СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА Российский патент 2015 года по МПК A61N5/10 

Предпосылки изобретения

Примерно у 1,4 миллиона американцев ежегодно развивается рак кожи. Стандартными лечебными мероприятиями для этого заболевания, в общем случае, являются либо хирургическое вмешательство для удаления поражения и небольшого количества окружающей здоровой ткани, либо облучение. Стандартная доза облучения составляет 50-60 Гр, при доставке 15-30 порциями около 2,0-3,3 Гр на порцию, для уничтожения поражения путем лучевого разрушения. Хирургия и облучение дают сходные результаты. Хирургию часто выбирают в качестве метода лечения поражений кожи, поскольку хирург может, за один сеанс, удалять участки ткани, примыкающие к пораженной области и расположенные под ней, чтобы гарантировать удаление всего поражения. Однако если поражение кожи располагается в косметически важной области, где может образоваться шрам, приводящий к потере визуальной привлекательности, или если удаление поражения приводит к удалению тканей, которое создаст видимый дефицит, например, ноздри, века или мочки уха, что потребует в дальнейшем косметической хирургической операции для восстановления внешнего вида пациента, облучение, в общем случае, является предпочтительной альтернативой хирургии.

Дополнительно, облучение часто является предпочтительным способом лечения для предотвращения побочных эффектов у престарелых или пациентов, страдающих диабетом. Эти пациенты часто страдают сосудистой недостаточностью, приводящей к замедлению восстановления и инфицированию после хирургической операции. Кроме того, пациенты, выбравшие облучение рака кожи, имеют возможность неинвазивного лечения.

В общем случае, пациенты, нуждающиеся в лучевой терапии рака кожи облучаются в онкологических центрах с использованием 1) электронных пучков из линейного ускорителя электронов, который способен порождать множественные рентгеновские лучи, а также множественные энергии электрона, или 2) рентгеновских лучей (часто на уровнях энергии 50-300 кэВ), вырабатываемых ортовольтажным или поверхностным рентгеновским оборудованием. Оба типа оборудования требуют, чтобы облучение пациента осуществлялось в экранированном помещении. Хотя для облучения рака кожи можно использовать обе разновидности, многие клиницисты считают, что электронные пучки обеспечивают более однородные распределения дозы и в меньшей степени повреждают нижележащие структуры, и поэтому более предпочтительны для применений облучения рака кожи.

Другим общеизвестным применением облучения электронным пучком является лечение инвазивного рака. Такие разновидности рака включают в себя лимфатические узлы шеи в случае рака головы и шеи. Дополнительно, облучение электронным пучком можно использовать в качестве стимулятора при лечении рака груди.

При необходимости лучевой терапии рака кожи или инвазивного рака, облучение, в общем случае, осуществляется в онкологическом центре. Онкологический центр представляет собой больничное или самостоятельное учреждение лучевой терапии, где используется облучение рентгеновским или электронным пучком высокой энергии для лечения раковых пациентов, в общем случае, на амбулаторной основе. В онкологическом центре, излучение генерируется линейными ускорителями, которые, в общем случае, весят несколько тонн (часто 7-10 тонн) и требуют тонны бетонного экранирования для удержания диффузного излучения. Таким образом, онкологические центры почти всегда располагаются в подвале или на первом этаже больницы или учреждения. Онкологические центры лечат a) пациентов с инвазивным раком и b) пациентов с поверхностным раком, например, раком кожи.

Для электронного облучения рака кожи обычно требуется 15-30 порций электронов с энергией 6-9 МэВ. Для электронного лечения инвазивного рака обычно требуется 5-20 порций электронов с энергией 6-15 МэВ. Для инвазивного рака, обычно 90% всех используемых электронов имеет энергию 12 МэВ или ниже. Управление энергией играет важную роль при облучении поражений кожи, поскольку энергия падающего электронного пучка непосредственно связана с глубиной проникновения излучения в тело пациента. Общепринятый стандарт облучения людей предписывает управление энергией с точностью, по меньшей мере, +/-5%, более желательно, +/-3%.

Многие современные устройства лучевой терапии, вырабатывающие электроны, имеют ускорительный волновод, установленный, по существу, горизонтально (параллельно полу), и используют магнит на выходе ускорительного волновода для искривления пучка к плоскости облучения и для выбора надлежащей энергии электрона для облучения. Один пример такой системы представлен на фиг. 1 патента US 4987309, выданного 22 января 1991 г. В таких системах отклоняющий магнит является источником генерации рентгеновского излучения и создает существенное диффузное излучение. Фактически, отклоняющий магнит, применяемый для выбора желательной энергии облучения, в общем случае, является основным источником диффузного излучения в традиционных ускорителях, которые работают в электронном режиме. Щели задания энергии в магните создают сильное излучение, как и регулируемые коллиматоры, задающие размер поля. Эти системы отклоняющих магнитов, таким образом, непригодны для использования в неэкранированных или, по существу, неэкранированных средах. Таким образом, при использовании традиционного линейного ускорителя для обеспечения мульти-энергетических лечебных процедур требуется, существенно экранированное строение.

Было определено, что степень необходимого защитного экранирования для типичной системы отклоняющих магнитов, работающей только в электронном режиме, эквивалентна футу бетона высокой плотности, окружающего систему (например, в стенах, полу и потолке процедурной). Иногда для такого экранирования может требоваться от 24 до 60 дюймов усиленного бетона, если установка предназначена для выработки как электронов, так и рентгеновских лучей для лечения. См., например патент US 6422748. В некоторых существующих в уровне техники конструкциях ускорителя, где не предусмотрены отклоняющие магниты, внешнее диффузное излучение будет существенно снижено. Однако когда ограничитель пучка не используется, в общем случае, вокруг пациента до лечения необходимо разместить примерно от 1 до 1,5 тонн подвижного экранирования. Это экранирование помещается 1) поперечно вокруг пациента для защиты людей, находящихся вне помещения, от рассеянного излучения, и 2) под процедурным столом для защиты людей, находящихся этажом ниже. Экранирование помещается в соответствии с современными стандартами лучевой экспозиции для эксплуатации лучевых устройств.

Также разработаны линейные ускорители электронов для обеспечения интраоперационной электронно-лучевой радиотерапии (IOERT) в неэкранированных операционных. Эти системы предназначены для работы только в электронном режиме и требуют небольшого дополнительного экранирования. Одно такое устройство, продаваемое Intraop Medical Corporation, Саннивейл, Калифорния под названием продукта Mobetron 1000, пригодно для использования в связи с настоящим изобретением. Аналогичные интраоперационные электронно-лучевые системы и установки описаны в патенте US 5321271, выданном 14 июня 1994 г., раскрытие которого в полном объеме включено сюда в порядке ссылки.

Другие установки IOERT имеют высокую дозу на импульсную операцию и потому не пригодны для применений, которые требуют низкой дозы, получаемой в ходе лечения. Кроме того, эти установки используют изменение мощности микроволнового излучения только для изменения энергий. Трудно добиться управления энергией с точностью +/-5%, необходимого для применений настоящего изобретения, используя такой способ для изменения энергии. Некоторые из этих других установок IOERT предназначены для использования конусов аппликатора длиной от 80 до 100 см. Размер этих конусов может привести к тому, что использовать их для настоящего изобретения будет непрактично. Наконец, эти установки, в общем случае, требуют использования подвижного экранирования для работы в допустимых пределах лучевой экспозиции в неэкранированной среде.

