CN108653937A - 剂量监测装置和直线加速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种剂量监测装置，包括电离室、温度传感器、气压传感器、以及计算单元。所述电离室内限定有非封闭的腔体。所述温度传感器采集所述电离室的环境温度。所述气压传感器采集所述电离室的环境气压。所述计算单元配置为根据所述环境温度和所述环境气压确定修正因子，所述修正因子用于修正所述电离室检测得到的剂量值。所述剂量监测装置可用于直线加速器。

Description

剂量监测装置和直线加速器

技术领域

本发明主要涉及放射治疗设备，尤其是涉及直线加速器的剂量监测装置。

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。

目前的电离室主要为封闭式结构。封闭式的电离室是将电离室放置在一个密闭的腔体内部，在腔体内部加充工作气体(例如氮气)，这样保证了电离室和外界的空气隔离，电离室工作在相对恒温恒压的工作气体里。

但是，封闭式结构的电离室为了保证气密性，组装过程比较复杂，组装之后还要进行充气、密封、检漏等工序，对工艺要求较高。

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及其剂量监测装置，采用一个开放式电离室，其不再需要封闭式的电离室。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种剂量监测装置，包括电离室、温度传感器、气压传感器、以及计算单元。所述电离室内限定有非封闭的腔体。所述温度传感器采集所述电离室的环境温度。所述气压传感器采集所述电离室的环境气压。所述计算单元配置为根据所述环境温度和所述环境气压确定修正因子，所述修正因子用于修正所述电离室检测得到的剂量值。

在本发明的一实施例中，所述电离室包括一个或多个开口，所述开口用于连通所述腔体内的环境与所述腔体外的环境。

在本发明的一实施例中，所述剂量监测装置还包括湿度传感器，采集所述电离室的环境湿度；其中所述计算单元配置为根据所述环境温度、所述环境气压和所述环境湿度确定所述修正因子。

在本发明的一实施例中，所述温度传感器、所述气压传感器和/或所述湿度传感器设于所述电离室内。

在本发明的一实施例中，所述温度传感器、所述气压传感器和/或所述湿度传感器设于所述电离室外。

在本发明的一实施例中，剂量监测装置包括至少两个所述电离室，所述至少两个电离室中的一个为主电离室，另一个为冗余电离室。

在本发明的一实施例中，所述主电离室和所述冗余电离室同轴且相邻地组装在一起。

在本发明的一实施例中，所述电离室中具有平行排列的高压极和收集极，所述高压极和收集极之间适于形成垂直于所述高压极和收集极的电场。

在本发明的一实施例中，剂量监测装置还包括修正单元，接收所述收集极所输出的剂量信号，且根据所述修正因子修正所述剂量值。

在本发明的一实施例中，所述电场的强度使得所述电离室工作在电离区。

本发明还提出一种直线加速器，包括如上所述的剂量监测装置。

与现有技术相比，本发明采用开放式结构的电离室，显著简化了电离室的结构，也简化了组装和维护流程，提高了电离室的可靠性。并且本发明为电离室设置了一个基于环境的补偿机制，确保电离室的监测准确度。另外，本发明的电离室采取冗余设计，主次通道信号互相检查，更加安全可靠。

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是根据本发明另一实施例的电离室的外形示意图。

图4是根据本发明一实施例的剂量监测装置的电原理图。

图5是根据本发明一实施例的气体探测器工作模式。

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装置，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内限定有非封闭的腔体(图未示)。举例来说，腔体可包括一个或多个开口(图未示)，以便使腔体内部与外部相通。这样，电离室所处环境中的空气与腔体内部的空气相通。电离室106内部可具有高压极和收集极，以便监测穿过电离室106的X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。

在另一实施例中，可以设置冗余的电离室。具体地说，可包括两个电离室106a和106b，其中一个电离室106a为主电离室，另一个电离室106b为冗余电离室。主电离室106a和冗余电离室106b相互独立，可分别监测射线的剂量。在一个实施例中，主电离室106a和冗余电离室106b同轴且相邻地组装在一起。

在本发明的实施例中，考虑到电离室的开放结构，为电离室设置了一个基于环境的补偿机制。

图4是根据本发明一实施例的剂量监测装置的电原理图。参考图4所示，剂量监测装置200可包括电离室201、温度传感器202、气压传感器203、计算单元204和修正单元205。电离室201可以是如前描述的结构，其内部限定有腔体210，腔体210中可具有平行排列的高压极211和收集极212。高压极211和收集极212之间可施加高压，以便形成垂直于高压极211和收集极212的电场。电场为均匀场强的电场。所述高压极211和所述收集极212之间的垂直距离大约为毫米量级。当射线穿过电离室201的腔体210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212收集的离子信号被后端的RC电路收集后作为电离室201的输出信号D。电离室201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201工作在电离区(又称饱和区)。电离区的描述将在后文参考图5描述。由于电离室201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201产生的电离，因而电荷信号可以直接代表束流的强度。

