CN108550516B - 医用直线加速器的多通道电离室及其收集极 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医用直线加速器的多通道电离室的收集极，包括：位于中央的第一收集部；在平面上围绕所述第一收集部的多个第二收集部，所述多个第二收集部与所述第一收集部分离；以及保护环，具有在平面上环绕所述多个第二收集部外围的第一部分，以及隔开任意两个相邻收集部的第二部分。本发明还提供一种医用直线加速器的多通道电离室。

Description

医用直线加速器的多通道电离室及其收集极

技术领域

本发明主要涉及放射治疗设备，尤其是涉及医用直线加速器的电离室及其收集极。

背景技术

用来发射高能辐射束的系统，例如直线加速器可以用在提供放射疗法之类的领域。例如，直线加速器发射一个辐射锥，这个辐射锥可以是电子束或者是光子(例如，X射线)束。在用于提供放射疗法时，所发射的射束会被适形，变成基本上适合病变组织的形状，以使得对周围健康组织的副作用降至最低程度。在放射疗法中，对不同的病情的病人通常会有不同的剂量处方，偏小的剂量会导致治疗效果不佳，较大的剂量又会有安全的风险，因而剂量的准确性至关重要。通常，电离室是作为监测和控制加速器输出剂量的主要部件。

电离室是一种探测电离辐射的气体探测器，由收集极、高压极、接地极组成，以气体作为电离介质。当X射线或者电子线照射电离室时，先与电离室壁作用，通过光电吸收、康普顿散射和电子对生成作用损失能量，产生次级电子，次级电子进入电离室空气空腔，使电离室内空气电离，并在电场作用下形成电离电流，然后通过收集极输出到测量控制单元，以检测辐射的强度、平坦度和对称性。

现有的电离室中，为了检测对称性和平坦度，通常要设置几层收集极，分别检测剂量的对称性和均整性。并且收集极的不同电荷收集块之间的信号容易互相干扰，造成输出信号的抖动或失真。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直线加速器的电离室及其收集极，可以检测剂量的对称性和平坦度且结构更简单，输出信号质量更高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种医用直线加速器的多通道电离室的收集极，包括：位于中央的第一收集部；在平面上围绕所述第一收集部的多个第二收集部，所述多个第二收集部与所述第一收集部分离；以及保护环，具有在平面上环绕所述多个第二收集部外围的第一部分，以及隔开任意两个相邻收集部的第二部分。

在本发明的一实施例中，医用直线加速器的电离室的收集极还包括在平面上围绕所述多个第二收集部的多个第三收集部，所述多个第三收集部与所述第二收集部分离，其中所述保护环具有在平面上环绕所述多个第三收集部外围的第三部分，以及隔开任意两个相邻第三收集部的第四部分。在本发明的一实施例中，所述保护环的第一部分和第二部分电导通。

在本发明的一实施例中，所述保护环的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分电导通。

在本发明的一实施例中，所述第一收集部具有第一连接端，所述多个第二收集部各具有第二连接端，所述保护环的第一部分具有供所述第一连接端和所述第二连接端径向穿过的缺口。

在本发明的一实施例中，所述第二收集部的数量为偶数。

在本发明的一实施例中，所述第二收集部关于所述第一收集部对称设置。

在本发明的一实施例中，所述收集极包括耐辐射基材和覆盖所述基材的薄膜，所述基材的材料包括耐辐射塑料，所述薄膜的材料为包括碳的导电材料。

在本发明的一实施例中，所述多个第二收集部组合为环形。

本发明还提出一种医用直线加速器的电离室，包括平行排列的高压极和收集极，其中所述收集极是如上所述的收集极。

与现有技术相比，本发明的电离室中，收集电极包括中心的第一收集部和周围的多个第二收集部，可以一并检测加速器射束的对称性和平坦度。与现有的要设置几层收集部的收集电极相比，本发明的收集电极显著简化了结构。并且通过保护环将各收集部隔开的设计，避免了各通道收集块信号之间的互相干扰现象，且减小了电离室内部电场边缘畸变效应，提高了电离室的输出信号的稳定性。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的直线加速器的辐射头的结构示意图。

图2是根据本发明一实施例的电离室的外形示意图。

图3是根据本发明一实施例的电离室的电原理图。

图4是根据本发明一实施例的收集极平面结构图。

图5是根据本发明另一实施例的收集极平面结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在放射治疗计划系统上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本发明的实施例描述直线加速器的剂量监测单元，其不需要封闭式的电离室，而是使用开放的电离室。

图1是根据本发明一实施例的直线加速器的辐射头的结构示意图。此辐射头例如为用于放射治疗的治疗头，但本发明并不以此为限。参考图1所示，辐射头100内从上到下设有电子枪101、加速管102、靶(Target)103、初级准直器104、均整器(Flattening Filter)105、电离室106以及多叶准直器107。加速管102可以是驻波加速管。电子枪101产生的电子束流注入加速管102后产生更高能的电子，电子再轰击靶103，产生X射线。X射线可经均整器105调整均匀性。在此，电离室106可监测经均整器105调整的X射线。

