УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ ВЫСОКОЙ И/ИЛИ НИЗКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2008 года по МПК H05G1/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к источнику рентгеновских лучей, и более конкретно к устройству для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии.

Предпосылки изобретения

Электронный линейный ускоритель может генерировать электронные лучи высокой энергии или, таким образом, генерировать рентгеновские лучи посредством бомбардировки объекта электронными лучами высокой энергии. Радиотерапия является обрабатывающей технологией, которая заставляет облученный предмет вызывать определенные биологические и физические явления, благодаря способности к ионизации и эффекту тормозного излучения электронных лучей или рентгеновских лучей, тем самым проводя лечение опухолей. В общем, в радиотерапии сначала формируется изображение фокусной площади пациента и оно локализуется с помощью аналогового локализатора, а радиотерапию проводят в отношении установленной площади терапии на основании результатов локализованных изображений посредством электронного линейного ускорителя. Согласно требованию текущего времени будет целесообразным, чтобы формирование изображения и радиотерапия могли быть проведены без перемещения пациента. Для выполнения этого требования известные технические решения располагали, главным образом, рентгеновским аппаратом и линейным ускорителем, установленными под разными углами Гантри (Gantry) или соответственно в разных местах процедурного кабинета для проведения формирования изображения и радиотерапии без перемещения пациента. Будут иметь место некоторые отклонения из-за разных углов формирования изображения и разных углов радиотерапии. Кроме того, использовались рентгеновские лучи, генерированные электронными лучами низкой энергии, для проведения радиотерапии посредством технологии переключения энергии электронного линейного ускорителя. Однако в этом случае качество изображения является низким, так как трудно получить энергию менее 100 кэВ (килоэлектронвольт).

Техника неразрушающего контроля должна контролировать внутреннюю структуру объекта благодаря способности рентгеновских лучей проникать в объект. Недавно было предложено использовать рентгеновские лучи двух энергетических спектров, которые генерируются электронными лучами двух уровней энергии при бомбардировке объекта, чтобы попеременно проводить формирование изображения излучения относительно контролируемого объекта, и тем самым идентифицировать существенные признаки объекта. Это приложение обусловливает необходимость в быстром переключении энергии электронных лучей, и требует, чтобы энергетическая разность между электронными лучами была как можно большей. В известном уровне техники быстрое регулирование энергии электронных лучей, в общем, выполнялось посредством изменения мощности и частоты микроволн и нагрузки электронных лучей. В этом случае диапазон регулирования электронных лучей является ограниченным, а качество формирования изображения - низким.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является разработка устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии, благодаря которому обеспечивается высокое качество формирования изображения и большой диапазон регулирования электронных лучей.

Согласно настоящему изобретению предложено устройство для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии, содержащее систему управления, электропитание электронного прожектора, высоковольтное электропитание электронного прожектора, микроволновый источник питания, трубку для линейного ускорения электронов, высоковольтный электронный прожектор и объект излучения (мишень бомбардировки), в котором высоковольтное электропитание электронного прожектора запитывает трубку для линейного ускорения электронов под управлением системы управления, микроволновый источник питания ускоряет электронные лучи, генерированные посредством трубки для линейного ускорения электронов под управлением системы управления, причем трубка для линейного ускорения электронов подсоединена соответственно к электропитанию электронного прожектора и микроволновому источнику питания для генерирования электронных лучей высокой энергии, высоковольтное электропитание электронного прожектора запитывает высоковольтный электронный прожектор под управлением системы управления, высоковольтный электронный прожектор подсоединен к высоковольтному электропитанию электронного прожектора для генерирования электронных лучей низкой энергии, объект излучения (мишень бомбардировки) при этом принимает электронные лучи высокой энергии для генерирования рентгеновских лучей передачи высокой энергии, и/или принимает электронные лучи низкой энергии, чтобы генерировать рентгеновские лучи отражения низкой энергии.

Трубка для линейного ускорения электронов предпочтительно содержит электронный прожектор, который генерирует электронные лучи, возбуждаемые электропитанием электронного прожектора, и ускоряющее устройство для ускорения электронных лучей.

Угол между направлением выпуска электронных лучей из трубки для линейного ускорения электронов и направлением выпуска электронных лучей из высоковольтного электронного прожектора установлен в диапазоне (85-95) градусов.

Направление выпуска электронных лучей из трубки для линейного ускорения электронов предпочтительно перпендикулярно направлению выпуска электронных лучей из высоковольтного электронного прожектора.

