CN114867184A - 紧凑型多离子加速器治疗装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型多离子加速器治疗装置及其应用，包括：具有射频四极场加速特征和正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构，一体化加速结构包括射频四极场加速部分与正交叉杆漂移管直线加速部分，射频四极场加速部分的束流输出端与正交叉杆漂移管直线加速部分的束流输入端连接，二者为共中心线一体腔体结构；正交叉杆漂移管直线加速部分包括第一加速段、第二加速段以及位于二者之间的三组合四极透镜；射频四极场加速部分的束流输出端与所述第一加速段中的纵向聚束段之间设置有若干零度相位加速间隙，所述纵向聚束段的相位变化为梯度相位。该治疗装置采用直线加速器内置于同步加速器的总体结构设计，大幅减小装置占地面积。

Description

紧凑型多离子加速器治疗装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种可以提供多种离子的紧凑型加速器治疗装置及其应用，属于医疗设备技术领域。

背景技术

加速器治疗装置可实现对肿瘤细胞的精准杀灭，是国际上最为尖端的放疗技术，经过60多年的发展，世界上正在运营和在建的医用质子、重离子加速器治疗装置已经超过100台，发挥出巨大的应用潜力。但是，当前加速器治疗装置全面市场化推广中还存在这一些困难，其中最为突出的是装置规模庞大、性能较低以及能耗过高。

直线加速器是离子治疗装置的注入器，传统的直线加速器装置核心加速部分都是由独立的RFQ和DTL组成，它们之间存在一定长度的横向和纵向匹配段，这种组合方式导致直线加速器紧凑度和性价比非常有限，主要表现为以下几个方面：1)传统的质子重离子直线加速器，高频腔体的工作频率相对比较低(＜200MHz)，这就导致腔体尺寸比较大，加速梯度和加速效率有限，整体性价比不高；2)由于RFQ和DTL高频腔体是独立工作，它们之间需要一定长度的横向和纵向匹配段来实现TWISS参数的匹配。横向匹配段主要由外置的三个四极磁铁组成，而纵向匹配还需要一台聚束器，这样的设计无疑增加了直线加速器的长度，极大地限制了直线加速器的紧凑度；3)由于传统直线加速器设计长度的局限性，直线加速器作为同步环的注入器时很难放置在紧凑型同步环内部，只能放置在同步环外部，不能有效节约整个加速器装置的土建占地面积。

光学设计是同步加速器设计最核心的内容，它的周长直接关系到装置的规模和占地面积，如何获得更短周长是国际上同步加速器设计的一个热点方向。目前日本同类装置周长63m，欧洲同类装置75m，我国首台自主知识产权的武威重离子治疗装置(HIMM)周长为56m。

同步加速器的电源直接将电网电能转换后按照设定电流曲线驱动磁铁，受限于配电和电源成本，一般二极铁主磁场以1T/s以下甚至是0.5T/s以下的速度变化，慢引出同步加速器一个运行周期内大部分时间用于磁场上升下降，引出束流占空比低。例如甘肃省武威市的癌症治疗装置HIMM，一个运行周期需要7.5秒，其中慢引出时间只有3s，剩余时间均用于磁场上升和下降，引出束流占空比只有40％，效率较低。同时磁场上升过程中需从电网抽取功率，下降过程中需要向电网返回功率，对电网造成冲击，影响其他设备的正常运行。为此提出了变前励全储能电源方案(专利号ZL201820198102.2)，利用大规模储能电容提供同步加速器磁铁磁场上升所需全部能量，并且吸收磁场下降回馈能量，用于下次磁场上升。该方案不仅可以使加速器磁场上升速度由常规的0.3～1T/s提升至15T/s，加速时间大幅缩短；还消除了磁场下降过程中无功功率返回电网，对电网造成冲击，更加绿色节能；并且前级还采用恒功率空间矢量整流技术，是电网的配电功率下降10倍以上。变前励全储能电源已经研制成功，各项性能指标均达到或超过设计值。但由于该电源每个高压模块都需要恒功率空间矢量整流前级，不仅使电源体积增加，还增加了电源控制***复杂度，影响了电源工作稳定性。

