CN112399868B - 放射治疗的***和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于将电子束注入加速器的***和方法。所述***可以包括阴极、阳极和调制电极。用于产生所述电子束的所述阴极可以具有第一电势。所述阳极可以具有第二电势。位于所述阴极和所述阳极之间的所述调制电极可以被配置为调节所述电子束的至少一个参数。所述电子束的所述至少一个参数可以包括所述电子束的至少一个横向参数。

Description

放射治疗的***和方法
技术领域
本申请总体上涉及用于放射治疗的***和方法，并且更具体地涉及包含被配置为允许调整结构和/或操作参数的电子注入***的***和方法。
背景技术
放射治疗被广泛用于癌症治疗中，也被用于指示其他几种健康状况。通常，在治疗开始之前生成针对患者的放射治疗的治疗计划(在本文中也称为治疗计划)。针对不同患者的不同治疗计划可能需要不同的参数。例如，在不同的治疗计划中可能需要不同的电子束参数。此外，放射治疗***可以具有不同的操作模式，例如成像模式和治疗模式。治疗模式可以包括低能量治疗模式、中能量治疗模式和/或高能量治疗模式。不同的治疗模式对于注入电子枪的电子束可能有不同的要求。因此，期望开发用于允许调节电子注入器的参数的***和方法，从而可以产生期望的电子束以满足不同的操作模式。
发明内容
在本申请的第一方面，提供了一种用于将电子束注入加速器的***。所述***可以包括阴极、阳极和调制电极。用于产生所述电子束的所述阴极可以具有第一电势。所述阳极可以具有第二电势。位于所述阴极和所述阳极之间的所述调制电极可以被配置为调节所述电子束的至少一个参数。所述电子束的至少一个参数可以包括所述电子束的至少一个横向参数。
在一些实施例中，所述电子束的至少一个横向参数可以包括所述电子束的Twiss参数。
在一些实施例中，所述调制电极可以被配置为调节所述阴极和所述阳极之间的电势分布以控制所述电子束的轨迹。
在一些实施例中，所述***可以包括控制器，所述控制器被配置为基于至少一个横向参数来向所述调制电极施加第三电势，以调节所述阴极和所述阳极之间的所述电势分布。
在一些实施例中，所述至少一个横向参数可以包括第一参数或第二参数中的至少一个。可以基于所述第一参数或所述第二参数中的至少一个来施加所述第三电势。
在一些实施例中，所述第一参数可以是与所述电子束的横向尺寸有关的Twiss参数β，并且所述第二参数可以是与所述电子束在横向方向上的发散角有关的Twiss参数γ。
在一些实施例中，可以基于所述第一电势和所述第三电势产生具有第一电场强度的第一电场，并且可以基于所述第二电势和所述第三电势产生具有第二电场强度的第二电场。
在一些实施例中，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第一参数可以减小。
在一些实施例中，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第二参数可以增加。
在一些实施例中，所述调制电极可以被配置为通过基于所述至少一个横向参数在所述阴极和所述阳极之间产生磁场来控制所述电子束的轨迹。
在一些实施例中，所述磁场可以是螺线管磁场。
在一些实施例中，所述***可以包括被配置为控制所述阴极的束流的栅极。
在本申请的第二方面，提供了一种用于将电子束注入加速器的***。所述***可以包括阴极、阳极和调制电极。用于产生电子束的所述阴极可以具有第一电势。所述阳极可以具有第二电势。位于所述阴极和所述阳极之间的所述调制电极可以被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓。
在一些实施例中，可以通过调节所述电子束的至少一个横向参数来调节所述电子束的轮廓。
在一些实施例中，可以通过控制所述阴极和所述阳极之间的电势分布来调节所述电子束的轮廓。
在一些实施例中，可以通过向所述调制电极施加电压电源来控制所述阴极和所述阳极之间的电势分布。
在一些实施例中，可以通过控制所述阴极和所述阳极之间的磁场来调节所述电子束的轮廓。
在一些实施例中，所述调制电极可以是磁体。
在一些实施例中，可以基于所述电子束的至少一个横向参数来调整所述阴极与所述阳极之间的所述电势分布或所述阴极与所述阳极之间的所述磁场中的至少一项。
在本申请的第三方面，提供了一种用于调节注入到加速器的电子束的参数的方法。所述方法可以包括以下操作。所述方法可以包括提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极。所述方法可以包括提供具有第二电势的阳极。所述方法可以包括提供位于所述阴极和所述阳极之间的调制电极，所述调制电极被配置为调整所述电子束的至少一个参数。所述电子束的至少一个参数可以包括所述电子束的至少一个横向参数。
在本申请的第四方面，提供了一种用于调节注入到加速器的所述电子束的参数的方法。所述方法可以包括以下操作。所述方法可以包括提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极。所述方法可以包括提供具有第二电势的阳极。所述方法可以包括提供位于所述阴极和所述阳极之间的调制电极，所述调制电极被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓。
在本申请的第五方面，一种非暂时性计算机可读介质可以包括至少一组指令。当由计算设备的至少一个处理器执行时，所述至少一组指令可以使所述至少一个处理器实现一种方法。所述方法可以包括提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极。所述方法可以包括提供具有第二电势的阳极。所述方法可以包括提供位于所述阴极和所述阳极之间的调制电极，所述调制电极被配置为调整所述电子束的至少一个参数。所述电子束的至少一个参数可以包括所述电子束的至少一个横向参数。
在本申请的第六方面，一种非暂时性计算机可读介质可以包括至少一组指令。当由计算设备的至少一个处理器执行时，所述至少一组指令可以使所述至少一个处理器实现一种方法。所述方法可以包括提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极。所述方法可以包括提供具有第二电势的阳极。所述方法可以包括提供位于所述阴极和所述阳极之间的调制电极，所述调制电极被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓。
