CN111013026A - 一种医用加速器、及其基于漏剂量测量的剂量监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医用加速器技术领域，公开了一种医用加速器，包含加速管、束流管道、刮束器、波纹管和束流针，束流管道、刮束器、波纹管、束流针依次可拆卸连接，且四者共中心轴并且四者连通成一直线通道，供电子束在直线通道传输；刮束器的内孔径小于束流管道的内孔径。还公开一种剂量监测方法，治疗前通过同时测试第一电子束产生的X射线和第二电子束的剂量，建立相关数值关系，治疗时通过测试X射线的剂量而监测第二电子束的剂量。本发明通过第一电子束撞击刮束器，产生X射线，对X射线进行同步测试，获得束流针出口端第二电子束的剂量率，不影响治疗过程，能实现在线监测剂量。
Description
技术领域
本发明涉及医用加速器技术领域，具体涉及一种医用加速器、及其基于漏剂量测量的剂量监测方法。
背景技术
按照国家标准GB9706.5-2008中的要求，医用电子直线加速器中必须包含剂量监测系统。传统医用加速器使用的剂量监测系统由电离室探测器及其辅助电路组成。电离室位于辐射系统之内，安装在均整滤过器或散射箔与光子线的次级准直器之间，由若干片极片构成，其中有两对用于监测辐射野内相互垂直的两个方向的均整度，有一片用于监测辐射的能量变化，有两片用于检测辐射的吸收剂量。传统医用加速器的剂量监测系统多数使用平板电离室，其大小应覆盖整个治疗射野，少数使用指形电离室。剂量监测系统的功能是监测X射线、电子束的剂量率、积分剂量和射野的对称性、平坦度。
本发明的医用加速器直接利用电子束治疗肿瘤，电子束离开加速管到达肿瘤的全程在一个细管(内径小于5mm)中传输，不能直接穿过电离室，因此电离室并不适用于这种设备，目前国内外也没有相关剂量监测方法在线测试如此小野的电子束的治疗剂量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小野电子束的医用加速器，以及在治疗过程能够在线监测小野电子束的医用加速器的剂量监测方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种医用加速器，包括电子枪控制电源、电子枪、加速管、磁控管、调制器、束流管道、刮束器、波纹管和束流针；所述电子枪控制电源用于控制所述电子枪注入电压；所述电子枪用于输出电子束，所述加速管用于对所述电子枪输出的电子束进行加速后经束流针输出；所述调制器用于对所述磁控管进行控制；所述磁控管通过波导链与所述加速管连接；所述束流管道的后端固定连接于所述加速管的前端中心；所述束流管道、所述刮束器、所述波纹管、所述束流针依次可拆卸连接，且四者共中心轴并且四者连通成一直线通道，供电子束在所述直线通道传输；所述刮束器的内孔径小于所述束流管道的内孔径。
优选地，所述刮束器为带中心孔的圆柱体。
优选地，所述刮束器的材质为铅。
优选地，所述圆柱体的内部包含内圆环。
优选地，所述内圆环的材质为固体水或石墨。
优选地，所述波纹管包含弹性通道管、两片法兰和至少三组螺栓。
优选地，通过调节所述螺栓中螺母的位置能调节所述弹性通道管的形状。
优选地，所述束流针的出口端为密封端。
本发明还提供一种测量上述任一技术方案的医用加速器的剂量监测方法，包括以下步骤：
S1：第一电子束撞击所述刮束器产生X射线，所述第一剂量探头收集X射线的信号；
S2：所述第一剂量探头收集信号完毕，所述数据处理系统对所述信号进行处理，得到所述X射线的剂量率Ha；
S3：所述数据处理系统对X射线的剂量Ha数据进行进一步处理，得到通过所述束流针的第二电子束的剂量Hb。
优选地，S3步骤中通过所述束流针的第二电子束的剂量率Hb与所述X射线的剂量率Ha存在线性数值关系：Hb＝KHa。
优选地，所述K值的确定步骤如下：
P1：第一电子束撞击所述刮束器产生X射线，第一剂量探头收集X射线的信号；第二电子束通过所述束流针，第三剂量探头收集通过所述束流针的第二电子束的信号；
P2：所述第一剂量探头收集X射线的信号完毕，所述第一数据处理系统对所述X射线的信号进行处理，得到所述X射线的剂量率H11；所述第三剂量探头收集第二电子束的信号完毕，所述第三数据处理系统对所述第二电子束的信号进行处理，得到所述第二电子束的剂量率 H21；