Облучение рака кожи может осуществляться в учреждении с традиционным линейным ускорителем электронов, аналогичным тем, которые используются в онкологических центрах. Однако эти устройства, в общем случае, требуют сильно экранированного бетонного свода для защиты персонала от диффузного излучения. Установка или возведение бетонного свода, весящего несколько тонн, и место, занимаемое таким противорадиационным сводом, не позволяют практически использовать его в небольших учреждениях, например, в большинстве дерматологических кабинетах.

Сущность изобретения

Пациент с раком кожи обычно сначала проходит осмотр дерматолога, который назначает пациенту курс лечения.

Курс лечения часто предполагает хирургическое вмешательство или обращение в онкологический центр. Курс лечения может включать в себя облучение рака кожи для косметического эффекта (например, для устранения необходимости в операции, оставляющей шрамы) и облучение рака кожи в терапевтических целях. Поскольку поражения на поверхности кожи или пациента видны, такая лучевая терапия также позволяет врачу ежедневно или еженедельно диагностировать и оценивать прогресс и эффект облучения. Таким образом, изобретение можно применять в диагностике.

Задачей изобретения является обеспечение систем и способов для улучшения облучения рака кожи благодаря созданию возможности обеспечивать облучение в малых учреждениях, например, в кабинете дерматолога или другого врача, тем самым избавляя от необходимости проводить облучение в онкологическом центре или больнице. Это позволит лечащему врачу пациента с раком кожи (например, дерматологу) более тщательно наблюдать пациента на протяжении курса облучения.

Другой задачей изобретения является обеспечение систем, которые могут располагаться в центральном лечебном учреждении и совместно использоваться несколькими врачами.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение систем, которые можно устанавливать в учреждениях других типов (например, в онкологическом центре) в неэкранированном помещении.

Задачей изобретения также является обеспечение систем и способов, которые можно использовать для обеспечения облучения электронным пучком пациентов с инвазивным раком, для которых такой подход предпочтителен как часть режима облучения.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение систем и способов, которые можно использовать для обеспечения облучения электронным пучком с переменными уровнями энергии, без необходимости в дополнительных сложных и дорогостоящих электронных или микроволновых компонентах.

Дополнительной задачей изобретения является обеспечение систем и способов, которые можно использовать для обеспечения облучения электронным пучком в соответствии с современными стандартами облучения и с современными ограничениями на лучевую экспозицию окружающих участков.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение способов и систем линейного ускорителя электронов в соответствии с международными стандартами радиационной безопасности, предъявляемыми к конструкции линейных ускорителей электронов.

Эти и другие задачи настоящего изобретения можно решить с помощью систем и способов для обеспечения облучения электронным пучком с переменными уровнями энергии, без необходимости в дополнительных сложных и дорогостоящих электронных или микроволновых компонентах.

Настоящее изобретение, в общем случае, охватывает системы генерации электронного пучка и способы обеспечения электронного пучка с небольшим диффузным излучением, характерным для традиционных систем генерации электронного пучка. Системы и способы согласно изобретению, в общем случае, содержат электронную пушку, линейный ускоритель, аппликатор и замедлитель. Замедлитель может состоять из, по меньшей мере, одного вещества с низким Z, с атомным номером выше 4.

Вещества с низким Z имеют относительно более низкий атомный номер (в этой заявке, меньший или равный 40). Вещества с низким Z снижают энергию электронного пучка, падающего на поверхность вещества с низким Z, благодаря чему, энергия электронного пучка, покидающего вещество с низким Z, оказывается более низкой. Элементом с самым низким Z, который можно использовать в таких системах, является бериллий (атомный номер 4). Но бериллий может быть токсичным в таких системах, поэтому замедлитель может состоять из вещества с низким Z с атомным номером выше 4 во избежание проблемы токсичности.

Траектория электронного пучка, ударяющего по облучаемой поверхности, может быть, по существу, коллинеарным с траекторией движения электронов в линейном ускорителе. В некоторых вариантах осуществления изобретения, траектория движения электронов может быть ближе к вертикали, чем к горизонтали, благодаря чему, наибольшая часть любого диффузного излучения направляется в направлении пола процедурной, в результате чего, пол и земля поглощают достаточно излучения, что избавляет от необходимости в существенном экранировании помещения.

В одном варианте осуществления изобретения, поражения кожи (включая рак кожи) можно облучать, когда пациент находится в, по существу, неэкранированном помещении.

В другом варианте осуществления изобретения, замедлители, содержащие акриловое вещество также можно размещать на траектории электронного пучка, чтобы без больших затрат снижать уровень энергии электронного пучка.

Дополнительные варианты осуществления изобретения описаны ниже.

Краткое описание чертежей

фиг. 1 - блок-схема иллюстративного комплекта компонентов генерации электронного пучка, которые можно использовать в связи с изобретением.

Фиг. 2 - вид спереди иллюстративного генератора электронного пучка, установленного на иллюстративной механической опоре.

Фиг. 3 - вид сбоку иллюстративного генератора электронного пучка, установленного на иллюстративной механической опоре.

Фиг. 4 - блок-схема иллюстративных компонентов, которые можно использовать для управления энергией с двумя коллинеарными ускорительными волноводами.

Фиг. 5 - вид иллюстративной механической опоры для использования с генератором электронного пучка, который можно использовать в связи с изобретением.

Фиг. 6 - схематическое представление типичной траектории выходного пучка из линейного ускорителя электронов, демонстрирующее элементы в этой траектории пучка, в том числе, вставленные замедлители энергии.

Подробное описание изобретения

Ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Такие варианты осуществления являются иллюстративными, и специалисту в данной области техники очевидно, что можно практически осуществлять способы и строить системы, отвечающие настоящему изобретению, не строго следуя описанным здесь вариантам осуществления.

Следует рассматривать ряд взаимосвязанных элементов конструкции при размещении мульти-энергетического ускорителя электронов в неэкранированную среду для лечения рака кожи или инвазивного рака, обеспечения косметических результатов или обеспечения диагностических доз с помощью электронов. Эти элементы конструкции включают в себя:

1) обеспечение достаточных энергий электронного пучка в соответствии с различными требованиями проникновения и дозировки;

2) обеспечение средства монтажа и перемещения ускорительной головки, чтобы головку можно было правильно разместить для облучения облучаемой зоны (например, зоны лечения в теле пациента);

3) обеспечение средства экранирования первичного рентгеновского излучения и рассеяния излучения, генерируемого системами;

4) обеспечение средства управления энергией, не позволяющего генерировать значительное диффузное излучение; и

5) обеспечение подходящей аппликаторной системы для направления и фокусировки излучения из линейного ускорителя на облучаемую зону (например, зону лечения в теле пациента).

Эти конструкционные соображения можно частично реализовать с использованием микроволнового ускорителя в X-диапазоне, традиционного ускорителя в S-диапазоне или ускорителя в C-диапазоне. Использование ускорителя в X-диапазоне может снижать вес устройства. Более легкое устройство легче устанавливать, поскольку для его перемещения требуется меньшая сила, и необходима меньшая опорная конструкция.

Следует понимать, что описанное здесь изобретение можно осуществлять на практике с помощью любого ускорителя, в том числе, но без ограничения, ускорителя в X-диапазоне, ускорителя в S-диапазоне (например, обычно применяемого в медицинских системах) или ускорителя в C-диапазоне (например, применяемого в некоторых особых направлениях лучевой терапии). Ускорители S- или C-диапазона могут увеличивать вес устройства, и все же такая установка будет функциональной в условиях малого кабинета (например, дерматологического кабинета) или в неэкранированном помещении более крупного учреждения (например, онкологического центра). Эти установки будут функциональны для многих применений в нестерильных средах, а также в стерильных средах, например операционных, для проведения интраоперационной лучевой терапии ("IORT").