本申请的一部分附加特性可以在以下描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的研究或者对实施例的生产或操作的了解，本申请的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本申请的特征可以通过对以下描述的具体实施例的各个方面的方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
本申请将通过示例性实施例进行进一步描述。这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。附图未按比例绘制。这些实施例是非限制性的示例性实施例，在这些实施例中，各图中相同的编号表示相似的结构，其中：
图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性放射治疗***的示意图；
图2是根据本申请的一些实施例所示的示例性计算设备的硬件和/或软件组件的示意图；
图3是根据本申请的一些实施例所示的示例性移动设备的硬件和/或软件组件的示意图；
图4-A和图4-B是根据本申请的一些实施例所示的示例性电子注入器和电子注入器中的电子束的示意图；
图5是示出电势与沿着电子束轴的位置之间的关系的示意图；
图6是根据本申请的一些实施例所示的示例性加速器***的组件的截面的示意图；以及
图7是根据本申请的一些实施例所示的示例性磁场的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。然而，本领域技术人员应该明白，可以在没有这些细节的情况下实施本申请。在其他情况下，已经在相对较高的级别上描述了公知的方法、过程、***、组件和/或电路，而没有细节，以避免不必要地使本申请的各方面不清楚。对于本领域的普通技术人员来讲，显然可以对所披露的实施例做出各种改变，并且在不偏离本申请的原则和范围的情况下，本申请中所定义的普遍原则可以适用于其他实施例和应用场景。因此，本申请不限于所示的实施例，而是符合与申请专利范围一致的最广泛范围。
可以理解的是，本文使用的术语“***”、“引擎”、“单元”、“模块”和/或“块”是用于按升序区分不同级别的不同构件、元件、部件、部分或组件的方法。然而，如果可以达到相同的目的，这些术语也可以被其他表达替换。
通常，这里使用的词语“模块”、“单元”或“块”是指体现在硬件或固件中的逻辑，或者是软件指令的集合。本文描述的模块、单元或块可以被实现为软件和/或硬件，并且可以被存储在任何类型的非暂时性计算机可读介质或另一存储设备中。在一些实施例中，可以编译软件模块/单元/块并将其链接到可执行程序中。应当理解，软件模块可以从其他模块/单元/块或从它们自身调用，和/或可以响应检测到的事件或中断来调用。可以在诸如光盘、数字视频盘、闪存驱动器、磁盘等计算机可读介质上提供被配置为在计算设备(例如，图2中所示的处理器210)上执行的软件模块/单元/块，或任何其他有形媒体，或作为数字下载(并且可以最初以压缩或可安装的格式存储，需要在执行之前进行安装，解压缩或解密)。这里的软件代码可以被部分的或全部的储存在执行操作的计算设备的存储设备中，并应用在计算设备的操作之中。软件指令可以嵌入在固件中，例如可擦可编程只读存储器(EPROM)。还将意识到，硬件模块/单元/块可以包括在连接的逻辑组件中，例如门和触发器，和/或可以包括在可编程单元中，例如可编程门阵列或处理器。这里描述的模块/单元/块或计算设备功能可以实现为软件模块/单元/块，但是可以用硬件或固件表示。通常，这里描述的模块/单元/块指的是逻辑模块/单元/块，其可以与其他模块/单元/块组合或者分成子模块/子单元/子块，尽管它们是物理组织或存储器件。
将理解的是，当单元、引擎、模块或块被称为“在”、“连接至”或“耦合至”另一单元、引擎、模块或块时，其可以直接连接上或耦合到另一个单元或与另一个单元通信，除非上下文明确指出，否则可能存在中间单元、引擎、模块或块。在本申请中，术语“和/或”可包括任何一个或以上相关所列条目或其组合。
本申请中所使用的术语仅出于描述特定示例和实施例的目的，而非限制性的。如本申请使用的单数形式“一”、“一个”及“该”同样可以包括复数形式，除非上下文明确提示例外情形。将进一步理解的是，当在本申请中使用术语“包括”和/或“包括”时，其指定了整数、设备、行为，所陈述的特征、步骤、元素、操作和/或组件的存在，但确实如此。不排除存在或增加一个或以上其他整数、设备、行为、特征、步骤、元素、操作、组件和/或其组合。
本文提供了用于非侵入性成像和/或治疗，例如用于疾病诊断、治疗或研究目的，的***和组件。在一些实施例中，所述***可以是放射治疗***、计算机断层摄影(CT)***、发射计算机断层摄影(ECT)***、X射线摄影***、正电子发射断层摄影(PET)***等，或其任何组合。为了说明的目的，本申请描述了用于放射治疗的***和方法。在本申请中使用的术语“图像”可以指2D图像、3D图像或4D图像。在一些实施例中，所述术语“图像”可以指患者的感兴趣区域(ROI)的图像。在本申请中使用的术语“感兴趣区域”或“ROI”可以指的是沿着线，在两个空间维度，在三个空间维度，或在以上任何一个维度上随时间而变化，的图像的一部分。所述图像可以是CT图像、电子射野图像设备(EPID)图像、荧光图像、超声图像、正电子发射断层扫描(PET)图像或磁共振图像。
本申请的一些实施例涉及包含电子注入***的***和方法，所述电子注入***被配置为允许调整用于成像、计划和/或执行放射治疗的结构和/或操作参数。在一些实施例中，所述电子注入***可以包括电子注入器。所述电子注入器可以包括调制电极。所述调制电极可以调节使得同一个电子注入器可以产生期望的电子束，以满足用于成像或放射治疗的***上的不同操作，例如不同的成像程序。
图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性放射治疗***100的示意图。所述放射治疗***100可以包括放射递送装置110、网络120、一个或以上终端130、处理设备140和存储设备150。
在一些实施例中，所述放射递送装置110可以包括成像组件、治疗组件、机架111、工作台114、成像区域113等。在一些实施例中，所述成像组件可以包括成像辐射源115、探测器112等。所述治疗组件可以包括治疗辐射源116等。所述机架111可以被配置为容纳成像组件和治疗组件，例如成像辐射源115、探测器112和治疗辐射源116。可以将对象放置在工作台114上以进行治疗和/或扫描。