P3：重复步骤P1-P2，得到一系列所述X射线的剂量率H1(H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率H2(H22,H23,H24,H2i，┉)；
P4：将所述X射线电子束的剂量率H1(H11,H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率H2(H21,H22,H23,H24,H2i，┉)取平均值得到所述X射线的平均剂量率
和所述第二电子束的平均剂量率
得到线性数值关系：
即得到K的数值。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过第一电子束撞击刮束器，产生X射线，对X射线进行同步测试，通过测试 X射线的剂量率获得第二电子束的剂量率，方法新颖；
2.通过第一电子束撞击刮束器，产生X射线，对X射线进行同步测试，经过剂量监测系统处理，获得第二电子束的剂量值，该过程不影响治疗过程，能在线监测剂量，提高治疗的便捷性和准确性；
3.只需治疗前进行一次K值得确定，就能实现治疗过程的连续、多次监测，操作方便；
4.采用双剂量监测系统，在其中一个剂量监测系统出现故障情况下，确保剂量监测系统有效，提高患者的安全性。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请的医用加速器的基本结构框图；
图2为一实施例中医用加速器中加速管、束流针和剂量监测系统的结构示意图；
图3为一实施例中刮束器的剖面图；
图4为另一实施例中刮束器的剖面图；
图5为一实施例中波纹管的结构示意图；
图6为另一实施例中医用加速器中加速管、束流针和剂量监测系统的结构示意图；
图7为使用图2的剂量监测系统进行剂量监测方法的步骤图；
图8为一实施例中确定K值时剂量检测系统的布置示意图；
图9为确定K值的步骤图；
附图标记：1-医用加速器、2-电子枪控制电源、3-电子枪、4-加速管、5-磁控管、6-调制器、7-束流管道、8-刮束器、801-中心孔、9-波纹管、10-束流针、11-弹性通道管、12- 法兰、13-螺栓、14-剂量探头、15-数据处理系统、14a-第一剂量探头、15a-第一数据处理系统、14b-第二剂量探头、15b-第二数据处理系统、14c-第三剂量探头、15c-第三数据处理系统、16-剂量探测器。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“前端”或“出口端”是指将本申请的装置或设备面向读者时，靠近束流针尖的那一端；“后端”或“进口端”是指将本申请的装置或设备面向读者时，远离束流针尖的那一端。
本发明提供了一种医用加速器1，请参照图1-2，包括电子枪控制电源2、电子枪3、加速管4、磁控管5、调制器6、束流管道7、刮束器8、波纹管9和束流针；所述电子枪控制电源2用于控制所述电子枪3注入电压；所述电子枪3用于输出电子束，所述加速管4用于对所述电子枪3输出的电子束进行加速后经束流针输出；所述调制器6用于对所述磁控管5 进行控制；所述磁控管5通过波导链与所述加速管4连接；所述束流管道7的后端固定连接于所述加速管4的前端中心；所述束流管道7、所述刮束器8、所述波纹管9、所述束流针依次可拆卸连接，且四者共中心轴并且四者连通成一直线通道，供电子束在所述直线通道传输；所述刮束器8的内孔径小于所述束流管道7的内孔径。
本发明的治疗过程如下：将束流针10通过预设在人体上的套管针(未展示)引入至人体内的肿瘤病灶部位，电子枪3产生电子束，经过加速管4加速，最后经束流针10输出，电子束打在肿瘤病灶部位，对肿瘤进行消融。
本发明的治疗过程也可以如下：通过手术等方式将肿瘤病灶部位暴露，将束流针10引入至人体内的肿瘤病灶部位，电子枪3产生电子束，经过加速管4加速，最后经束流针10输出，电子束打在肿瘤病灶部位，对肿瘤进行消融。
本实施例的波导链为软波导，软波导具有良好的柔韧性，能够承受一定程度的弯曲、拉伸和压缩，在加速管4和磁控管5分离设置情况下，保证电子束的传输。