高频***用于产生与离子在同步加速器中回旋周期精确同步的高频信号，离子经过高频腔体获得加速。传统高频腔通常采用铁氧体加载腔方案，加速梯度低、占用空间大、需要调谐，目前正逐渐被纳米软磁合金加载高频腔替代。纳米软磁合金加载高频腔品质因素Q可以小于1，在整个加速频率范围内都不需要调谐，并且具有更高的加速梯度，可以节约纵向空间。***的工作带宽一般在0～10MHz范围内，在工作带宽之外的谐波分量可以通过增加滤波器来滤除，但是通带内的谐波是不能通过滤波器来抑制的。因此磁合金高频***的腔体电压谐波含量丰富，奇次谐波的功率较大，影响束流品质，如何降低高次谐波成分成为新一代治疗装置高频***的一个重要问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种紧凑型多离子加速器治疗装置及其应用，采用离子源、直线加速器、中能束线内置于同步加速器的总体结构设计，减小了这三部分的占地面积；直线加速器采用一体腔设计，省去了包含高频、磁铁、真空和束测等多种设备在内的中能束流传输匹配段(MEBT)，总体长度缩短到3米以内；同步加速器采用A-A’-A-A’的两折对称的八边形结构，周长小于50m；高频腔创新性地设计了谐波主动补偿数字低电平***，可根据***的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制；本发明所提出的悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构，可减少整流前级，同时降低电源控制***复杂程度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种紧凑型多离子加速器治疗装置，包括：

具有射频四极场加速特征与正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构，所述射频四极场加速部分的束流输出端与所述正交叉杆漂移管直线加速部分的束流输入端连接，二者为共中心线一体腔体结构；

所述正交叉杆漂移管直线加速部分包括第一加速段、第二加速段以及位于二者之间的三组合四极透镜；

所述射频四极场加速部分的束流输出端与所述第一加速段中的纵向聚束段之间设置有若干零度相位加速间隙，用于实现射频四极场加速部分到正交叉杆漂移管直线加速部分的纵向束流动力学匹配，所述纵向聚束段的相位变化为梯度相位。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述零度相位加速间隙的数量为2～5个，每个所述零度相位加速间隙的尺寸为2～3cm。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述纵向聚束段的相位变化为束流的聚焦相位由-10°逐渐降至-5°。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，还包括同步加速器，所述同步加速器为A-A’-A-A’的2折对称八边形结构，其中A为一个光学单元，由二极磁铁-漂移段-四极磁铁-漂移段-四极磁铁-漂移段-二极磁铁-

四极磁铁组成，A’为A光学单元的反对称结构。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述同步加速器包括若干束流偏转单元和若干直线段；

若干所述束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；

若干所述直线段依次形成于若干所述束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，若干所述直线段包括短直线段和长直线段，所述长直线段包括第一至第六长直线段，其中束流注入的所述第一长直线段上设置有注入切割磁铁，所述第二长直线段上设置有注入静电偏转板，束流引出的所述第四长直线段上设置有引出切割磁铁，所述第三长直线段上设置有引出静电偏转板，所述短直线段包括第一短直线段和第二段直线段，分别位于相邻两个所述长直线段之间。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述长直线段与所述短直线段的的长度之比为(3：1)～(8：1)。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述同步加速器还包括高频加速腔，设置于所述第六长直线段或其他长直线段中。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，所述高频加速腔为纳米软磁合金高频加载腔，腔体控制***内设置有谐波主动补偿数字低电平子***，用于根据所述高频加速腔的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制。

所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，优选地，还包括电源，所述电源为悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构，包括主模块和若干与所述主模块串联的悬浮模块，所述主模块为带前级整流的H桥，所述悬浮模块为无前级整流的H桥。

本发明第二方面提供一种上述紧凑型多离子加速器治疗装置在癌症治疗以及工业辐照领域的应用。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明的加速器装置具有射频四极场加速特征与正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构，省去了包含高频、磁铁、真空和束测等多种设备在内的中能束流传输匹配段(MEBT)，总体长度缩短到3米以内。简化了总体设计，提高了加速器***的安全性和稳定性。使得加速器总体结构更加紧凑高效，有利于降低建设成本和产业化推广。

2、本发明装置中的同步加速器采用A-A’-A-A’的两折对称的八边形结构，拥有六段较长的直线段，用于安装注入、引出装置以及高频加速装置等。相比全对称的多边形结构，这种同步加速器所采用的磁铁数量少、整体结构紧凑、周长短(周长小于50m)以及占地面积小，可以大幅降低同步加速器的造价以及土建成本，减少投资成本。

3、本发明中的纳米软磁合金高频加载腔创新性地设计了谐波主动补偿数字低电平***，可根据***的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制。

