【CN109769336A】同步加速器、粒子束加速方法、装置、设备及存储介质

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2024年5月12日发(作者：)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号

CN 109769336 A

(43)申请公布日

2019.05.17

(21)申请号 2.0

(22)申请日 2019.04.03

(66)本国优先权数据

2.4 2018.05.24 CN

(71)申请人 新瑞阳光粒子医疗装备（无锡）有限

公司

地址 214000 江苏省无锡市太湖广场钟书

路99号国金中心62层

(72)发明人 郑志鸿　刘铮铮　李凯若　

(74)专利代理机构 无锡华源专利商标事务所

(普通合伙) 32228

代理人 聂启新

(51).

H05H

13/04

(2006.01)

H05H

7/04

(2006.01)

(54)发明名称

同步加速器、粒子束加速方法、装置、设备及

存储介质

(57)摘要

本发明涉及一种同步加速器、粒子束加速方

法、装置、设备及存储介质，该同步加速器包括：

四个二级磁铁，二级磁铁用于将粒子束偏转90

度；直线节，直线节包括两长直线节和两短直线

节，两长直线节和两短直线节用于将四个二级磁

铁串联成环状，且四个二级磁铁关于两长直线节

的中心点连线镜像对称，以及关于两短直线节的

中心点连线镜像对称；四级磁铁和六级磁铁，四

级磁铁和六级磁铁均设置于直线节上，四级磁铁

用于形成粒子束的预设引出工作点，六级磁铁用

于形成用于慢引出的三阶共振。解决了现有技术

的同步加速器由于其体积太大而限制了其使用

范围的技术问题，达到了实现同步加速器小型化

的技术效果。

权利要求书2页 说明书9页 附图4页

C

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权　利　要　求　书

1/2页

1.一种同步加速器，其特征在于：包括四个二级磁铁，所述二级磁铁用于将粒子束偏转

90度；

直线节，所述直线节包括两长直线节和两短直线节，所述两长直线节和两短直线节用

于将所述四个二级磁铁串联成环状，且所述四个二级磁铁关于两长直线节的中心点连线镜

像对称，以及关于所述两短直线节的中心点连线镜像对称；

四级磁铁和六级磁铁，所述四级磁铁和六级磁铁均设置于所述直线节上，所述四级磁

铁用于形成粒子束的预设引出工作点，所述六级磁铁用于形成用于慢引出的三阶共振；

所述二级磁铁朝向所述短直线节一端设有用于弱聚焦的边缘角；

所述边缘角的角度范围为5.5-12.5度；

还包括矫正机构，所述矫正机构用于矫正所述二级磁铁或四级磁铁的磁铁中心误差；

所述矫正机构包括缠绕于所述二级磁铁上的第一水平矫正线圈，所述第一水平矫正线

圈用于矫正所述二级磁铁的磁场中心在水平方向的误差；

所述四级磁铁共有四个，分别设置于所述两长直线节和两短直线节；

所述矫正机构包括缠绕于所述四级磁铁上的垂直矫正线圈和第二水平矫正线圈；

所述垂直矫正线圈用于矫正所述四级磁铁的磁场中心在垂直方向上的误差；

所述第二水平矫正线圈用于矫正所述四级磁铁的磁场中心在水平方向上的误差。

2.如权利要求1所述的同步加速器，其特征在于：所述边缘角的角度范围为7-11度。

3.如权利要求1所述的同步加速器，其特征在于：所述两长直线节分别设有质子注入机

构和质子引出机构；

设有质子注入机构的长直线节在质子注入机构的注入线切割板的两侧设有六级磁铁，

所述六级磁铁用于使携带有预设能量的粒子束形成三阶共振，以使所述携带有预设能量的

粒子束被引出所述同步加速器。

4.如权利要求1所述的同步加速器，其特征在于：所述粒子束注入所述同步加速器的注

入水平工作点的范围为1.35-1.357；

所述粒子束引出所述同步加速器的引出水平工作点范围为1.333-1.34；

所述粒子束引出所述同步加速器的引出垂直工作点小于0.5。

5.如权利要求1-4任一所述的同步加速器，其特征在于：还包括真空法兰，所述真空法

兰用于所述同步加速器真空腔各部分之间的连接；

所述真空法兰的厚度小于25mm，以使所述同步加速器的真空度大于或等于1e-8torr。

6.一种粒子束加速方法，其特征在于：包括：控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，

以使同步加速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁和所述同步加速器的

