一种产生和传递x射线的更好方法

Lumitron Technologies, Inc.Ansys启动程序，正在使用Ansys基于和Ansys流利设计一种新的x射线技术，将加速器和激光结合起来，产生更高能量、更高分辨率的x射线束，可以同时用于成像和治疗。x射线可以被调谐到一个狭窄的能量范围和小的源尺寸，为成像提供更大的对比度和分辨率，同时为放射外科手术提供新的治疗方法。

制作x射线的方法

在医院里产生x射线的标准方法是将电子束对准金属目标。电子在穿透金属时减速，并在此过程中发射x射线。这产生了宽带辐射，其中大部分被过滤掉了。一些没有被过滤掉的波长会被你身体的组织吸收，而不会形成图像，所以你可能会受到比必要的更多的辐射。

对于像晶体学这样的科学应用，同步加速器将电子加速到高速以产生x射线。如果这种辐射通过周期性磁场，电子束就会波动或摆动，产生更高能量的x射线。但同步加速器可以是一个巨大的装置，由一个长达数公里的环组成。

这里展示的只是一个大楼大小的同步加速器的一小部分

为了使系统缩小到更易于管理的尺寸，用于临床应用，近年来研究人员一直在用激光代替周期性磁场波动器进行实验。激光束是一种振荡电场，其波长比同步加速器设备中的磁波动器短得多。如果激光与电子束碰撞，电子就会摆动。在这样做的过程中，它们以更小的体积发射出能量更高的x射线，在几米的范围内，适合医院。

黄禹锡解释了其中的物理原理:为了制造用于放射照相的电子束，你需要10千伏到100千伏的x射线能量。使用同步加速器的方法，你必须将电子加速到千兆电子伏特(GeV)的水平，这将需要数百米长的加速器环。“但是在我们正在开发的激光碰撞方法中，要产生相同的x射线能量(10 kV-100 kV)，你只需要大约50 MeV(兆电子伏特)，而不是GeV，”Hwang说。“一个50兆电子伏的电子加速器实际上非常小，只有几米长。”

为什么x射线设计需要仿真

精确的射频设计和控制温度以保持加速器中的谐振是关键。Lumitron使用含有电磁场的铜微波腔。“你可以设置场，使电子只在腔体的加速部分运动，”Hwang说。但这需要非常精确的设计来调整腔体以达到最佳操作。

由于电磁场的作用，空腔会升温，这会使铜变形。Lumitron使用HFSS来模拟RF结构，使用Fluent来模拟各种条件下的热变形。如果空腔的温度稍微偏离，即使只有0.5度，RF源也不会与空腔匹配。这将导致所有的功率被反射，损坏电源。

Lumitron Technology的HyperVIEW x射线系统

这是电磁场引起的加热和你使用的任何人工冷却解决方案之间的一个小心的平衡。过度冷却也会使蛀牙变形。因此，在他们从HFSS中产生适当的电磁场之后，Lumitron工程师就会研究结构在哪里变形以及变形的程度，并使用Fluent来刺激需要哪种冷却。最近加速器设计的改进使操作参数提高了1000倍。“我们必须重新设计整个冷却结构，为了做到这一点，我们必须仔细模拟新的冷却歧管和其他设备的效果，”Hwang说。

Lumitron x射线设计对健康的益处n

Lumitron的设计在几个方面都是对现有x光机的改进:

• 单一能量束。与现代临床机器发出的宽带x射线辐射不同，Lumitron的设计可以精细地调整输出到单一波长的x射线。“如果你想要50千伏的x射线，你就只能得到50千伏的x射线，”Hwang说。“你的成像系统将调到最有效的能量。这将催生许多新的成像技术。”
• 光斑尺寸越小，分辨率越高。Lumitron能够将电子束和激光束聚焦在一个非常小的点上，10微米或更小。这就变成了x射线源的大小，它决定了你能在图像中分辨出多小的物体。
• 影像与治疗相结合。将加速器调到更高的能量可以在几分钟内完成。所以，你可以用一种仪器在低能量下对肿瘤成像，然后增加x射线能量到那个点，立即开始杀死肿瘤中的细胞。
• 一个更有针对性，更有效的治疗区域。使用金属造影剂，如钆，有助于更清楚地定位肿瘤。但这些金属颗粒还有另一个优点。如果你用能量刚好高于金属k边(x射线吸收突然增加)的x射线照射该区域，它们会在局部释放大量辐射。“这开始了成千上万的电子离开原子的级联，”Hwang解释说。“但这些电子的能量要低得多，通常是1千伏或更低，所以它们真的不能走得很远，最多只能走纳米。所以，如果金属颗粒位于癌细胞的中心，这种级联反应只会杀死附近的癌细胞，而不会损害其他健康组织。”
  

通过模拟改善医疗保健n

Lumitron x射线设计的改进可以为医学诊断和治疗的结合铺平道路。该公司的技术被称为医学的新前沿。

“我们非常致力于成像、诊断和治疗，”Hwang说。“用一种仪器做这些事情，同时增强对比度，给病人提供更低的x射线剂量，这是独一无二的。Ansys Startup Program在这一研发过程中发挥了重要作用。”

更多信息，请访问Ansys启动程序．