4、本发明为解决已有全储能电源前级复杂的结构和控制问题，提出悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构。该拓扑可减少整流前级，同时降低电源控制***复杂程度。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的紧凑型多离子加速器治疗装置的整体示意图；

图2为本发明该实施例提供的具有射频四极场加速特征与正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构的示意图；

图3为本发明该实施例提供的束流在正交叉杆漂移管加速部分内的横向包络图；

图4为本发明该实施例提供的同步加速器光学图；

图5为本发明该实施例提供的正交叉杆漂移管加速部分的布局图；

图6为本发明该实施例提供的悬浮型全储能快脉冲电源拓扑结构图；

图7为本发明该实施例提供的谐波主动补偿数字低电平***的框图；

图中各标记如下：

1-1～1-8为第一至第八束流偏转单元；2-1～2-10为四极磁铁；3-1～3-8为六极磁铁；4-1为注入切割磁铁；4-2为引出切割磁铁；5-1为注入静电偏转板；5-2为引出静电偏转板；6-1为高频加速腔；7-1为射频激励慢引出装置；8为射频四极场加速器；9为正交叉杆漂移管直线加速器，9-1为第一加速段，9-2为三组合四极透镜，9-3为第二加速段；10-1为离子源；11-1为直线注入器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本发明所提供的紧凑型多离子加速器治疗装置采用离子源、直线加速器、中能束线内置于同步加速器的总体结构设计，减小了这三部分的占地面积；直线加速器采用具有射频四极场加速特征与正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构，省去了包含高频、磁铁、真空和束测等多种设备在内的中能束流传输匹配段(MEBT)，总体长度缩短到3米以内；同步加速器采用A-A’-A-A’的两折对称的八边形结构，周长小于50m；高频腔创新性地设计了谐波主动补偿数字低电平***，可根据***的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制；本发明所提出的悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构，可减少整流前级，同时降低电源控制***复杂程度。

下面结合具体实施例，对本发明的技术方案进行详细阐释。

如图1所示，本发明所提供的紧凑型多离子加速器治疗装置包括：离子源10-1，用于产生离子束流；

直线注入器11-1，通过低能束运线与离子源连接，用于对离子束流进行加速和传输，以得到不同能量值的加速离子束流；直线注入器包括射频四极场加速部分8(RadioFrequency Quadrupole，RFQ)和正交叉杆漂移管直线加速部分9(Cross-bar H-typestructure-drift tube linac,CH-DTL)；射频四极场加速部分8的输入端与低能束运线的输出端连接，用于对从低能束运线输出的离子束流进行加速；正交叉杆漂移管直线加速部分9的输入端与射频四极场加速部分8的输出端连接，用于对从射频四极场加速部分8输出的离子束流进行加速；

同步加速器，通过中能束运线与直线注入器11-1的输出端连接，用于对束流进一步加速，同步加速器的输出端通过高能束运线与治疗终端连接。

进一步地，离子源10-1为电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)离子源或者激光离子源，用于产生离子束流，离子源10-1出口处的束流能量范围为2～10keV/u，电子回旋共振离子源的工作频率优选为14～18GHz。

如图2所示，本发明中的直线注入器11-1包括射频四极场加速部分(RFQ)8和正交叉杆漂移管直线加速部分(CH-DTL)9。为了提高直线注入器11-1的加速效率，实现注入器更加紧凑的目的，本申请中的RFQ和CH-DTL都工作在相同频率下的TE210模式(在高频谐振腔内，电磁场的三维分布是按照特定模式存在的。TE210是指电场在圆周方向有两个零点，在径向有一个零点电场，而在轴向没有零点。理论上讲，用于加速的电磁场模式有多种，比如TE110，还有TM010都是常用的加速模式)。本申请中由于RFQ和CH-DTL采用了相同工作频率和相同的工作模式，因此在加速原理上把它们融合设计为一个加速结构，并提出了一种新的紧凑型一体化腔型结构。

RFQ和CH-DTL独立工作时，分别有各自的电磁场分布，他们之间可以没有任何关联。本申请不是简单地把RFQ和DTL链接到一起，而是有效地解决了两者之间的电磁场耦合问题，以及动力学问题，成为一种新的加速腔型。