六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

7.如权利要求6所述的粒子束加速方法，其特征在于：所述若所述粒子束携带预设能

量，则调节所述同步加速器的四级磁铁和所述同步加速器的六级磁铁的磁场强度，以使所

述粒子束形成用于慢引出的三阶共振，包括：

若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁的磁场强度以形成预

设引出工作点；

若所述预设引出工作点已形成，则开启横向高频激励电极以及调节所述同步加速器的

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权　利　要　求　书

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六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

8.一种粒子束加速装置，其特征在于：包括：

二级磁铁控制模块，用于控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加速器内

的粒子束通过加速而携带预设能量；

三阶共振形成模块，用于若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级

磁铁和所述同步加速器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共

振。

9.一种设备，其特征在于：所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实

现如权利要求6或7所述的粒子束加速方法。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由

计算机处理器执行时用于执行如权利要求11或12所述的粒子束加速方法。

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说　明　书

同步加速器、粒子束加速方法、装置、设备及存储介质

1/9页

技术领域

[0001]

本发明涉及技术加速器领域，尤其是一种同步加速器、粒子束加速方法、装置、设

备及存储介质。

背景技术

[0002]

由于同步加速器具有能量可调、辐射较低的优点，越来越多的质子治癌装置采用

同步加速器代替回旋同步加速器来提供70-230MeV的质子束流。医用同步加速器加速轨道

的周长一般在30米左右，再加上旋转治疗头，需要较大的建筑使用空间来容纳。从而导致在

城市人口密集区的医院，很难通过改造现有的医院建筑来容纳如此庞大的设备。因此现有

技术的同步加速器存在由于其体积太大而限制了其使用范围的问题。

发明内容

[0003]

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种同步加速器、粒子束加速方

法、装置、设备及存储介质，从而解决现有技术的同步加速器由于其体积太大而限制了其使

用范围的技术问题。

[0004]

本发明所采用的技术方案如下：

[0005]

一种同步加速器，包括四个二级磁铁，所述二级磁铁用于将粒子束偏转90度；

[0006]

直线节，所述直线节包括两长直线节和两短直线节，所述两长直线节和两短直线

节用于将所述四个二级磁铁串联成环状，且所述四个二级磁铁关于两长直线节的中心点连

线镜像对称，以及关于所述两短直线节的中心点连线镜像对称；

[0007]

四级磁铁和六级磁铁，所述四级磁铁和六级磁铁均设置于所述直线节上，所述四

级磁铁用于形成粒子束的预设引出工作点，所述六级磁铁用于形成用于慢引出的三阶共

振；

[0008]

所述二级磁铁朝向所述短直线节一端设有用于弱聚焦的边缘角；

[0009]

所述边缘角的角度范围为5.5-12.5度；

[0010]

还包括矫正机构，所述矫正机构用于矫正所述二级磁铁或四级磁铁的磁铁中心误

差；

[0011]

所述矫正机构包括缠绕于所述二级磁铁上的第一水平矫正线圈，所述第一水平矫

正线圈用于矫正所述二级磁铁的磁场中心在水平方向的误差；

[0012]

所述四级磁铁共有四个，分别设置于所述两长直线节和两短直线节；

[0013]

所述矫正机构包括缠绕于所述四级磁铁上的垂直矫正线圈和第二水平矫正线圈；

[0014]

所述垂直矫正线圈用于矫正所述四级磁铁的磁场中心在垂直方向上的误差；

[0015]