Направление излучения рентгеновских лучей передачи высокой энергии предпочтительно является таким же, что и направление излучения рентгеновских лучей передачи низкой энергии.

Высоковольтный электронный прожектор предпочтительно снабжен передающей трубкой для электронных лучей низкой энергии, которая имеет окно для выпуска рентгеновских лучей.

Окно для выпуска рентгеновских лучей выполнено предпочтительно из материала, имеющего низкий коэффициент поглощения для рентгеновских лучей высокой энергии и/или низкой энергии.

Этим материалом предпочтительно является титан.

Передающая трубка предпочтительно размещена на окне для выпуска рентгеновских лучей, и является вогнутой по отношению к точке объекта на объекте излучения.

Электронные лучи высокой энергии предпочтительно являются импульсными, а электронные лучи низкой энергии являются непрерывными или импульсными электронными лучами.

С вышеупомянутой конфигурацией имеется возможность регулировать энергию рентгеновских лучей в большем диапазоне по сравнению с известным уровнем техники, и проводить формирование более четкого изображения рентгеновскими лучами отражения низкой энергии, которые были генерированы электронными лучами десятков кэВ (килоэлектронвольт) или сотен кэВ, бомбардирующими объекты (мишени), и затем проводить радиотерапию рентгеновскими лучами, генерированными электронными лучами, имеющими энергетический уровень МэВ (мегаэлектронвольт). Рентгеновские лучи высокой и/или низкой энергии настоящего изобретения могут быть оба импульсными, и могут достигать чередующегося переключения между импульсами рентгеновского излучения высокой и низкой энергии. Устройство согласно настоящему изобретению имеет простую конструкцию и низкую стоимость, оно может адаптироваться для использования в различных устройствах линейного ускорения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическая диаграмма (блок-схема), показывающая конфигурацию устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии согласно воплощению изобретения.

Фиг.2 - схематическая диаграмма, показывающая работу устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии в рабочем состоянии рентгеновских лучей низкой энергии.

Фиг.3 - схематическая диаграмма, показывающая работу устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии в рабочем состоянии рентгеновских лучей высокой энергии.

Фиг.4 - структурная схематическая диаграмма, показывающая окно для выпуска рентгеновских лучей, содержащееся в устройстве для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии.

Перечень ссылочных позиций

11 - высоковольтный электронный прожектор,

12 - ускоряющее устройство,

13 - объект излучения (мишень бомбардировки),

14 - электронный прожектор,

15 - высоковольтное электропитание электронного прожектора,

16 - микроволновый источник питания,

17 - источник питания электронного прожектора,

18 - система управления,

19 - трубка для линейного ускорения электронов,

31 - окно для выпуска рентгеновских лучей,

32 - передающая трубка для электронных лучей низкой энергии.

Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения

Следует заметить, что нижеприведенные воплощения используются лишь для пояснения настоящего изобретения, и они ни в коей мере не ограничивают объема патентной защиты настоящего изобретения.

Фиг.1 - схематическая диаграмма, показывающая конфигурацию устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии согласно воплощению изобретения.

Как показано на фиг.1, в устройстве для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии трубка 19 для линейного ускорения электронов, образованная электронным прожектором 14 и ускоряющим устройством 12, является устройством генерирования электронного луча высокой энергии, при этом генерированные электронные лучи высокой энергии бомбардируют объект 13 излучения, размещенный ниже по потоку относительно высоковольтного электронного прожектора 11 и ускоряющего устройства 12, так что рентгеновские лучи передачи высокой энергии генерируются на правой стороне объекта 13 излучения. Устройство генерирования электронных лучей низкой энергии образовано высоковольтным электронным прожектором 11 и его высоковольтным электропитанием 15 электронного прожектора, и генерированные электронные лучи низкой энергии бомбардируют правую сторону объекта 13 излучения, так что на той же самой стороне генерируются рентгеновские лучи отражения. Поэтому рентгеновские лучи передачи высокой энергии и рентгеновские лучи отражения низкой энергии могут быть генерированы бомбардировкой объекта 13 излучения электронными лучами, имеющими разные энергетические уровни. Хотя на фиг.1 показано, что рентгеновские лучи высокого уровня, и рентгеновские лучи низкого уровня распространяются в том же самом направлении, они могут быть выведены в разных направлениях посредством регулирования относительных положений высоковольтного электронного прожектора 11, ускоряющего устройства 12 и объекта 13 излучения на основе различных приложений.

