包括射束剂量和能量补偿的带电粒子加速器系统及用于其的方法
包括射束剂量和能量补偿的带电粒子加速器系统及用于其的方法
【专利说明】包括射束剂量和能量补偿的带电粒子加速器系统及用于其 的方法
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求享有于2012年12月3日提交的美国专利申请No. 13/692344的权益， 所述申请被转让给本发明的受让人并通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 带电粒子加速器系统和方法，更具体而言，包括用于射束剂量和能量不稳定性的 补偿的带电粒子加速器系统和方法，其方式是调节电源向RF源提供的电力W及调节提供 到加速器的所得RF功率。
【背景技术】
[0004] 福射广泛用于对象（包括人）的探查和福照。探查的范例包括医学成像，货物成 像，工业层析成像和对象的非破坏性测试（NDT)。福照的范例包括食品福照和福射肿瘤学 (radiationoncology)。福射肿瘤学中还使用了加速的带电粒子，例如质子。
[0005] 通常使用射频（"RF")加速器来加速带电粒子并产生福射束，例如X射线。基于 RF加速器的福射源可W工作于脉冲模式中，其中W几微秒长的短脉冲（例如，由静止周期 (dormantperiod)分开）来加速带电粒子。一些应用需要"稳态"福射束，其中福射的每个 脉冲都预期是相同的。其他应用，例如货物成像，可W使用交织的多个能量福射束，例如，如 2008年8月12日提交的美国专利No. 8183801B2中所述，所述专利被转让给本发明的受让 人并通过引用并入本文。
[0006] 图1是配置成产生福射的RF加速器系统10的范例的主要部件的框图。系统10 包括加速器（也称为射束中屯、线（"BCL") 12。RF源14可W是磁控管或速调管，通过RF网 络16向加速器12提供RF功率。RF网络16确保RF源14与加速器12适当禪合，并将RF 源与反射的RF功率W及由加速器导致的频率牵引效应（frequencypullingeffect)相隔 离。RF网络16通常包括循环器和RF负载（未示出）。带电粒子源18向加速器12的谐振 腔（未示出）中注入带电粒子来进行加速。放置诸如鹤的祀20W被加速的带电粒子所撞 击，W通过初致福射效应来产生福射，如现有技术中所知那样。为了产生X射线福射，带电 粒子源可W包括例如二极管或=极管型电子枪。
[0007] RF源14由灯丝加热器（未示出）维持在"准备产生"的RF状况。RF源的外部表 面通常受到温度控制。带电粒子源18还包括灯丝加热器（未示出），从而使粒子源在被请 求时能够随时注入粒子。
[000引 电源22向RF源14和带电粒子源18提供电力。电源22受到控制器24的控制， 控制器24例如是可编程逻辑控制器、微处理器或计算机。在加速器12和RF源14之间提 供自动频率控制器（"AFC") 26W将加速器12的谐振频率与RF源的频率相匹配，如上文所 述的美国专利No. 8183801B2中所述。
[0009] 在操作员向控制器24提供射束开启命令W产生福射束时，例如，控制器24使电源 22能够向RF源14和带电粒子源18供电。可W通过脉冲的形式（每个脉冲达几微秒），W最高达例如每秒几百个脉冲的速率，来提供电力。加速器12从RF源14接收RF功率并根据 加速器的设计在加速器的谐振腔中建立电磁驻波或电磁行波。谐振腔对带电粒子源18注 入的带电粒子进行成束并加速。在本范例中，加速的带电粒子指向祀20。如上所述，加速带 电粒子撞击在祀20上导致通过初致福射效应W对应的福射脉冲长度和速率来产生福射。 在不再需要福射时（射束关闭），电源22被禁用，不向RF源提供脉冲电力。可W从操作员 接收射束关闭命令，或者可W编程控制控制器W在预定一段时间之后结束射束的产生。例 如，在射束开启命令和射束关闭命令之间，射束运行可W持续数秒、数分钟或数小时。当再 次希望产生福射时，再次启用电源，并向RF源提供脉冲电力。也可W直接使用加速带电粒 子，在该种情况下，祀20不是必要的。
[0010] 所产生的福射束稳定性可W从福射束的开头到末尾发生变化。例如，参见化en， Gongyin等人的女曰下文章；"Dual-energyX-rayradiographyforautomatichigh-Z materialdetection"，NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSection B;BeamInteractionswithMaterialsandAtoms261卷，1-2期，2007年8月，356-359 页。图2是基于实际测试结果，关于由可从化li化rnia的化loAlto的VarianMedical Systems,Inc( "Varian")获得的VarianM6Lina化on⑥在300秒内产生的连续福射束 2a的归一化福射剂量与时间关系的曲线图。本范例中的稳态福射束2a包括W每秒几百个 脉冲的速率产生的福射脉冲。每个脉冲可W持续几个微秒。并未示出该些微秒脉冲。在本 范例中，剂量率从福射束的一开始的峰值剂量化下降大约10%，在大约150秒之后，到达更 稳定的剂量率。福射束的能量也可W改变。其他市场上可买到的直线加速器可W显示出类 似于图2所示那些的不稳定性。
[OCm] 可从Varian和其他公司获得的医学应用的一些加速器包括PFN伺服系统，其基于 福射束的弯曲路径上的粒子损失，来调节电源22向RF源14提供的电力。该种基于反馈的 方法需要表示系统状态的高质量信号。由于来回调节提供给RF源的电力，该种基于反馈的 方法可能带来剂量和/或能量的振荡。
【发明内容】
[0012] 尽管可W为很多应用所接受，但剂量和能量的变化可能会对在产生福射束的整个 时间期间（从开始产生福射束起）都需要更稳定的福射剂量和能量的应用结果产生负面影 响。在物体和货物成像中，例如，可靠的材料区分和/或识别需要稳定的X射线射束能量和 剂量输出。对于交织能量福射脉冲的情况，每个脉冲串都需要稳定。由于福射安全问题和 吞吐量的要求，打开X射线束，等待其稳定，然后再扫描物体是不切实际的。在癌症治疗中， 也有严格的福射束质量（和量）要求。
[0013] 在加速器系统中可能存在各种潜在不稳定性源。例如，已经发现，如果RF功率已 经关闭足够长时间，RF源在比其RF开热平衡状态更低的温度处达到RF关热平衡状态。在 开始向RF源提供电力之后，它达到RF开热平衡状态。从RF关热平衡状态快速过渡到RF 开热平衡状态可能导致在第一次打开射束时RF输出功率和/或频率发生变化，导致福射束 能量和剂量输出的变化。
[0014] 不稳定性的另一个潜在源是RF网络，其中RF网络部件（主要是RF循环器）的插 入损耗在热平衡状态之间的相似过渡期间可能会漂移。插入损耗的变化可能导致被发射到 加速器的RF功率的变化。
[0015] 加速器是不稳定性的另一个潜在源，部分因为加速器的谐振频率易受小的温度变 化影响。在加速器受到RF功率加热时，它会膨胀，导致加速器在接近热平衡时，加速器的谐 振频率发生缓慢的频率漂移。在工作的第一分钟或两分钟内该种漂移最为显著。加速器的 谐振频率也响应于环境变化（包括环境温度）而变化。谐振频率的变化可能导致与RF源 和RF网络的频率失配，增大反射的RF功率并削弱加速器之内的电磁场，导致福射束能量的 降低。频率伺服系统或自动频率控制器（"AFC")通常用于跟踪加速器谐振腔的整体频率 漂移。不过，AFC可能不会充分补偿个体腔中的频率漂移。
[0016] 带电粒子源是不稳定性的另一个潜在源。向加速器中注入带电粒子可W冷却带电 粒子源，而一些带电粒子可能被加速器强制返回到带电粒子源中，该可能会加热带电粒子 源。因此，在带电粒子注入的开始处，带电粒子源也经历着热平衡状态之间的过渡。该可能 改变从源拉出的粒子数特性，例如它们的发射特性（给定时间处的位置和矢量速度），该可 能通过加速器中的电磁场来影响成束和加速。
[0017] 2011年6月22日提交的美国专利申请No. 13/134989被转让给本发明的受让人， 并通过引用并入本文，描述了用于在产生福射之前对系统部件预热W减小温度变化效应的 技术。
[0018] 根据本发明的实施例，基于加速器系统的过往性能为带电粒子束或福射束的剂量 和/或能量不稳定性提供补偿。补偿可W基于装运之前在工厂中和/或在现场对系统的测 试。可W基于系统的过往性能，通过调节提供给加速器的RF功率来进行补偿。在一个实施 例中，通过调节控制器向电源提供的控制电压来调节RF功率，电源向RF源提供电力。提供 的补偿量可W在对带电粒子进行加速和/或任选地产生福射束的同时减小，因为在工作期 间，在系统部件接近其射束开启热平衡状态时需要更少的补偿。在每个射束开启时期期间， 补偿可指数形式来减小或W其他速率减小。作为替代，可W提供恒定的补偿。在冷启 动之后要提供的补偿量最大，其中系统状态已经是射束关闭达最够长时间，系统部件可W 到达其射束关闭热平衡状态。典型地，在系统状态已经是射束关闭大约5-10分钟之后变为 射束开启状态被作为冷启动来对待。在冷启动之后后续射束开启时期开始时所提供的补偿 量可W小于最大补偿，因为需要更少补偿。可W通过在后续射束关闭时期期间，在将相应的 在先射束开启时期结束处的补偿水平W指数形式朝向最大值增大，来确定后续射束开启时 期开始处要提供的补偿量。也可其他速率或W恒定速率来增大补偿。可W由电路来提 供补偿或可W由软件基于系统的过往性能来确定补偿。在本发明的实施例中不需要反馈， 尽管如果需要的话，可W根据本发明的实施例来提供除补偿之外的反馈。
[0019] 根据本发明的实施例，公开了一种稳定化射频（"RF")加速器系统，该加速器系统 包括对带电粒子进行加速的RF加速器，禪合到加速器W向加速器中提供RF功率的RF源， W及禪合到加速器W向加速器中注入带电粒子的带电粒子源。电源禪合到RF源W及带电 粒子源W向其提供电力。提供控制器W控制电源的运行。控制器被配置成向电源提供补偿 的控制电压，由电源向RF源提供的电力至少部分基于补偿的控制电压。所述补偿的控制电 压至少部分基于所述系统的过往性能。可W定位祀材料W被加速的带电粒子所撞击，来产 生福射。
[0020] 可W配置控制器W在射束开启时期期间通过将在先的补偿控制电压从第一值减 小到当前补偿控制电压来确定当前的补偿控制电压，并在射束开启时期期间向电源提供当 前补偿控制电压。可W进一步配置控制器W通过将在先补偿控制电压从第一值增大到当前 补偿控制电压而在射束关闭时期期间确定当前补偿控制电压。可W 配置控制器W通过检索 由系统存储的标称控制电压并通过补偿值调节检索的值来确定当前补偿控制电压。可W通 过在射束开启时期期间将在先补偿值W指数形式减小到当前补偿值和/或在射束关闭时 期期间将在先补偿值W指数形式朝向最大补偿值增大到当前补偿值来确定当前补偿值。可 扫描序列的形式提供多个交替的射束开启/射束关闭时期。
[0021] 可W配置控制器W由补偿电路来确定补偿值，补偿电路可W包括R-C电路，R-C电 路包括电容器和电阻器，电阻器被配置成允许电容器在射束开启时期期间放电。由此，至少 部分基于射束开启时期期间电容器的相应当前电压，在射束开启时期期间向电源提供指数 减小的当前补偿值。补偿电路还可W包括第二R-C电路，所述第二R-C电路包括电容器和 第二电阻器，第二电阻器被配置成在射束关闭时期期间允许所述电容器朝向最高电压W指 数形式充电。
[0022] 在一个范例中，所述补偿电路还包括第二电阻器和电容器之间的二极管，W及输 入，W在射束关闭时期期间通过第二电阻器和二极管提供参考电压W对电容器充电。提供 第一地，在射束开启时期期间，电容器通过第一电阻器向第一地放电。逆变衰减器禪合到电 容器W在射束开启时期期间逆变并衰减电容器的当前电压。当前补偿值是逆变衰减器的输 出。在第二电阻器和二极管之间提供第二地。在射束开启时期期间，通过第二电阻器向第 二地引导参考电压。本范例中的参考电压可W至少部分基于第一和第二射束开启时期期间 所产生射束的脉冲重复频率。
[0023]可W提供第一开关W在射束开启时期期间通过第一电阻器向第一地选择性禪合 电容器，使得电容器向第一地放电，第二开关在射束关闭时期期间选择性地向第二地引导 第二电阻器中的电流（由于参考电压的原因）。第一开关和第二开关可W受到所述控制器 的控制。第一电阻器和/或第二电阻器可W是可变电阻器。电容器可W是可变电容器，W 补充或替代第一和/或第二可变电阻器。第一和第二RC电路具有至少部分基于系统过往 性能的相应时间常数。可W至少部分通过分别设置所述第一和第二可变电阻器的电阻和/ 或可变电容器来设置时间常数。
[0024] 所述控制器或者可W被配置成通过软件来提供当前补偿值。可W由软件配置控 制器W周期性通过补偿值来调节标称控制电压值。周期性判断所述系统状态是射束开还 是射束关闭。如果判定所判断的状态是射束开，W至少部分基于时期的增量和至少部分基 于所述系统的过往性能的不稳定性时间常数，朝向当前补偿值W指数形式降低所述在先补 偿值。如果判定所判断的状态是射束关闭，W至少部分基于时期的增量和至少部分基于所 述系统的过往性能的不稳定性时间常数，朝向最大值W增量呈指数形式增大所述在先补偿 值。