所述第二水平矫正线圈用于矫正所述四级磁铁的磁场中心在水平方向上的误差。

[0016]

作为上述技术方案的进一步改进：

[0017]

所述边缘角的角度范围为7-11度。

[0018]

所述两长直线节分别设有质子注入机构和质子引出机构；

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[0019]

说　明　书

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设有质子注入机构的长直线节在质子注入机构的注入线切割板的两侧设有六级

磁铁，所述六级磁铁用于使携带有预设能量的粒子束形成三阶共振，以使所述携带有预设

能量的粒子束被引出所述同步加速器。

[0020]

所述粒子束注入所述同步加速器的注入水平工作点的范围为1.35-1.357；

[0021]

所述粒子束引出所述同步加速器的引出水平工作点范围为1.333-1.34；

[0022]

所述粒子束引出所述同步加速器的引出垂直工作点小于0.5。

[0023]

还包括真空法兰，所述真空法兰用于所述同步加速器真空腔各部分之间的连接；

[0024]

所述真空法兰的厚度小于25mm，以使所述同步加速器的真空度大于或等于1e-

8torr。

[0025]

一种粒子束加速方法，包括：控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加

速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

[0026]

若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁和所述同步加速

器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0027]

作为上述技术方案的进一步改进：

[0028]

所述若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁和所述同步

加速器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振，包括：

[0029]

若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁的磁场强度以形

成预设引出工作点；

[0030]

若所述预设引出工作点已形成，则开启横向高频激励电极以及调节所述同步加速

器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0031]

一种粒子束加速装置，包括：

[0032]

二级磁铁控制模块，用于控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加速

器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

[0033]

三阶共振形成模块，用于若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的

四级磁铁和所述同步加速器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三

阶共振。

[0034]

一种设备，所述设备包括：

[0035]

一个或多个处理器；

[0036]

存储装置，用于存储一个或多个程序；

[0037]

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理

器实现如权利要求6或7所述的粒子束加速方法。

[0038]

一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理

器执行时用于执行如权利要求11或12所述的粒子束加速方法。

[0039]

本发明的有益效果如下：

[0040]

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过四个二级磁铁将粒子束偏转360度，使粒子

束在同步环上运行、加速；通过两长直线节和两短直线节将四个二级磁铁串联成环状，且四

个二级磁铁关于两长直线节的中心点连线镜像对称，以及关于两短直线节的中心点连线镜

像对称，也就是说，本实施例的同步加速器可看成由两个相同单元组成，相较于现有技术的

同步加速器由四个单元组成，大大降低了同步加速器引出工作点的调节难度，也就降低了

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粒子束引出同步加速器的难度，同时还减少了同步加速器的体积；通过设置于直线节上的

四级磁铁形成粒子束的预设引出工作点，通过设置于直线节上的六级磁铁形成用于慢引出

的三阶共振。综上所述，本实施例在保证同步加速器优异的工作性能的同时，通过镜像对称

设计降低了同步加速器的体积，达到了实现同步加速器小型化的技术效果。

附图说明

[0041]

图1为本发明实施例一提供的同步加速器的结构示意图。

[0042]

图2为本发明实施例一提供的另一同步加速器的结构示意图。

[0043]

图3为本发明实施例一提供的βy函数、βx函数和Dx函数的曲线图。

[0044]

图4是本发明实施例二提供的粒子束加速方法的流程图。

[0045]

图5是本发明实施例三提供的粒子束加速装置的结构框图。

[0046]

图6为本发明实施例四提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

[0047]

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0048]

如图1-图6所示，本实施例的同步加速器，包括四个二级磁铁，二级磁铁用于将粒

子束偏转90度；

[0049]

直线节，直线节包括两长直线节和两短直线节，两长直线节和两短直线节用于将

四个二级磁铁串联成环状，且四个二级磁铁关于两长直线节的中心点连线镜像对称，以及

关于两短直线节的中心点连线镜像对称；

[0050]