所述成像组件可以在治疗之前、期间和/或之后生成对象的图像。所述成像组件可以包括计算机断层摄影(CT)组件、超声成像组件、荧光透视成像组件、磁共振成像(MRI)组件、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)组件、正电子发射断层摄影(PET)组件等或其任何组合。
所述成像辐射源115可以向对象发射辐射。所述探测器112可以检测从成像区域113透射的辐射(例如，X射线光子、γ射线光子)。在一些实施例中，探测器112可以包括一个或以上探测器单元。所述探测器单元可以包括探测器(例如，探测器、硫化氧探测器)、气体探测器等。探测器单元可以包括单行探测器和/或多行探测器。
所述治疗组件可以将放射治疗传递给对象。所述治疗辐射源116可以向对象发射治疗辐射。
在一些实施例中，放射递送装置110可以包括分别容纳成像组件和治疗组件的两个机架。所述成像组件(例如，成像辐射源115和探测器112)和对应的机架可以与治疗组件(例如，治疗辐射源116)和对应的机架间隔一定距离。在一些实施例中，成像组件的对应的机架和成像组件的对应的机架可具有共线孔。例如，成像组件机架的孔和治疗组件机架的孔可以共享旋转轴。可以将所述对象放置在工作台114上的不同位置以进行成像和治疗。在一些实施例中，所述成像辐射源115和治疗辐射源116可以被集成为一个辐射源以对对象成像和/或治疗。在一些实施例中，可以省略成像组件。所述治疗辐射源116可以被配置为对对象进行成像和治疗。
在一些实施例中，成像辐射源115和/或治疗辐射源116可以至少包括电子发生器(也指阴极)和加速器。所述电子发生器可以被配置为产生电子束。所述加速器可以使电子束的电子加速。加速后的电子束可能会击中靶，从而产生辐射线。在一些实施例中，加速之后的电子束可以用于治疗对象而不击中靶。
所述网络120可以包括可以促进放射治疗***100的信息和/或数据的交换的任何合适的网络。在一些实施例中，所述放射治疗***100的一个或以上组件(例如，放射递送装置110、终端130、处理设备140、存储设备150等)可以经由网络120与放射治疗***100的一个或以上其他组件通信信息和/或数据。例如，所述处理设备140可以经由网络120从放射递送装置110获得图像数据。作为另一示例，处理设备140可以经由网络120从终端130获得用户指令。所述网络120可以是和/或包括公共网络(例如，互联网)、专用网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN))、有线网络(例如，以太网(WAN))、无线网络(例如，802.11网络、Wi-Fi网络)、蜂窝网络(例如，长期演进(LTE)网络)、帧中继网络，虚拟专用网络(“VPN”)、卫星网络、电话网络、路由器、集线器、交换机、服务器计算机等或其任何组合。仅作为示例，网络120可以包括电缆网络、有线网络、光纤网络、电信网络、内联网、无线局域网(WLAN)、局域网(MAN)、公共电话交换网(PSTN)、蓝牙TM网络、ZigBeeTM网络、近场通信(NFC)网络等或其任意组合。在一些实施例中，网络120可以包括一个或以上网络接入点。例如，网络120可以包括有线和/或无线网络接入点，例如基站和/或互联网交换点，放射治疗***100的一个或以上组件可以通过有线和/或无线接入点连接到网络120以交换数据和/或信息。
所述终端130可以包括移动设备131、平板计算机132、膝上型计算机133等，或其任何组合。在一些实施例中，所述移动设备131可以包括智能家居设备、可穿戴设备、移动设备、虚拟现实设备、增强现实设备等，或其任意组合。仅作为示例，终端130可以包括如图3所示的移动设备。在一些实施例中，所述智能家居设备可以包括智能照明设备、智能电器控制设备、智能监控设备、智能电视、智能摄像机、对讲机等，或其任意组合。在一些实施例中，所述可穿戴设备可以包括手镯、鞋类、眼镜、头盔、手表、衣物、背包、智能配件等，或其任何组合。在一些实施例中，所述移动设备可以包括移动电话、个人数字助理(PDA)、游戏设备、导航设备、销售点(POS)设备、膝上型计算机、平板计算机、台式计算机等，或其任何组合。在一些实施例中，所述虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实眼罩、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实眼罩等，或其任意组合。例如，虚拟现实设备和/或增强现实设备可以包括GoogleGlassTM、OculusRiftTM、HololensTM、GearVRTM等。在一些实施例中，终端130可以是处理设备140的一部分。
处理设备140可以处理从放射递送装置110、终端130和/或存储设备150获得的数据和/或信息。在一些实施例中，处理设备140可以是单个服务器或服务器组。所述服务器组可以是集中式或分布式的。在一些实施例中，处理设备140可以是本地的或远程的。例如，处理设备140可以经由网络120访问存储在放射递送装置110、终端130和/或存储设备150中的信息和/或数据。作为另一示例，处理设备140可以直接连接至放射递送装置110、终端130和/或存储设备150以访问所存储的信息和/或数据。在一些实施例中，处理设备140可以在云平台上实现。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等或其任意组合。在一些实施例中，处理设备140可以由具有如图2所示的一个或以上组件的计算设备200来实现。
所述存储设备150可以存储数据、指令和/或任何其他信息。在一些实施例中，存储设备150可以存储从终端130和/或处理设备140获得的数据。在一些实施例中，存储设备150可以存储处理设备140可以执行或用于执行本申请中描述的示例性方法的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备150可以包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。示例性大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态驱动器等。示例性可移动存储器可包括闪存驱动器、软盘、光盘、内存卡、压缩盘、磁带等。示例性易失性读写存储器可以包括随机存取内存(RAM)。示例性RAM可包括动态随机存取内存(DRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取内存(DDRSDRAM)、静态随机存取内存(SRAM)、晶闸管随机存取内存(T-RAM)和零电容随机存取内存(Z-RAM)等。示例性ROM可以包括掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)和数字多功能盘ROM等。在一些实施例中，所述存储设备150可以在云平台上实现。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等或其任意组合。