Источником электронного пучка для этой системы электронно-лучевой радиотерапии ("EB-RT") согласно изобретению, может быть линейный ускоритель в X-диапазоне, работающий на пиковых энергиях 9 МэВ для дерматологических применений или на 12 МэВ для инвазивно-раковых применений. Согласно фиг. 1, источник электронного пучка может содержать ускорительную головку 10, которая может включать в себя средство генерации электронов, содержащее электронную пушку 12 и любую систему переноса пучка, которая может требоваться для инжекции электронов через отверстие в линейный ускоритель, предгруппирователь 14 и ряд резонаторов 16, расположенных вдоль центральной линии кожуха 18 ускорительной головки, содержащего ускорительную структуру.

Один пример электронной пушки 12 продавался L3 (ранее Litton) под названием продукта «электронная пушка M593». Инжекторный катод электронной пушки 12 работает в некоторых вариантах осуществления при напряжении 10 - 14 кВ и имеет эмиссионную поверхность очень малого диаметра. Эта конструкция предназначена для обеспечения низкого коэффициента излучения и высокого коэффициента захвата при поддержании низкого разброса по энергии. Инжектор можно использовать совместно с неперехватывающей сеткой для обеспечения точной регулировки инжекционного тока. Считается, что сетка обеспечивает преимущество в том, что, если функционирование электронной пушки 12 ухудшается с течением времени, напряжение на сетке можно увеличивать для увеличения тока, и соответствующие изменения можно вносить в электронную пушку 12 для противодействия ухудшению электронной пушки 12. Однако считается, что применение сетки, в общем случае, обходится дороже, чем использование бессеточной пушки. Можно использовать другие конструкции электронной пушки, не выходя за рамки объема изобретения. Вышеупомянутая регулировка инжекционного тока позволяет (1) отслеживать сигнал выходного пучка и (2) использовать цепь обратной связи для регулировки и настройки инжекционного тока для стабилизации доставляемой дозы облучения. Следует понимать, что мощность дозы может флуктуировать с течением времени при стабильной кумулятивной дозе.

Процедуры IORT с использованием электронных пучков называются IOERT. Для операции IOERT, пациент может быть анестезирован и иметь открытую рану, что позволяет быстро доставить желаемую дозу облучения. Однако для облучения кожи или кожных заболеваний, выходной уровень электронной пушки 12 можно снизить, поскольку суммарная доза доставляется в течение многих сеансов (так называемых "порций"), и доза на порцию, необходимая для лечения кожных заболеваний составляет примерно от 1/8 до 1/10 дозы, доставляемой в течение применения IOERT. Это снижает мощность дозы облучения в течение данного периода времени. Это дает, по меньшей мере, некоторые преимущества. Уменьшение мощности дозы увеличивает период облучения, позволяя технологу делать записи или решать другие задачи в течение периода облучения.

Снижение мощности дозы облучения в некоторых вариантах осуществления позволит электронной пушке 12 перейти в более устойчивый рабочий цикл для дерматологической операции и снизить процент ошибочной дозировки. Снижение выхода может осуществляться за счет сохранения количества импульсов в секунду для электронной пушки 12, но увеличения ее сеточного напряжения, в результате чего ускоряется меньше электронов на импульс, в связи с чем, дозировка облучения снижается до желаемого уровня. Многие электронные пушки отличаются тем, что в начале работы, первые несколько импульсов обеспечивают менее контролируемую дозу электронов. Затем, после этих импульсов, электронная пушка 12 достигает относительно стабильного режима работы. Благодаря уменьшению дозы на импульс, количество стабильных импульсов увеличивается относительно суммарного количества импульсов. Это, предположительно ведет к снижению процента ошибочной дозировки по сравнению с системами, использующими меньшее количество импульсов, каждый из которых содержит большую дозу электронов.

Электронную пушку 12 можно отклонять на некоторый угол от направления, по существу, перпендикулярного к идеальной плоскости облучения, и отклоняющий магнит можно использовать для отклонения пучка в надлежащую траекторию, не выходя за рамки объема изобретения, при условии, что не происходит отклонения траектории электронного пучка после входа в линейный ускоритель.

В некоторых вариантах осуществления, данное изобретение предусматривает использование электронно-лучевой системы в, по существу, неэкранированном помещении. Даже если электронно-лучевая система находится на первом этаже, ограничитель пучка может быть полезен для поглощения рассеянного излучения, без необходимости в существенно экранированном помещении. Также может быть полезно использовать лечебную кушетку, которую можно наклонять. Это можно делать для того, чтобы уменьшить необходимость в повороте траектории пучка. Однако если электронно-лучевая система располагается на расстоянии от стены и так, что примерно первые +/-20 или 30 градусов рассеяния излучения, генерируемого на пациенте, будет поглощаться полом, ограничитель пучка можно полностью устранить без добавления существенного экранирования помещения. Кроме того, в зависимости от размеров помещения, если центр рассеяния находится менее чем в примерно 3 метрах от барьера или стены, может потребоваться добавление несущественного экранирования вдоль барьера или стены. Высота и толщина необходимого экранирования, в некоторых вариантах осуществления, будет зависеть от расстояния электронно-лучевой системы от барьера или стены. Степень экранирования, которая может потребоваться, можно определить на основании стандартов облучения, например государственных нормативных документов. Если помещение достаточно велико, установку можно размещать относительно далеко от всех барьеров или стен. В таких помещениях установку можно эксплуатировать без ограничителя пучка и без существенного экранирования. Степень экранирования, необходимую для такой работы, можно рассчитать так, чтобы установка соответствовала региональным, национальным и международным требованиям радиационной защиты.

Размеры начальных резонаторов 16 со стоячей волной можно изменять для осуществления группирования пучков, чтобы, таким образом, снизить разброс по энергии. Соленоид или фокусирующую катушку 20 можно поместить над ускорительной структурой для ограничения пучка, чтобы таким образом повысить коэффициент пропускания и снизить утечку радиации за счет диффузного рентгеновского излучения. Титановое окно 44 на выходе пучка используется в некоторых вариантах осуществления для поддержания вакуума в ускорителе. Окно 44 может быть выполнено из других эквивалентных веществ помимо титана.

Тонкую рассеивающую фольгу 46 на выходе пучка можно использовать для рассеяния электронов. Электроны могут рассеиваться по полю диаметром 20 см с изменением мощности дозы, доставляемой в любой участок поля, максимум 10%.

Съемные конусы 19 аппликатора располагаются в некоторых вариантах осуществления между полем лечения и рассеивающей фольгой 46, в области выхода пучка, задавая форму и размер поля лечения. Конусы 19 аппликатора могут предназначаться для обеспечения дополнительного рассеяния для достижения повышенной плоскостности пучка для лечения. Для дерматологических применений, в общем случае, иногда могут потребоваться поля диаметром от 2 см до 10 см. Окончательное задание поля лечения можно осуществлять, помещая радиационные экраны (например, свинцовые листы) на облучаемую поверхность (например, участок тела пациента, подлежащий лечению) с вырезанным отверстием, которое образует контур желаемой зоны лечения (например, поражения кожи) и обеспечивает воздействие излучения электронного пучка на область поражения. Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления, конусы 19 аппликатора должны иметь возможность придания особой формы на дистальной стороне конусов 19 аппликатора. Для инвазивно-раковых применений, в общем случае, могут требоваться размеры поля до 20 см × 20 см, и может быть предпочтительным придание полю особой формы от дистального конца конусов 19 аппликатора. Для дерматологических и некоторых инвазивно-раковых применений, может быть допустим зазор примерно 5 см от дистального конца конусов 19 аппликатора до облучаемой поверхности. Этот зазор позволяет располагать центр поля лечения на, по существу, фиксированном расстоянии от рассеивающей фольги 46 в некоторых вариантах осуществления, хотя облучаемая поверхность может не быть плоской. В этих применениях, можно использовать индикатор расстояния и центр индикатора поля. В некоторых вариантах осуществления применяются электронные или механические индикаторы.