四级磁铁和六级磁铁，四级磁铁和六级磁铁均设置于直线节上，四级磁铁用于形

成粒子束的预设引出工作点，六级磁铁用于形成用于慢引出的三阶共振；

[0051]

二级磁铁朝向短直线节一端设有用于弱聚焦的边缘角；

[0052]

边缘角的角度范围为5.5-12.5度；

[0053]

还包括矫正机构，矫正机构用于矫正二级磁铁或四级磁铁的磁铁中心误差；

[0054]

矫正机构包括缠绕于二级磁铁上的第一水平矫正线圈，第一水平矫正线圈用于矫

正二级磁铁的磁场中心在水平方向的误差；

[0055]

四级磁铁共有四个，分别设置于两长直线节和两短直线节；

[0056]

矫正机构包括缠绕于四级磁铁上的垂直矫正线圈和第二水平矫正线圈；

[0057]

垂直矫正线圈用于矫正四级磁铁的磁场中心在垂直方向上的误差；

[0058]

第二水平矫正线圈用于矫正四级磁铁的磁场中心在水平方向上的误差。

[0059]

边缘角的角度范围为7-11度。

[0060]

两长直线节分别设有质子注入机构和质子引出机构；

[0061]

设有质子注入机构的长直线节在质子注入机构的注入线切割板的两侧设有六级

磁铁，六级磁铁用于使携带有预设能量的粒子束形成三阶共振，以使携带有预设能量的粒

子束被引出同步加速器。

[0062]

粒子束注入同步加速器的注入水平工作点的范围为1.35-1.357；

[0063]

粒子束引出同步加速器的引出水平工作点范围为1.333-1.34；

[0064]

粒子束引出同步加速器的引出垂直工作点小于0.5。

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还包括真空法兰，真空法兰用于同步加速器真空腔各部分之间的连接；

[0066]

真空法兰的厚度小于25mm，以使同步加速器的真空度大于或等于1e-8torr。

[0067]

本实施例的粒子束加速方法，包括：控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使

同步加速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

[0068]

若粒子束携带预设能量，则调节同步加速器的四级磁铁和同步加速器的六级磁铁

的磁场强度，以使粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0069]

若粒子束携带预设能量，则调节同步加速器的四级磁铁和同步加速器的六级磁铁

的磁场强度，以使粒子束形成用于慢引出的三阶共振，包括：

[0070]

若粒子束携带预设能量，则调节同步加速器的四级磁铁的磁场强度以形成预设引

出工作点；

[0071]

若预设引出工作点已形成，则开启横向高频激励电极以及调节同步加速器的六级

磁铁的磁场强度，以使粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0072]

本实施例的粒子束加速装置，包括：

[0073]

二级磁铁控制模块，用于控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加速

器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

[0074]

三阶共振形成模块，用于若粒子束携带预设能量，则调节同步加速器的四级磁铁

和同步加速器的六级磁铁的磁场强度，以使粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0075]

本实施例的设备，设备包括：

[0076]

一个或多个处理器；

[0077]

存储装置，用于存储一个或多个程序；

[0078]

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述的

粒子束加速方法。

[0079]

本实施例的包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处

理器执行时用于执行如权利要求11或12的粒子束加速方法。

[0080]

实施例一

[0081]

图1为本发明实施例一提供的同步加速器的结构示意图。该同步加速器结构尤其

适合小型化同步加速器。如图1和图2所示，该同步加速器包括四个二级磁铁(11、12、13、

14)、直线节(211、212、221、222)、四级磁铁，以及六级磁铁；二级磁铁用于将粒子束偏转90

度；直线节包括两长直线节(211、212))和两短直线节(221、222))，两长直线节和两短直线

节用于将四个二级磁铁串联成环状，且四个二级磁铁关于两长直线节的中心点连线镜像对

称，以及关于两短直线节的中心点连线镜像对称；四级磁铁和六级磁铁均设置于直线节上，

四级磁铁用于形成粒子束的预设引出工作点，六级磁铁用于形成用于慢引出的三阶共振。

[0082]