在一些实施例中，存储设备150可以连接到网络120以与放射治疗***100的一个或以上其他组件(例如，处理设备140、终端130)通信。放射治疗***100的一个或以上组件可以经由网络120访问存储在存储设备150中的数据或指令。在一些实施例中，存储设备150可以直接连接到放射治疗***100的一个或以上其他组件或与之通信(例如，处理设备140、终端130)。在一些实施例中，存储设备150可以是处理设备140的一部分。
图2是根据本申请的一些实施例所示的可以在其上实现处理设备140的示例性计算设备200的示例性硬件和/或软件组件的示意图。如图2所示，所述计算设备200可以包括处理器210、存储器220、输入/输出(I/O)230和通信端口240。
所述处理器210可以执行计算机指令(例如，程序代码)并根据本申请描述的技术执行处理设备140的功能。所述计算机指令可以包括，例如，例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块和功能，其执行本申请描述的特定功能。例如，处理器210可以处理从放射递送装置110、终端130、存储设备150和/或放射治疗***100的任何其他组件获得的图像数据。在一些实施例中，处理器210可以包括一个或以上硬件处理器，诸如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASICs)、专用指令集处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机器(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)，能够执行一个或以上功能的任何电路或处理器等，或其任意组合。
仅出于说明目的，在图2中仅在计算设备200中示出了一个处理器。然而，应注意，本申请中的计算设备200还可包括多个处理器。因此，如本申请中所描述的由一个处理器执行的操作和/或方法步骤也可以由多个处理器共同或分别执行。例如，如果在本申请中计算设备200的处理器执行操作A和操作B两者，则应当理解，操作A和操作B也可以由计算设备200中的两个或更多个不同的处理器联合地或分别地执行。(例如，第一处理器执行操作A、第二处理器执行操作B、或者第一处理器和第二处理器共同执行操作A和B)。
所述存储器220可以存储从放射递送装置110、终端130、存储设备150和/或放射治疗***100的任何其他组件获得的数据/信息。在一些实施例中，存储装置220可以包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。例如，大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态驱动器等。所述可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。所述易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。所述RAM可以包括动态RAM(DRAM)、双倍速率同步动态RAM(DDRSDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)和零电容器RAM(Z-RAM)等。所述ROM可以包括掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)和数字多功能盘ROM等。在一些实施例中，存储器220可以存储一个或以上程序和/或指令以执行本申请中描述的示例性方法。
所述I/O 230可以输入和/或输出信号、数据、信息等。在一些实施例中，I/O 230可以使用户能够与处理设备140交互。在一些实施例中，I/O 230可以包括输入设备和输出设备。示例性输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风等、或其组合。示例性输出设备可以包括显示设备、扬声器、打印机、投影仪等或其组合。示例性显示设备可以包括液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、平板显示器、曲面屏幕、电视设备、阴极射线管(CRT)、触摸屏等，或其组合。
所述通信端口240可以连接到网络(例如，网络120)以促进数据通信。通信端口240可以在处理设备140与放射递送装置110、终端130和/或存储设备150之间建立连接。所述连接可以是有线连接、无线连接，可以实现数据发送和/或接收的任何其他通信连接，和/或这些连接的任意组合。所述有线连接可以包括例如电缆、光缆、电话线等，或其任何组合。所述无线连接可以包括例如蓝牙TM链接、Wi-FiTM链接、WiMaxTM链接、WLAN链接、ZigBee链接、移动网络链接(例如3G、4G、5G等)或类似内容，或其组合。在一些实施例中，通信端口240可以是和/或包括标准化通信端口，例如RS232、RS485等。在一些实施例中，通信端口240可以是专门设计的通信端口。例如，可以根据数字成像和医学通信(DICOM)协议来设计通信端口240。
图3是根据本申请的一些实施例所示的可以在其上实现终端130的示例性移动设备300的示例性硬件和/或软件组件的示意图。如图3所示，所述移动设备300可以包括通信平台310、显示器320、图形处理单元(GPU)330、中央处理单元(CPU)340、I/O 350、内存360和存储器390。在一些实施例中，任何其他合适的组件，包括但不限于***总线或控制器(未示出)，也可包括在移动设备300内。在一些实施例中，可将移动操作***370(例如，iOSTM、AndroidTM、WindowsPhoneTM)和一个或以上应用380从存储器390加载到内存360中，以便由CPU 340执行。应用380可以包括浏览器或任何其他合适的移动应用程序，用于从处理设备140接收和渲染与图像处理有关的信息或其他信息。可以通过I/O 350实现用户与信息流的交互，并通过网络120将其提供给处理设备140和/或放射治疗***100的其他组件。