当此直线加速器用于放射治疗时，放射治疗系统还可包括其它部件，例如可旋转的机架、微波元件等，这是本领域技术人员所熟知的，不再赘述。

可以理解，当此直线加速器用于放射治疗以外的领域时，其辐射头的结构可以有所调整，例如增加、替换或者省略一些部件。

电离室106的外形图可参考图2所示，可大致呈扁圆柱体，尽管这仅是示例，电离室106可以是其他形状。电离室106内限定腔体(图未示)，腔体中可具有高压极和收集极，以便监测穿过电离室106的射线。高压极和收集极的设置和结构可以是多种多样的。例如，高压极和收集极为平行设置的平板。高压极和收集极均可为圆形。当施加电压时，高压极和收集极之间适于形成垂直于高压极和收集极的电场。

图3是根据本发明一实施例的电离室的电原理图。参考图3所示，电离室106可以是如前描述的结构，包括腔体110，腔体110内可具有平行排列的高压极111和收集极112。高压极111和收集极112之间可施加高压，以便形成垂直于高压极111和收集极112的电场。高压极111和收集极112之间的垂直距离可为毫米量级。电场为均匀场强的电场，形成于高压极111和收集极112之间。当射线穿过电离室106的腔体时，和气体分子相互作用形成的电子-离子对在电场力的作用下向两极板漂移，收集极112收集的离子信号被后端的RC电路收集后作为电离室106的输出信号D。电离室106可包括多个通道，相应地，输出信号D具有多路。电场的强度可以使得电离室106工作在电离区(又称饱和区)。由于电离室106工作在饱和区，没有二次电离的存在，RC电路收集的总电荷就是射线穿过电离室106产生的电离，因而电荷信号大小正比于束流的强度。

电离室106的输出信号D可以送到后端的电子学电路，得到束流的各种信息，例如剂量、剂量率等。在此，输出信号D可经过前置放大器、数模转换器等，在此不展开描述。

图4是根据本发明一实施例的收集极平面结构图。参考图4所示，本实施例的收集极112可包括第一收集部201、多个第二收集部202a-202d以及保护环203。第一收集部201位于收集极112的中央。多个第二收集部202a-202d在平面上围绕第一收集部201。这些第二收集部202a-202d与第一收集部201分离。保护环203具有在平面上环绕第二收集部202a-202d外围的第一部分203a以及隔开任意两个相邻收集部201、202a-202d的第二部分203b。

继续参考图4所示，第一收集部201可以大致上为圆形，每个第二收集部(如202a)可为弧形。在其它实施例中，第一收集部也可以为方形。这些第二收集部202a-202d组成环形围绕在第一收集部201周围。可选的，第二收集部202a-202d和第一收集部201之间的间隙相等。可选的，第二收集部202a-202d组成的环形基本围绕第一收集部一圈。第一收集部201与每个第二收集部202a-202d之间都由保护环203的第二部分203b隔开。另外，相邻的第二收集部(如202a与202b，202b与202c，202c与202d，202d与202a)之间也可由保护环203的第二部分203b隔开。

在本实施例中，保护环203的第一部分203a和第二部分203b是相互连接的。在本实施例中，第一部分203a和第二部分203b是电导通的。优选的，保护环203可以是一体的。这样，可以通过单个部件的保护环203，实现所有收集部之间的隔离。可选的，保护环203的第一部分203a和第二部分203b独立成型，并被电连接在一起，以使得第一部分203a和第二部分203b是电导通的。

第一收集部201可具有第一连接端211，各个第二收集部202a-202d各具有第二连接端212a-212d。这些连接端用于将各收集部的信号引出。保护环203的第一部分203a具有供第一连接端211和第二连接端212a-212d径向穿过的缺口213a。另外，保护环203的引出端子203c也只有一个，结构简单。

在本发明的实施例中，第二收集部的数量并不限定为图示的4个，还可以是其他数量，例如2个，6个，8个或者更多。典型地，第二收集部的数量为偶数，以方便检测射线的对称性和平坦度。例如在图4的实施例中，第二收集部202a和202c关于第一收集部201对称设置，第二收集部202b和202d关于第一收集部201对称设置。通过第二收集部202a和202c检测的信号可以判断B-B’方向的束流对称性，通过第二收集部202b和202d检测的信号可以判断A-A’方向的束流对称性。通过202a、201和202c检测的信号可以判断B-B’方向的束流平潭县，通过202b、201和202d检测的信号可以判断A-A’方向的束流平坦性。

在本实施例中，在获取了多个收集部的信号后，可进行对称性计算和平坦度计算。对称性计算是比较对称位置的两个通道的测量值。平坦度是比较沿某一方向多个位置的测量值。计算实例如下：