Для определенных режимов лечения, можно использовать конусы 19 аппликатора, содержащие сталь и алюминий. Использование этих металлов упрощает стерилизацию между сеансами лечения в некоторых вариантах осуществления, в случае необходимости, и уменьшает утечку диффузного излучения. В общем случае, стальной и алюминиевый конус 19 аппликатора можно сконструировать так, чтобы верхняя часть конуса 19 аппликатора (наиболее удаленная от облучаемой поверхности) содержала алюминий. Это может снижать общий вес. Нижняя часть конуса 19 аппликатора (ближайшая к облучаемой поверхности) может быть выполнена из стали, для уменьшения объема металла на сторонах конуса 19 аппликатора, который необходим для адекватного экранирования. Это уменьшение объема наконечника стального конуса позволяет увеличить область облучения при том же периметре наконечника конуса, как у наконечника алюминиевого конуса. Например, для алюминиевого конуса может потребоваться стенка 5 мм толщиной для предотвращения проникновения излучения, тогда как стенка стального конуса 2 мм толщиной может предотвратить проникновение. При энергии 9 МэВ или менее, 2 мм алюминия может обеспечить адекватное экранирование, хотя экранирование может быть меньше, чем обеспечивается при использовании нержавеющей стали. Конусы могут быть выполнены из других материалов, например, пластика или люцита (люцит это название продукта фирмы Дюпона для полиметилметакрилата), особенно для внешних лучевых применений. Однако при выборе таких материалов следует рассматривать пропускание излучения через конусы.

Первичный коллиматор может находиться на выходном конце ускорительного волновода и охватывать как рассеивающие фольги 46, так и камеру внутреннего монитора. Первичный коллиматор может иметь форму усеченной пирамиды или усеченного конуса. Конусы 19 аппликатора могут включать в себя рассеивающие пластины в некоторых вариантах осуществления для дополнительного уплощения пучка излучения при выработке по-прежнему относительно низких уровней рентгеновского излучения.

Для интраоперационного применения, в зону лечения можно вставлять трубку особой конструкции. Трубка предназначена для предотвращения попадания здоровой ткани в зону лечения в некоторых вариантах осуществления. Такого рода трубка также может предназначаться для поддержания более однородного пучка по всей зоне лечения. Следует понимать, что любое конкретное устройство, построенное согласно принципам раскрытого здесь изобретения, может требовать особой конструкции коллиматора и конуса 19 аппликатора. Конструирование соответствующих коллиматора и конуса 19 аппликатора можно осуществлять путем эмпирической итерации или путем моделирования устройства и его работы методом Монте-Карло. Такие модели использовались для конструирования конусов 19 аппликатора с круглыми отверстиями, и даже с прямоугольными и продолговатыми отверстиями размерами 8 см х 15 см. См., например, Janssen и др., "Prototyping a large field size IORT applicator for a mobile linear accelerator", Physics in Medicine and Biology, 53 (2008) 2089-2102, которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

Как упомянуто выше, для внешних (например, дерматологических) применений, центр индикатора поля можно использовать для указания центра (или приблизительного центра) электронного пучка на облучаемой поверхности. Такой индикатор можно обеспечивать, направляя свет через центр конуса 19 аппликатора с помощью визирной линзы или механического перекрестья для указания центра поля. Альтернативно, можно применять видеокамеру с оптоволоконной осветительной системой. Можно применять и другие системы индикации, не выходя за рамки объема изобретения.

Мощность микроволнового излучения, используемая для приведения в действие ускорителя, вырабатывается магнетроном 30. Один такой магнетрон 30 продавался California Tube Laboratory под номером модели VMX 1100. В некоторых вариантах осуществления, магнетрон 30 способен работать на пиковой мощности 1,5 мегаватт и средней мощности 1,5 киловатт (т.е. с коэффициентом заполнения 0,001). Длительность импульса магнетрона 30 может составлять 4 микросекунды. Частота повторения импульсов может изменяться от 40 до 240 импульсов в секунду.

В некоторых вариантах осуществления, в системе применяются традиционные модулятор и источник питания с использованием переключателя на основе водородного тиратрона для выработки пиковой мощности 3 МВт для магнетрона 30 через подходящие кабель и кабельный соединитель. Питание, поступающее на магнетрон 30, можно преобразовывать от 8-9 кВ до 35 кВ с помощью импульсного трансформатора 32, который может располагаться в кожухе 18 ускорительной головки или на опоре гентри.

В некоторых вариантах осуществления, для дерматологических и инвазивно-раковых применений, постоянная мощность микроволнового излучения от магнетрона 30, достаточная для генерации максимальной энергии электронов на выходе из ускорительного волновода, поступает в ускоритель посредством волновода через делитель 36 мощности и фазовращатель 38 после прохождения через четырёхплечий циркулятор 34. Мощность, не поглощенная в ускорителе, может шунтироваться поглощающей нагрузкой 39 с водяным охлаждением. Если ускорительную структуру можно сделать достаточно короткой и все же добиться нужной максимальной энергии в некоторых вариантах осуществления, фазовращатель 38 можно исключить и использовать более традиционную систему РЧ-входа, что общеизвестно специалистам в данной области техники. Для поддержания постоянного уровня импульсов можно использовать регулировочную систему для снижения Q.

При желании, более низких энергий можно добиться с использованием замедлителей 47. Замедлители 47 могут быть выполнены из, по меньшей мере, вещества с низким Z с атомным номером выше 4. Замедлители 47 можно размещать на траектории пучка для снижения энергии электронного пучка до желаемого уровня. Например, если замедлители 47 уменьшают энергию на 3 МэВ, ускоритель может работать на одном уровне мощности 9 МэВ, при этом ввод или удаление замедлителя 47 позволяет получить разные уровни энергии 6 МэВ или 9 МэВ. Один такой одноэлементный замедлитель может включать в себя углерод. Аналогично, можно использовать композит алюминия и бериллия. В некоторых вариантах осуществления возможно использование замедлителей с более высокими Z, но это увеличит генерацию тормозного излучения.

Замедлитель 47 энергии можно размещать в нескольких возможных позициях и, тем не менее, обеспечивать эффективное снижение энергии. На фиг. 6 показано схематическое представление траектории выходного пучка из ускорителя электронов, где используется замедлитель энергии. Электроны могут покидать выходное окно 602 ускорителя 601 и ударять в первичную фольговую систему 603 рассеяния электронного пучка. Можно предложить способ оптимизации конструкции первичной фольговой системы 603 рассеяния электронного пучка на основе эмпирической итерации или моделирования методом Монте-Карло. В некоторых вариантах осуществления, материалы, размеры, и форма первичной фольговой системы 603 рассеяния будут зависеть от местоположения первичной фольговой системы 603 рассеяния на траектории выходного пучка, и геометрии и материалов, используемых в первичных коллиматорах 605 и 608, материалов и толщины оболочки 607 ионной камеры или дозирующей камеры, а также материалов и толщины собирающих пластин, используемых в ионной камере или дозирующей камере, и материала, диаметра и конструкции электронного аппликатора 610. Диапазон энергии падающих электронных пучков, наличие воздушных зазоров 609 между первичным коллиматором 608 и электронным аппликатором 610 и между дистальным концом электронного аппликатора 610 и поверхностью 612 лечения будут влиять на конструкцию первичной фольговой системы 603 рассеяния в некоторых вариантах осуществления.