为了实施本申请描述的各种模块、单元及其功能，计算机硬件平台可用作本申请中描述的一个或以上组件的硬件平台。具有用户界面元素的计算机可以用于实现个人计算机(PC)或任何其他类型的工作站或终端设备。若计算机被适当的程序化，计算机亦可用作服务器。
图4-A和图4-B是根据本申请的一些实施例所示的示例性电子注入器和电子注入器中的电子束的示意图。所述电子注入器400可以在成像辐射源115和/或治疗辐射源116上实现。电子注入器400可以被配置为产生电子束。
如图4-A和图4-B所示，电子注入器400可以包括阴极410、阳极420和调制电极430。
在一些实施例中，所述阴极410可以被配置为产生电子。例如，阴极410可以是分配器或氧化物涂覆的镍类型的热离子阴极发射器。阴极410可以具有阴极发射表面，用于在加热至其工作温度时提供大量电子发射。在一些实施例中，阴极发射表面可以是球形凹面。阴极410可以通过与阴极410以热交换关系设置的加热元件来进行加热。在一些实施例中，所述加热元件可以包括一个或以上灯丝。灯丝电源可以将电力供应给加热元件。阴极410可以由灯丝电源供电的一个或以上灯丝直接或间接地加热。阴极410的加热可引起电子从阴极410的表面发射。通常，随着阴极410的阴极发射表面(或为简便起见，称为表面)的温度增加，发射的电子的数量(或计数)增加。在一些实施例中，可以操作所述灯丝电源和灯丝以将阴极410加热到大约800-1500℃的温度，取决于由此产生的辐射的应用。球形凹面的阴极发射表面的旋转轴可以与阳极420中的中心孔轴向对准，该中心孔与阴极轴向间隔开。在一些实施例中，电子注入器400可以是皮尔斯型电子注入器，以提供会聚的流动电子束，所述电子束以基本上非拦截的方式投射通过阳极的孔。
所述阳极420的电势(也称为第二电势)可以被设置为大于阴极410的电势(也称为第一电势)。可以通过向阴极410施加高的负电压电源来实现阳极420的高电势。阴极410和阳极420的电势差(也指阴极到阳极电压)可以形成电场。由于电势差，从阴极410发射的电子可以被加速并被吸引向阳极420。阳极420可以具有孔，加速的电子束可以穿过该孔并且可以被加速器加速。阳极420可以是适合于电子注入器的多种不同类型的阳极中的任何一种。例如，阳极420可以被配置为产生具有期望的形状和浓度的电子束，以递送到加速器中。阳极420上的孔的形状和位置可以对电子束的形状和浓度具有直接影响。取决于期望的电子束形状和/或浓度，可以使用各种不同形状的阳极。
所述调制电极430可以被配置为通过基于一个或以上横向参数控制电子束的轨迹来控制电子束的轮廓。在一些实施例中，所述电子束的轨迹可能受到阴极410和阳极420之间的电场和/或磁场的影响。调制电极430可以通过调节阴极410和阳极420之间的电场和/或磁场来控制电子束的轮廓。在一些实施例中，电子束的轮廓可以包括电子束沿横向方向的横向分布。电子束的横向可以垂直于电子束的传播方向(例如，轴向)。因此，调制电极430可以通过基于一个或以上横向参数调节电子束的横向分布来控制电子束的轮廓。
调制电极430可以位于阴极410和阳极420之间。调制电极430可以具有任何合适的结构。例如，调制电极430可以具有阶梯环形结构，该阶梯环形结构具有用于加速的电子束通过的孔，如图4A和4B所示。调制电极430的阶梯环形结构可以促进调制电极430与放射治疗***100的一个或以上其他组件之间的连接。例如，一个或以上其他组件可以被焊接到调制电极430的凸部。在一些实施例中，调制电极430可以由导电材料制成。例如，调制电极430可以由铁、铜等或其合金或其任意组合制成。
在一些实施例中，调制电极430可以由控制器控制。所述控制器可以控制阴极410和阳极420之间的电场和/或磁场，以控制电子束的轨迹。
在一些实施例中，控制器可以控制施加在调制电极430上的电势以调节电子束的轮廓。例如，控制器可以基于一个或以上横向参数将第三电势施加到调制电极430上，以调节阴极410和阳极420之间的电势分布。一个或以上横向参数可以包括至少一个Twiss参数，例如第一参数(β)和第二参数(γ)。所述第一参数可以与电子束在横向方向上的横向尺寸有关。所述第二参数可以与电子束在横向方向上的发散角有关。在一些实施例中，可以基于第一电势和第三电势来产生具有第一电场强度的第一电场。可以基于第二电势和第三电势来产生具有第二电场强度的第二电场。当第一电场强度小于第二电场强度时，第一参数(β)可以减小并且第二参数(γ)可以增大。因此，控制器可以控制施加在调制电极430上的电势以改变电子束的Twiss参数，进而改变电子束的轮廓。
在一些实施例中，对于特定的成像和/或治疗过程，可以估计期望的辐射，这不仅意味着特定的束流，而且意味着电子束的适当的横向参数。控制器可以在调制电极430上施加电势，以产生期望轮廓的电子束。可以基于电子束的横向参数来确定电势。
在一些实施例中，调制电极430可以由控制器控制以在阴极410和阳极420之间产生磁场。在一些实施例中，调制电极430可以是磁体(例如，如图7所示的磁体710)。例如，调制电极430可以是永磁体、线圈等。在一些实施例中，磁场可以是螺线管磁场，如图7所示。控制器可以控制调制电极430以调节阴极410和阳极420之间的磁场，以便调节由阴极410产生的电子束的轨迹，从而可以产生期望轮廓的电子束。
应当注意，以上关于电子注入器400的描述是出于说明的目的，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本申请的原理的情况下，可以对上述方法和***的应用形式和细节进行各种修改和改变。然而，那些变化和修改也落入本申请的范围内。在一些实施例中，电子注入器400可以包括一个或以上其他组件。例如，两个或以上调制电极可以包括在电子注入器400中以产生合格的电子束，以便产生用于特定成像和/或治疗的期望辐射。在一些实施例中，电子注入器400中的两个或以上组件可以组合成单个组件。例如，灯丝和阴极410可以集成为单个组件。
图5是示出电势与沿着电子束的轴的位置之间的关系的示意图。沿着电子束的轴的位置可以由Z坐标表示，而X坐标和Y坐标可以为零。轴的原点在阳极，轴的正方向从阳极到阴极。