如图1和如图2所示，以粒子注入机构为起始点，沿顺时针方向，同步加速器包括第

一二级磁铁11、第二二级磁铁12、第三二级磁铁13以及第四二级磁铁14；以及连接第一二级

磁铁11和第二二级磁铁12的第一短直线节221，连接第三二级磁铁13和第四二级磁铁14的

第二短直线节222；以及连接第二二级磁铁12和第三二级磁铁13的第一长直线节211，以及

连接第四二级磁铁14和第一二级磁铁11的第二长直线节212。上述结构构成如图2所示的类

似长方形的环状结构。位于“长方形”四个顶角的四个二级磁铁均可将粒子束偏转90度，四

个二级磁铁则可将粒子束偏转360度，使粒子束沿环状轨道运动、加速。

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[0083]

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前述四个二级磁铁关于两个长直线节的中心点连线镜面对称，以及关于两个短直

线节的中心点连线镜面对称，对称结构使得βy函数在长直线节比较小，有利于粒子束引出

和同步加速器的工作点调节。具体参见图3所示，图3最上面的四个方框为二级磁铁(11、12、

13、14)，连接两方框(二级磁铁)的直线为直线节(221、211、222))，分别是中间的长直线节

和两侧的两个短直线节。图3最上面的曲线为βy函数曲线，用于表示粒子束在垂直方向的振

荡，从该曲线与二级磁铁、直线节的对应关系可以直接得出，βy函数在长直线节上较小。而

且由图3的βy函数曲线，可以得出粒子束引出同步加速器的引出垂直工作点υy<0.5，这低于

现有技术大于或等于0.5的引出垂直工作点。采用引出垂直工作点υy<0.5的技术方案可以

避免粒子束在由3.5MeV加速到230MeV的过程中因为跨过vy＝0.5的引出垂直工作点而造成

大量粒子损失。比如说，若引出垂直工作点vy＝0.6，粒子束在能量3.5MeV时空间电荷效应

产生的引出垂直工作点漂移是0.2，所以粒子束在3.5MeV的引出垂直工作点是vy＝0.4，然

后当粒子束能量超过35MeV之后，粒子束的引出垂直工作点会越过0.5慢慢走向0.6，在这个

过程中粒子束的发射度会增大同时导致粒子损失。而发射度增大的另一个后果是导致最终

打在病人身上的粒子束截面积变大，同时引出过程中粒子束的损失也会变大。

[0084]

如图3所示，位于βy函数曲线下面的是βx函数曲线，用于表示粒子束在水平方向的

振荡，由该曲线可以得出粒子束引出同步加速器的引出水平工作点在4/3附近，比如1.333-

1.34，相较于现有技术5/3的引出水平工作点，4/3工作点可以让同步加速器的周长更小。图

3中最下方振幅最小的曲线为Dx函数曲线，用于表示粒子束在x方向的色散度。需要说明的

是，通过现有技术即可根据βy函数曲线和βx函数曲线求取引出垂直工作点和引出水平工作

点，比如MAD-X软件。

[0085]

如图3所示，前述四个二级磁铁在朝向短直线节的方向均设有边缘角，如图1和图2

所示，边缘角的角度范围为5.5-12.5度。优选角度范围为7-11度，比如9度和10度等。边缘角

主要用于弱聚焦，即对同步加速器内的粒子束进行弱聚焦，相比于传统的四级铁聚焦，边缘

角聚焦可以减少同步环的周长和体积，有利于同步加速器的小型化。

[0086]

如图3所示，前述两个短直线节(221、222)和两个长直线节(211、212))分别设有一

四级磁铁(31、32、33、34)，四级磁铁用于形成粒子束的预设引出工作点，从而使粒子束在预

设引出工作点附近被引出。

[0087]

