CN111282161B - 一种质子治疗装置束流诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质子治疗装置束流诊断系统，包括束流轮廓监测器、束流位置监测器、准直器和束流流强监测器，沿质子传输方向，依次放置。相对于现有技术中，单独对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，每进行一项测量均需要对测量设备进行摆放、安装、校准的技术方案而言，本发明的束流诊断系统是一体化的，可同时读取三种束流监测器的返回信号，实时对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，具有测量过程简单、操作方便、实时性高等特点。此外，该系统可检测束晕信息，提供包含束晕在内的整个束流尺寸，避免粒子对真空管壁碰撞，减小束流损失。

Description

一种质子治疗装置束流诊断系统
技术领域
本发明涉及一种束流诊断系统，具体为一种质子治疗装置束流诊断系统，属于质子治疗装置束流诊断系统应用技术领域。
背景技术
质子放疗是当前国际公认最尖端的放射治疗技术。质子经由同步回旋加速器加速至约70％的光速时，质子射线被引出射入人体过程中，表层阶段剂量释放很少，到达肿瘤靶区时能量全部释放，实现对肿瘤进行“立体定向爆破”。
束流强度、束斑形状及束流质心轨迹位置是影响治疗端需求束流品质的关键因素，精确检测束流性能参数具有重要意义。束流诊断系统作为质子治疗装置的重要组成部分，可为加速器提供束流的流强、质心轨迹位置、横向截面尺寸、发射度、束晕等参数的实测值，并将检测结果反馈至束流控制系统，从而实现对质子束流的参数进行调整，保证治疗端束流品质。
现有的束流检测系统只能单独对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，每进行一项测量均需要对测量设备进行摆放、安装、校准，不仅测量过程非常繁琐、复杂，还导致实时性很低，便捷性很差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决现有的束流检测系统只能单独对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，每进行一项测量均需要对测量设备进行摆放、安装、校准，不仅测量过程非常繁琐、复杂，还导致实时性很低，便捷性很差的问题，而提出一种质子治疗装置束流诊断系统，本发明的束流诊断系统是一体化的，可同时读取三种束流监测器的返回信号，实时对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，具有测量过程简单、操作方便、实时性高等特点。此外，该系统可检测束晕信息，提供包含束晕在内的整个束流尺寸，避免粒子对真空管壁碰撞，减小束流损失。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种质子治疗装置束流诊断系统，包括束流轮廓监测器、束流位置监测器、束流流强监测器和准直器，所述束流轮廓监测器、束流位置监测器、准直器和束流流强监测器沿质子传输方向，依次放置；
所述束流轮廓监测器用于对束流截面尺寸和形状、束流发射度进行检测；
所述束流位置监测器用于对束流横截面位置(水平和竖直两个方向)进行检测，得到束流质心轨迹位置，判断束流轨道畸变情况，同时检测束晕信息；
所述准直器控制束流发射度，限制束斑最大直径；
所述束流流强监测器：对束流流强进行精确检测；
所述束流轮廓监测器包括多丝电离室，多丝电离室内充有空气，多丝电离室内部两侧分别设置有金属化陶瓷板一和金属化陶瓷板二，金属化陶瓷板一和金属化陶瓷板二均连接600V高电压产生电场，中央处设置有金属化陶瓷板三，且金属化陶瓷板三两侧刻有水平和垂直的条形电极，敏感区域为直径42mm的圆形区域，用于读取束流轮廓信息，金属化陶瓷板一、金属化陶瓷板二和金属化陶瓷板三等间距排列，间距为4mm；
所述束流位置监测器为一种空气电离室，电离室内部两侧边缘处分别设置有环形电极一和电极二，电极一和电极二连接2000V高电压产生电场，中央设置有环形电极五，电极五读取束流位置信号，电极一和电极二与电极五之间分别设置有环形的电极三和电极四，电极三和电极四用于指示束晕强度，束流位置监测器属于接触式测量，一直置于束流中；