如图5所示，在沿着电子束的轴线的Z坐标为零(0)的位置处，电势可以为零，这意味着阳极420可以被设置为零伏的电势(0V)。接近阴极410的具有最大Z坐标(例如，图5所示的9)的沿电子束的轴的位置的电势可以为大约-12,000伏。可以通过向阴极410施加高的负电压电源来实现阳极420的高电势。根据电势与由Z坐标表示的沿着电子束的轴线的位置的关系曲线，当Z坐标增加时，沿着电子束的轴线的位置的电势可能降低。关系曲线的斜率可以增大然后减小，这意味着阴极410和调制电极430之间的第一电场的第一强度大于调制电极430和阳极420之间的第二电场的第二强度。
应当注意，以上对电势和电子束的轴线上的位置之间的关系的描述是出于说明的目的而提供的，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本申请的原理的情况下，可以对上述方法和***的应用形式和细节进行各种修改和改变。例如，当阴极410和调制电极430之间的第一电场的第一强度小于调制电极430和阳极420之间的第二电场的第二强度时，关系曲线的斜率可以减小然后增加。
图6是根据本申请的一些实施例所示的示例性加速器***的组件的截面的示意图。如图6所示，加速器***600可以包括电子注入器和加速器650。所述电子注入器可以包括阴极610、栅极620和调制电极630。所述加速器结构可以包括阳极640和加速器650。电子束可以在阴极610产生，并当其在朝向栅极620、调制电极630和阳极640行进时由于电场而被加速。此外，电子束穿过阳极640的中心孔并进入加速器650以进一步加速。电子束的电子可以具有足够的能量以对于特定的成像和/或治疗程序产生期望剂量水平的辐射。
加速器***600的阴极610可以被配置为产生电子。阴极610可以与阴极410相同或相似，在此不再赘述。
加速器***600中的栅极620可以被配置为控制阴极610的束流。在一些实施例中，阴极610的阴极发射表面可以具有球状凹形的形状，并且栅极620可以具有与阴极610的阴极发射表面相对应的球状凹形的形状。栅极620可以包括两个或以上孔。栅极620可以由钼、钨等制成。栅极620的材料可以被布置成紧密地覆盖凹形阴极发射表面。在一些实施例中，可以通过设置在阴极610上的支撑结构将栅极620支撑在其***。在一些实施例中，支撑结构可以是圆柱形结构。栅极620可以与阴极610热绝缘和电绝缘。栅极偏置电源可以向栅极620提供DC负栅极偏置，从而栅极620通常被偏置，即束流(例如，电子流的电流)被截止。栅极脉冲发生器可以与栅极射频源串联连接，以施加期望幅度的正脉冲，使得栅极620相对于阴极610呈正脉冲，以脉冲束流通过阳极640。
加速器***600中的调制电极630可以被配置为通过控制电子束的轨迹来控制电子束的轮廓。调制电极630可以位于栅极620和阳极640之间。
在一些实施例中，调制电极630可以由控制器控制，控制器可以将电势(也称为第三电势)施加到调制电极630上。控制器可以通过调制电极630控制阴极610和阳极640之间的电势分布，这又可以影响电子束的轨迹。例如，可以调节施加在调制电极430上的电势。然后，电子束的一个或以上横向参数可以相应地改变。一个或以上横向参数可以包括Twiss参数，例如第一参数(β)和第二参数(γ)。例如，可以基于第一电势和第三电势来产生具有第一电场强度的第一电场。可以基于第二电势和第三电势来产生具有第二电场强度的第二电场。当第一电场强度小于第二电场强度时，第一参数(β)可以减小并且第二参数(γ)可以增大。因此，控制器可以控制施加在调制电极630上的电势以改变Twiss参数，进而改变电子束的轮廓。在一些实施例中，对于特定的成像和/或治疗程序，可以估计期望的辐射，这不仅意味着特定的束流，而且意味着电子束的适当的横向参数。控制器可以基于适当的横向参数来控制施加在调制电极630上的电势，以产生期望剂量水平的辐射。
在一些实施例中，调制电极630可以由控制器控制以在阴极610和阳极640之间形成磁场。控制器可以控制调制电极630以调节阴极610和阳极640之间的磁场，以便调节由阴极610产生的电子束的轨迹，从而可以产生期望轮廓的电子束。
加速器***600的阳极640的电势(也被称为第二电势)可以被设置为大于阴极610的电势(也被称为第一电势)。可以通过向阴极410施加高的负电压电源来实现阳极420的高电势。阳极640可以与阳极420相同或相似，在此不再赘述。
加速器***600的加速器650可以被配置为加速电子束。如图6所示，电子束可以通过阳极640上的孔进入加速器650。电子可以通过阴极610和阳极640之间的电场加速。加速器650可以包括两个或以上相连的加速单元(未示出)，通过该加速单元限定了电子流动路径。微波信号可以沿着加速器650传输，从而导致电磁驻波。当电子以相对论性速度通过加速器650时，可以控制微波和电子脉冲的定时，以使电子“看到”每个单元中的正加速电势。
应当注意，以上关于加速器***600的描述是出于说明的目的而提供的，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本申请的原理的情况下，可以对上述方法和***的应用形式和细节进行各种修改和改变。在一些实施例中，加速器***600可以包括一个或以上其他组件。在一些实施例中，加速器***600中的两个或以上组件可以形成一个组件。然而，那些变化和修改也落入本申请的范围内。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于阅读此申请后的本领域的普通技术人员来说，上述发明披露仅作为示例，并不构成对本申请的限制。虽然此处并未明确说明，但本领域的普通技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。例如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特性。因此，应当强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或以上提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或以上实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域的普通技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的过程、机器、产品或物质的组合，或对其任何新的和有用的改进。因此，本申请的各个方面可以完全由硬件实施、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微代码等)实施、也可以由硬件和软件组合实施。以上硬件或软件均可被称为“单元”、“模块”或“***”。此外，本申请的各方面可以采取体现在一个或以上计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，其中计算机可读程序代码包含在其中。