本申请根据RFQ和CH-DTL上述特点，在电磁场耦合方面做了特殊设计。如果直接将四翼型RFQ与CH-DTL腔体连接成一体后，两个区域的磁场虽能直接耦合，但是轴线附近RFQ段的平均电场远大于DTL段的平均电场，这样的不均匀电场将会导致RFQ段和DTL段轴线附近的电场分布不能同时满足束流稳定传输的要求。本申请通过局部调整RFQ和DTL连接区域的腔体截面尺寸，创新地将RFQ的“翼”向DTL段延伸一段距离，让独立的RFQ和DTL间原本不规则磁通量分布联系的两个部分实现了纵向磁场的平滑过渡连接，同时也实现了腔体轴心附近电场的精细调谐，这样从RFQ电极末端出来的束流正好能够被DTL段顺利高效地俘获并被加速到设计的能量。因此RFQ和DTL完全成了一体化射频电磁场加速结构。

在束流动力学方面，当RFQ输出的束流直接输入到CH-DTL中时，为了能同时控制束流在CH-DTL腔体内第一加速段9-1的纵向发射度和横向包络的增长，降低束流损失，本发明创新性地将第一加速段9-1中的纵向聚束段进行了后移优化设计，即让本应在CH-DTL入口开始的负责纵向注入匹配的纵向聚束段后移2-4个零度相位加速间隙，(1个零度相位加速间隙的尺寸为2-3cm)，使束流在CH-DTL中先经过若干个零度相位加速间隙后，再进入纵向聚束段进行纵向匹配。此时束流已经获得了较高的能量，在一定程度上既削弱了零度相位加速间隙中射频场的横向散焦作用对束流的影响，又减小了束流横向包络的幅值。同时，对CH-DTL中第一加速段9-1的纵向聚束段的相位变化采用了梯度优化设计，聚焦段共有3-5个gap，例如前2个gap的聚焦相位选在-10°，后3个gap选在-5°，聚焦相位的梯度变化避免了束流包络的剧烈变化。最终束流的横向包络如图3所示。

RFQ和CH-DTL轴向加速结构采用同一中心线安装标准。与现有的技术方案相比，本发明有以下优点：1)采用RFQ和CH-DTL，腔体的频率可以做得更高(＞200MHz)，极大地提高了加速梯度和加速效率，有效降低了腔体的尺寸，提高了加速器装置的性价比；2)二者的功率源和低电平***只用一套，整体更加紧凑；3)省去了包含高频、磁铁、真空和束测等多种设备在内的中能束流传输匹配段(MEBT)，总体长度缩短到3米以内，具体机械装配如图2所示。本发明简化了总体设计，提高了加速器***的安全性和稳定性。使得加速器总体结构更加紧凑高效，有利于降低建设成本和产业化推广。

本发明为了降低同步加速器的周长，提出了一种紧凑型同步加速器光学设计，周长可以达到50m以下，为国际同类装置最短。同步加速器采用A-A’-A-A’的2折对称的八边形结构，其中A是一个光学单元，由二极磁铁(如1-1)-漂移段-四极磁铁(如2-1)-漂移段-四极磁铁(如2-2)-漂移段-二极磁铁(如1-2)-

四极磁铁(如2-3)组成，A’表示A光学单元的反对称。4个光学单元对应位置的光学参数完全对称，有利于消除低阶结构共振，同时更容易获得紧凑型束流光学。同步加速器布局如图5所示。

具体地，同步加速器包括若干束流偏转单元和若干直线段；若干束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；若干直线段依次形成于若干束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出。

进一步地，直线段包括短直线段和长直线段，长直线段包括第一至第六长直线段，其中束流注入的第一长直线段上设置有注入切割磁铁4-1，第二长直线段上设置有注入静电偏转板5-1，束流引出的第四长直线段上设置有引出切割磁铁4-2，第三长直线段上设置有引出静电偏转板5-2，短直线段包括第一短直线段和第二段直线段，分别位于相邻两个长直线段之间。

进一步地，长直线段与短直线段的的长度之比为(3：1)～(8：1)。

进一步地，束流偏转单元为八个，具体为第一至第八束流偏转单元1-1～1-8，均为45°偏转二极磁铁，用于改变束流的运动方向，使束流在同步加速器内的运动轨迹构成一个闭合的圆形。

进一步地，第二长直线段、第四长直线段、第六长直线段和第八长直线段的入口端和出口端均设置有一台四极磁铁，具体为2-1、2-2、2-4、2-5、2-6、2-7、2-9、2-10，第一短直线段和第二短直线段上仅设置一台四极磁铁2-3和2-8，用于对束流进行聚焦；每个长直线段上均设置有至少一台六极磁铁3-1～3-8，用于对束流进行色品校正和共振慢引出。具体地，第一长直线段、第三长直线段、第四长直线段、第六长直线段上均设置一台六极磁铁，具体为3-1、3-4、3-5和3-8，第二长直线段、第五长直线段上均设置两台六极磁铁，具体为3-2、3-3、3-6和3-7。其中3-1、3-5为垂直共振六极磁铁，3-2、3-6为水平共振六极磁铁，3-3、3-4、3-7、3-8为色品六极磁铁。