[0025]可W配置软件W令控制器在冷启动时在第一射束开启周期开始时提供最大补偿 值，并通过将最大补偿值W指数形式减小到当前补偿值来确定当前补偿值。
[0026] 根据本发明的另一实施例，公开了一种操作带电粒子加速系统的方法，该方法包 括：向RF加速器中注入带电粒子；W及至少部分基于所述系统的过往性能向所述加速器提 供RF功率，W至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性。该方法还包括由加速器对注入的带 电粒子进行加速。提供给加速器的RF功率可W至少部分基于补偿的电力，补偿的电力至少 部分基于系统的过往性能。
[0027] 根据本发明的另一实施例，公开了一种带电粒子加速系统，所述系统包括；用于对 带电粒子进行加速的加速器装置；用于向所述加速装置中注入带电粒子的装置；W及至少 部分基于所述系统的过往性能向所述加速装置提供RF功率的RF功率装置，W至少部分补 偿剂量和/或能量不稳定性。提供电力装置W向所述RF功率装置提供电力。该方法还包 括由加速器装置对注入的带电粒子进行加速。电力装置可W至少部分基于系统的过往性能 向RF功率装置提供电力，且由RF功率装置向加速器装置提供的RF功率至少部分基于由电 力装置提供的电力。
[002引要指出的是，在福射扫描系统被说成在"射束开启时期"期间具有"射束开启"状 态时，术语"射束开启"可W指对带电粒子进行加速W直接使用，或者通过在诸如鹤的适当 祀上撞击加速带电粒子产生X射线福射束。术语"射束开启"是指带电粒子的连续或脉冲 束或福射的连续或脉冲束。
【附图说明】
[0029] 图1是配置成产生福射的RF加速器系统的范例的主要部件的框图；
[0030] 图2是对于由RF加速器产生的连续福射束的归一化福射剂量与时间关系的曲线 图；
[0031] 图3是根据本发明实施例，配置成产生具有改进的稳定性的福射束的RF加速器系 统的范例；
[0032] 图4是剂量变化（百分比）与W每秒脉冲数为单位的脉冲重复频率的关系曲线 图；
[0033] 图5是可用于图3的范例中的补偿电路的范例；
[0034] 图6是根据本发明实施例的，在冷启动之后的开/关循环扫描序列期间提供的V 补偿信号的范例；
[0035] 图7是在图6中的扫描序列期间产生的福射束的不稳定性的范例；
[0036] 图8示出了在如图7中的具有相同序列的多个周期期间的，包括图3和5的电力 补偿电路的加速器系统的不稳定性；
[0037] 图9示出了在诸如图1所示的加速器系统中，冷启动之后的300秒射束开启时期 期间的福射束的福射剂量不稳定性；
[0038] 图10示出了冷启动之后的30秒射束开启时期期间，包括图4和5的补偿电路的 加速器系统的福射剂量不稳定性；
[0039] 图11是根据本发明实施例的，包括受软件程序控制的电力补偿的加速器的框图 的范例；W及
[0040] 图12是根据图11的实施例的一种方法的流程图的范例，该方法示出了如何由软 件来控制图11的控制器。
【具体实施方式】
[0041] 图3是根据本发明的一个实施例，配置成产生具有改进的稳定性的带电粒子束和 福射束的RF加速器系统100的范例。在本范例中，如上所述，RF源102通过RF网络106 向RF加速器104提供RF功率，且带电粒子源108向加速器注入带电粒子。电源110向RF 源102和粒子源108提供电力。控制器112 (诸如例如可编程逻辑控制器、微处理器或计算 机）经由操作员界面113和/或程序设计通过响应于来自操作员的输入信号向电源提供脉 冲触发和控制电压V-C，来控制电源110。电源110W触发器确定的速率且在触发器确定的 时间处，基于控制电压V-C来产生电力。根据本发明的该实施例，提供电力补偿电路114W 通过调节由电源向RF源102提供的电力来补偿剂量和/或能量的不稳定性。在图3的范 例中，电路在控制器112和电源110之间。在一种替代方案中，电路114可W是控制器112 的一部分。
[0042] 加速器104加速带电粒子，带电粒子可W被直接使用或可W用于撞击祀（本图中 为了便于例示未示出），W在希望时产生福射。祀可W包括鹤或其他材料，该些材料在被加 速器104加速的带电粒子（例如电子）撞击时，通过初致福射效应来产生X射线福射。图 10中示出了祀。RF加速器104可W是包括多个电磁禪合的谐振腔（未示出）的直线加速 器，例如可从化li：f〇rnia的化1〇Alto的VarianMedicalSystems,Inc.获得的Linatron。 RF加速器104可W是使用RF功率来加速带电粒子的另一种加速器，例如回旋加速器。RF 源102可W包括速调管或磁控管。带电粒子源108可W是电子枪，例如，如上所述的二极管 或S极管类型的电子枪。
[00创 电源110,也称为调制器，可W包括高压电源（"HVPS")、脉冲形成网络（叩FN") 和闽流管（thyratron)，图4中未示出它们。也可W提供一个或多个变压器（未示出）。在 美国专利No. 8183801B2中更详细地描述了电源，此专利被转让给本发明的受让人并通过 引用并入本文。在一个范例中，HVPS输出22000伏，被变压器提升到大约40000伏并提供 给RF源102,如美国专利No. 8183801B2所述。例如，电源110还可W包括固态调制器。
[0044] 如上文参考图1所述，在控制器112或其他该样的控制器的控制下，还可W在加速 器104和RF源102之间提供自动频率控制器（"AFC") 118。AFC118对发往加速器104并 从加速器104反射的RF信号进行采样，W检测频率匹配状况并且如果必要，调节RF源102 的频率，W匹配加速器的谐振频率。替代地，可W在RF源102和在RF网络106中的循环器 (未示出）之间对RF信号进行采样。例如，采样时间可W由控制器114或其他该样的控制 器进行控制。AFC118可W基于可在市场上可买到的正交混合装置和可调节相移器。在美 国专利No. 8183801B2和美国专利No. 3820033中更详细地描述了AFC及其操作，该两个专 利被转让给本发明的受让人并通过引用并入本文。
[0045] 在图3的范例中，电力补偿电路114包括频率到电压（"F到V")变换器202、充电 /放电电路204、具有电容C的电容器206和逆变衰减器（invertingattenuator) 208。如 结合下文图5所示并且更详细地描述的，充电/放电电路204和电容器206形成两个开关 RC电路。在本范例中，电力补偿电路114为由控制器112提供给电源110的控制电压V-C 提供调节，W补偿在某一时间点由系统100产生的加速带电粒子束或福射束的期望目标剂 量和/或能量与无补偿的预期剂量和/或能量之间由于不稳定性所导致的差异。可W基于 特定系统100在工厂和/或现场的过往性能来确定无补偿的预期剂量和/或能量，如下文 进一步所述。在某一时间点处所提供的调苄基于（与之成比例）该时间点处电容器206的 电压。由于需要较少的补偿，因此在相应的射束开启时期期间，随着电容器放电，电容器206 的电压降低。电容器206在相应的射束关闭时期期间充电，使其将处于充分高的电压电平 处，W补偿相应射束关闭时期期间之后射束开启时期期间中的不稳定性。脉冲触发器的频 率被F到V变换器变换成电压（向充电/放电电路204提供参考电压V-ref)，W对电容器 206进行充电。
[0046] 发明人发现，在某些加速器系统中，剂量能量不稳定性的量可W部分地与脉冲重 复频率（因此与占空比）相关。图4是针对VarianLina化on⑩X-raysystem的高能脉 冲（标称6MV)和低能脉冲（标称4MV)的剂量变化（百分比）与W每秒脉冲数（"PPS") 为单位的脉冲重复频率（"PRF")的关系曲线图，其由数字探测器 测量。PRF越大，剂量和 /或能量的百分比变化越大。
[0047] 在本范例中，如果扫描序列的PRF高，需要更多补偿，则向F到V变换器提供比PRF 较低时更高频率的脉冲触发。更高频率的脉冲触发导致将向电容器206提供的更高V-ref， 升高了电容器被充电到的最终电压，并提供更负性的补偿信号V-comp，在下一个射束开启 时期期间提供更多补偿。在本范例中，在已知剂量/能量稳定性与PRF相关时，控制器112 在向电源110提供脉冲触发的相同时间处并W相同的时间长度，向F到V变换器202提供 与当前扫描序列的PRF成比例的脉冲触发。如果在工厂和/或现场测试期间发现扫描序列 的PRF对特定系统100的剂量/能量不稳定性没有影响时，那么提供适当的脉冲触发，该适 当的脉冲触发导致产生适当的V-refW将电容器206充电到适当电平。
[0048] 控制器112向充电/放电电路204提供被称为射束开启/关闭信号的控制信号W 控制何时对电容器206充电和放电。在系统100的状态是射束开启时，对电容器206进行 放电W提供补偿信号V-comp。在系统的状态是射束关闭时，将电容器206充电到适当电平， 使其在系统状态再次为射束开启时提供适当的V-comp。
[0049] 向逆变衰减器提供充电/放电电路204的电压输出，逆变衰减器对电压进行逆变。 将逆变电压提供给电源110,作为控制提供给电源110的电压的补偿信号V-comp，W酌情降 低或升高控制电压。
[0050] 电力补偿电路114被配置成在加速器已经被关闭较长时间时，在需要更多补偿 时，提供更大的补偿V-comp。该是因为发明人发现，在关闭大约5或10分钟之后打开系统 100之后，目标剂量和/或能量和预期剂量和/或能量之间的差异是最高的，因为在那时系 统部件通常将冷却到其其关闭平衡状态。因此将其称为冷启动，其需要针对不稳定性的最 大补偿。随着系统100的继续工作，需要更少的补偿，因为系统100升温，系统部件接近其平 衡温度。类似地，在系统100关闭少于大约5分钟或10分钟之后启动（非冷启动）时，需 要较少的补偿，因为那时部件将不会冷却到其平衡关闭状态。在部件冷却到其平衡关闭状 态之前，加速器系统100关闭的时间量可能根据例如，系统100及其工作所处环境而变化。
[0051] 图5是包括图3的充电/放电电路204和电容器206的补偿电路210的示意图。 还示出了图5的逆变衰减器208。电容器206的底部电极连接到地G。充电/放电电路206 包括放电部分和充电部分。放电部分包括具有电阻R1的第一电阻器207 (在本范例中，第 一电阻器为可变电阻器）、开关212a和地G1。电阻器207在开关212a和电容器206之间。 如上文结合图3所述，在来自控制器112的射束开启/关闭信号的控制下，开关212a选择 性地将电阻器207禪合到地G1并且将电阻器207从地G1解禪。在系统100的状态是射束 开启时（向RF源102提供电力，从而向加速器104提供RF功率W由加速器104对带电粒 子进行加速）时，开关212a闭合，将电阻器207电禪合到地G1。因此，电容器206W时间常 数R1C放电到地G1。在系统100的状态是射束关闭时，开关212a是打开的，将电阻器207 从地G1解禪，使得电容器206不能向地G1放电。
[0化2] 电路204的充电部分包括经由二极管214禪合到电容器206的第二开关21化W及电阻为R2的第二电阻器209 (在本范例中，电阻器也是可变电阻器）。二极管214可W 具有小的正向结电压。向电阻器209提供电压V-ref。向二极管214和电容器206并联地 提供地G2。电容器206并联地电禪合到第二电阻器209和逆变衰减器208。在系统状态是 射束关闭时，第二开关21化闭合，电阻器209通过二极管214电禪合到电容器206,W时间 常数R2C为电容器206充电。在系统100的状态是射束开启时，开关21化闭合，将电阻器 209禪合到地G2并将电阻器209中的电流分流到地G2(由于V-ref)。开关212a、21化可 W是独立的开关，或者可W是双臂开关212的独立臂，如图3中示意性所示。
[0化3] 电压V-comp与电容器206被充电的程度成反比，因为逆变衰减器208会逆转电 容器206的电压的极性。在加速器104的状态已经在延长的时间内为射束关闭时，例如从 大约5分钟到大约10分钟或更长（冷启动），电容器206有时间W时间常数R2C来充分充 电。然后，在系统状态变为射束开启时，电容器206的输出将位于最高电压处，V-comp将向 电源110提供最大补偿，且电容器W时间常数R1C来放电。电容器206的电压在系统100 的状态保持为射束开启时随着电容器放电而降低，由于需要较小的补偿而提供负性较小的 V-comp。在加速器104被关闭更短的时间时，电容器206将充分充电或仅部分充电，其取决 于系统100的状态为射束关闭达多长时间。可W调节放电RC电路的时间常数R1C和充电 RC电路的时间常数R2C，W匹配在工厂和/或现场测试期间确定的特定加速器系统100的 性能。
[0化4]在工作期间，F到V逆变器202从控制器112接收脉冲触发。在本范例中，脉冲触 发的频率与PRF成正比。可W由操作员来选择PRF并向控制器112提供，或例如由控制控 制器112的软件程序来确定。由控制控制器112的软件来确定对应的脉冲触发。向可变电 阻器R2来提供V-ref(在本范例中，V-ref是上文参考图5论述的F到V变换器的输出）。 [0化5]当控制器112提供表示系统100具有射束关闭状态的信号时，开关212a、21化处 于打开状态，允许通过可变电阻器209和二极管214向电容器206提供V-ref电压，从而W 时间常数R2C为电容器充电。由于开关212a打开，电容器206不能向地G1放电。如果系 统100的状态保持为射束关闭达足够长时间，电容器206将充分充电，在系统100的状态下 一次变为射束开启时（其可能是冷启动）提供最大补偿（最大V-comp)。如果系统100的 状态在启动为冷启动的情况下在足够长的时间内都不是射束关闭，电容器206将仅被部分 充电，在系统状态从射束关闭变为射束开启时，提供少于最大的补偿（V-comp)。