Фольговая система 603 рассеяния в некоторых вариантах осуществления выполняет две функции. Она расширяет электронный пучок, выходящий из окна 602 ускорителя от диаметра примерно 2 мм, превращая его в конический пучок с половинным углом, который зависит от материала и толщины фольги и распределения энергии падающего электронного пучка. Второй функцией фольговой системы 603 рассеяния является помощь в формировании или уплощении этого распределения энергий по диапазону размеров поля, необходимому для клинического применения. В общем случае, в фольговой системе 603 рассеяния могут применяться две отдельные фольги. Первая фольга будет рассеивать пучок, а вторая фольга будет способствовать уплощению пучка в некоторых вариантах осуществления. Расстояние между этими двумя фольгами может изменяться в зависимости от диапазона энергии установки, размера поля, необходимого для лечебного применения, и геометрии и материалов массивных элементов в лечебной головке. В некоторых системах, для достижения адекватной плоскостности лечебного пучка, можно применять множественные рассеивающие фольги. В общем случае, фольги рассеяния электронов можно конструировать с использованием эмпирических итераций или моделей Монте-Карло.

Несмотря на предложение использовать двойные рассеивающие фольги, можно использовать известные альтернативные способы однородного рассеяния электронного пучка, например, растровое сканирование или использование рассеяния в воздухе и более длинные конусы аппликатора для увеличения длин траекторий. Например, рассеяние в воздушном столбе в электронном аппликаторе 610 можно использовать для уплощения электронного пучка после прохождения пучка через замедлитель. Реализация этих альтернативных способов или вариации их реализации не выходят за рамки принципов, лежащих в основе этой конструкции.

Замедлитель энергии можно размещать в нескольких позициях, но он должен располагаться на удалении от фольговой системы 603 рассеяния для достижения наилучших результатов в некоторых вариантах осуществления. Чем ближе замедлитель энергии к фольговой системе 603 рассеяния, тем меньше может быть его диаметр. Поэтому замедлитель, расположенный ближе к фольговой системе 603 рассеяния, в некоторых вариантах осуществления, должен иметь значительно меньший диаметр, чем замедлитель, расположенный дальше, например, в позиции 606. Например, замедлитель, находящийся в 10 мм от фольговой системы 603 рассеяния, может иметь диаметр 10-20 мм для обеспечения достаточного запаса надёжности, позволяющего ему охватывать пучок диаметром 3-4 мм. Замедлитель, расположенный дальше от фольговой системы 603 рассеяния, например, в позиции 611 на дистальном конце электронного аппликатора 610, может иметь больший диаметр. Диаметр замедлителя можно определить, измерив диаметр пучка. Диаметр замедлителя, в некоторых вариантах осуществления, должен быть на 6-10 мм больше диаметра пучка.

В некоторых вариантах осуществления, толщина замедлителя, необходимая для снижения энергии, до первого порядка, не зависит от местоположения. В некоторых вариантах осуществления, замедлитель энергии будет уменьшать выходную энергию исходящего пучка. Если ускоритель 601 обеспечивает достаточную выходную энергию пучка, снижение выходной энергии, обусловленное замедлителем, может быть незначительным.

Если снижение выходной энергии достаточно важно, то композитный замедлитель также можно формировать с использованием комбинации элементов с низким и высоким Z. В этой заявке, элементы с высоким Z имеют атомный номер свыше 40. Это может давать преимущество в создании результирующего замедлителя более тонкого, чем в случае использования только элемента с низким Z и, таким образом, может облегчать его ввод в траекторию пучка. Однако, в некоторых вариантах осуществления, недостаток использования в замедлителе элементов с более высоким Z состоит в том, что тормозное излучение результирующего пучка будет увеличиваться. Это может не иметь клинического значения при условии, что результирующее тормозное излучение находится в клинически допустимых пределах.

Наличие или отсутствие замедлителя на траектории пучка должно автоматически указываться блокираторами излучения в некоторых вариантах осуществления при выборе нужной энергии для использования. Блокираторы излучения призваны предотвращать осуществление облучения в случае неправильной установки замедлителя. Это позволяет гарантировать соблюдение международных стандартов радиационной безопасности, определяющих конструкцию линейных ускорителей электронов.

Например, выбранная энергия будет различаться в зависимости от глубины проникновения, необходимой для лечения разных пациентов. Для получения разных энергий можно использовать замедлитель. Если замедлитель располагается над коллиматором или ионной камерой, оператор может не видеть замедлитель. Таким образом, может быть полезен защитный механизм. Если энергия выбрана, и замедлитель установлен неправильно, защитный механизм должен предотвратить осуществление облучения. Дело в том, что неправильная установка замедлителя может привести к значительной передозировке облучения. Механизмы блокираторов излучения для замедлителей могут быть аналогичны тем, которые используются в ускорительных системах, где применяются подвижные фольги рассеяния электронов.

Вторая, легко достижимая позиция замедлителя энергии в некоторых вариантах осуществления находится на самом конце электронного аппликатора 610 (позиция 611 на фиг. 6). В этом положении наилучшим веществом для использования может быть акрил. Вплоть до 20 МэВ, каждые 5 мм используемого акрила уменьшают энергию примерно на 1,5 МэВ в некоторых вариантах осуществления. Ввиду относительно низкого значения Z акрила, в некоторых акриловых вариантах осуществления существует небольшое увеличение рентгеновского загрязнения. Кроме того, поскольку оператор может легко видеть его позицию, и поскольку правильное присоединение замедлителя к электронному аппликатору 610 может надежно и автоматически указываться, как описано выше, взаимоблокировка замедлителя в этой позиции может не требоваться.

Комбинация внутреннего замедлителя достаточной толщины для снижения энергии исходящего пучка на 1,5-3 МэВ, совместно с внешним акриловым замедлителем, обеспечивает значительную гибкость при выборе энергии одновременно с упрощением конструкции ускорителя благодаря тому, что установка работает на одном уровне энергии в некоторых вариантах осуществления. Например, если линейный ускоритель 601 работает на одном уровне энергии 12 МэВ, внутренний замедлитель можно использовать либо в позиции 604, либо в позиции 606, показанных на фиг. 6, для снижения энергии до 9 МэВ, и вторичный замедлитель, находящийся в позиции 611, можно использовать для дополнительного снижения энергии до 6 МэВ. Аналогично, линейный ускоритель, предназначенный для работы на одном уровне энергии 9 МэВ, может иметь комбинацию внутреннего и внешнего замедлителей, которые обеспечивают энергии клинического лечения с нижней границей диапазона 3 МэВ.

Системы с разными геометриями могут требовать разных материалов и разного размещения для достижения оптимальных распределений излучения для лечения пациентов. Оптимизацию системы можно осуществлять экспериментальным путем и методом проб и ошибок, а также можно осуществлять "a priori" с помощью компьютерной реконструкции методом Монте-Карло для точного прогнозирования характеристик пучка.