进一步地，在第五长直线段上还设置有射频激励慢引出装置(Radio FrequencyKnockout，RF-KO)7-1，用于增大稳定区中束流发射度，使束流进入非稳定区，接着被引出静电偏转板5-2引出。

同步加速器中的磁铁元件摆放的位置以及强度的大小决定了该同步环的光学结构。离子在同步环中的运行规律和光类似，存在直线传播、聚焦、散焦等特征，四极磁铁2-1～2-10对束流的作用与凸透镜和凹透镜的作用类似，因此束流在同步加速器中的运动规律也被称为束流光学。同步加速器中决定光学的主要磁铁元件是偏转二极磁铁和四极磁铁2-1～2-10，其中偏转二极磁铁的作用是改变束流的运动方向，使束流在同步加速器内的运动轨迹构成一个闭合的圆，四极磁铁2-1～2-10的作用是对束流进行聚焦和散焦，和光学透镜不同的地方在于四极磁铁2-1～2-10对束流水平方向聚焦的同时对垂直方向散焦，而对垂直方向聚焦的同时对水平方向散焦，光学设计的一个重要内容是合理的设置二极磁铁1-1～1-8、四极磁铁2-1～2-10摆放的位置和强度，使水平方向和垂直方向均可以稳定的周期性聚散焦而没有不可控的发散。设计束流光学有一套完备的理论体系，可以从理论上得到束流稳定传输的聚散焦条件，指导光学设计，实际设计过程中通常使用MADX、Winagile等软件进行光学参数的计算和优化匹配。

如图4所示的光学图，图中横坐标代表磁铁元件在自然坐标系下在同步加速器上的位置，其中横坐标上下对称的大块黑色色块代表偏转二极磁铁，坐标轴之上的小黑色色块代表聚焦四极磁铁，坐标轴菱形黑色色块代表六极磁铁。上半部分虚曲线代表水平β函数，实曲线代表垂直β函数，分别表明了束流在同步环中稳定传输时水平和垂直尺寸的大小关系，下半部分的虚、实曲线分别代表了束流垂直和水平色散函数，表示束流受动量分散的影响而叠加的运动轨迹的波动，本发明实施例中同步加速器垂直方向色散函数恒为零。从光学图中首先可以判断出β函数过渡光滑，保证了光学结构的稳定性，束流可以在环内稳定储存；其次该光学具有周期对称性，周期数为2，对称位置的磁铁可以采用一台电源串联供电，以降低***造价；β函数整体控制在20m以内，束流尺寸较小，有利于较小磁铁孔径和装置规模；6个长直线段中的β函数平坦，有利于注入引出元件的放置。

如图6所示，本发明为了解决已有全储能电源前级复杂的结构和控制问题，提出悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构，其由一个带前级整流的H桥和若干无前级整流的H桥串联构成：无前级整流的H桥称为“悬浮模块”，带前级整流的H桥称为“主模块”，“主模块”和“悬浮模块”中均包含储能电容。该电源工作于脉冲模式，脉冲波形上升段储能电容释放能量满足负载感性无功需求；下降段将负载馈能存储在电容中以提供下一周期上升段使用，有效地实现了无功能量的内部循环，极大减小了上升段从电网抽取无功对电网造成的冲击。主模块除提供无功功率外，还将以恒定功率向电源-磁铁***提供有功需求，保证主模块和悬浮模块的储能电容能量在周期结束时恢复至周期开始状态，为下个周期正常运行提供足够能量。由于有功功耗全部由主模块提供，悬浮模块仅提供无功功率，因此悬浮模块不再需要前级整流部分，电源结构和控制***复杂程度大幅降低，同时，该拓扑依然可实现H桥级联多电平拓扑和移相倍频控制，可提升电源的动态响应改善电源跟踪性能，并降低电源的输出电流纹波。