为了使电子束能够顺利从束流针10中传输，加速管4与束流针10的连接结构的外周设置聚焦线圈，有利于对电子束的运动路径进行有效引导，保证电子束聚集在束流针10的轴线上。
进一步，请参照图3-4，所述刮束器8为带中心孔801的圆柱体。
进一步，所述刮束器8的材质为铅。
进一步，请参照图4，所述圆柱体的内部包含内圆环。
进一步，所述内圆环的材质为固体水或石墨。
X射线产生原理：电子的韧致辐射，用高能电子在真空中轰击金属，电子接近原子核时与原子核的库仑场相互作用,电子的运动方向发生偏折,并急剧减速,能量转化成辐射的形式，产生X射线。
由于在治疗过程必须对电子束的剂量进行监测，本发明通过部分电子束撞击刮束器8，产生X射线，对X射线进行同步测试，不影响治疗过程，能实现在线监测剂量。
进一步，请参看图5，所述波纹管9包含弹性通道管11、两片法兰12和至少三组螺栓13。
进一步，通过调节所述螺栓13中螺母的位置能调节所述弹性通道管11的形状。例如，缩短某一位置螺母与螺栓头的距离，可以实现弹性通道管11向该位置偏移。
进一步，所述束流针10的出口端为密封端。
采用上述技术方案，使整个加速器的内环境保持在真空环境中，电子实现真空低损传输。
本实施例中，所述密封端为无磁性的金属片，优选为钛片或铍片。所述密封端的厚度在200μm以下。经过长期的实验和研究总结发现，密封端过厚，电子无法通过，当使用钛片或铍片作为密封材料时，电子的通过情况较好，电子的衰减程度较轻，此时既能保证有效的电子通过率又能保证管内空间的密封。
本发明采用剂量探测器测试剂量，请参照图2，剂量探测器16包括剂量探头14和数据处理系统15，第一剂量探头14a的头端与所述刮束器8的侧面相对，并处于同一中心轴；第一数据处理系统15b将所述第一剂量探头14a监测的信号进行处理从而得到第二电子束的剂量。
具体的，本实施例的剂量探测器16包含指形电离室，优选自德国PTW公司生产的UNIDOS E剂量计。UNIDOS E剂量计能够监测刮束器8处的信号，直接获得X射线的剂量；同理，UNIDOS E剂量计能够监测束流针10出口处的信号，直接获得第二电子束的剂量。
指形电离室测量吸收剂量的原理：首先测量由电离辐射产生的电离电荷，然后利用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射所沉积的能量，即吸收剂量。
测量吸收剂量的原理：有X射线穿过穿透电离室时，穿透电离室腔体内的气体分子被电离，产生正离子和电子，在电场的作用下，产生微弱的电流信号(10-8A)，它的大小与X射线的强度成正比。将该信号送到前置放大器进行处理就可以测出X射线的强度即剂量率的大小，工作可靠，数据检测准确。
本发明通过第一电子束撞击刮束器8，产生X射线，对X射线进行同步测试，不影响治疗过程，能实现在线监测剂量。
为了安全起见，避免剂量探测器16失灵，在另一技术方案中，设置两组剂量探测器16，两组剂量探测器16都能获得的剂量率，其中一组剂量探测器16失灵，另一组也能继续工作，此外，两组剂量率数据也能进行比较，考察数据的稳定性。
请参看图6，第一组剂量探测器16包括第一剂量探头14a、第一数据处理系统15a，第二组剂量探测器16包括第二剂量探头14b、第二数据处理系统15b，所述第一剂量探头14a与所述第一数据处理系统15a进行数据传输，所述第二剂量探头14b与所述第二数据处理系统15b进行数据传输。
本发明还提供一种测量上述任一技术方案的医用加速器的剂量监测方法，请参看图7，包括以下步骤：
S1：第一电子束撞击所述刮束器8产生X射线，第一剂量探头收集X射线的信号；
S2：所述第一剂量探头收集信号完毕，所述第一数据处理系统对所述信号进行处理，得到所述X射线的剂量率Ha；
S3：所述第一数据处理系统对X射线的剂量Ha数据进行进一步处理，得到通过所述束流针的第二电子束的剂量Hb。
优选地，S3步骤中所述第二电子束的剂量率Hb与所述X射线的剂量率Ha存在线性数值关系：Hb＝KHa。
剂量监测方法用于在治疗过程中，通过监测第一电子束的剂量，而间接获得用于治疗的第二电子束的剂量。
图8为一实施例中确定K值时剂量检测系统的布置示意图。
进一步，请参照图9，所述K值的确定步骤如下：
P1：第一电子束撞击所述刮束器8产生X射线，第一剂量探头14a收集X射线的信号；第二电子束通过所述束流针，第三剂量探头14c收集第二电子束的信号；