[0化6] 在控制器112提供表示射束状态从射束关闭变为射束开启的信号时，开关212a、 21化都闭合。闭合开关21化将流经R2的电流（由于V-ref)分流到地G2。二极管214被 反向偏置，且不导电。闭合开关212a导致电容器206通过第一电阻器207W时间常数R1C 向地G1放电。此外，逆变衰减器208在其输入208a上接收来自放电电容器206的电压。 随着电容器206的放电，电容器的电压W及逆变衰减器208的输入208a上的电压降低。由 此，电容器206的放电导致在射束开启时期期间的降低了的补偿V-comp。该是希望的情况， 因为在系统状态保持为射束开启时需要较少的补偿，因为系统部件变暖并接近其热平衡温 度。逆变衰减器208降低所接收的电压并反转其极性，向控制器112提供其输出208b处的 负电压V-comp。随着电容器206的放电，V-comp信号变得负性较小。
[0057]控制器112存储预定的标称控制电压。在无补偿的系统中，例如图中所示的系统 10中，由控制器24向电源110提供预定标称控制电压，来产生要提供到RF源14的电力。 在图4和5的补偿系统100中，相反，控制器112通过V-comp调节控制器中存储的预定标 称控制电压，W产生要提供到电源110的补偿控制电压V-C。例如，补偿控制电压V-C可W 是标称控制电压和V-comp之和。由于V-comp在本范例中是负的，所W补偿控制电压V-C 将等于标称电压减去V-comp的绝对值。可W通过，例如逆变衰减器208和控制器110之间 或控制器和电源110之间的另一处理装置（未示出）来计算补偿控制电压V-C。例如，可W 由存储于控制器110中或与之相关联的软件或由专用集成电路（ASIC)来执行该些计算。 [005引如上所述，剂量和能量不稳定的量可W与PRF相关。在工厂和/或现场测试期间来 确定该种状况。提供了逆变衰减器208,因为为了使电容器206的电压与PRF成比列，V-ref 必须要大于二极管214的正向电压（导电时的电压降）。但是，对控制信号V-comp自身的 调节需要较小。因此提供逆变衰减器208W降低电容器206的电压。
[0059] 通过测试工厂和/或现场的系统100,改变扫描序列和PRF期间分析系统100的剂 量和/或能量性能，可W确定针对特定系统100的补偿电路204的适当放电时间常数R1C 和适当充电时间常数R2C。如图2所示，剂量和/或能量将随着时间稳定到稳态值。由工厂 和/或现场的技术人员基于测试运转期间从系统收集的数据来设置稳定化速率的时间常 数（放电时间常数R2C)W匹配剂量/能量不稳定性的时间常数。可W如图2所示来绘制 数据，并例如从曲线图来确定时间常数。也可W由计算机或其他处理装置来直接分析所收 集的数据W确定时间常数而不用绘制数据。
[0060] 例如，可W通过适当地设置可变电阻器R1来设置放电时间常数R1C，W在图4和5 的电路中使用曲线的时间常数。设置充电时间常数R2CW对电容器206进行充分充电W在 特定射束关闭时间期间之后提供充分补偿。典型地，同样的时间常数R1C、R2C将适用于特 定系统100中不同的射束关闭时间期间、PRFW及扫描序列。可W独立地调节放电和充电 时间常数，或者充电时间常数R2C可W与放电时间常数R1C相同。如果电容器206是可变 电容器，可W改变电容W实现希望的时间常数，取代对可变电阻器R1和/或R2的电阻的改 变或同时改变可变电阻器R1和/或R2的电阻。
[0061] 在一个范例中，可变电阻器R1和R2在0到20Kohms的范围内是可调节的，W为电 容器206的充电和放电提供期望的时间常数。例如，电容器206可W具有2200微法的电容， 且逆变衰减器208可W具有大约1到-0. 05的比值。例如，F到V变换器可W具有例如每 秒100个脉冲（"PPS")到1伏的比值。参考电压需要大于二极管电压，在本范例中，二极 管电压为0.3伏。例如，二极管214可W是肖特基型二极管，其正向结电压大约为0.3V。在 本范例中，W279PPS的PRF(V-ref= 2. 79V)来校准电力调节电路114,并设置逆变衰减器 208的衰减，使得在电容器206被满充电到2. 79V时，V-comp的振幅为-152mV。该V-comp 对控制器112中的标称电压提供了大约2%的最大调节。将剂量/能量不稳定性从大约6% 至IJ8% (对于很多应用来说该是过大的）降低到大约2%到3%来说是足够用的，2%到3% 可W被很多应用所接受。在更低的PRF处，需要更低的V-ref，V-comp的最大振幅会成比例 地更小。该些数值仅仅是示范性的。可W提供该些部件的其他数值。每个加速器110可W需要不同的补偿。
[0062] 图6是图4和5的补偿电路114的操作的范例的曲线图，示出了在冷启动之后加 速器104每10秒开关循环的操作期间，V-comp是如何随时间变化的。如上所述，PRF为 279PPS，V-ref为2. 79V，最大V-comp为-152V。每个水平划分为10秒。垂直轴是W毫伏 (mV)为单位的V-comp。在电容器206被充满并需要最大补偿时，在冷启动之后，提供-152V 的最大V-comp。在本范例中，最大V-comp具有图6中负性最大的值，因为正如W上的讨论， 逆变衰减器208将由电容器206提供的电压逆变成负值。
[0063] 在图6的范例中，在前几个射束开启时期中（例如，分支1、3和5)，V-comp具有负 性逐渐变小的起始值，因为电容器206在先前的射束关闭周期期间充电到逐渐更低的电压 (例如，冷启动，分支2、4和6)。类似地，在那些最初几个射束开启周期中（例如，分支1、3 和5)，V-comp具有负性逐渐变小的起始值和结束值，因为电容器206放电到更低电压，且然 后充电到更低电压。由于系统100在本范例中的短射束关闭时期期间未充分冷却（例如， 分支2,4和6)，所W系统100的状态每次从射束关闭变为射束开启时都需要逐渐变小的补 偿。在额外的射束开启/关闭周期之后，充电和放电电平在后续周期内接近相应的稳态电 平。
[0064] 具体而言，在本范例中，在时间0,系统100在处于射束关闭状态达延长时间段（例 如至少5到10分钟）之后，变为射束开启状态。该是冷启动；因此需要对不稳定性进行最 大补偿，且电容器206有时间充满电。在时间0,向电源112提供-152mV的最大V-compW 补偿不稳定性。从0秒到10秒，系统10处于射束开启状态，开关212a和21化闭合，电阻器 R2中的电流被分流到地G2,且二极管214被反向偏置，而且不导通。电容器206W时间常 数R1C向地G1放电，同时向逆变衰减器208提供减小的（负性更小的）V-comp，W达到-76V 的充电电平A。
[0065] 在10秒时，系统10的状态变化到射束关闭，开关212a和21化打开。通过电阻器 R2和二极管214向电容器206提供电流，为电容器充电达10秒。没有通过R1的放电电流。 由于系统100已经打开10秒，所W它有时间升温到一定程度。因此，在系统状态下一次变 为射束开启时（在该扫描序列中，将发生于20秒处），将不需要最大补偿。通过适当设置时 间常数R2C来配置补偿电路210,使得电容器206在系统状态为射束关闭的10秒期间仅充 电到-112V的V-comp电平B。
[0066] 在20秒时，系统100的状态变为射束开启，开关212a、21化闭合，通过R2的电流 被分流到地G2,二极管214被反向偏置且不导通。电容器206从V-comp电平B开始，W时 间常数R1C通过R1向地G1放电，在接下来的10秒内产生减小的V-comp信号，直到系统状 态在30秒处变为射束关闭。放电持续10秒，在该段时间期间，电容器206放电到V-comp 电平C，该是比V-comp电平A负性更小的电平。
[0067] 在30秒处，在系统状态变为射束关闭时，开关212a、21化打开，且电容器206在下 一个10秒内充电到V-comp电平D。V-comp电平D比V-comp电平B负性更小。在系统状态 在40秒处变为射束开启时，电容器206开始从V-comp电平D放电到V-comp电平E，V-comp 电平E比V-comp电平C负性更小。
[0068] 在本范例中，在每个射束开启周期期间，起始V-comp电平（最大V-comp、V-comp 电平B、D)和结束V-comp放电电平（V-comp电平A、C)向着稳态起始V-comp电平F和稳 态结束V-comp电平E收敛，从而在后续时期内，起始V-comp电平G和I返回或接近返回 V-comp电平E，且结束V-comp电平H返回或接近返回V-comp电平F。在射束开启/关闭序 列继续时该种情况继续。而在本范例中，充电/放电电平在大约50秒之后接近稳态电平， 其他系统、加速器和/或其它射束开启/关时间序列可W在不同时间段之后接近稳态。在 系统100处于射束关闭状态5分钟到10分钟时，系统100将返回到关热平衡状态。电容器 206将有时间充分充电到最大V-comp，从而在冷启动时提供最大补偿。
[0069] 图7是图1的福射扫描系统10 (无补偿）在扫描序列期间所产生的福射束的不稳 定性的范例，在该扫描序列期间，如图6中那样，系统状态在冷启动之后每隔10秒钟从射束 开启变为射束关闭。在每个射束开启周期的开始处，每个周期都显示出大约为6%的来自 峰值福射的不稳定性，在很多应用中该是不能接受的。要指出的是，随着系统10的升温，峰 值福射也从一个周期到下一个周期减小。每个周期中的最低福射也因为同样原因而下降。 峰值福射剂量和最低值之间的差异在第一个射束开启周期中大约为6%，随着系统10的升 温，该差异从一个周期到一个周期减小一些。图8示出了在与图7中相同的序列的多个周 期期间，包括图4和5的电力补偿电路114的加速器系统100的不稳定性。该里，剂量的不 稳定性仅为约3%，对于大部分应用该是可接受的。
[0070] 在较长的射束运转中示出了类似的改善。图9是在诸如图1所示的系统10(无补 偿）中，冷启动之后300秒福射束的福射剂量不稳定性的另一范例。大约为173的初始福 射剂量和大约为162(任意单位）的稳态福射剂量之间的差异大约为8%。图10示出了在 冷启动之后通电且产生福射束的300秒时间期间，包括图4和5的电力补偿电路114的加 速器系统100的剩余不稳定性。该里，剂量的不稳定性仅为约2%。
[0071] 除了提供电路（诸如补偿电路114)来调节由电源110向RF源102和带电粒子源 108提供的电力，还可W由软件对控制器24进行编程来补偿由于不稳定性所导致的目标剂 量和/或能量与预期剂量和/或能量之间的差异。图11是系统250的框图的范例，其中控 制器252包括存储软件程序255的存储器254W及处理器256。存储器254或其他该样的 存储器还可W存储由处理器256和软件程序255所使用的信息，例如用于系统的时间常数 (如上所述基于工厂和/或现场测试所确定的）和下文进一步论述的其他变量。存储器254 可W包括RAM和ROM或例如其他类型存储器的适当组合。处理器256可W是例如中央处理 器、微处理器或控制电路。也可W提供专用集成电路（ASIC)，作为软件程序255的替代或 补充。在图11中，与图3共有的元件被标注有类似数字。控制器112向电源110发送脉冲 触发和补偿的控制电压V-C，如上所述，不过在本实施例中，由软件来确定补偿的控制电压。 在系统240中，提供祀258W产生福射，但该不是必需的。可W在图3的系统100中类似地 提供祀258。祀258可W包括鹤或其他材料，该些材料在被由加速器104加速的带电粒子 (例如电子）撞击时，通过初致福射效应产生X射线福射。
[0072] 图12是根据本发明实施例的方法300的流程图的范例，示出了如何可W由存储器 254中存储的软件程序255来控制控制器252。在本范例中，软件程序255被配置成在系统 250的状态为射束开启时向电源110提供W指数形式减小的补偿控制电压V-C，并且在系统 250的状态为射束关闭时，指数地增大将在系统状态从射束关闭变化到射束开启时所提供 的补偿的控制电压V-C。
[0073] 在一开始为系统250加电时，在步骤305中向控制器252供电。在步骤310中， 从存储器254或其他该样的存储器中读取用于当前扫描序列的补偿比例、补偿时间常数和 PRF。补偿比例是在最高PRF处由电源110向RF源102所提供的标称功率电平的最大百分 比调节，其中系统被期望工作在最大PRF处。例如，标称功率电平可W是20千伏。在工厂 中或在现场装配系统250期间由现场服务工程师基于目标剂量和/或能量和测试运转期间 发现的系统预期剂量和/或能量之间的差异来设置补偿比例。