沿A-A’方向对称性计算为：(A-A’)/(A+A’)。沿B-B’方向对称性计算为：(B-B’)/(B+B’)。

平坦度计算：

沿A-A’方向的平坦度计算为：

{Max(A,A’,M)-Min(A,A’,M)}/{Max(A,A’,M)+Min(A,A’,M)}。

沿B-B’方向的平坦度计算为：

{Max(B,B’,M)-Min(B,B’,M)}/{Max(B,B’,M)+Min(B,B’,M)}。

上文中，A、A’、B、B’和M可参考图4所示。在上述公式中，A、A’、B、B’和M分别代表对应收集部所检测的信号。可以理解，上文的计算式是可以调整的。例如，由于对称性或平坦度的计算主要是通过比较目标位置的信号大小，因此，也可以仅比较各计算式的分子，而忽略分母。

在本实施例中，收集电极包括中心的第一收集部和周围的多个第二收集部，多路输出信号可以组合用于计算对称性和平坦度。与现有的要设置几层收集部的收集极相比，本实施例的收集电极显著简化了结构。本实施例中通过保护环203将各个收集部之间隔开，避免了各通道收集部信号之间的互相干扰现象，且减小了电离室内部电场边缘畸变效应，提高了电离室的输出信号的稳定性。

图5是根据本发明另一实施例的收集极平面结构图。参考图5所示，本实施例的收集极112’可包括第一收集部201、多个第二收集部202a-202d、多个第三收集部202e-202h、以及保护环(图未示)。第一收集部201位于收集极112的中央。多个第二收集部202a-202d在平面上围绕第一收集部201。这些第二收集部202a-202d与第一收集部201分离。多个第三收集部202e-202h在平面上围绕第二收集部202a-202d。这些第三收集部202e-202h与第二收集部202a-202d分离。与图4所示的保护环203类似，本实施例的保护环具有在平面上环绕第二收集部外围的第一部分(位于图中的环形间隙P1)、隔开任意两个相邻收集部201、202a-202d、202e-202h的第二部分(位于图中的环形间隙P2a以及径向间隙P2b)、在平面上环绕多个第三收集部202e-202h外围的第三部分(位于图中的外缘P3)，以及隔开任意两个相邻第三收集部202e-202h的第四部分(位于图中的径向间隙P4)。

与前一实施例相比，本实施例增加了读出个数，相应的通道数增多，计算的对称性和平坦度的准确性和精度更高。

另外，电离室106内部的各部件，例如高压极和收集极，可以采用耐腐蚀的材料，以提高寿命和寿命期间内的监测精度。例如，上述的收集极112和112’可包括基材和覆盖基材的薄膜。基材的材料可包括塑料膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。薄膜的材料可为包括碳的各种导电材料。例如石墨、炭黑和/或石墨烯。在此，需要选择具有足够高的导电性的炭黑。在此，薄膜可以覆盖在基材的单面或者双面上。基材的厚度可为几十个微米，相比通常的使用厚度为几百微米的云母片基材的电极结构，本实施例的电极结构可以降低厚度和密度；另外碳的原子序数和空气接近，都比较低，可以减少束流的衰减。而且本实施例的石墨相比通常的金属不容易被潮湿的空气所腐蚀，因此该电离室可长期工作在湿度较大的环境下。

本发明实施例的电离室可以应用在各种直线加速器中，例如放射治疗设备中。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域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。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、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“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，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，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。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。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。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种医用直线加速器的多通道电离室的收集极，包括：

位于中央的第一收集部；

在平面上围绕所述第一收集部的多个第二收集部，所述多个第二收集部与所述第一收集部分离；保护环，具有在平面上环绕所述多个第二收集部外围的第一部分，以及隔开任意两个相邻收集部的第二部分；其中，所述保护环的第一部分和第二部分电导通；所述第一收集部具有第一连接端，所述多个第二收集部各具有第二连接端，所述保护环的第一部分具有供所述第一连接端和所述第二连接端径向穿过的缺口，且所述保护环仅包括一个引出端子。

2.根据权利要求1所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，还包括在平面上围绕所述多个第二收集部的多个第三收集部，所述多个第三收集部与所述第二收集部分离，

其中所述保护环具有在平面上环绕所述多个第三收集部外围的第三部分，以及隔开任意两个相邻第三收集部的第四部分。

3.根据权利要求2所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，所述保护环第一部分、第二部分、第三部分和第四部分电导通。

4.根据权利要求1所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，所述第二收集部的数量为偶数。

5.根据权利要求1所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，所述第二收集部关于所述第一收集部对称设置。

6.根据权利要求1所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，所述收集极包括耐辐射基材和覆盖所述基材的薄膜，所述基材的材料包括耐辐射塑料，所述薄膜的材料为包括碳的导电材料。

7.根据权利要求1所述的医用直线加速器的多通道电离室的收集极，其特征在于，所述多个第二收集部组合为环形。

8.一种医用直线加速器的电离室，包括平行排列的高压极和收集极，其中所述收集极是如权利要求1-7任一项所述的收集极。

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