温度传感器202可以采集电离室201的环境温度。气压传感器203可以采集电离室201的环境气压。温度传感器202和气压传感器203可以设于电离室201内，也可以设于电离室201外。温度传感器202和气压传感器203的设置位置可以是相同的，也可以是不同的。可以理解的是，剂量监测装置200还可以采集其他对于剂量监测有影响的环境参数，例如湿度，为此可配置湿度传感器，采集电离室的环境湿度。

计算单元204可配置为根据环境参数来确定修正因子，修正因子用于修正电离室所检测的剂量信号。环境参数可包括环境温度、环境气压、环境湿度或其任意组合。

只包含温度、气压修正的示例性的修正因子K为：

K＝(T/T0)*(P0/P)。

包含温度、气压、湿度修正的示例性的修正因子K为：

K＝(T/T0)*{P0/(P-0.2389P1)}。

其中，T为当前热力学温度(K)，T0为预设的基准热力学温度(K)，P为当前气压(mmHg)，P0预设的基准气压(mmHg)。P1为空气中水蒸气的压力(mmHg)。

电离室201的输出信号D，以及计算单元204所计算的修正因子，可以送到后端的修正单元205，经修正单元205修正后的信号可以由软件进行处理，得到束流的各种信息，例如剂量、剂量率等。在此，输出信号D可以是经前置放大器206、模数转换器(ADC)207处理后的信号，在此不展开描述。

在修正单元205，可以接收收集极212输出的剂量信号，且根据修正因子来修正剂量信号所代表的剂量值。假设电离室201的每个通道的修正前的剂量值是Dose0，做完温度和气压修正后的剂量值为Dose，则：

Dose＝K*Dose0

经过上述修正，可以补偿电离室在开放环境中的监测漂移，从而确保监测的准确性。

可以理解，当剂量监测装置200包括两个电离室时，每个电离室都可配备独立的供电和电子学线路，从而提高可靠性。

与已知方案相比，本发明的实施例可以采用开放式结构的电离室，显著简化了电离室的结构，也简化了组装和维护流程。

另外，电离室内部的各部件，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。

图5是根据本发明一实施例的气体探测器工作模式。参考图5所示，按照气体探测器的工作原理，电离室所收集的离子对数与电压呈正相关。在相关区中具有复合区、电离区、正比区、有限正比区、盖革计数区和放电区等。期望电离室工作在电离区，因此需要向高压极和收集极(如图4的高压极211和收集极212)施加合适场强的电场。

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 (11)

1.一种剂量监测装置，包括：

电离室，所述电离室内限定有非封闭的腔体；

温度传感器，采集所述电离室的环境温度；

气压传感器，采集所述电离室的环境气压；以及

计算单元，配置为根据所述环境温度和所述环境气压确定修正因子，所述修正因子用于修正所述电离室检测得到的剂量值。

2.根据权利要求1所述的剂量监测装置，其特征在于，所述电离室包括一个或多个开口，所述开口用于连通所述腔体内的环境与所述腔体外的环境。

3.根据权利要求1所述的剂量监测装置，其特征在于，还包括：

湿度传感器，采集所述电离室的环境湿度；

其中所述计算单元配置为根据所述环境温度、所述环境气压和所述环境湿度确定所述修正因子。

4.根据权利要求3所述的剂量监测装置，其特征在于，所述温度传感器、所述气压传感器和/或所述湿度传感器设于所述电离室内。

5.根据权利要求3所述的剂量监测装置，其特征在于，所述温度传感器、所述气压传感器和/或所述湿度传感器设于所述电离室外。

6.根据权利要求1所述的剂量监测装置，其特征在于，包括至少两个所述电离室，所述至少两个电离室中的一个为主电离室，另一个为冗余电离室。

7.根据权利要求6所述的剂量监测装置，其特征在于，所述主电离室和所述冗余电离室同轴且相邻地组装在一起。

8.根据权利要求1所述的剂量监测装置，其特征在于，所述电离室中具有平行排列的高压极和收集极，所述高压极和收集极之间适于形成垂直于所述高压极和收集极的电场。

9.根据权利要求8所述的剂量监测装置，其特征在于，还包括修正单元，接收所述收集极所输出的剂量信号，且根据所述修正因子修正所述剂量值。

10.根据权利要求8所述的剂量监测装置，其特征在于，所述电场的强度使得所述电离室工作在电离区。

11.一种直线加速器，包括如权利要求1-10任一项所述的剂量监测装置。