[0074] 补偿时间常数被设置为如上所述也是在测试期间确定的剂量/能量不稳定性的 时间常数。本PRF是由操作员针对当前扫描序列设置的PRF。通过将标称的每脉冲功率设 置（"标称PPPS")乘W检索到的补偿比例（"CS")、并且乘W用于确定存储的补偿比例的 本PRF和预期最高PRF之比，来计算本PRF处的最大补偿（（标称PPPS)X(C巧X(本PRF/ 最高ra巧）。
[0075] 在步骤315中，检索标称每脉冲功率设置，且本补偿V-comp被设置为针对冷启动 的最大补偿V-comp。标称每脉冲功率设置是上文结合控制器112所述的标称电压。
[0076] 在步骤320计算补偿的每脉冲功率设置（或如上所述，补偿控制电压V-C)。第 一个计算的补偿的每脉冲功率设置V-C是标称每脉冲功率设置和用于冷启动的最大补偿 v-comp的组合，所述最大补偿v-comp是在步骤315中从存储器254检索的。例如，补偿的 每脉冲功率设置V-C可W是标称每脉冲功率设置和最大补偿V-comp之和。如上，可W从标 称每脉冲功率设置减去最大补偿V-compW获得补偿的每脉冲功率设置V-C。基于如下所述 的该方法后续步骤中所确定的并存储于存储器255中的存储位置中的补偿值V-comp，来计 算后续补偿的每脉冲功率设置V-C。
[0077] 在步骤320中所计算的补偿的每脉冲功率设置V-C的值被存储于存储器254中的 存储器位置中，并在步骤325中被发送到电源110。
[007引然后在步骤330中判断系统250的状态是射束开启或射束关闭。例如，可W通过 检查存储器254中的控制器252中或另一存储位置中所存储的标记或其他该种标识符来检 查系统的状态。如果系统的状态为射束关闭，在步骤335中，电源110被禁用或保持禁用， 在步骤340中W某一增量向着最大补偿W指数形式增大存储器254中所存储的当前补偿值 V-comp，并在存储器254中存储。增大的本补偿值可W替换在先补偿值或可W存储于不同 的存储位置中。本范例中的增量增加等于1-e^T/T，其中T是增量的时间长度，且T是补偿 时间常数。例如，如果将补偿时间常数T设置为25秒，且软件每0.5秒循环重复一次，贝U 本补偿值和最大补偿值之间的差异减小了 大约为2%。
[0079] 该方法然后返回步骤320,W基于来自步骤340、且已经存储于存储器254中的新 的当前补偿值，来计算当前补偿的每脉冲功率设置V-C。如果在步骤330中发现系统状态再 次为射束关闭，那么电源110保持禁用，且在步骤340中，W如上所述计算出的增量来再次 W指数形式增大当前补偿V-comp的值。继续该样做，直到系统状态变为射束开启。
[0080] 如果在步骤330中发现系统状态为射束开启时，那么启用电源110,在步骤350中 W某一增量向零W指数形式来降低V-comp，并存储在存储器254中的存储位置中。该方法 然后返回步骤320,W基于存储于存储器255中存储位置的当前补偿值V-comp，来计算当前 补偿的每脉冲功率设置V-C。在步骤325中，由控制器112产生对应于补偿的每脉冲功率设 置V-C的电压并发送到电源110,导致产生电力。可W如上所述来计算增量（1-e^/T)。在 本范例中，在系统状态为射束开启时，每0. 5秒就w指数形式来减小提供到电源114的当前 补偿值V-comp。电源110被启用或保持启用，W基于对应于如上文所述计算的补偿的每脉 冲功率设置V-C的电压，来产生经调节的功率并向RF源102提供经调节的功率，直到系统 状态返回到射束关闭。如上所述，在射束关闭时期期间，预期到系统状态会变回射束开启， 向着最大补偿W指数形式来增大当前补偿值V-comp。系统状态为射束关闭越长，系统状态 再次变为射束开启时V-comp便越高。该与如上所述；系统状态为射束关闭越长，需要越大 不稳定性补偿是相一致的。
[0081] 在另一种软件实现中，可W在表格中存储在扫描序列期间需要的补偿并与时间和 扫描序列相关。在扫描序列发展时，在适当时间检索数值。
[0082] 图12的流程图是本发明实施例的软件实现的范例。可W根据本文的教导来开展 其他的软件实现，它们将被如下权利要求涵盖。
[0083] 在备选实施例中，预定的恒定补偿可W是基于系统的过往性能在预定一段时间内 降低不稳定性。
[0084] 在其他范例中，可W配置RF源102W向加速器提供RF功率，W基于系统100的过 往性能来补偿剂量和/或能量的不稳定性。RF源可W基于如上所述电源提供的电力，或基 于通过其他方法来提供RF功率。
[0085]尽管W上描述设及基于稳态RF加速器的福射源（其中所有脉冲都相同），但上文 所述的发明实施例还适用于多能量加速器系统，其中福射脉冲的特性会变化，如上文所述 且通过引用并入本文的美国专利No. 8183801B2中所述。它还适用于可变剂量输出加速器。 在该种情况下，目标剂量/能量随时间变化，且补偿的目的是追随变化的目标。
[0086] 本领域的普通技术人员将认识到，可W对上述实施例做出其他变化而不脱离由W 下权利要求所界定的发明精神和范围。
【主权项】
1. 一种稳定化的射频（"RF"）加速器系统，包括： 对带电粒子进行加速的RF加速器； 耦合到所述加速器以向所述加速器提供RF功率的RF源； 耦合到所述加速器以向所述加速器注入带电粒子的带电粒子源； 耦合到所述RF源和所述带电粒子源以向所述RF源和所述带电粒子源提供电力的电 源；以及 控制所述电源运行的控制器，所述控制器被配置成向所述电源提供补偿控制电压； 其中： 由所述电源向所述RF源提供的电力至少部分基于所述补偿控制电压；并且 所述补偿控制电压至少部分基于所述系统的过往性能。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过如下方式确定在射束 开启时期期间的当前补偿控制电压： 在射束开启时期期间将在先补偿控制电压从第一值减小到当前补偿控制电压； 所述方法还包括： 在所述射束开启时期期间向所述电源提供当前补偿控制电压。3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器还被配置成通过如下方式确定在射 束关闭时期期间的当前补偿控制电压： 将在先补偿控制电压从第一值增大到当前补偿控制电压； 所述方法还包括： 在所述射束开启时期期间向所述电源提供当前补偿控制电压。4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过如下方式确定当前补 偿控制电压： 检索由所述系统存储的标称控制电压； 通过如下确定的补偿值来调节所述标称控制电压值的检索值： 在射束开启时期期间以指数形式将在先补偿值减小到所述当前补偿值；和/或 在射束关闭时期期间朝向最大补偿值以指数形式将在先补偿值增大到所述当前补偿 值。5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过补偿电路来确定补偿 值。6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述补偿电路包括R-C电路，所述R-C电路包括： 电容器；以及 电阻器； 其中，所述R-C电路被配置成至少部分基于所述射束开启时期期间电容器的相应当前 电压，来允许所述电容器在所述射束开启时期期间放电，以在射束开启时期期间向所述电 源提供以指数形式减小的当前补偿值。7. 根据权利要求6所述的系统，其中： 所述补偿电路还包括第二R-C电路，所述第二R-C电路包括： 所述电容器；以及 第二电阻器； 其中所述第二R-C电路被配置成在射束关闭时期期间允许所述电容器朝向最高电压 以指数形式充电。8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述补偿电路还包括： 所述第二电阻器和所述电容器之间的二极管； 输入，在射束关闭时期期间通过所述第二电阻器和所述二极管提供参考电压以为所述 电容器充电； 第一地，其中，在射束开启时期期间所述电容器通过所述第一电阻器向所述第一地放 电； 逆变衰减器，耦合到所述电容器，以在所述射束开启时期期间逆变并衰减所述电容器 的当前电压，其中，所述当前补偿值是所述逆变衰减器的输出；以及 所述第二电阻器和所述二极管之间的第二地，其中所述参考电压在所述射束开启时期 期间选择性地通过所述第二电阻器放电到所述第二地。9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述参考电压至少部分基于在所述射束开启时期 期间所产生射束的脉冲重复频率。10. 根据权利要求9所述的系统，还包括： 第一开关，以在所述射束开启时期期间选择性地通过所述第一电阻器将所述电容器耦 合到所述第一地，以允许所述电容器放电到所述第一地；以及 第二开关，以在所述射束关闭时期期间选择性地将所述第二电阻器耦合到所述第二 地，以允许所述第二电阻器中的电流流向所述第二地； 其中，所述第一开关和所述第二开关受到所述控制器的控制。11. 根据权利要求8所述的系统，其中， 所述第一电阻器是可变电阻器；并且 所述第二电阻器是可变电阻器。12. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述RC电路具有至少部分基于所述系统的过往 性能的时间常数。13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二R-C电路具有至少部分基于所述系统 的过往性能的第二时间常数，以朝向最高电压以指数形式增大所述电容器的电荷。14. 根据权利要求12所述的系统，其中， 所述第一电阻器是可变电阻器； 所述第二电阻器是可变电阻器；以及 至少部分通过分别设置所述第一可变电阻器和第二可变电阻器的电阻来设置所述第 一时间常数和第二时间常数。15. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过软件来确定当前补偿 值。16. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过软件以： 通过补偿值来周期性地调节标称控制电压值，其中通过如下方式来确定所述补偿值： 周期性判断所述系统状态是射束开启还是射束关闭； 如果判定所判断的状态是射束开启，通过增量来将所述在先补偿值以指数形式减小到 当前补偿值，其中所述增量至少部分地基于一时期以及不稳定性时间常数，其中所述不稳 定性时间常数至少部分基于所述系统的过往性能；以及 如果判定所判断的状态是射束关闭，通过增量来朝向最大值以指数形式增大所述当前 补偿值，其中所述增量至少部分地基于一时期以及不稳定性时间常数，其中所述不稳定性 时间常数至少部分基于所述系统的过往性能。17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述软件被配置以令所述控制器： 在冷启动时在第一射束开启周期开始时提供最大补偿值；以及 通过以指数形式将所述最大补偿值减小到当前补偿值来确定所述当前补偿值。18. 根据权利要求1所述的系统，还包括： 定位成被加速带电粒子撞击的靶材料。19.一种操作带电粒子加速系统的方法，包括： 向RF加速器注入带电粒子； 向所述加速器提供RF功率，所述RF功率至少部分基于所述系统的过往性能，以至少部 分补偿剂量和/或能量不稳定性；以及 由所述加速器对注入的带电粒子进行加速。20. 根据权利要求19所述的方法，还包括： 向所述RF源提供补偿电力，所述补偿电力至少部分基于所述系统的过往性能，以至少 部分地补偿剂量和/或能量不稳定性； 其中，向所述加速器提供的所述RF功率至少部分地基于所述补偿电力。21. -种带电粒子加速系统，包括： 用于对带电粒子进行加速的加速器装置； 用于向所述加速装置中注入带电粒子的装置； 用于至少部分基于所述系统的过往性能向所述加速装置提供RF功率的RF功率装置， 以至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性； 用于向所述RF功率装置提供电力的电力装置；以及 由所述加速器装置对注入的带电粒子进行加速。22. 根据权利要求21所述的系统，其中： 所述电力装置至少部分基于所述系统的过往性能向所述RF功率装置提供电力；并且 由所述RF功率装置向所述加速器提供的RF功率至少部分基于所述电力装置提供的电 力。
【专利摘要】一种操作加速系统的方法包括向RF加速器中注入带电粒子，向加速器提供RF功率，并且对注入的带电粒子进行加速。加速的带电粒子可以撞击靶以产生辐射。RF功率至少部分基于系统的过往性能，以至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性。控制器可以基于过往性能向电源提供补偿控制电压(“CCV”)，以向RF源提供补偿电力。可以在射束开启时期期间向电源提供减小的CCV，例如以指数形式减小的CCV。在射束关闭时期期间可以朝向最大值来增大要提供的CCV，例如以指数形式增大。可以由补偿电路和/或软件来配置控制器。还描述了系统。
【IPC分类】H05H13/04
【公开号】CN104904324
【申请号】CN201380069531
【发明人】陈恭印, K·T·罗瑞埃利, D·A·郝里
【申请人】瓦润医药系统公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月2日
【公告号】EP2926629A1, US9119281, US20140152197, WO2014088958A1