В некоторых вариантах осуществления, выходное окно 602 ускорительного волновода выполнено из титана толщиной 0,0015 см. В фольговой системе 603 рассеяния может применяться тантал толщиной 0,0025 см, после которого установлен алюминиевый сглаживающий фильтр конической формы высотой 1 мм, для поглощения электронов более высокой энергии, как рассмотрено выше. Толщина замедлителя, необходимая для снижения энергии, также может зависеть от местоположения. Для ускорителя 601, работающего на 9 МэВ, внутренний замедлитель, состоящий из 7 мм графита или 5 мм алмаза, расположенный в позиции 604, показанной на фиг. 6, может ослаблять пучок примерно на 3 МэВ. (Более тонкие графитовые замедлители могут приводить к меньшему снижению энергии). Добавление внешнего замедлителя на конце электронного аппликатора 610 в позиции 611, показанной на фиг. 6, состоящего из 5 мм акрила, в некоторых вариантах осуществления снизит энергию до около 4,5 МэВ. Если использовать 10 мм внешнего акрилового замедлителя, можно снизить энергию до около 3 МэВ в некоторых вариантах осуществления 10-миллиметрового акрила. В отсутствие внутреннего замедлителя, внешние замедлители толщиной 5 мм и 10 мм обеспечат энергии около 7,5 МэВ и 6 МэВ, соответственно, в некоторых вариантах осуществления. Альтернативно, композитный внутренний замедлитель в позиции 604, показанной на фиг. 6, состоящий из 3 мм бериллия и 3 мм алюминия, обеспечит примерно такое же снижение энергии на 3 МэВ в некоторых вариантах осуществления композита. Различные комбинации веществ, которые можно использовать во внутреннем замедлителе для достижения желаемого снижения энергии, можно подобрать, комбинируя вещества на основании их общеизвестной тормозной способности в отношении электронного излучения.

Еще одно преимущество использования замедлителя энергии для обеспечения более низких энергий состоит в том, что, в некоторых вариантах осуществления, ток электронной пушки, необходимый для генерации конкретного выхода (электронного потока) на более низких энергиях будет меньше при методе с использованием замедлителя пучка, чем при любом другом подходе, используемом для генерации пучков более низкой энергии, например, изменения мощности, использования переключателя энергии или использования делителя мощности. В этих других мульти-энергетических подходах, ток электронного пучка, инжектированного в волновод, обычно тем больше, чем ниже необходимая выходная энергия. Например, в мульти-энергетическом линейном ускорителе, если электронный пучок с энергией 12 МэВ имеет типичный ток пушки 100 мА, необходимый для генерации нужного выхода, пучок с энергией 4 МэВ из той же системы может потребовать тока пушки 800 мА, и пучок с энергией 6 МэВ будет иметь ток около 400 мА. Согласно подходу с использованием замедлителя энергии, можно установить ток пушки для максимальной выходной энергии, который также является наименьшим инжекционным током электронной пушки, и более низкие энергии можно генерировать с применением вышеописанных методов с использованием замедлителей, но при этом использовать такой же ток пушки, как при максимальной энергии. Выходы (электронные потоки) при всех энергиях будут примерно одинаковы в некоторых вариантах осуществления замедлителя.

Таким образом, работа на более низком токе пушки может не только продлевать срок службы электронной пушки, но и снижать внешнее паразитное излучение для некоторых мульти-энергетических установок. Требования национальных и международных регуляторов, предъявляемые к лучевым устройствам, предусматривают, что они должны располагаться в помещении таким образом, чтобы персонал, не связанный с излучательной установкой, находящийся в окружающих помещениях, получал недельную дозу облучения меньше 20 микрозиверт. Если внешнее излучение от излучательной установки слишком высоко, чтобы удовлетворять этому требованию, необходимо добавить дополнительное экранирование в стены, пол и потолок, чтобы привести измеренное излучение в окружающих областях в соответствие. Это может привести к существенному удорожанию установки. Снижение внешнего паразитного излучения может снизить требования к экранированию, как для ускорителя электронов, так и для помещения, где находится ускоритель. Это имеет особое значение для лучевых применений, предназначенных для использования в помещениях, не имеющих специального экранирования для излучательных установок.

Вариации предпочтительного варианта осуществления при выборе различных материалов, геометрии размещения элементов системы, и толщины материалов, возможны на основе эмпирических итераций или моделей Монте-Карло.

Альтернативно, управление энергией можно осуществлять с использованием переключателя энергии в одном волноводе. Переключатель энергии может иметь одно или несколько рабочих позиций, каждая из которых обеспечивает ту или иную энергию электронного пучка и узкий разброс по энергии.

Альтернативно, энергию можно изменять путем изменения нагрузочной линии. Такие изменения требуют осторожного подхода, чтобы быть уверенным в том, что уровень мощности, используемый для достижения нужной энергии, достаточно стабилен и взаимно заблокирован для обеспечения строго определенной выходной энергии.

На фиг. 4 показан другой возможный путь обеспечения управления энергией с использованием источника 412 электронов с двумя коллинеарными ускорительными волноводами 414 и 416 и делителем 464 мощности, один пример которого описан в патенте US 5661377, выданном 26 августа 1997 г., который полностью включен в настоящее описание. Достаточная мощность микроволнового излучения для достижения минимальной необходимой энергии может инжектироваться РЧ источником 432 в первый ускорительный волновод 414, проходящий через 4-плечий циркулятор 436 и делитель 464 мощности. Делитель 464 мощности может включать в себя порты 450, 454, 456 и 460, симметричное гибридное соединение 452, регулируемые короткозамыкатели 458 и 462 и контроллер 466. Избыточная мощность, не нужная для наименьшей энергии, может отводиться циркулятором 436 на поглощающую нагрузку 440 с водяным охлаждением. Мощность, отраженная от первого ускорительного волновода 414, может шунтироваться второй поглощающей нагрузкой 410 с водяным охлаждением. Для получения более высоких энергий, дополнительную мощность можно инжектировать во второй волновод 416 с помощью делителя 464 мощности. Согласованной работы и регулировки энергии можно добиться с использованием фазовращателей (например, регулируемых короткозамыкателей) 458 и 462, которые гарантируют, что фаза мощности микроволнового излучения во втором волноводе 416 согласуется (например, совпадает) с фазой мощности микроволнового излучения в первом волноводе 414. Избыточная мощность из второго волновода 416 может шунтироваться поглощающей нагрузкой с водяным охлаждением (не показана).

Резонансную частоту магнетрона 30, показанного на фиг. 1, можно сделать равной частоте ускорителя для улучшения (например, оптимизации) работы системы. Этого можно добиться с использованием настраиваемого магнетрона, где тюнер приводится в действие шаговым двигателем 40. Шаговый двигатель 40 может работать под управлением системы 42 автоматической регулировки частоты, которая измеряет разность фаз между прямой и отраженной мощностью, поступающей в ускоритель, таким образом, образуя систему слежения для поддержания улучшенной (например, оптимальной) работы вне зависимости от изменений температуры и нагрузки.

Пропускающую ионную камеру 48 на выходе пучка можно использовать для мониторинга мощности дозы и кумулятивной дозы. Пропускающая ионная камера 48 может быть выполнена из пластмассовых элементов, покрытых тонким металлизированным слоем для минимизации генерации тормозного рентгеновского излучения.

Рассеивающие фольги 46 и пропускающая ионная камера 48 могут быть встроены в вольфрамовый или свинцовый коллиматор для ограничения размера поля максимально необходимой величиной для применения.

Кожух 18 ускорительной головки может быть установлен на механическую опору или C-кронштейн, который может поворачивать кожух 18 ускорительной головки вокруг человека или животного, размещенного для облучения (например, на столе для облучения или сидящего на стуле для облучения). В некоторых вариантах осуществления, конструкция или C-кронштейн обеспечивает вращение относительно, по меньшей мере, двух осей для максимальной гибкости. Может требоваться минимальный поворот на +/-45 градусов относительно оси X. Поворот на +/-30 градусов относительно оси Y может дополнительно облегчать позиционирование установки. Кроме того, можно вертикально регулировать ускорительную головку 10 (т.е. перемещать ее по оси Z). (При определении вышеозначенных осей, ось Z может быть коллинеарна с траекторией электронного пучка, когда он ударяет по облучаемой поверхности.) На фиг. 2 и 3 показана одна иллюстративная конфигурация электронной пушки 12, ускорительного волновода 16, конуса 19 аппликатора и необязательного ограничителя пучка (или противовеса) 52, прикрепленного на механической опоре 50 к стене (не показанной на фиг. 2). Следует понимать, что в нижеследующем описании электронная пушка 12 и ускорительный волновод 16 жестко связаны друг с другом и находятся в одном и том же кожухе ускорительной головки.