P2：所述第一剂量探头14a收集X射线的信号完毕，所述第一数据处理系统15a对所述 X射线的信号进行处理，得到所述X射线的剂量率H11；所述第三剂量探头14c收集第二电子束的信号完毕，所述第三数据处理系统15c对所述第二电子束的信号进行处理，得到所述第二电子束的剂量率H21；
P3：重复步骤P1-P2，得到一系列所述X射线的剂量率H1(H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率H2(H22,H23,H24,H2i，┉)；
P4：将所述X射线的剂量率H1(H11,H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率 H2(H21,H22,H23,H24,H2i，┉)取平均值得到所述X射线的平均剂量率
和所述第二电子束的平均剂量率
得到线性数值关系：
即得到K的数值。
K值的确定步骤相当于建立X射线的剂量率与第二电子束的剂量率之间的数学关系，需要在治疗前进行。
为了减少剂量测试结果误差，第一剂量探头14a与刮束器8侧面的出口端的距离，第二剂量探头14b与刮束器8侧面的出口端的距离，以及第三剂量探头14c与束流针10的出口端的距离相等，并保持恒定。
本发明通过第一电子束撞击刮束器8，产生X射线，对X射线进行同步测试，获得束流针出口端第二电子束的剂量率，不影响治疗过程，能实现在线监测第二电子束(用于治疗) 的剂量。
实施例1
治疗前，按照上述步骤P1-P4进行操作，得到测试数据见表1。
表1治疗前H1和H2的测试结果表(单位Gy/s)
通过对H1和H2的测试结果进行处理，求得K＝79.426。
实施例2
在治疗过程中，按照步骤S1-S3进行剂量监测，X射线的剂量率Ha测试值和第二电子束的剂量率Hb计算值见表2。
表2治疗过程中H1和H2的测试结果表(单位Gy/s)
| 测试次数 | H<sub>a</sub>测试值 | H<sub>b</sub>计算值 | 测试次数 | H<sub>a</sub>测试值 | H<sub>b</sub>计算值 |
| 1 | 1.03 | 81.81 | 14 | 1.02 | 81.01 |
| 2 | 1.01 | 80.22 | 15 | 0.98 | 77.84 |
| 3 | 0.99 | 78.63 | 16 | 0.99 | 78.63 |
| 4 | 0.99 | 78.63 | 17 | 1.03 | 81.81 |
| 5 | 1.02 | 81.01 | 18 | 1.00 | 79.43 |
| 6 | 0.98 | 77.84 | 19 | 1.02 | 81.01 |
| 7 | 0.97 | 77.04 | 20 | 0.98 | 77.84 |
| 8 | 1.00 | 79.43 | 21 | 0.99 | 78.63 |
| 9 | 1.03 | 81.81 | 22 | 1.03 | 81.81 |
| 10 | 0.99 | 78.63 | 23 | 1.00 | 79.43 |
| 11 | 1.02 | 81.01 | 24 | 0.99 | 78.63 |
| 12 | 1.00 | 79.43 | 25 | 0.97 | 77.04 |
| 13 | 1.03 | 81.81 |
本实施例通过对第一电子束进行剂量率监测，计算出第二电子束(用于治疗)的剂量率，在不影响治疗的情况下实施剂量率的监测。
本发明通过第一电子束撞击刮束器8，产生X射线，对X射线进行同步测试，只需要在治疗前进行标定，就能测试束流针出口端的第二电子束的剂量率，本发明的测量剂量的步骤简便，不影响治疗过程，实现在线监测剂量。
对于本领域技术人员而言，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (11)