为了较小同步加速器的体积，需要尽可能第减小实现每一功能的装置的体积，比

如减小单个装置的体积或者多个装置集成。考虑到同步加速器的二级磁铁在初始安装阶段

会存在一定的磁场中心误差，因为再先进的安装技术也很难保证二级磁铁的磁场中心误差

为零，而磁场中心误差的存在会引起轨道振荡。为了抑制轨道振荡，本实施例引入矫正机

构。矫正机构包括缠绕于前述四个二级磁铁上的第一水平矫正线圈；第一水平矫正线圈用

于矫正二级磁铁的磁场中心在水平方向的误差；矫正机构还包括缠绕于前述四个四级磁铁

上的垂直矫正线圈和第二水平矫正线圈；垂直矫正线圈用于矫正四级磁铁的磁场中心在垂

直方向上的误差；第二水平矫正线圈用于矫正四级磁铁的磁场中心在水平方向上的误差。

相较于现有技术设置于同步环上的独立矫正磁铁，本实施例通过缠绕于二级磁铁和四级磁

铁上的矫正线圈，在实现抑制轨道振荡功能的同时，减小了同步加速器的体积，有利于同步

加速器的小型化。

[0088]

结合图1和图2，第二长直线节212设有粒子注入机构，第一长直线节211设有粒子

8

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说　明　书

6/9页

引出机构。其中第二长直线节212在粒子注入机构的注入线切割板磁铁65的两侧均设置有

六级磁铁，分别是第一六级磁铁41和第二六级磁铁42，且第一四级磁铁31设置于第一六级

磁铁41与第一二级磁铁11之间。六级磁铁用于使携带有预设能量的粒子束形成三阶共振，

以使携带有预设能量的粒子束被引出同步加速器。

[0089]

其中，粒子注入机构，按照粒子束运行方向，包括顺次连接的离子源61、射频四级

铁62、斩波器63、注入线偏转磁铁64和注入线切割板磁铁65；离子源61用于产生质子源；射

频四级铁62用于对离子源出来的粒子进行初步聚焦和加速；斩波器63用于对射频四级铁62

所输出的粒子束进行斩波处理，使粒子束满足一定的占空比要求；注入线偏转磁铁64用于

使偏转粒子束以合适的角度注入到同步加速器中，而且粒子束注入同步加速器的注入水平

工作点的范围为1.35-1.357；注入线切割板磁铁65用于进一步偏转粒子束使其以合适的角

度注入到同步加速器中。

[0090]

为了优化注入到同步加速器的粒子束在同步环中的运行轨迹，本实施例的同步加

速器还包括冲击磁铁54，以对注入到同步加速器的粒子束在第一次偏转前进行最后一步的

角度纠正；冲击磁铁54设置于第一二级磁铁11与第二长直线节212上的四级磁铁(第一四级

磁铁31)之间。

[0091]

为了实现粒子束在同步加速器中的加速，同步加速器通常还包括高频加速腔53，

本实施例的高频加速腔53设置于第二短直线节222，且优选设置于四级磁铁(第四四级磁铁

34)与第三二级磁铁13之间。

[0092]

粒子束被注入到同步加速器后，在同步环中运动、加速，当其在同步环中运行几百

万圈加速到预设能量后即可将其引出。本实施例采用慢引出的方式将粒子束从同步环中引

出。要实现粒子束的慢引出，通常需要设置静电切割板51和射频激励源52。其中，静电切割

板51用于在慢引出时将引出粒子束从回旋粒子束中分离开使引出粒子束第一次被偏转，设

置于第一短直线节221的四级磁铁(第二四级磁铁32))与第二二级磁铁12之间；射频激励源

52用于在慢引出时对粒子束进行水平方向的激励，设置于第一长直线节211，优选设置在四

级磁铁(第三四级磁铁33)与第一引出线切割板磁铁71之间，且四级磁铁(第三四级磁铁33)

设置于第一引出线切割板磁铁71与第三二级磁铁13之间。

[0093]