如图7所示，本发明的高频加速腔6-1为纳米软磁合金高频加载腔，为了解决由于功率源非线性产生的谐波成分较大、影响束流正常加速的问题，创新性地设计了谐波主动补偿数字低电平子***，该***可根据***的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制。该***由四部分组成：1)频率响应特性测试模块，用于自动测试高频加速腔6-1的频率响应特性并将该特性存储在该***中；2)各次谐波的功率和相位的测量模块，用于自动测量高频***的各次谐波的功率和相位，并存储在该***中；3)激励信号抵消计算模块，用于根据第一步测到的频率响应特性计算出抵消第二步测得的谐波成分所需要的激励信号；4)迭代修正模块，用于测量增加补偿之后的***的谐波情况，对激励信号进行迭代修正，直至谐波功率低于***限值。最终可将整体***的谐波控制在-30dB以下。

该治疗装置采用直线加速器内置于同步加速器的总体结构设计，可以大幅减小装置占地面积。装置可以提供从质子到碳离子的多种离子，覆盖从质子到碳的宽范围的传能线密度(Linear Energy Transfer，LET)和相对生物学效应(Relative BiologicalEffectiveness，RBE)，多种离子互为补充，为根据病人肿瘤种类和位置的特异性指定更加灵活、科学的多离子治疗计划成为可能，同时保证治疗的精度和效率，将成为一种全能型的精准外辐照治疗装置。装置还可以提供从氮到氙的多种离子，用于核孔膜等工业辐照领域。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，包括：

具有射频四极场加速特征和正交叉杆漂移管直线加速特征的一体化加速结构，所述一体化加速结构包括射频四极场加速部分(8)与正交叉杆漂移管直线加速部分(9)，所述射频四极场加速部分(8)的束流输出端与所述正交叉杆漂移管直线加速部分(9)的束流输入端连接，二者为共中心线一体腔体结构；

所述正交叉杆漂移管直线加速部分(9)包括第一加速段(9-1)、第二加速段(9-3)以及位于二者之间的三组合四极透镜(9-2)；

所述射频四极场加速部分(8)的束流输出端与所述第一加速段(9-1)中的纵向聚束段之间设置有若干零度相位加速间隙，用于实现所述射频四极场加速部分(8)到所述正交叉杆漂移管直线加速部分(9)的纵向束流动力学匹配，所述纵向聚束段的相位变化为梯度相位。

2.根据权利要求1所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，所述零度相位加速间隙的数量为2～5个，每个所述零度相位加速间隙的尺寸为2～3cm。

3.根据权利要求1所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，所述纵向聚束段的相位变化为束流的聚焦相位由-10°逐渐升至-5°。

4.根据权利要求1所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，还包括同步加速器，所述同步加速器为A-A’-A-A’的两折对称八边形结构，其中A为一个光学单元，由二极磁铁-漂移段-四极磁铁-漂移段-四极磁铁-漂移段-二极磁铁

四极磁铁组成，A’为A光学单元的反对称结构。

5.根据权利要求4所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，所述同步加速器包括若干束流偏转单元和若干直线段；

若干所述束流偏转单元间隔布置在一个环形上并通过真空管顺次首尾连接，用于对束流进行偏转；

若干所述直线段依次形成于若干所述束流偏转单元之间，用于对束流进行聚焦、注入、加速、引出。

6.根据权利要求5所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，若干所述直线段包括短直线段和长直线段，所述长直线段包括第一至第六长直线段，其中束流注入的所述第一长直线段上设置有注入切割磁铁(4-1)，所述第二长直线段上设置有注入静电偏转板(5-1)，束流引出的所述第四长直线段上设置有引出切割磁铁(4-2)，所述第三长直线段上设置有引出静电偏转板(5-2)，所述短直线段包括第一短直线段和第二段直线段，分别位于相邻两个所述长直线段之间。

7.根据权利要求6所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，所述长直线段与所述短直线段的长度之比为(3：1)～(8：1)。

8.根据权利要求6所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，所述同步加速器还包括高频加速腔(6-1)，设置于所述第六长直线段或其他长直线段中；

所述高频加速腔(6-1)为纳米软磁合金高频加载腔，腔体的控制***内设置有谐波主动补偿数字低电平子***，用于根据所述高频加速腔(6-1)的频率响应特性、谐波的幅度和相位特性自动对带内谐波成分进行抑制。

9.根据权利要求1所述的紧凑型多离子加速器治疗装置，其特征在于，还包括电源，所述电源为悬浮式全储能快脉冲电源拓扑结构，包括主模块和若干与所述主模块串联的悬浮模块，所述主模块为带前级整流的H桥，所述悬浮模块为无前级整流的H桥。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的紧凑型多离子加速器治疗装置在癌症治疗以及工业辐照领域的应用。

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