Электронная пушка 12 и ускорительный волновод 16 (основные элементы, содержащиеся в кожухе ускорительной головки) плюс конус 19 аппликатора могут быть ориентированы вниз, как показано на фиг. 2 и 3. Электронная пушка 12 может быть коллинеарна с ускорительным волноводом 16 или может располагаться под постоянным или переменным углом входа относительно ускорительного волновода 16. Таким образом, электронная пушка 12 и ускорительный волновод 16 образуют вращающуюся систему. Позиции 201 и 202 указывают поворот основных элементов кожуха ускорительной головки (электронной пушки 12 и ускорительного волновода 16), а также конуса 19 аппликатора и необязательного ограничителя пучка (или противовеса) 52 относительно оси X. На фиг. 3 показан другой вид той же конфигурации основных элементов кожуха ускорительной головки (электронной пушки 12 и ускорительного волновода 16), конуса 19 аппликатора и необязательного ограничителя пучка (или противовеса) 52, прикрепленного на механической опоре 50 к стене 51. Позиции 301 и 302 основных элементов кожуха ускорительной головки (электронной пушки 12 и ускорительного волновода 16), а также конуса 19 аппликатора и необязательного ограничителя пучка (или противовеса) 52 указывают поворот относительно оси Y.

Альтернативно, кожух может быть установлен на конструкции типа вращающейся рамы или вилки, присоединенной к потолку, стене или полу и имеющей достаточную вращательную и вертикальную степень свободы, чтобы располагаться вокруг человека или животного для облучения (например, на столе или стуле для облучения). Один пример такой вилки изображен на фиг. 5, где показана электронная пушка 12, ускорительный волновод 16 и конус 19 аппликатора, установленные на поверхности (например, стене или потолке) 516 с помощью вилки 510. Механическое крепление 512 допускает вращение вилки 510 относительно оси 514. Ось 522 обозначает траекторию электронного пучка. Стандартная ориентация оси 522 может быть коллинеарна с осью 514. Однако более вероятно, что стандартная позиция электронной пушки 12 такова, что плоскость, заданная осями 520 и 522, перпендикулярна оси 514 в некоторых вариантах осуществления. Механические крепления 518 могут допускать вращение электронной пушки 12 относительно оси 520. Механические крепления 524 могут допускать перемещение электронной пушки 12 вдоль оси 522. Следует понимать, что изображенная конфигурация может приводить к смещению электронного пучка из области для облучения, например, когда электронная пушка 12 поворачивается относительно оси 520 или при осуществлении некоторых других поворотов. В результате, может возникать необходимость в повторном позиционировании зоны облучения всякий раз при осуществлении таких поворотов. Альтернативно, можно сконструировать более сложную вилку 510, которая позволяет электронному пучку оставаться направленным в определенную зону, даже когда электронная пушка 12, ускорительный волновод 16 и конус 19 аппликатора поворачиваются для обеспечения облучения под другим углом.

В большинстве применений важно, чтобы конструкция системы ограничивала (и, по возможности, минимизировала) диффузное излучение, исходящее из ускорительной структуры и ее элементов. Например, ускорительная структура может быть заключена в опорный кожух из свинца и стали для минимизации утечки излучения из ускорительного волновода. Стальная опора также может выступать в роли магнитного экрана для экранирования электронного пучка в ускорительном волноводе от диффузных или внешних электромагнитных полей. Даже если исключить все источники утечки в ускорителе, когда электроны ударяются о человека или животное в ходе облучения, они неизбежно создают "генерируемое на пациенте" тормозное рассеянное излучение в некоторых вариантах осуществления. К счастью, в большинстве вариантов осуществления, это генерируемое на пациенте рассеянное излучение распространяется в прямом направлении. В некоторых вариантах осуществления, когда облучение доставляется в вертикальном или близком к вертикальному направлению, большая часть этого рассеянного излучения, генерируемого на пациенте, будет направлено в пол. Однако, если необходимо поворачивать излучательное устройство, уровни диффузного излучения могут превышать законодательно установленные пределы (или, в случае нестрогого законодательства, безопасные пределы) в соседних помещениях. Для снижения такой возможности, ограничитель пучка в виде слоя свинца достаточной толщины (например, примерно 8 дюймов) может быть установлен напротив кожуха ускорительной головки, чтобы перехватывать первичное излучение, порождаемое рассеивающей фольгой и коллиматором, а также большую часть рассеянного излучения, генерируемого на пациенте. Это позволяет устанавливать ускоритель в большинстве неэкранированных сред (например, небольших кабинетах, мобильных средах и временных сооружениях) без необходимости обеспечивать дополнительное экранирование. Когда ускоритель установлен в учреждении не на первом этаже, может потребоваться экранирование в полу.

Альтернативный вариант осуществления, который можно использовать независимо или совместно с вышеописанным вариантом осуществления, предусматривает устройство размещения пациента (например, стол или стул для облучения), которое можно отклонять на +/- 20 градусов. Подобные возможности обеспечивают многие операционные столы. Благодаря использованию возможности наклона и правильного размещения пациента для облучения (например, на столе), облучение можно, по большей части, обеспечивать в позиции, близкой к вертикальной, тем самым исключая необходимость в ограничителе пучка при установке на первом этаже.

В случае необходимости дополнительного экранирования, свинцовый барьер (толщиной примерно 1 см и высотой примерно один метр) можно использовать для защиты соседних областей здания. Когда ускоритель установлен выше первого этажа, пол можно экранировать стальными пластинами надлежащей толщины, чтобы излучение не проходило через него.

Альтернативный вариант осуществления может предусматривать обеспечение множественных энергий в различных областях применения.

Хотя выше описаны предпочтительные иллюстративные варианты осуществления изобретения, специалист в данной области техники может предложить различные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема изобретения.

Заявленное изобретение относится к электронно-лучевым системам. Заявленная система для применения электронного пучка содержит источник одного электронного пучка для генерации электронного пучка с использованием линейного ускорителя, при этом источник электронного пучка и линейный ускоритель расположены так, что сгенерированный электронный пучок выходит из линейного ускорителя, по существу, коллинеарно направлению движения электронов в ускорителе, аппликатор, выполненный с возможностью правильно задавать одно или несколько из формы, размера и плоскостности сгенерированного электронного пучка, и замедлитель, установленный на траектории сгенерированного электронного пучка. При этом если замедлитель установлен на траектории, сгенерированный электронный пучок выходит из системы с более низким уровнем энергии, чем в случае, когда замедлитель не установлен на траектории. Замедлитель содержит, по меньшей мере, элемент с атомным номером выше 4. Техническим результатом является возможность использования в медицинском центре с очень малым радиационным экранированием совместно с замедлителями с низким Z, которые снижают уровень энергии электронного пучка, без необходимости в сложных или дорогостоящих системах управления энергией, а также возможность лечения пациентов в неэкранированном помещении. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система для применения электронного пучка, содержащая
источник одного электронного пучка для генерации электронного пучка с использованием линейного ускорителя,
причем источник электронного пучка и линейный ускоритель расположены так, что сгенерированный электронный пучок выходит из линейного ускорителя, по существу, коллинеарно направлению движения электронов в ускорителе,
аппликатор, выполненный с возможностью правильно задавать одно или несколько из формы, размера и плоскостности сгенерированного электронного пучка, и
замедлитель, установленный на траектории сгенерированного электронного пучка, так что если замедлитель установлен на траектории, сгенерированный электронный пучок выходит из системы с более низким уровнем энергии, чем в случае, когда замедлитель не установлен на траектории, причем замедлитель содержит, по меньшей мере, элемент с атомным номером выше 4.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один дополнительный замедлитель, установленный на траектории сгенерированного электронного пучка,
причем, если на траектории установлена совокупность замедлителей, сгенерированный электронный пучок выходит из системы с более низким уровнем энергии, чем в случае, когда на траектории установлен один замедлитель.