如图2所示，设于第一长直线节211上的粒子引出机构，按照粒子束的运行方向，包

括顺次连接的第一引出线切割板磁铁71、第二引出线切割板磁铁72和第二引出线偏转磁铁

73，第一引出线切割板磁铁71用于对引出粒子束进行第二次偏转；第二引出线切割板磁铁

72用于对引出粒子束进行第三次偏转；引出线偏转磁铁73用于对引出粒子束进行第四次偏

转。粒子束在第四次偏转后完成粒子束的慢引出，慢引出后的粒子束通过粒子束输运系统

输出至预设装置，比如治疗室的治疗头。

[0094]

为了进一步减少同步环的体积，本实施例用于连接同步环的真空腔的各部分的真

空法兰的厚度小于25mm，由于同步环由多个部分串联而成，所以相对于现有技术50mm厚的

真空法兰，可以减少同步环的周长，有利于同步加速器的小型化。另外，本实施例所述真空

法兰使同步环的真空度大于或等于1e-8torr，高于常规法兰所提供的1e-10torr的真空度。

[0095]

本实施例所述同步加速器的工作过程可选为：参见图2，一个低能质子束团在一个

治疗周期的开始由离子注入机构产生，然后经过注入线切割板磁铁65和冲击磁铁54进入同

步加速环的中心轨道，注入长度基本等于同步环的长度。而后斩波器63保持开启拦截注入

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粒子束，注入线切割板磁铁65和冲击磁铁54关闭，二级磁铁引导粒子在同步环中做圆周运

动。同步调节四个二级磁铁的磁场强度，高频加速腔53在质子每一次经过时对其加速，经过

几百万圈后达到预设的引出能量，而后关闭高频加速腔53。利用四个四级磁铁将光学工作

点调至预设引出工作点，开启射频激励源52和六级磁铁形成三阶共振，粒子在三阶共振点

被一点点剥离，经过静电切割板51进入第一引出线切割板磁铁71和第二引出线切割板磁铁

72，粒子束01被小角度偏转引出，直至病人。

[0096]

本发明实施例提供的同步加速器的技术方案，通过四个二级磁铁将粒子束偏转

360度，使粒子束在同步环上运行、加速；通过两长直线节和两短直线节将四个二级磁铁串

联成环状，且四个二级磁铁关于两长直线节的中心点连线镜像对称，以及关于两短直线节

的中心点连线镜像对称，也就是说，本实施例的同步加速器可看成由两个相同单元组成，相

较于现有技术的同步加速器由四个单元组成，大大降低了同步加速器引出工作点的调节难

度，也就降低了粒子束引出同步加速器的难度，同时还减少了同步加速器的体积；通过设置

于直线节上的四级磁铁形成粒子束的预设引出工作点，通过设置于直线节上的六级磁铁形

成用于慢引出的三阶共振。综上所述，本实施例在保证同步加速器优异的工作性能的同时，

通过镜像对称设计降低了同步加速器的体积，达到了实现同步加速器小型化的技术效果。

[0097]

实施例二

[0098]

图4是本发明实施例二提供的粒子束加速方法的流程图。本实施例的技术方案适

用于控制同步加速器加速同步环中的粒子束的情况。该方法可以由本发明实施例提供的粒

子束加速装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，并配置在处理器中应

用。如图2和图4所示，该方法具体包括如下步骤：

[0099]

S101、控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加速器内的粒子束通过

加速而携带预设能量。

[0100]

要控制同步加速器对粒子束进行加速使其携带预设能量，需要控制二级磁铁(11、

12、13、14)的磁场强度使粒子束在同步环运动，高频加速腔53在粒子束每一次经过时对其

进行加速。

[0101]

S102、若粒子束携带预设能量，则调节同步加速器的四级磁铁和同步加速器的六

级磁铁的磁场强度，以使粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0102]

粒子束经过几百万圈的运动、加速后达到预设能量后，调节同步加速器的四级磁

铁(31、32、33、34)和六级磁铁(41、42)的磁场强度，使粒子束形成用于慢引出的三阶共振，

便于粒子束通过慢引出的方式被引出同步环。

[0103]