【专利说明】包括射束剂量和能量补偿的带电粒子加速器系统及用于其 的方法
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求享有于2012年12月3日提交的美国专利申请No. 13/692344的权益， 所述申请被转让给本发明的受让人并通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 带电粒子加速器系统和方法，更具体而言，包括用于射束剂量和能量不稳定性的 补偿的带电粒子加速器系统和方法，其方式是调节电源向RF源提供的电力W及调节提供 到加速器的所得RF功率。
【背景技术】
[0004] 福射广泛用于对象（包括人）的探查和福照。探查的范例包括医学成像，货物成 像，工业层析成像和对象的非破坏性测试（NDT)。福照的范例包括食品福照和福射肿瘤学 (radiationoncology)。福射肿瘤学中还使用了加速的带电粒子，例如质子。
[0005] 通常使用射频（"RF")加速器来加速带电粒子并产生福射束，例如X射线。基于 RF加速器的福射源可W工作于脉冲模式中，其中W几微秒长的短脉冲（例如，由静止周期 (dormantperiod)分开）来加速带电粒子。一些应用需要"稳态"福射束，其中福射的每个 脉冲都预期是相同的。其他应用，例如货物成像，可W使用交织的多个能量福射束，例如，如 2008年8月12日提交的美国专利No. 8183801B2中所述，所述专利被转让给本发明的受让 人并通过引用并入本文。
[0006] 图1是配置成产生福射的RF加速器系统10的范例的主要部件的框图。系统10 包括加速器（也称为射束中屯、线（"BCL") 12。RF源14可W是磁控管或速调管，通过RF网 络16向加速器12提供RF功率。RF网络16确保RF源14与加速器12适当禪合，并将RF 源与反射的RF功率W及由加速器导致的频率牵引效应（frequencypullingeffect)相隔 离。RF网络16通常包括循环器和RF负载（未示出）。带电粒子源18向加速器12的谐振 腔（未示出）中注入带电粒子来进行加速。放置诸如鹤的祀20W被加速的带电粒子所撞 击，W通过初致福射效应来产生福射，如现有技术中所知那样。为了产生X射线福射，带电 粒子源可W包括例如二极管或=极管型电子枪。
[0007] RF源14由灯丝加热器（未示出）维持在"准备产生"的RF状况。RF源的外部表 面通常受到温度控制。带电粒子源18还包括灯丝加热器（未示出），从而使粒子源在被请 求时能够随时注入粒子。
[000引 电源22向RF源14和带电粒子源18提供电力。电源22受到控制器24的控制， 控制器24例如是可编程逻辑控制器、微处理器或计算机。在加速器12和RF源14之间提 供自动频率控制器（"AFC") 26W将加速器12的谐振频率与RF源的频率相匹配，如上文所 述的美国专利No. 8183801B2中所述。
[0009] 在操作员向控制器24提供射束开启命令W产生福射束时，例如，控制器24使电源 22能够向RF源14和带电粒子源18供电。可W通过脉冲的形式（每个脉冲达几微秒），W最高达例如每秒几百个脉冲的速率，来提供电力。加速器12从RF源14接收RF功率并根据 加速器的设计在加速器的谐振腔中建立电磁驻波或电磁行波。谐振腔对带电粒子源18注 入的带电粒子进行成束并加速。在本范例中，加速的带电粒子指向祀20。如上所述，加速带 电粒子撞击在祀20上导致通过初致福射效应W对应的福射脉冲长度和速率来产生福射。 在不再需要福射时（射束关闭），电源22被禁用，不向RF源提供脉冲电力。可W从操作员 接收射束关闭命令，或者可W编程控制控制器W在预定一段时间之后结束射束的产生。例 如，在射束开启命令和射束关闭命令之间，射束运行可W持续数秒、数分钟或数小时。当再 次希望产生福射时，再次启用电源，并向RF源提供脉冲电力。也可W直接使用加速带电粒 子，在该种情况下，祀20不是必要的。
[0010] 所产生的福射束稳定性可W从福射束的开头到末尾发生变化。例如，参见化en， Gongyin等人的女曰下文章；"Dual-energyX-rayradiographyforautomatichigh-Z materialdetection"，NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSection B;BeamInteractionswithMaterialsandAtoms261卷，1-2期，2007年8月，356-359 页。图2是基于实际测试结果，关于由可从化li化rnia的化loAlto的VarianMedical Systems,Inc( "Varian")获得的VarianM6Lina化on⑥在300秒内产生的连续福射束 2a的归一化福射剂量与时间关系的曲线图。本范例中的稳态福射束2a包括W每秒几百个 脉冲的速率产生的福射脉冲。每个脉冲可W持续几个微秒。并未示出该些微秒脉冲。在本 范例中，剂量率从福射束的一开始的峰值剂量化下降大约10%，在大约150秒之后，到达更 稳定的剂量率。福射束的能量也可W改变。其他市场上可买到的直线加速器可W显示出类 似于图2所示那些的不稳定性。
[OCm] 可从Varian和其他公司获得的医学应用的一些加速器包括PFN伺服系统，其基于 福射束的弯曲路径上的粒子损失，来调节电源22向RF源14提供的电力。该种基于反馈的 方法需要表示系统状态的高质量信号。由于来回调节提供给RF源的电力，该种基于反馈的 方法可能带来剂量和/或能量的振荡。
【发明内容】
[0012] 尽管可W为很多应用所接受，但剂量和能量的变化可能会对在产生福射束的整个 时间期间（从开始产生福射束起）都需要更稳定的福射剂量和能量的应用结果产生负面影 响。在物体和货物成像中，例如，可靠的材料区分和/或识别需要稳定的X射线射束能量和 剂量输出。对于交织能量福射脉冲的情况，每个脉冲串都需要稳定。由于福射安全问题和 吞吐量的要求，打开X射线束，等待其稳定，然后再扫描物体是不切实际的。在癌症治疗中， 也有严格的福射束质量（和量）要求。
[0013] 在加速器系统中可能存在各种潜在不稳定性源。例如，已经发现，如果RF功率已 经关闭足够长时间，RF源在比其RF开热平衡状态更低的温度处达到RF关热平衡状态。在 开始向RF源提供电力之后，它达到RF开热平衡状态。从RF关热平衡状态快速过渡到RF 开热平衡状态可能导致在第一次打开射束时RF输出功率和/或频率发生变化，导致福射束 能量和剂量输出的变化。
[0014] 不稳定性的另一个潜在源是RF网络，其中RF网络部件（主要是RF循环器）的插 入损耗在热平衡状态之间的相似过渡期间可能会漂移。插入损耗的变化可能导致被发射到 加速器的RF功率的变化。
[0015] 加速器是不稳定性的另一个潜在源，部分因为加速器的谐振频率易受小的温度变 化影响。在加速器受到RF功率加热时，它会膨胀，导致加速器在接近热平衡时，加速器的谐 振频率发生缓慢的频率漂移。在工作的第一分钟或两分钟内该种漂移最为显著。加速器的 谐振频率也响应于环境变化（包括环境温度）而变化。谐振频率的变化可能导致与RF源 和RF网络的频率失配，增大反射的RF功率并削弱加速器之内的电磁场，导致福射束能量的 降低。频率伺服系统或自动频率控制器（"AFC")通常用于跟踪加速器谐振腔的整体频率 漂移。不过，AFC可能不会充分补偿个体腔中的频率漂移。
[0016] 带电粒子源是不稳定性的另一个潜在源。向加速器中注入带电粒子可W冷却带电 粒子源，而一些带电粒子可能被加速器强制返回到带电粒子源中，该可能会加热带电粒子 源。因此，在带电粒子注入的开始处，带电粒子源也经历着热平衡状态之间的过渡。该可能 改变从源拉出的粒子数特性，例如它们的发射特性（给定时间处的位置和矢量速度），该可 能通过加速器中的电磁场来影响成束和加速。
[0017] 2011年6月22日提交的美国专利申请No. 13/134989被转让给本发明的受让人， 并通过引用并入本文，描述了用于在产生福射之前对系统部件预热W减小温度变化效应的 技术。
[0018] 根据本发明的实施例，基于加速器系统的过往性能为带电粒子束或福射束的剂量 和/或能量不稳定性提供补偿。补偿可W基于装运之前在工厂中和/或在现场对系统的测 试。可W基于系统的过往性能，通过调节提供给加速器的RF功率来进行补偿。在一个实施 例中，通过调节控制器向电源提供的控制电压来调节RF功率，电源向RF源提供电力。提供 的补偿量可W在对带电粒子进行加速和/或任选地产生福射束的同时减小，因为在工作期 间，在系统部件接近其射束开启热平衡状态时需要更少的补偿。在每个射束开启时期期间， 补偿可指数形式来减小或W其他速率减小。作为替代，可W提供恒定的补偿。在冷启 动之后要提供的补偿量最大，其中系统状态已经是射束关闭达最够长时间，系统部件可W 到达其射束关闭热平衡状态。典型地，在系统状态已经是射束关闭大约5-10分钟之后变为 射束开启状态被作为冷启动来对待。在冷启动之后后续射束开启时期开始时所提供的补偿 量可W小于最大补偿，因为需要更少补偿。可W通过在后续射束关闭时期期间，在将相应的 在先射束开启时期结束处的补偿水平W指数形式朝向最大值增大，来确定后续射束开启时 期开始处要提供的补偿量。也可其他速率或W恒定速率来增大补偿。可W由电路来提 供补偿或可W由软件基于系统的过往性能来确定补偿。在本发明的实施例中不需要反馈， 尽管如果需要的话，可W根据本发明的实施例来提供除补偿之外的反馈。
[0019] 根据本发明的实施例，公开了一种稳定化射频（"RF")加速器系统，该加速器系统 包括对带电粒子进行加速的RF加速器，禪合到加速器W向加速器中提供RF功率的RF源， W及禪合到加速器W向加速器中注入带电粒子的带电粒子源。电源禪合到RF源W及带电 粒子源W向其提供电力。提供控制器W控制电源的运行。控制器被配置成向电源提供补偿 的控制电压，由电源向RF源提供的电力至少部分基于补偿的控制电压。所述补偿的控制电 压至少部分基于所述系统的过往性能。可W定位祀材料W被加速的带电粒子所撞击，来产 生福射。
[0020] 可W配置控制器W在射束开启时期期间通过将在先的补偿控制电压从第一值减 小到当前补偿控制电压来确定当前的补偿控制电压，并在射束开启时期期间向电源提供当 前补偿控制电压。可W进一步配置控制器W通过将在先补偿控制电压从第一值增大到当前 补偿控制电压而在射束关闭时期期间确定当前补偿控制电压。可W 配置控制器W通过检索 由系统存储的标称控制电压并通过补偿值调节检索的值来确定当前补偿控制电压。可W通 过在射束开启时期期间将在先补偿值W指数形式减小到当前补偿值和/或在射束关闭时 期期间将在先补偿值W指数形式朝向最大补偿值增大到当前补偿值来确定当前补偿值。可 扫描序列的形式提供多个交替的射束开启/射束关闭时期。
[0021] 可W配置控制器W由补偿电路来确定补偿值，补偿电路可W包括R-C电路，R-C电 路包括电容器和电阻器，电阻器被配置成允许电容器在射束开启时期期间放电。由此，至少 部分基于射束开启时期期间电容器的相应当前电压，在射束开启时期期间向电源提供指数 减小的当前补偿值。补偿电路还可W包括第二R-C电路，所述第二R-C电路包括电容器和 第二电阻器，第二电阻器被配置成在射束关闭时期期间允许所述电容器朝向最高电压W指 数形式充电。
[0022] 在一个范例中，所述补偿电路还包括第二电阻器和电容器之间的二极管，W及输 入，W在射束关闭时期期间通过第二电阻器和二极管提供参考电压W对电容器充电。提供 第一地，在射束开启时期期间，电容器通过第一电阻器向第一地放电。逆变衰减器禪合到电 容器W在射束开启时期期间逆变并衰减电容器的当前电压。当前补偿值是逆变衰减器的输 出。在第二电阻器和二极管之间提供第二地。在射束开启时期期间，通过第二电阻器向第 二地引导参考电压。本范例中的参考电压可W至少部分基于第一和第二射束开启时期期间 所产生射束的脉冲重复频率。
[0023]可W提供第一开关W在射束开启时期期间通过第一电阻器向第一地选择性禪合 电容器，使得电容器向第一地放电，第二开关在射束关闭时期期间选择性地向第二地引导 第二电阻器中的电流（由于参考电压的原因）。第一开关和第二开关可W受到所述控制器 的控制。第一电阻器和/或第二电阻器可W是可变电阻器。电容器可W是可变电容器，W 补充或替代第一和/或第二可变电阻器。第一和第二RC电路具有至少部分基于系统过往 性能的相应时间常数。可W至少部分通过分别设置所述第一和第二可变电阻器的电阻和/ 或可变电容器来设置时间常数。
[0024] 所述控制器或者可W被配置成通过软件来提供当前补偿值。可W由软件配置控 制器W周期性通过补偿值来调节标称控制电压值。周期性判断所述系统状态是射束开还 是射束关闭。如果判定所判断的状态是射束开，W至少部分基于时期的增量和至少部分基 于所述系统的过往性能的不稳定性时间常数，朝向当前补偿值W指数形式降低所述在先补 偿值。如果判定所判断的状态是射束关闭，W至少部分基于时期的增量和至少部分基于所 述系统的过往性能的不稳定性时间常数，朝向最大值W增量呈指数形式增大所述在先补偿 值。
[0025]可W配置软件W令控制器在冷启动时在第一射束开启周期开始时提供最大补偿 值，并通过将最大补偿值W指数形式减小到当前补偿值来确定当前补偿值。
