[发明专利]粒子束枪控制

说明书

所提供的系统和方法有助于对粒子束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，一种放射枪系统，包括：粒子束枪，所述粒子束枪产生粒子束；以及枪控制部件，所述枪控制部件控制枪粒子束产生特性，包括粒子束保真度特性。粒子束特性能够与FLASH放射治疗相容。对粒子束产生的分辨率控制能够实现在脉冲内水平和微团束水平下的剂量递送。微团束能够在5至15μsec脉冲宽度内的每个3GHz RF循环包括单独的团束。FLASH放射治疗剂量递送能够具有约4.4X10^∧‑6cGy/团束的团束水平分辨率。

发明领域

本发明涉及粒子束辐射领域。在一些实施方案中，放射系统和方法有助于快速而有效地产生粒子束。

背景技术

粒子束辐射可以被用于许多不同的应用中，并且准确地施加适当量的辐射可能是非常重要的。在医学治疗应用中施加准确剂量的粒子束辐射往往是至关重要的。粒子束放射治疗通常包括将粒子(例如，电离粒子、质子等)束引导在组织区域处。粒子通常与电荷相关联或包括所述电荷。粒子通常用于通过杀死靶组织细胞或降低其细胞分裂能力来停止所述靶组织细胞的生长或扩散。虽然粒子束辐射通常被视为是有益的，但是会存在许多潜在的副作用。副作用可以包括对健康组织细胞的DNA造成意想不到的损伤。粒子束辐射的效果主要随着施加到癌细胞，同时避免对健康组织的影响的带电粒子的剂量或量的变化而变化。

施加到组织的带电粒子的量通常随着带电粒子的剂量率或“电流”和靶组织暴露于辐射的时间的变化而变化。较快速的剂量率通常实现较短的暴露时间并且可以具有许多益处，包括发生影响治疗的无关事件的机会变小，生产率提高和给患者带来更大的便利。一种方法包括被称为FLASH放射治疗的超高剂量率治疗或模态。与FLASH治疗相关联的治疗窗口通常实现降低的正常组织毒性，同时维持癌组织肿瘤控制。然而，这些治疗窗口通常非常窄或精确，并且在窗口之外的暴露会非常不利于另外的健康组织。开发系统和方法来递送通常与FLASH治疗相关联的剂量率可能是困难的和有问题的。利用脉冲下降和伺服进行的常规尝试通常太粗糙并且无法提供足够的分辨率和保真度。

发明内容

所提供的系统和方法有助于对粒子束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，一种放射枪系统包括：粒子束枪，所述粒子束枪产生粒子束；以及枪控制部件，所述枪控制部件控制枪粒子束产生特性，包括粒子束保真度特性。粒子束特性可以与FLASH放射治疗相容。对粒子束产生的分辨率控制可以实现在脉冲内水平和微团束水平下的剂量递送。微团束可以在5至15μsec脉冲宽度内的每个3GHz RF循环包括单独的团束。FLASH放射治疗剂量递送可以具有约4.4X10^∧-6cGy/团束的团束水平分辨率。

放射枪系统粒子束枪可以包括光电阴极枪和弯转磁体，并且控制部件包括激光部件。光电阴极枪可以是第一短直线加速器的组成部分，并且可操作用于在受到激光激发时发射电子；弯转磁体可以操作用于使电子弯转并且为激发激光提供通往光电阴极的直线对传路径，所得的已弯转的射束然后被传送到第二直线加速器中以使所述射束加速至其最终能量。激光部件可以操作用于控制来自枪的电子发射的“选通”或开关。5μsec脉冲可以对应于约15K电子团束，所述电子团束利用光电阴极注入器的选通功能来进行选通以将剂量输出控制为接近每团束剂量的分辨率。

与光电阴极相比较实现更粗糙的剂量控制保真度的一种替代方法是利用具有快速选通电子器件的栅控电子枪。在一些实施方案中，选通可以在与脉冲上升/下降时间的瞬态相关联的脉冲降能扩散的中间或较平坦部分内启动。快速选通可以经由能够以实现团束选通分辨率的速率快速导通和关断的枪驱动器来实现。开/关选通可以是处于333psec的速率。

在一些实施方案中，一种放射方法包括：以周期性速率使放射治疗系统中的粒子形成脉冲，其中脉冲具有与超高剂量率相容的特性；通过直线加速器使粒子在射束中加速；以及将射束发射引导在靶标处。脉冲可以是处于微波范围。脉冲可以具有高保真度特性。粒子束特性可以与FLASH放射治疗相容。对粒子束产生的分辨率控制可以接近微团束水平。