计算机可读信号介质可以包含一个内含有计算机程序代码的传播数据信号，例如，在基带上或作为载波的一部分。此类传播信号可以有多种形式，包括电磁形式、光形式等或任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行***、装置或设备以实现通信、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序代码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF等，或任何上述介质的组合。
本申请各部分操作所需的计算机程序代码可以用任意一种或以上程序设计语言编写，包括如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等的面向对象程序设计语言、如C程序设计语言、Visual Basic、Fortran 2103、Perl、COBOL2102、PHP、ABAP的常规程序化程序设计语言、如Python、Ruby和Groovy的动态程序设计语言或其它程序设计语言等。该程序代码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如，通过使用网络服务提供商的网络)或在云计算环境中或作为服务提供，例如，软件服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其它名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，尽管上述各种组件的实现可以体现在硬件设备中，但也可以实现为纯软件解决方案，例如，在现有服务器或移动设备上的安装。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或以上发明实施例的理解，前文对本申请的实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。然而，本申请的该方法不应被解释为反映所声称的待扫描对象物质需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。相反，发明的主体应具备比上述单一实施例更少的特征。
在一些实施例中，用于描述和要求保护本申请的某些实施例的表示数量或性质的数字应理解为在某些情况下被术语“大约”、“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另外说明，否则“大约”、“近似”或“基本上”可以指示其所描述的值的±20％变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
本文中提及的所有专利、专利申请、专利申请公布和其他材料(如论文、书籍、说明书、出版物、记录、事物和/或类似的东西)均在此通过引用的方式全部并入本文以达到所有目的，与上述文件相关的任何起诉文档记录、与本文件不一致或冲突的任何上述文件或对迟早与本文件相关的权利要求书的广泛范畴有限定作用的任何上述文件除外。举例来说，如果在描述、定义和/或与任何所结合的材料相关联的术语的使用和与本文件相关联的术语之间存在任何不一致或冲突，则描述、定义和/或在本文件中使用的术语以本文件为准。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (40)

1.一种用于将电子束注入加速器的***，包括：
用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极；
具有第二电势的阳极；以及
调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过调整所述阴极和所述阳极之间的磁场或电场来调节所述电子束的至少一个参数，其中所述电子束的所述至少一个参数包括所述电子束的至少一个横向参数。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电子束的所述至少一个横向参数包括所述电子束的Twiss参数。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述调制电极被配置为调整所述阴极和所述阳极之间的电势分布以控制所述电子束的轨迹。
4.根据权利要求3所述的***，进一步包括：
控制器，被配置为基于所述至少一个横向参数将第三电势施加到所述调制电极，以调节所述阴极和所述阳极之间的电势分布。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述至少一个横向参数包括第一参数或第二参数中的至少一个，并且基于所述第一参数或所述第二参数中的至少一个施加所述第三电势。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一参数是与所述电子束的横向尺寸有关的Twiss参数β，所述第二参数是与所述电子束在横向上的发散角有关的Twiss参数γ。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，基于所述第一电势和所述第三电势产生具有第一电场强度的第一电场，以及基于所述第二电势和所述第三电势产生具有第二电场强度的第二电场。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第一参数减小。
9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第二参数增加。
10.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述调制电极被配置为通过基于所述至少一个横向参数在所述阴极和所述阳极之间产生磁场，来控制所述电子束的所述轨迹。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，所述磁场是螺线管磁场。
12.根据权利要求1所述的***，进一步包括：
栅极，被配置为控制所述阴极的束流。
13.一种用于将电子束注入加速器的***，包括：
用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极；
具有第二电势的阳极；以及
