线所需的足够能量，产生不受屏蔽的X射线，可能带来危险。另外，在使用施加到单级加速器上的75KV级测试电压时还需要避免诸如电弧等高电压危害的风险。入射到金属28上的杂散电子也会造成与性能有关的问题。杂散电子会在Node X上造成伴随电子束电流的“漏电流”。这一杂散电流与电子束电流组合造成电子束电流测量的误差，并且会导致辐射控制器校准输出辐射。这样，辐射控制器就会错误地调节供给电子枪32的功率，改变电子束电流，并且改变从探针18发出辐射的特性。系统的操作安全性和高电压下正常工作的能力会受到“高电压平衡”能力的影响。