3. Система по п. 1, в которой замедлитель установлен на удалении от фольговой системы рассеяния.

4. Система по п. 1, в которой замедлитель снижает уровень энергии сгенерированного электронного пучка на величину в диапазоне 1-6 МэВ, если замедлитель установлен на траектории.

5. Система по п. 2, в которой замедлители снижают уровень энергии сгенерированного электронного пучка на величину в диапазоне 2-12 МэВ, если замедлители установлены на траектории.

6. Система по п. 1, в которой аппликатор механически присоединен к опоре, благодаря чему аппликатор поддерживается в заранее определенном местоположении от конца кожуха, содержащего источник электронного пучка и линейный ускоритель.

7. Система по п. 6, в которой заранее определенное местоположение аппликатора находится в диапазоне 0-10 см от конца кожуха, содержащего источник электронного пучка и линейный ускоритель.

8. Система по п. 1, в которой при эксплуатации источника электронного пучка на более слабом токе с замедлителем на траектории сгенерированного электронного пучка достигается такая же энергия, как при эксплуатации источника электронного пучка на более сильном токе без замедлителя на траектории сгенерированного электронного пучка.

9. Система по п. 1, в которой, по меньшей мере при работе на более низкой энергии, внешнее паразитное излучение ниже при наличии замедлителя на траектории сгенерированного электронного пучка, чем в случае, когда замедлитель не установлен на траектории сгенерированного электронного пучка.

10. Способ применения электронного пучка, содержащий этапы, на которых:
предоставляют источник одного электронного пучка;
генерируют электронный пучок, используя источник одного электронного пучка,
придают форму электронному пучку,
размещают по меньшей мере один замедлитель, содержащий, по меньшей мере, элемент с атомным номером выше 4, на траектории пучка до облучения пучком участка тела пациента, причем по меньшей мере один замедлитель снижает уровень энергии пучка, и
облучают участок тела пациента электронным пучком, в то время как пациент находится в, по существу, неэкранированном помещении.

11. Способ по п. 10, в котором участок тела пациента содержит поражение кожи.

12. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором уплощают электронный пучок до облучения пучком участка тела пациента.

13. Способ по п. 10, в котором пациентом является человек или животное.

14. Способ по п. 10, в котором:
электронный пучок проходит через аппликатор,
аппликатор осуществляет, по меньшей мере частично, придание формы,
аппликатор содержит конец, расположенный наиболее близко к пациенту, из этого конца выходит пучок и
конец расположен на расстоянии 0-1 м от участка тела пациента.

15. Способ по п. 14, в котором конец расположен на расстоянии 0-10 см от участка.

16. Способ по п. 14, в котором аппликатор механически присоединен к опоре, так что поддерживается зазор между аппликатором и концом источника электронного пучка, из которого выходит сгенерированный электронный пучок.

17. Способ по п. 14, в котором по меньшей мере один замедлитель расположен на конце аппликатора.

18. Способ по п. 14, в котором правильное присоединение замедлителя к аппликатору обеспечивается отказоустойчивым механизмом.

19. Способ применения электронного пучка, содержащий этапы, на которых:
генерируют электронный пучок,
придают форму электронному пучку,
размещают по меньшей мере один замедлитель, содержащий композит из по меньшей мере двух разных элементов на траектории пучка до облучения пучком участка тела пациента, причем по меньшей мере один замедлитель снижает уровень энергии пучка, и
облучают участок тела пациента электронным пучком, в то время как пациент находится в, по существу, неэкранированном помещении.

20. Способ по п. 19, в котором по меньшей мере два разных элемента содержат по меньшей мере два замедляющих элемента с низким Ζ.

21. Способ по п. 19, в котором по меньшей мере два разных элемента содержат по меньшей мере один элемент с низким Ζ и по меньшей мере один элемент с высоким Ζ.

22. Лечебная система для облучения пациента с переменной энергией электронов, содержащая
кожух ускорительной головки, включающий в себя ускорительную головку, линейный ускоритель электронов и источник электронного пучка, причем линейный ускоритель электронов и источник электронного пучка установлены в кожухе и электронный пучок может генерироваться источником электронного пучка и инжектироваться в линейный ускоритель через входное отверстие, причем электронный пучок может ускоряться линейным ускорителем электронов до более высокой энергии электрона и выходить из линейного ускорителя через выходное отверстие, расположенное напротив входного отверстия,
окно для отделения вакуума внутри линейного ускорителя от атмосферы, позволяющее электронному пучку проходить через окно, когда электронный пучок выходит из линейного ускорителя,
средство для расширения электронного пучка, выходящего из линейного ускорителя электронов, для одновременного облучения области, существенно превышающей поперечное сечение электронного пучка, проходящего через окно,
электронный аппликатор, расположенный, по существу, коллинеарно с линейным ускорителем и окном, благодаря чему электронный пучок движется прямолинейно от линейного ускорителя к пациенту, причем аппликатор служит для ограничения электронного пучка и задания поля для облучения,
контроллер для регулировки одного или нескольких рабочих параметров источника электронного пучка и линейного ускорителя электронов и для эксплуатации линейного ускорителя электронов на заранее определенной пиковой энергии электронов,
по меньшей мере один замедлитель, выполненный с возможностью избирательной установки на траектории электронного пучка после линейного ускорителя и, по существу, коллинеарно с линейным ускорителем и окном, причем установка по меньшей мере одного замедлителя на траектории электронного пучка снижает энергию электрона электронного пучка от заранее определенной пиковой энергии электронов до заранее определенного более низкого уровня энергии, и
по меньшей мере один замедлитель содержит композит из по меньшей мере двух элементов для снижения энергии электрона электронного пучка путем замедления электрона электронного пучка, когда электроны электронного пучка проходят через композит из по меньшей мере двух элементов.

23. Система по п. 22, в которой по меньшей мере один замедлитель выполнен с возможностью избирательной установки на конце электронного аппликатора, где электронный пучок выходит из электронного аппликатора.

24. Система по п. 22, в которой композит из по меньшей мере двух элементов содержит вещество с низким Ζ для замедления электрона электронного пучка.

25. Система по п. 22, в которой пик заранее определенного более низкого уровня энергии по меньшей мере на 1 МэВ ниже, чем заранее определенная пиковая энергия электронов.

26. Система по п. 22, в которой окно выполнено из титана.

27. Система по п. 22, в которой при эксплуатации источника электронного пучка на более слабом токе с по меньшей мере одним замедлителем на траектории электронного пучка достигается такая же энергия, как при эксплуатации источника электронного пучка на более сильном токе без по меньшей мере одного замедлителя на траектории электронного пучка.

28. Система по п. 22, в которой для данной энергии электрона электронного пучка, облучающего пациента, внешнее паразитное излучение ниже при наличии по меньшей мере одного замедлителя на траектории электронного пучка, чем в случае, когда по меньшей мере один замедлитель не установлен на траектории электронного пучка.