四级磁铁和六级磁铁的可选控制过程为：若粒子束达到预设能量，则关闭高频加

速腔53，利用四个四级磁铁将光学工作点调至预设的预设引出工作点，开启射频激励源52

和六级磁铁形成三阶共振，粒子在三阶共振点被一点点剥离，经过静电切割板51进入第一

引出线切割板磁铁71和第二引出线切割板磁铁72，粒子束01被小角度偏转引出，直至病人。

[0104]

本实施例提供的粒子束加速方法的技术方案，通过控制同步加速器的二级磁铁的

磁场强度，以使同步加速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；若粒子束携带预设能量，

则调节通过同步加速器的四级磁铁和同步加速器的六级磁铁的磁场强度，使粒子束形成用

于慢引出的三阶共振。相较于现有技术同时调节二级磁铁和四级磁铁的磁场强度，本实施

例所述的分时调节二级磁铁和四级磁铁的磁场强度，大大简化了同步加速器的运行调试流

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程和调试难度，显著提升了同步加速器的运行稳定性。

[0105]

实施例三

[0106]

图5是本发明实施例三提供的粒子束加速装置的结构框图。该装置用于执行上述

任意实施例所提供的粒子束加速方法，该装置可选为软件或硬件实现。该装置包括：

[0107]

二级磁铁控制模块81，用于控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加

速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；

[0108]

三阶共振形成模块82，用于若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器

的四级磁铁和所述同步加速器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的

三阶共振。

[0109]

本发明实施例三提供的粒子束加速装置的技术方案，通过控制同步加速器的二级

磁铁的磁场强度，以使同步加速器内的粒子束通过加速而携带预设能量；若粒子束携带预

设能量，则调节通过同步加速器的四级磁铁和同步加速器的六级磁铁的磁场强度，使粒子

束形成用于慢引出的三阶共振。相较于现有技术同时调节二级磁铁和四级磁铁的磁场强

度，本实施例所述的分时调节二级磁铁和四级磁铁的磁场强度，大大简化了同步加速器的

运行调试流程，显著提升了同步加速器的运行稳定性。

[0110]

本发明实施例所提供的粒子束加速装置可执行本发明任意实施例所提供的粒子

束加速方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

[0111]

实施例四

[0112]

图6为本发明实施例四提供的设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括处理器

901、存储器902、输入装置903以及输出装置904；设备中处理器901的数量可以是一个或多

个，图6中以一个处理器901为例；设备中的处理器901、存储器902、输入装置903以及输出装

置904可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

[0113]

存储器902作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程

序以及模块，如本发明实施例中的粒子束加速方法对应的程序指令/模块(例如，二级磁铁

控制模块81和三阶共振形成模块82)。处理器901通过运行存储在存储器902中的软件程序、

指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的粒子束加速方

法。

[0114]

存储器902可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系

统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此

外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个

磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器902可进一

步包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上

述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0115]

输入装置903可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以

及功能控制有关的键信号输入。

[0116]

输出装置904可包括显示屏等显示设备，例如，用户终端的显示屏。

[0117]

实施例五

[0118]

本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执

行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种粒子束加速方法，该方法包括：

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控制同步加速器的二级磁铁的磁场强度，以使同步加速器内的粒子束通过加速而

携带预设能量；

[0120]

若所述粒子束携带预设能量，则调节所述同步加速器的四级磁铁和所述同步加速

器的六级磁铁的磁场强度，以使所述粒子束形成用于慢引出的三阶共振。

[0121]

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机

可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的粒子束加

速方法中的相关操作。

[0122]

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明

可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更

佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的

部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质

中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random

Access Memory，简称RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算

机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的粒子

束加速方法。

[0123]

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利

要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

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图1

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图2

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图3

图4

图5

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图6

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本文标签： 粒子束磁铁加速器引出用于