Система 18 управления может управлять электропитанием 17 электронного прожектора и микроволновым источником 16 питания для генерирования импульсных электронных лучей высокой энергии через электронный прожектор 14 и ускоряющее устройство 12. Или система 18 управления может управлять высоковольтным электропитанием 15 электронного прожектора для возбуждения высоковольтного электронного прожектора 11, чтобы генерировать непрерывные или импульсные электронные лучи низкой энергии.

Кроме того, система 18 управления может управлять моментом времени генерирования электронных лучей высокой и/или низкой энергии. Например, система 18 управления может управлять моментом времени, чтобы попеременно генерировать рентгеновские лучи высокой энергии и низкой энергии для неразрушающего контроля, или последовательно генерировать непрерывные рентгеновские лучи низкой энергии для формирования изображения и затем последовательно генерировать рентгеновские лучи высокой энергии для радиотерапии.

Фиг.2 - схематическая диаграмма, показывающая работу устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии в рабочем состоянии рентгеновских лучей низкой энергии.

Как показано на фиг.2, устройство согласно настоящему изобретению может производить рентгеновские лучи низкой энергии. В этом случае на основании заранее заданных моментов времени система 18 управления управляет высоковольтным питанием 15 электронного прожектора для возбуждения высоковольтного электронного прожектора 11, чтобы генерировать электронные лучи низкой энергии. Электронные лучи низкой энергии, генерированные от высоковольтного электронного прожектора 11, бомбардируют поверхность объекта 13 излучения. Благодаря низкой энергии электронные лучи низкой энергии отражаются от поверхности объекта 13 излучения, чтобы генерировать рентгеновские лучи низкой энергии, которые распространяются в направлении вывода.

Фиг.3 - схематическая диаграмма, показывающая работу устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии в рабочем состоянии рентгеновских лучей высокой энергии. Как показано на фиг.3, устройство согласно настоящему изобретению может производить рентгеновские лучи высокой энергии. В этом случае на основании заранее заданных моментов времени система 18 управления может управлять электропитанием 17 электронного прожектора для возбуждения электронного прожектора 14, чтобы генерировать электронные лучи, которые будут ускоряться и которые подаются на вход в ускоряющее устройство 12. Система управления, между прочим, может управлять микроволновым источником 16 питания для возбуждения ускоряющего устройства 12, чтобы ускорять введенные электронные лучи и генерировать электронные лучи высокой энергии. Электронные лучи высокой энергии, генерированные от ускоряющего устройства 12, бомбардируют объект 13 излучения, чтобы выводить рентгеновские лучи высокой энергии в направлении передачи. Как описано выше, трубка 19 для линейного ускорения электронов может быть установлена перпендикулярно высоковольтному электронному прожектору 11, так что направление излучения рентгеновских лучей высокой энергии будет тем же самым, что и направление излучения рентгеновских лучей низкой энергии. Однако угол между направлением выхода электронных лучей низкой энергии, генерированных от трубки 19 для линейного ускорения электронов, и направлением выхода электронных лучей высокой энергии от высоковольтного электронного прожектора 11 можно регулировать в определенном диапазоне, таком как (85-95) градусов.

Фиг.4 - структурная схематическая диаграмма, показывающая окно для выпуска рентгеновских лучей, содержащееся в устройстве для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии. Как показано на фиг.4 согласно воплощению изобретения, окно 31 для выпуска рентгеновских лучей установлено на пути распространения рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии. Окно 31 для выпуска рентгеновских лучей выполнено из титана или другого материала, который поглощает меньше рентгеновских лучей низкой энергии или высокой энергии или имеет структуры, способные снижать поглощение для рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии. В этом воплощении окно 31 для выпуска рентгеновских лучей выполнено как можно ближе к точке объекта (мишени бомбардировки), в которую попадают электронные лучи высокой и/или низкой энергии при бомбардировке, чтобы снизить площадь окна 31 для выпуска рентгеновских лучей и преодолеть вышеупомянутые недостатки процесса. Как показано на фиг.4, передающая трубка 32 для электронных лучей низкой энергии может быть вогнутой по отношению к точке объекта в положении вывода рентгеновских лучей.

Настоящее изобретение может быть применено в устройствах радиотерапии и медицинских средствах формирования изображений, или может быть применено в неразрушающем контроле. Настоящее изобретение имеет простую конструкцию, является дешевым, и может быть адаптировано для широкого использования в почти всех устройствах линейного ускорения.