[0026] 根据本发明的另一实施例，公开了一种操作带电粒子加速系统的方法，该方法包 括：向RF加速器中注入带电粒子；W及至少部分基于所述系统的过往性能向所述加速器提 供RF功率，W至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性。该方法还包括由加速器对注入的带 电粒子进行加速。提供给加速器的RF功率可W至少部分基于补偿的电力，补偿的电力至少 部分基于系统的过往性能。
[0027] 根据本发明的另一实施例，公开了一种带电粒子加速系统，所述系统包括；用于对 带电粒子进行加速的加速器装置；用于向所述加速装置中注入带电粒子的装置；W及至少 部分基于所述系统的过往性能向所述加速装置提供RF功率的RF功率装置，W至少部分补 偿剂量和/或能量不稳定性。提供电力装置W向所述RF功率装置提供电力。该方法还包 括由加速器装置对注入的带电粒子进行加速。电力装置可W至少部分基于系统的过往性能 向RF功率装置提供电力，且由RF功率装置向加速器装置提供的RF功率至少部分基于由电 力装置提供的电力。
[002引要指出的是，在福射扫描系统被说成在"射束开启时期"期间具有"射束开启"状 态时，术语"射束开启"可W指对带电粒子进行加速W直接使用，或者通过在诸如鹤的适当 祀上撞击加速带电粒子产生X射线福射束。术语"射束开启"是指带电粒子的连续或脉冲 束或福射的连续或脉冲束。
【附图说明】
[0029] 图1是配置成产生福射的RF加速器系统的范例的主要部件的框图；
[0030] 图2是对于由RF加速器产生的连续福射束的归一化福射剂量与时间关系的曲线 图；
[0031] 图3是根据本发明实施例，配置成产生具有改进的稳定性的福射束的RF加速器系 统的范例；
[0032] 图4是剂量变化（百分比）与W每秒脉冲数为单位的脉冲重复频率的关系曲线 图；
[0033] 图5是可用于图3的范例中的补偿电路的范例；
[0034] 图6是根据本发明实施例的，在冷启动之后的开/关循环扫描序列期间提供的V 补偿信号的范例；
[0035] 图7是在图6中的扫描序列期间产生的福射束的不稳定性的范例；
[0036] 图8示出了在如图7中的具有相同序列的多个周期期间的，包括图3和5的电力 补偿电路的加速器系统的不稳定性；
[0037] 图9示出了在诸如图1所示的加速器系统中，冷启动之后的300秒射束开启时期 期间的福射束的福射剂量不稳定性；
[0038] 图10示出了冷启动之后的30秒射束开启时期期间，包括图4和5的补偿电路的 加速器系统的福射剂量不稳定性；
[0039] 图11是根据本发明实施例的，包括受软件程序控制的电力补偿的加速器的框图 的范例；W及
[0040] 图12是根据图11的实施例的一种方法的流程图的范例，该方法示出了如何由软 件来控制图11的控制器。
【具体实施方式】
[0041] 图3是根据本发明的一个实施例，配置成产生具有改进的稳定性的带电粒子束和 福射束的RF加速器系统100的范例。在本范例中，如上所述，RF源102通过RF网络106 向RF加速器104提供RF功率，且带电粒子源108向加速器注入带电粒子。电源110向RF 源102和粒子源108提供电力。控制器112 (诸如例如可编程逻辑控制器、微处理器或计算 机）经由操作员界面113和/或程序设计通过响应于来自操作员的输入信号向电源提供脉 冲触发和控制电压V-C，来控制电源110。电源110W触发器确定的速率且在触发器确定的 时间处，基于控制电压V-C来产生电力。根据本发明的该实施例，提供电力补偿电路114W 通过调节由电源向RF源102提供的电力来补偿剂量和/或能量的不稳定性。在图3的范 例中，电路在控制器112和电源110之间。在一种替代方案中，电路114可W是控制器112 的一部分。
[0042] 加速器104加速带电粒子，带电粒子可W被直接使用或可W用于撞击祀（本图中 为了便于例示未示出），W在希望时产生福射。祀可W包括鹤或其他材料，该些材料在被加 速器104加速的带电粒子（例如电子）撞击时，通过初致福射效应来产生X射线福射。图 10中示出了祀。RF加速器104可W是包括多个电磁禪合的谐振腔（未示出）的直线加速 器，例如可从化li：f〇rnia的化1〇Alto的VarianMedicalSystems,Inc.获得的Linatron。 RF加速器104可W是使用RF功率来加速带电粒子的另一种加速器，例如回旋加速器。RF 源102可W包括速调管或磁控管。带电粒子源108可W是电子枪，例如，如上所述的二极管 或S极管类型的电子枪。
[00创 电源110,也称为调制器，可W包括高压电源（"HVPS")、脉冲形成网络（叩FN") 和闽流管（thyratron)，图4中未示出它们。也可W提供一个或多个变压器（未示出）。在 美国专利No. 8183801B2中更详细地描述了电源，此专利被转让给本发明的受让人并通过 引用并入本文。在一个范例中，HVPS输出22000伏，被变压器提升到大约40000伏并提供 给RF源102,如美国专利No. 8183801B2所述。例如，电源110还可W包括固态调制器。
[0044] 如上文参考图1所述，在控制器112或其他该样的控制器的控制下，还可W在加速 器104和RF源102之间提供自动频率控制器（"AFC") 118。AFC118对发往加速器104并 从加速器104反射的RF信号进行采样，W检测频率匹配状况并且如果必要，调节RF源102 的频率，W匹配加速器的谐振频率。替代地，可W在RF源102和在RF网络106中的循环器 (未示出）之间对RF信号进行采样。例如，采样时间可W由控制器114或其他该样的控制 器进行控制。AFC118可W基于可在市场上可买到的正交混合装置和可调节相移器。在美 国专利No. 8183801B2和美国专利No. 3820033中更详细地描述了AFC及其操作，该两个专 利被转让给本发明的受让人并通过引用并入本文。
[0045] 在图3的范例中，电力补偿电路114包括频率到电压（"F到V")变换器202、充电 /放电电路204、具有电容C的电容器206和逆变衰减器（invertingattenuator) 208。如 结合下文图5所示并且更详细地描述的，充电/放电电路204和电容器206形成两个开关 RC电路。在本范例中，电力补偿电路114为由控制器112提供给电源110的控制电压V-C 提供调节，W补偿在某一时间点由系统100产生的加速带电粒子束或福射束的期望目标剂 量和/或能量与无补偿的预期剂量和/或能量之间由于不稳定性所导致的差异。可W基于 特定系统100在工厂和/或现场的过往性能来确定无补偿的预期剂量和/或能量，如下文 进一步所述。在某一时间点处所提供的调苄基于（与之成比例）该时间点处电容器206的 电压。由于需要较少的补偿，因此在相应的射束开启时期期间，随着电容器放电，电容器206 的电压降低。电容器206在相应的射束关闭时期期间充电，使其将处于充分高的电压电平 处，W补偿相应射束关闭时期期间之后射束开启时期期间中的不稳定性。脉冲触发器的频 率被F到V变换器变换成电压（向充电/放电电路204提供参考电压V-ref)，W对电容器 206进行充电。
[0046] 发明人发现，在某些加速器系统中，剂量能量不稳定性的量可W部分地与脉冲重 复频率（因此与占空比）相关。图4是针对VarianLina化on⑩X-raysystem的高能脉 冲（标称6MV)和低能脉冲（标称4MV)的剂量变化（百分比）与W每秒脉冲数（"PPS") 为单位的脉冲重复频率（"PRF")的关系曲线图，其由数字探测器 测量。PRF越大，剂量和 /或能量的百分比变化越大。
[0047] 在本范例中，如果扫描序列的PRF高，需要更多补偿，则向F到V变换器提供比PRF 较低时更高频率的脉冲触发。更高频率的脉冲触发导致将向电容器206提供的更高V-ref， 升高了电容器被充电到的最终电压，并提供更负性的补偿信号V-comp，在下一个射束开启 时期期间提供更多补偿。在本范例中，在已知剂量/能量稳定性与PRF相关时，控制器112 在向电源110提供脉冲触发的相同时间处并W相同的时间长度，向F到V变换器202提供 与当前扫描序列的PRF成比例的脉冲触发。如果在工厂和/或现场测试期间发现扫描序列 的PRF对特定系统100的剂量/能量不稳定性没有影响时，那么提供适当的脉冲触发，该适 当的脉冲触发导致产生适当的V-refW将电容器206充电到适当电平。
[0048] 控制器112向充电/放电电路204提供被称为射束开启/关闭信号的控制信号W 控制何时对电容器206充电和放电。在系统100的状态是射束开启时，对电容器206进行 放电W提供补偿信号V-comp。在系统的状态是射束关闭时，将电容器206充电到适当电平， 使其在系统状态再次为射束开启时提供适当的V-comp。
[0049] 向逆变衰减器提供充电/放电电路204的电压输出，逆变衰减器对电压进行逆变。 将逆变电压提供给电源110,作为控制提供给电源110的电压的补偿信号V-comp，W酌情降 低或升高控制电压。
[0050] 电力补偿电路114被配置成在加速器已经被关闭较长时间时，在需要更多补偿 时，提供更大的补偿V-comp。该是因为发明人发现，在关闭大约5或10分钟之后打开系统 100之后，目标剂量和/或能量和预期剂量和/或能量之间的差异是最高的，因为在那时系 统部件通常将冷却到其其关闭平衡状态。因此将其称为冷启动，其需要针对不稳定性的最 大补偿。随着系统100的继续工作，需要更少的补偿，因为系统100升温，系统部件接近其平 衡温度。类似地，在系统100关闭少于大约5分钟或10分钟之后启动（非冷启动）时，需 要较少的补偿，因为那时部件将不会冷却到其平衡关闭状态。在部件冷却到其平衡关闭状 态之前，加速器系统100关闭的时间量可能根据例如，系统100及其工作所处环境而变化。
[0051] 图5是包括图3的充电/放电电路204和电容器206的补偿电路210的示意图。 还示出了图5的逆变衰减器208。电容器206的底部电极连接到地G。充电/放电电路206 包括放电部分和充电部分。放电部分包括具有电阻R1的第一电阻器207 (在本范例中，第 一电阻器为可变电阻器）、开关212a和地G1。电阻器207在开关212a和电容器206之间。 如上文结合图3所述，在来自控制器112的射束开启/关闭信号的控制下，开关212a选择 性地将电阻器207禪合到地G1并且将电阻器207从地G1解禪。在系统100的状态是射束 开启时（向RF源102提供电力，从而向加速器104提供RF功率W由加速器104对带电粒 子进行加速）时，开关212a闭合，将电阻器207电禪合到地G1。因此，电容器206W时间常 数R1C放电到地G1。在系统100的状态是射束关闭时，开关212a是打开的，将电阻器207 从地G1解禪，使得电容器206不能向地G1放电。
[0化2] 电路204的充电部分包括经由二极管214禪合到电容器206的第二开关21化W及电阻为R2的第二电阻器209 (在本范例中，电阻器也是可变电阻器）。二极管214可W 具有小的正向结电压。向电阻器209提供电压V-ref。向二极管214和电容器206并联地 提供地G2。电容器206并联地电禪合到第二电阻器209和逆变衰减器208。在系统状态是 射束关闭时，第二开关21化闭合，电阻器209通过二极管214电禪合到电容器206,W时间 常数R2C为电容器206充电。在系统100的状态是射束开启时，开关21化闭合，将电阻器 209禪合到地G2并将电阻器209中的电流分流到地G2(由于V-ref)。开关212a、21化可 W是独立的开关，或者可W是双臂开关212的独立臂，如图3中示意性所示。
[0化3] 电压V-comp与电容器206被充电的程度成反比，因为逆变衰减器208会逆转电 容器206的电压的极性。在加速器104的状态已经在延长的时间内为射束关闭时，例如从 大约5分钟到大约10分钟或更长（冷启动），电容器206有时间W时间常数R2C来充分充 电。然后，在系统状态变为射束开启时，电容器206的输出将位于最高电压处，V-comp将向 电源110提供最大补偿，且电容器W时间常数R1C来放电。电容器206的电压在系统100 的状态保持为射束开启时随着电容器放电而降低，由于需要较小的补偿而提供负性较小的 V-comp。在加速器104被关闭更短的时间时，电容器206将充分充电或仅部分充电，其取决 于系统100的状态为射束关闭达多长时间。可W调节放电RC电路的时间常数R1C和充电 RC电路的时间常数R2C，W匹配在工厂和/或现场测试期间确定的特定加速器系统100的 性能。
[0化4]在工作期间，F到V逆变器202从控制器112接收脉冲触发。在本范例中，脉冲触 发的频率与PRF成正比。可W由操作员来选择PRF并向控制器112提供，或例如由控制控 制器112的软件程序来确定。由控制控制器112的软件来确定对应的脉冲触发。向可变电 阻器R2来提供V-ref(在本范例中，V-ref是上文参考图5论述的F到V变换器的输出）。 [0化5]当控制器112提供表示系统100具有射束关闭状态的信号时，开关212a、21化处 于打开状态，允许通过可变电阻器209和二极管214向电容器206提供V-ref电压，从而W 时间常数R2C为电容器充电。由于开关212a打开，电容器206不能向地G1放电。如果系 统100的状态保持为射束关闭达足够长时间，电容器206将充分充电，在系统100的状态下 一次变为射束开启时（其可能是冷启动）提供最大补偿（最大V-comp)。如果系统100的 状态在启动为冷启动的情况下在足够长的时间内都不是射束关闭，电容器206将仅被部分 充电，在系统状态从射束关闭变为射束开启时，提供少于最大的补偿（V-comp)。