所述束流流强监测器为一种空气电离室，电离室内五个5微米厚的钛金属薄片等间距排列，间距为2.5mm，五个钛金属薄片上分别设置有电极六、电极七、电极八、电极九和电极十，中央电极六、电极七和电极八连接2000V高电压产生电场，电极九和电极十用于读取束流流强信号，所述束流流强监测器属于接触式测量，一直置于束流中；
所述准直器位于束流位置监测器和束流流强监测器之间，材料为黄铜，孔径为30mm，偏离束流中心轨道区域的束流将被准直器铜块阻挡吸收，实现束斑大小控制；
质子治疗装置束流诊断系统位于质子治疗系统治疗室前端，工作在空气环境中。
本发明的进一步技术改进在于：所述束流轮廓监测器属于阻断式测量，考虑到对束流的吸收和散射，不会一直置于束流中。采用气动装置实现运动功能，完成检测后，退出束流。
本发明的进一步技术改进在于：所述束流轮廓监测器气动装置包括电磁阀、气缸和限位开关，保证平稳、可靠和准确定位，考虑到测量过程中，高能质子束流将引起束流轮廓监测器发热，束流轮廓监测器在束流中时间应尽可能短，并做好散热。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：相对于现有技术中，单独对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，每进行一项测量均需要对测量设备进行摆放、安装、校准的技术方案而言，本发明的束流诊断系统是一体化的，可同时读取三种束流监测器的返回信号，实时对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，具有测量过程简单、操作方便、实时性高等特点。此外，该系统可检测束晕信息，提供包含束晕在内的整个束流尺寸，避免粒子对真空管壁碰撞，减小束流损失。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种质子治疗装置束流诊断系统布局示意图
图2为本发明中束流轮廓监测器工作原理示意图；
图3为本发明中束流位置监测器工作原理示意图；
图4为本发明中束流流强监测器工作原理示意图；
图中：1、束流轮廓监测器；2、束流位置监测器；3、束流流强监测器；4、准直器；11、金属化陶瓷板一；12、金属化陶瓷板三；13、金属化陶瓷板二；21、电极一；22、电极二；23、电极三；24、电极四；25、电极五；31、电极六；32、电极七；33、电极八；34、电极九；35、电极十。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，一种质子治疗装置束流诊断系统，包括束流轮廓监测器1、束流位置监测器2、束流流强监测器3和准直器4，束流轮廓监测器1、束流位置监测器2、束流流强监测器3和准直器4沿质子传输方向，依次放置；
束流轮廓监测器1用于对束流截面尺寸和形状、束流发射度进行检测；
束流位置监测器2用于对束流横截面位置(水平和竖直两个方向)进行检测，得到束流质心轨迹位置，判断束流轨道畸变情况；同时检测束晕信息；
所述准直器控制束流发射度，限制束斑最大直径；
所述束流流强监测器：对束流流强进行精确检测；
所述束流轮廓监测器1包括多丝电离室，多丝电离室内充有空气，多丝电离室内部两侧分别设置有金属化陶瓷板一11和金属化陶瓷板二13，金属化陶瓷板一11和金属化陶瓷板二13均连接600V高电压产生电场，中央处设置有金属化陶瓷板三12，且金属化陶瓷板三12两侧刻有水平和垂直的条形电极，敏感区域为直径42mm的圆形区域，用于读取束流轮廓信息，金属化陶瓷板一11、金属化陶瓷板二12和金属化陶瓷板三13等间距排列，间距为4mm；
束流位置监测器2为一种空气电离室，电离室内部两侧边缘处分别设置有环形电极一21和电极二22，电极一21和电极二22连接2000V高电压产生电场，中央设置有环形电极五25，电极五25读取束流位置信号，电极一21和电极二22与电极五25之间分别设置有环形的电极三23和电极四24，电极三23和电极四24用于指示束晕强度，束流位置监测器2属于接触式测量，一直置于束流中；
束流流强监测器3为一种空气电离室，电离室内五个5微米厚的钛金属薄片等间距排列，间距为2.5mm，五个钛金属薄片上分别设置有电极六31、电极七32、电极八33、电极九34和电极十35，中央电极六31、电极七32和电极八33连接2000V高电压产生电场，电极九34和电极十35用于读取束流流强信号，束流流强监测器3属于接触式测量，一直置于束流中；