调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓，所述轮廓包括所述电子束沿横向方向的横向分布。
14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，通过调节所述电子束的至少一个横向参数来调节所述电子束的所述轮廓。
15.根据权利要求13所述的***，其特征在于，通过控制所述阴极和所述阳极之间的电势分布来调节所述电子束的所述轮廓。
16.根据权利要求15所述的***，其特征在于，通过向所述调制电极施加电压电源来控制所述阴极和所述阳极之间的所述电势分布。
17.根据权利要求13所述的***，其特征在于，通过控制所述阴极和所述阳极之间的磁场来调节所述电子束的所述轮廓。
18.根据权利要求17所述的***，其中所述调制电极是磁体。
19.根据权利要求14所述的***，其特征在于，基于所述电子束的所述至少一个横向参数，调节所述阴极和所述阳极之间的电势分布或所述阴极和所述阳极之间的磁场中的至少一个。
20.一种调整注入加速器的电子束的参数的方法，包括：
提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极；
提供具有第二电势的阳极；以及
提供调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过调整所述阴极和所述阳极之间的磁场或电场来调整所述电子束的至少一个参数，其中所述电子束的所述至少一个参数包括所述电子束的至少一个横向参数。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述电子束的所述至少一个横向参数包括所述电子束的Twiss参数。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：
调节所述阴极和所述阳极之间的电势分布，以控制所述电子束的轨迹。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：
基于所述至少一个横向参数将第三电势施加到所述调制电极上，以调节所述阴极和所述阳极之间的所述电势分布。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述至少一个横向参数包括第一参数或第二参数中的至少一个，并且基于所述第一参数或所述第二参数中的至少一个施加所述第三电势。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一参数是与所述电子束的横向尺寸有关的Twiss参数β，所述第二参数是与所述电子束在横向上的发散角有关的Twiss参数γ。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，基于所述第一电势和所述第三电势产生具有第一电场强度的第一电场，并且基于所述第二电势和所述第三电势产生具有第二电场强度的第二电场。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第一参数减小。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，当所述第一电场强度小于所述第二电场强度时，所述第二参数增加。
29.根据权利要求22所述的方法，还包括：
基于所述至少一个横向参数在所述阴极和所述阳极之间产生磁场，以控制所述电子束的轨迹。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于所述磁场是螺线管磁场。
31.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：
控制所述阴极的束流。
32.一种用于调节注入到加速器的电子束的轮廓的方法，包括：
提供用于产生所述电子束的具有第一电势的阴极；
提供具有第二电势的阳极；以及
提供调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓，所述轮廓包括所述电子束沿横向方向的横向分布。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，通过调节所述电子束的至少一个横向参数来调节所述电子束的所述轮廓。
34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，通过控制所述阴极和所述阳极之间的电势分布来调节所述电子束的所述轮廓。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，通过向所述调制电极施加电压电源来控制所述阴极和所述阳极之间的所述电势分布。
36.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，通过控制所述阴极和所述阳极之间的磁场来调节所述电子束的所述轮廓。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述调制电极是磁体。
38.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，基于所述电子束的所述至少一个横向参数，调整所述阴极和所述阳极之间的电势分布或所述阴极和所述阳极之间的磁场中的至少一个。
39.一种非暂时性计算机可读介质，包括至少一组指令，其中，当由计算设备的至少一个处理器执行时，所述至少一组指令使所述至少一个处理器实现一种方法，包括：
提供具有用于产生电子束的第一电势的阴极；
提供具有第二电势的阳极；以及
提供调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过调整所述阴极和所述阳极之间的磁场或电场来调整所述电子束的至少一个参数，其中所述电子束的所述至少一个参数包括所述电子束的至少一个横向参数。
40.一种非暂时性计算机可读介质，包括至少一组指令，其中，当由计算设备的至少一个处理器执行时，所述至少一组指令使所述至少一个处理器实现一种方法，包括：
提供用于产生电子束的具有第一电势的阴极；
提供具有第二电势的阳极；以及
提供调制电极，位于所述阴极和所述阳极之间，被配置为通过控制所述电子束的轨迹来调整所述电子束的轮廓，所述轮廓包括所述电子束沿横向方向的横向分布。
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