[0化6] 在控制器112提供表示射束状态从射束关闭变为射束开启的信号时，开关212a、 21化都闭合。闭合开关21化将流经R2的电流（由于V-ref)分流到地G2。二极管214被 反向偏置，且不导电。闭合开关212a导致电容器206通过第一电阻器207W时间常数R1C 向地G1放电。此外，逆变衰减器208在其输入208a上接收来自放电电容器206的电压。 随着电容器206的放电，电容器的电压W及逆变衰减器208的输入208a上的电压降低。由 此，电容器206的放电导致在射束开启时期期间的降低了的补偿V-comp。该是希望的情况， 因为在系统状态保持为射束开启时需要较少的补偿，因为系统部件变暖并接近其热平衡温 度。逆变衰减器208降低所接收的电压并反转其极性，向控制器112提供其输出208b处的 负电压V-comp。随着电容器206的放电，V-comp信号变得负性较小。
[0057]控制器112存储预定的标称控制电压。在无补偿的系统中，例如图中所示的系统 10中，由控制器24向电源110提供预定标称控制电压，来产生要提供到RF源14的电力。 在图4和5的补偿系统100中，相反，控制器112通过V-comp调节控制器中存储的预定标 称控制电压，W产生要提供到电源110的补偿控制电压V-C。例如，补偿控制电压V-C可W 是标称控制电压和V-comp之和。由于V-comp在本范例中是负的，所W补偿控制电压V-C 将等于标称电压减去V-comp的绝对值。可W通过，例如逆变衰减器208和控制器110之间 或控制器和电源110之间的另一处理装置（未示出）来计算补偿控制电压V-C。例如，可W 由存储于控制器110中或与之相关联的软件或由专用集成电路（ASIC)来执行该些计算。 [005引如上所述，剂量和能量不稳定的量可W与PRF相关。在工厂和/或现场测试期间来 确定该种状况。提供了逆变衰减器208,因为为了使电容器206的电压与PRF成比列，V-ref 必须要大于二极管214的正向电压（导电时的电压降）。但是，对控制信号V-comp自身的 调节需要较小。因此提供逆变衰减器208W降低电容器206的电压。
[0059] 通过测试工厂和/或现场的系统100,改变扫描序列和PRF期间分析系统100的剂 量和/或能量性能，可W确定针对特定系统100的补偿电路204的适当放电时间常数R1C 和适当充电时间常数R2C。如图2所示，剂量和/或能量将随着时间稳定到稳态值。由工厂 和/或现场的技术人员基于测试运转期间从系统收集的数据来设置稳定化速率的时间常 数（放电时间常数R2C)W匹配剂量/能量不稳定性的时间常数。可W如图2所示来绘制 数据，并例如从曲线图来确定时间常数。也可W由计算机或其他处理装置来直接分析所收 集的数据W确定时间常数而不用绘制数据。
[0060] 例如，可W通过适当地设置可变电阻器R1来设置放电时间常数R1C，W在图4和5 的电路中使用曲线的时间常数。设置充电时间常数R2CW对电容器206进行充分充电W在 特定射束关闭时间期间之后提供充分补偿。典型地，同样的时间常数R1C、R2C将适用于特 定系统100中不同的射束关闭时间期间、PRFW及扫描序列。可W独立地调节放电和充电 时间常数，或者充电时间常数R2C可W与放电时间常数R1C相同。如果电容器206是可变 电容器，可W改变电容W实现希望的时间常数，取代对可变电阻器R1和/或R2的电阻的改 变或同时改变可变电阻器R1和/或R2的电阻。
[0061] 在一个范例中，可变电阻器R1和R2在0到20Kohms的范围内是可调节的，W为电 容器206的充电和放电提供期望的时间常数。例如，电容器206可W具有2200微法的电容， 且逆变衰减器208可W具有大约1到-0. 05的比值。例如，F到V变换器可W具有例如每 秒100个脉冲（"PPS")到1伏的比值。参考电压需要大于二极管电压，在本范例中，二极 管电压为0.3伏。例如，二极管214可W是肖特基型二极管，其正向结电压大约为0.3V。在 本范例中，W279PPS的PRF(V-ref= 2. 79V)来校准电力调节电路114,并设置逆变衰减器 208的衰减，使得在电容器206被满充电到2. 79V时，V-comp的振幅为-152mV。该V-comp 对控制器112中的标称电压提供了大约2%的最大调节。将剂量/能量不稳定性从大约6% 至IJ8% (对于很多应用来说该是过大的）降低到大约2%到3%来说是足够用的，2%到3% 可W被很多应用所接受。在更低的PRF处，需要更低的V-ref，V-comp的最大振幅会成比例 地更小。该些数值仅仅是示范性的。可W提供该些部件的其他数值。每个加速器110可W需要不同的补偿。
[0062] 图6是图4和5的补偿电路114的操作的范例的曲线图，示出了在冷启动之后加 速器104每10秒开关循环的操作期间，V-comp是如何随时间变化的。如上所述，PRF为 279PPS，V-ref为2. 79V，最大V-comp为-152V。每个水平划分为10秒。垂直轴是W毫伏 (mV)为单位的V-comp。在电容器206被充满并需要最大补偿时，在冷启动之后，提供-152V 的最大V-comp。在本范例中，最大V-comp具有图6中负性最大的值，因为正如W上的讨论， 逆变衰减器208将由电容器206提供的电压逆变成负值。
[0063] 在图6的范例中，在前几个射束开启时期中（例如，分支1、3和5)，V-comp具有负 性逐渐变小的起始值，因为电容器206在先前的射束关闭周期期间充电到逐渐更低的电压 (例如，冷启动，分支2、4和6)。类似地，在那些最初几个射束开启周期中（例如，分支1、3 和5)，V-comp具有负性逐渐变小的起始值和结束值，因为电容器206放电到更低电压，且然 后充电到更低电压。由于系统100在本范例中的短射束关闭时期期间未充分冷却（例如， 分支2,4和6)，所W系统100的状态每次从射束关闭变为射束开启时都需要逐渐变小的补 偿。在额外的射束开启/关闭周期之后，充电和放电电平在后续周期内接近相应的稳态电 平。
[0064] 具体而言，在本范例中，在时间0,系统100在处于射束关闭状态达延长时间段（例 如至少5到10分钟）之后，变为射束开启状态。该是冷启动；因此需要对不稳定性进行最 大补偿，且电容器206有时间充满电。在时间0,向电源112提供-152mV的最大V-compW 补偿不稳定性。从0秒到10秒，系统10处于射束开启状态，开关212a和21化闭合，电阻器 R2中的电流被分流到地G2,且二极管214被反向偏置，而且不导通。电容器206W时间常 数R1C向地G1放电，同时向逆变衰减器208提供减小的（负性更小的）V-comp，W达到-76V 的充电电平A。
[0065] 在10秒时，系统10的状态变化到射束关闭，开关212a和21化打开。通过电阻器 R2和二极管214向电容器206提供电流，为电容器充电达10秒。没有通过R1的放电电流。 由于系统100已经打开10秒，所W它有时间升温到一定程度。因此，在系统状态下一次变 为射束开启时（在该扫描序列中，将发生于20秒处），将不需要最大补偿。通过适当设置时 间常数R2C来配置补偿电路210,使得电容器206在系统状态为射束关闭的10秒期间仅充 电到-112V的V-comp电平B。
[0066] 在20秒时，系统100的状态变为射束开启，开关212a、21化闭合，通过R2的电流 被分流到地G2,二极管214被反向偏置且不导通。电容器206从V-comp电平B开始，W时 间常数R1C通过R1向地G1放电，在接下来的10秒内产生减小的V-comp信号，直到系统状 态在30秒处变为射束关闭。放电持续10秒，在该段时间期间，电容器206放电到V-comp 电平C，该是比V-comp电平A负性更小的电平。
[0067] 在30秒处，在系统状态变为射束关闭时，开关212a、21化打开，且电容器206在下 一个10秒内充电到V-comp电平D。V-comp电平D比V-comp电平B负性更小。在系统状态 在40秒处变为射束开启时，电容器206开始从V-comp电平D放电到V-comp电平E，V-comp 电平E比V-comp电平C负性更小。
[0068] 在本范例中，在每个射束开启周期期间，起始V-comp电平（最大V-comp、V-comp 电平B、D)和结束V-comp放电电平（V-comp电平A、C)向着稳态起始V-comp电平F和稳 态结束V-comp电平E收敛，从而在后续时期内，起始V-comp电平G和I返回或接近返回 V-comp电平E，且结束V-comp电平H返回或接近返回V-comp电平F。在射束开启/关闭序 列继续时该种情况继续。而在本范例中，充电/放电电平在大约50秒之后接近稳态电平， 其他系统、加速器和/或其它射束开启/关时间序列可W在不同时间段之后接近稳态。在 系统100处于射束关闭状态5分钟到10分钟时，系统100将返回到关热平衡状态。电容器 206将有时间充分充电到最大V-comp，从而在冷启动时提供最大补偿。
[0069] 图7是图1的福射扫描系统10 (无补偿）在扫描序列期间所产生的福射束的不稳 定性的范例，在该扫描序列期间，如图6中那样，系统状态在冷启动之后每隔10秒钟从射束 开启变为射束关闭。在每个射束开启周期的开始处，每个周期都显示出大约为6%的来自 峰值福射的不稳定性，在很多应用中该是不能接受的。要指出的是，随着系统10的升温，峰 值福射也从一个周期到下一个周期减小。每个周期中的最低福射也因为同样原因而下降。 峰值福射剂量和最低值之间的差异在第一个射束开启周期中大约为6%，随着系统10的升 温，该差异从一个周期到一个周期减小一些。图8示出了在与图7中相同的序列的多个周 期期间，包括图4和5的电力补偿电路114的加速器系统100的不稳定性。该里，剂量的不 稳定性仅为约3%，对于大部分应用该是可接受的。
[0070] 在较长的射束运转中示出了类似的改善。图9是在诸如图1所示的系统10(无补 偿）中，冷启动之后300秒福射束的福射剂量不稳定性的另一范例。大约为173的初始福 射剂量和大约为162(任意单位）的稳态福射剂量之间的差异大约为8%。图10示出了在 冷启动之后通电且产生福射束的300秒时间期间，包括图4和5的电力补偿电路114的加 速器系统100的剩余不稳定性。该里，剂量的不稳定性仅为约2%。
[0071] 除了提供电路（诸如补偿电路114)来调节由电源110向RF源102和带电粒子源 108提供的电力，还可W由软件对控制器24进行编程来补偿由于不稳定性所导致的目标剂 量和/或能量与预期剂量和/或能量之间的差异。图11是系统250的框图的范例，其中控 制器252包括存储软件程序255的存储器254W及处理器256。存储器254或其他该样的 存储器还可W存储由处理器256和软件程序255所使用的信息，例如用于系统的时间常数 (如上所述基于工厂和/或现场测试所确定的）和下文进一步论述的其他变量。存储器254 可W包括RAM和ROM或例如其他类型存储器的适当组合。处理器256可W是例如中央处理 器、微处理器或控制电路。也可W提供专用集成电路（ASIC)，作为软件程序255的替代或 补充。在图11中，与图3共有的元件被标注有类似数字。控制器112向电源110发送脉冲 触发和补偿的控制电压V-C，如上所述，不过在本实施例中，由软件来确定补偿的控制电压。 在系统240中，提供祀258W产生福射，但该不是必需的。可W在图3的系统100中类似地 提供祀258。祀258可W包括鹤或其他材料，该些材料在被由加速器104加速的带电粒子 (例如电子）撞击时，通过初致福射效应产生X射线福射。
[0072] 图12是根据本发明实施例的方法300的流程图的范例，示出了如何可W由存储器 254中存储的软件程序255来控制控制器252。在本范例中，软件程序255被配置成在系统 250的状态为射束开启时向电源110提供W指数形式减小的补偿控制电压V-C，并且在系统 250的状态为射束关闭时，指数地增大将在系统状态从射束关闭变化到射束开启时所提供 的补偿的控制电压V-C。
[0073] 在一开始为系统250加电时，在步骤305中向控制器252供电。在步骤310中， 从存储器254或其他该样的存储器中读取用于当前扫描序列的补偿比例、补偿时间常数和 PRF。补偿比例是在最高PRF处由电源110向RF源102所提供的标称功率电平的最大百分 比调节，其中系统被期望工作在最大PRF处。例如，标称功率电平可W是20千伏。在工厂 中或在现场装配系统250期间由现场服务工程师基于目标剂量和/或能量和测试运转期间 发现的系统预期剂量和/或能量之间的差异来设置补偿比例。
[0074] 补偿时间常数被设置为如上所述也是在测试期间确定的剂量/能量不稳定性的 时间常数。本PRF是由操作员针对当前扫描序列设置的PRF。通过将标称的每脉冲功率设 置（"标称PPPS")乘W检索到的补偿比例（"CS")、并且乘W用于确定存储的补偿比例的 本PRF和预期最高PRF之比，来计算本PRF处的最大补偿（（标称PPPS)X(C巧X(本PRF/ 最高ra巧）。