准直器4位于束流位置监测器2和束流流强监测器3之间，材料为黄铜，孔径为30mm，偏离束流中心轨道区域的束流将被准直器铜块阻挡吸收，实现束斑大小控制；
质子治疗装置束流诊断系统位于质子治疗系统治疗室前端，工作在空气环境中。
束流轮廓监测器1属于阻断式测量，考虑到对束流的吸收和散射，不会一直置于束流中。采用气动装置实现运动功能，完成检测后，退出束流。
束流轮廓监测器1气动装置包括电磁阀、气缸和限位开关，保证平稳、可靠和准确定位，考虑到测量过程中，高能质子束流将引起束流轮廓监测器发热，束流轮廓监测器在束流中时间应尽可能短，并做好散热。
相对于现有技术中，单独对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹位置、发射度进行测量，每进行一项测量均需要对测量设备进行摆放、安装、校准的技术方案而言，本发明的束流诊断系统是一体化的，可同时读取三种束流监测器的返回信号，实时对质子束流的流强、截面尺寸和形状、质心轨迹、发射度进行测量，具有测量过程简单、操作方便、实时性高等特点。此外，该系统可检测束晕信息，提供包含束晕在内的整个束流尺寸，避免粒子对真空管壁碰撞，减小束流损失。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种质子治疗装置束流诊断系统，其特征在于：包括束流轮廓监测器（1）、束流位置监测器（2）、束流流强监测器（3）和准直器（4），所述束流轮廓监测器（1）、束流位置监测器（2）、准直器（4）和束流流强监测器（3）沿质子传输方向，依次放置；
所述束流轮廓监测器（1）用于对束流截面尺寸和形状、束流发射度进行检测；
所述束流位置监测器（2）用于对束流横截面位置进行检测，得到束流质心轨迹位置，判断束流轨道畸变情况，同时检测束晕信息；
所述准直器（4）控制束流发射度，限制束斑最大直径；
所述束流流强监测器（3）对束流流强进行精确检测；
所述束流轮廓监测器（1）包括多丝电离室，多丝电离室内充有空气，多丝电离室内部的左侧设置有金属化陶瓷板一（11），多丝电离室内部的右侧设置有金属化陶瓷板二（13），金属化陶瓷板一（11）和金属化陶瓷板二（13）均连接600V高电压产生电场，中央处设置有金属化陶瓷板三（12），且金属化陶瓷板三（12）两侧刻有水平和垂直的条形电极，用于读取束流轮廓信息，金属化 陶瓷板一（11）、金属化陶瓷板二（13）和金属化陶瓷板三（12）等间距排列，间距为4mm；
所述束流位置监测器（2）为空气电离室，束流位置监测器（2）内部的左侧边缘处设置有环形电极一（21），束流位置监测器（2）内部的右侧边缘处设置有电极二（22），电极一（21）和电极二（22）连接2000V高电压产生电场，中央设置有环形的电极五25，电极五（25）读取束流位置信号，电极一（21）与电极五（25）之间设置有环形的电极三（23），电极二（22）与电极五（25）之间设置有环形的电极四（24），电极三（23）和电极四（24）用于指示束晕强度，束流位置监测器（2）属于接触式测量，一直置于束流中；
所述束流流强监测器（3）为空气电离室，束流流强监测器（3）内部设置的五个5微米厚的钛金属薄片等间距排列，间距为2.5mm，最左侧的钛金属薄片上设置有电极六（31），最右侧的钛金属薄片上设置有电极七（32），中央位置的钛金属薄片上设置有电极八（33），所述电极六（31）与电极八（33）之间的钛金属薄片上设置有电极九（34），所述电极七（32）与电极八（33）之间的钛金属薄片上设置有电极十（35），电极六（31）、电极七（32）和电极八（33）连接2000V高电压产生电场，电极九（34）和电极十（35）用于读取束流流强信号，所述束流流强监测器（3）属于接触式测量，一直置于束流中；
所述准直器（4）位于束流位置监测器（2）和束流流强监测器（3）之间，材料为黄铜，孔径为30mm，偏离束流中心轨道区域的束流将被准直器铜块阻挡吸收，实现束斑大小控制；
所述束流轮廓监测器（1）属于阻断式测量，采用气动装置实现运动功能，完成检测后，退出束流；
所述束流轮廓监测器（1）气动装置包括电磁阀、气缸和限位开关。
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