1.一种医用加速器，其特征在于，包括电子枪控制电源、电子枪、加速管、磁控管、调制器、束流管道、刮束器、波纹管和束流针；所述电子枪控制电源用于控制所述电子枪注入电压；所述电子枪用于输出电子束，所述加速管用于对所述电子枪输出的电子束进行加速后经束流针输出；所述调制器用于对所述磁控管进行控制；所述磁控管通过波导链与所述加速管连接；所述束流管道的后端固定连接于所述加速管的前端中心；所述束流管道、所述刮束器、所述波纹管、所述束流针依次可拆卸连接，且四者共中心轴并且四者连通成一直线通道，供电子束在所述直线通道传输；所述刮束器的内孔径小于所述束流管道的内孔径。
2.根据权利要求1所述的医用加速器，其特征在于，所述刮束器为带中心孔的圆柱体。
3.根据权利要求2所述的医用加速器，其特征在于，所述刮束器的材质为铅。
4.根据权利要求2所述的医用加速器，其特征在于，所述圆柱体的内部包含内圆环。
5.根据权利要求4所述的医用加速器，其特征在于，所述内圆环的材质为固体水或石墨。
6.根据权利要求1所述的医用加速器，其特征在于，所述波纹管包含弹性通道管、两片法兰和至少三组螺栓。
7.根据权利要求6所述的医用加速器，其特征在于，通过调节所述螺栓中螺母的位置能调节所述弹性通道管的形状。
8.根据权利要求1所述的医用加速器，其特征在于，所述束流针的出口端为密封端。
9.一种测量权利要求1-8任一项所述的医用加速器的剂量监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：第一电子束撞击所述刮束器产生X射线，第一剂量探头收集X射线的信号；
S2：所述第一剂量探头收集信号完毕，数据处理系统对所述信号进行处理，得到所述X射线的剂量率Ha；
S3：所述数据处理系统对X射线的剂量Ha数据进行进一步处理，得到通过所述束流针的第二电子束的剂量Hb。
10.根据权利要求9所述的剂量监测方法，其特征在于，S3步骤中所述第二电子束的剂量率Hb与所述X射线的剂量率Ha存在线性数值关系：Hb＝KHa。
11.根据权利要求10所述的剂量监测方法，其特征在于，所述K值的确定步骤如下：
P1：第一电子束撞击所述刮束器产生X射线，第一剂量探头收集X射线的信号；第二电子束通过所述束流针，第三剂量探头收集通过所述束流针的第二电子束的信号；
P2：所述第一剂量探头收集X射线的信号完毕，所述第一数据处理系统对所述X射线的信号进行处理，得到所述X射线的剂量率H11；所述第三剂量探头收集第二电子束的信号完毕，所述第三数据处理系统对所述第二电子束的信号进行处理，得到所述第二电子束的剂量率H21；
P3：重复步骤P1-P2，得到一系列所述X射线的剂量率H1(H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率H2(H22,H23,H24,H2i，┉)；
P4将所述X射线电子束的剂量率H1(H11,H12,H13,H14,H1i，┉)和所述第二电子束的剂量率H2(H21,H22,H23,H24,H2i，┉)取平均值得到所述X射线的平均剂量率
和所述第二电子束的平均剂量率
得到线性数值关系：
即得到K的数值。
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| CN201911184986.1A CN111013026A (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 一种医用加速器、及其基于漏剂量测量的剂量监测方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112535815A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-23 | 东莞深圳清华大学研究院创新中心 | 一种电子能量的调节方法以及调节装置 |
| WO2022000963A1 (zh) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备 |
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- 2019-11-27 CN CN201911184986.1A patent/CN111013026A/zh active Pending
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