[0075] 在步骤315中，检索标称每脉冲功率设置，且本补偿V-comp被设置为针对冷启动 的最大补偿V-comp。标称每脉冲功率设置是上文结合控制器112所述的标称电压。
[0076] 在步骤320计算补偿的每脉冲功率设置（或如上所述，补偿控制电压V-C)。第 一个计算的补偿的每脉冲功率设置V-C是标称每脉冲功率设置和用于冷启动的最大补偿 v-comp的组合，所述最大补偿v-comp是在步骤315中从存储器254检索的。例如，补偿的 每脉冲功率设置V-C可W是标称每脉冲功率设置和最大补偿V-comp之和。如上，可W从标 称每脉冲功率设置减去最大补偿V-compW获得补偿的每脉冲功率设置V-C。基于如下所述 的该方法后续步骤中所确定的并存储于存储器255中的存储位置中的补偿值V-comp，来计 算后续补偿的每脉冲功率设置V-C。
[0077] 在步骤320中所计算的补偿的每脉冲功率设置V-C的值被存储于存储器254中的 存储器位置中，并在步骤325中被发送到电源110。
[007引然后在步骤330中判断系统250的状态是射束开启或射束关闭。例如，可W通过 检查存储器254中的控制器252中或另一存储位置中所存储的标记或其他该种标识符来检 查系统的状态。如果系统的状态为射束关闭，在步骤335中，电源110被禁用或保持禁用， 在步骤340中W某一增量向着最大补偿W指数形式增大存储器254中所存储的当前补偿值 V-comp，并在存储器254中存储。增大的本补偿值可W替换在先补偿值或可W存储于不同 的存储位置中。本范例中的增量增加等于1-e^T/T，其中T是增量的时间长度，且T是补偿 时间常数。例如，如果将补偿时间常数T设置为25秒，且软件每0.5秒循环重复一次，贝U 本补偿值和最大补偿值之间的差异减小了 大约为2%。
[0079] 该方法然后返回步骤320,W基于来自步骤340、且已经存储于存储器254中的新 的当前补偿值，来计算当前补偿的每脉冲功率设置V-C。如果在步骤330中发现系统状态再 次为射束关闭，那么电源110保持禁用，且在步骤340中，W如上所述计算出的增量来再次 W指数形式增大当前补偿V-comp的值。继续该样做，直到系统状态变为射束开启。
[0080] 如果在步骤330中发现系统状态为射束开启时，那么启用电源110,在步骤350中 W某一增量向零W指数形式来降低V-comp，并存储在存储器254中的存储位置中。该方法 然后返回步骤320,W基于存储于存储器255中存储位置的当前补偿值V-comp，来计算当前 补偿的每脉冲功率设置V-C。在步骤325中，由控制器112产生对应于补偿的每脉冲功率设 置V-C的电压并发送到电源110,导致产生电力。可W如上所述来计算增量（1-e^/T)。在 本范例中，在系统状态为射束开启时，每0. 5秒就w指数形式来减小提供到电源114的当前 补偿值V-comp。电源110被启用或保持启用，W基于对应于如上文所述计算的补偿的每脉 冲功率设置V-C的电压，来产生经调节的功率并向RF源102提供经调节的功率，直到系统 状态返回到射束关闭。如上所述，在射束关闭时期期间，预期到系统状态会变回射束开启， 向着最大补偿W指数形式来增大当前补偿值V-comp。系统状态为射束关闭越长，系统状态 再次变为射束开启时V-comp便越高。该与如上所述；系统状态为射束关闭越长，需要越大 不稳定性补偿是相一致的。
[0081] 在另一种软件实现中，可W在表格中存储在扫描序列期间需要的补偿并与时间和 扫描序列相关。在扫描序列发展时，在适当时间检索数值。
[0082] 图12的流程图是本发明实施例的软件实现的范例。可W根据本文的教导来开展 其他的软件实现，它们将被如下权利要求涵盖。
[0083] 在备选实施例中，预定的恒定补偿可W是基于系统的过往性能在预定一段时间内 降低不稳定性。
[0084] 在其他范例中，可W配置RF源102W向加速器提供RF功率，W基于系统100的过 往性能来补偿剂量和/或能量的不稳定性。RF源可W基于如上所述电源提供的电力，或基 于通过其他方法来提供RF功率。
[0085]尽管W上描述设及基于稳态RF加速器的福射源（其中所有脉冲都相同），但上文 所述的发明实施例还适用于多能量加速器系统，其中福射脉冲的特性会变化，如上文所述 且通过引用并入本文的美国专利No. 8183801B2中所述。它还适用于可变剂量输出加速器。 在该种情况下，目标剂量/能量随时间变化，且补偿的目的是追随变化的目标。
[0086] 本领域的普通技术人员将认识到，可W对上述实施例做出其他变化而不脱离由W 下权利要求所界定的发明精神和范围。
【主权项】
1. 一种稳定化的射频（"RF"）加速器系统，包括： 对带电粒子进行加速的RF加速器； 耦合到所述加速器以向所述加速器提供RF功率的RF源； 耦合到所述加速器以向所述加速器注入带电粒子的带电粒子源； 耦合到所述RF源和所述带电粒子源以向所述RF源和所述带电粒子源提供电力的电 源；以及 控制所述电源运行的控制器，所述控制器被配置成向所述电源提供补偿控制电压； 其中： 由所述电源向所述RF源提供的电力至少部分基于所述补偿控制电压；并且 所述补偿控制电压至少部分基于所述系统的过往性能。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过如下方式确定在射束 开启时期期间的当前补偿控制电压： 在射束开启时期期间将在先补偿控制电压从第一值减小到当前补偿控制电压； 所述方法还包括： 在所述射束开启时期期间向所述电源提供当前补偿控制电压。3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器还被配置成通过如下方式确定在射 束关闭时期期间的当前补偿控制电压： 将在先补偿控制电压从第一值增大到当前补偿控制电压； 所述方法还包括： 在所述射束开启时期期间向所述电源提供当前补偿控制电压。4. 根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过如下方式确定当前补 偿控制电压： 检索由所述系统存储的标称控制电压； 通过如下确定的补偿值来调节所述标称控制电压值的检索值： 在射束开启时期期间以指数形式将在先补偿值减小到所述当前补偿值；和/或 在射束关闭时期期间朝向最大补偿值以指数形式将在先补偿值增大到所述当前补偿 值。5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过补偿电路来确定补偿 值。6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述补偿电路包括R-C电路，所述R-C电路包括： 电容器；以及 电阻器； 其中，所述R-C电路被配置成至少部分基于所述射束开启时期期间电容器的相应当前 电压，来允许所述电容器在所述射束开启时期期间放电，以在射束开启时期期间向所述电 源提供以指数形式减小的当前补偿值。7. 根据权利要求6所述的系统，其中： 所述补偿电路还包括第二R-C电路，所述第二R-C电路包括： 所述电容器；以及 第二电阻器； 其中所述第二R-C电路被配置成在射束关闭时期期间允许所述电容器朝向最高电压 以指数形式充电。8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述补偿电路还包括： 所述第二电阻器和所述电容器之间的二极管； 输入，在射束关闭时期期间通过所述第二电阻器和所述二极管提供参考电压以为所述 电容器充电； 第一地，其中，在射束开启时期期间所述电容器通过所述第一电阻器向所述第一地放 电； 逆变衰减器，耦合到所述电容器，以在所述射束开启时期期间逆变并衰减所述电容器 的当前电压，其中，所述当前补偿值是所述逆变衰减器的输出；以及 所述第二电阻器和所述二极管之间的第二地，其中所述参考电压在所述射束开启时期 期间选择性地通过所述第二电阻器放电到所述第二地。9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述参考电压至少部分基于在所述射束开启时期 期间所产生射束的脉冲重复频率。10. 根据权利要求9所述的系统，还包括： 第一开关，以在所述射束开启时期期间选择性地通过所述第一电阻器将所述电容器耦 合到所述第一地，以允许所述电容器放电到所述第一地；以及 第二开关，以在所述射束关闭时期期间选择性地将所述第二电阻器耦合到所述第二 地，以允许所述第二电阻器中的电流流向所述第二地； 其中，所述第一开关和所述第二开关受到所述控制器的控制。11. 根据权利要求8所述的系统，其中， 所述第一电阻器是可变电阻器；并且 所述第二电阻器是可变电阻器。12. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述RC电路具有至少部分基于所述系统的过往 性能的时间常数。13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二R-C电路具有至少部分基于所述系统 的过往性能的第二时间常数，以朝向最高电压以指数形式增大所述电容器的电荷。14. 根据权利要求12所述的系统，其中， 所述第一电阻器是可变电阻器； 所述第二电阻器是可变电阻器；以及 至少部分通过分别设置所述第一可变电阻器和第二可变电阻器的电阻来设置所述第 一时间常数和第二时间常数。15. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过软件来确定当前补偿 值。16. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器被配置成通过软件以： 通过补偿值来周期性地调节标称控制电压值，其中通过如下方式来确定所述补偿值： 周期性判断所述系统状态是射束开启还是射束关闭； 如果判定所判断的状态是射束开启，通过增量来将所述在先补偿值以指数形式减小到 当前补偿值，其中所述增量至少部分地基于一时期以及不稳定性时间常数，其中所述不稳 定性时间常数至少部分基于所述系统的过往性能；以及 如果判定所判断的状态是射束关闭，通过增量来朝向最大值以指数形式增大所述当前 补偿值，其中所述增量至少部分地基于一时期以及不稳定性时间常数，其中所述不稳定性 时间常数至少部分基于所述系统的过往性能。17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述软件被配置以令所述控制器： 在冷启动时在第一射束开启周期开始时提供最大补偿值；以及 通过以指数形式将所述最大补偿值减小到当前补偿值来确定所述当前补偿值。18. 根据权利要求1所述的系统，还包括： 定位成被加速带电粒子撞击的靶材料。19.一种操作带电粒子加速系统的方法，包括： 向RF加速器注入带电粒子； 向所述加速器提供RF功率，所述RF功率至少部分基于所述系统的过往性能，以至少部 分补偿剂量和/或能量不稳定性；以及 由所述加速器对注入的带电粒子进行加速。20. 根据权利要求19所述的方法，还包括： 向所述RF源提供补偿电力，所述补偿电力至少部分基于所述系统的过往性能，以至少 部分地补偿剂量和/或能量不稳定性； 其中，向所述加速器提供的所述RF功率至少部分地基于所述补偿电力。21. -种带电粒子加速系统，包括： 用于对带电粒子进行加速的加速器装置； 用于向所述加速装置中注入带电粒子的装置； 用于至少部分基于所述系统的过往性能向所述加速装置提供RF功率的RF功率装置， 以至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性； 用于向所述RF功率装置提供电力的电力装置；以及 由所述加速器装置对注入的带电粒子进行加速。22. 根据权利要求21所述的系统，其中： 所述电力装置至少部分基于所述系统的过往性能向所述RF功率装置提供电力；并且 由所述RF功率装置向所述加速器提供的RF功率至少部分基于所述电力装置提供的电 力。
【专利摘要】一种操作加速系统的方法包括向RF加速器中注入带电粒子，向加速器提供RF功率，并且对注入的带电粒子进行加速。加速的带电粒子可以撞击靶以产生辐射。RF功率至少部分基于系统的过往性能，以至少部分补偿剂量和/或能量不稳定性。控制器可以基于过往性能向电源提供补偿控制电压(“CCV”)，以向RF源提供补偿电力。可以在射束开启时期期间向电源提供减小的CCV，例如以指数形式减小的CCV。在射束关闭时期期间可以朝向最大值来增大要提供的CCV，例如以指数形式增大。可以由补偿电路和/或软件来配置控制器。还描述了系统。
【IPC分类】H05H13/04
【公开号】CN104904324
【申请号】CN201380069531
【发明人】陈恭印, K·T·罗瑞埃利, D·A·郝里
【申请人】瓦润医药系统公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月2日
【公告号】EP2926629A1, US9119281, US20140152197, WO2014088958A1
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