Следует заметить, что аналогичные технические решения, полученные ускорителем электронов, замененные другими генераторами электронов высокой энергии, должны рассматриваться, как подпадающие под объем патентной защиты настоящего изобретения.

Использование: для генерирования рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии. Сущность заключается в том, что электропитание электронного прожектора запитывает трубку для линейного ускорения электронов под управлением системы управления, микроволновый источник питания ускоряет электронные лучи, генерированные посредством трубки для линейного ускорения электронов под управлением системы управления, причем трубка для линейного ускорения электронов подсоединена соответственно к электропитанию электронного прожектора и микроволновому источнику питания для генерирования электронных лучей высокой энергии, высоковольтное электропитание электронного прожектора запитывает высоковольтный электронный прожектор под управлением системы управления, высоковольтный электронный прожектор подсоединен к высоковольтному электропитанию электронного прожектора для генерирования электронных лучей низкой энергии, объект излучения при этом принимает электронные лучи высокой энергии для генерирования рентгеновских лучей передачи высокой энергии, и/или принимает электронные лучи низкой энергии, чтобы генерировать рентгеновские лучи отражения низкой энергии. Технический результат: разработка устройства для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии, благодаря которому обеспечивается высокое качество формирования изображения и большой диапазон регулирования электронных лучей. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для вывода рентгеновских лучей высокой и/или низкой энергии, содержащее систему (18) управления, электропитание (17) электронного прожектора, высоковольтное электропитание (15) электронного прожектора, микроволновый источник (16) питания, трубку (19) для линейного ускорения электронов, высоковольтный электронный прожектор (11) и объект (13) излучения, в котором электропитание (17) электронного прожектора запитывает трубку (19) для линейного ускорения электронов под управлением системы (18) управления, микроволновый источник (16) питания ускоряет электронные лучи, генерированные посредством трубки (19) для линейного ускорения электронов под управлением системы (18) управления, причем трубка (19) для линейного ускорения электронов подсоединена соответственно к электропитанию (17) электронного прожектора и микроволновому источнику (16) питания для генерирования электронных лучей высокой энергии, высоковольтное электропитание (15) электронного прожектора запитывает высоковольтный электронный прожектор (11) под управлением системы (18) управления, высоковольтный электронный прожектор (11) подсоединен к высоковольтному электропитанию (15) электронного прожектора для генерирования электронных лучей низкой энергии, объект (13) излучения при этом принимает электронные лучи высокой энергии для генерирования рентгеновских лучей передачи высокой энергии, и/или принимает электронные лучи низкой энергии, чтобы генерировать рентгеновские лучи отражения низкой энергии.2. Устройство по п.1, в котором трубка (19) для линейного ускорения электронов содержит электронный прожектор (14), который генерирует электронные лучи, возбуждаемые электропитанием (17) электронного прожектора, и ускоряющее устройство (12) для ускорения электронных лучей.3. Устройство по п.1, в котором угол между направлением выпуска электронных лучей из трубки (19) для линейного ускорения электронов и направлением выпуска электронных лучей из высоковольтного электронного прожектора (11) установлен в диапазоне (85-95)°.4. Устройство по п.3, в котором направление выпуска электронных лучей из трубки (19) для линейного ускорения электронов перпендикулярно направлению выпуска электронных лучей из высоковольтного электронного прожектора (11).5. Устройство по п.1, в котором направление излучения рентгеновских лучей передачи высокой энергии является таким же, что и направление излучения рентгеновских лучей отражения низкой энергии.6. Устройство по п.1, в котором высоковольтный электронный прожектор (11) снабжен передающей трубкой (32) для электронных лучей низкой энергии, которая имеет окно (31) для выпуска рентгеновских лучей.7. Устройство по п.6, в котором окно (31) для выпуска рентгеновских лучей выполнено из материала, имеющего низкий коэффициент поглощения для рентгеновских лучей высокой энергии и/или низкой энергии.8. Устройство по п.7, в котором упомянутый материал является титаном.9. Устройство по п.6, в котором передающая трубка (32) предпочтительно размещена на окне (31) для выпуска рентгеновских лучей и является вогнутой по отношению к мишени бомбардировки на объекте (13) излучения.10. Устройство по п.1, в котором электронные лучи высокой энергии являются импульсными, а электронные лучи низкой энергии являются непрерывными или импульсными электронными лучами.