CN114404820A - 一种多通道电离室及医用直线加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通道电离室及医用直线加速器，该多通道电离室包括外壳以及由外壳限定出的气室腔体；气室腔体内设有高压极和收集极组成的收集单元；收集极包括至少一个第一收集部、与至少一个第一收集部分离设置的多个第二收集部；多个第二收集部与至少一个第一收集部沿第一方向并列设置，多个第二收集部包括设置于至少一个第一收集部一侧的第一数量的第二收集部和设置于至少一个第一收集部另一侧的第二数量的第二收集部。本发明记载的多通道电离室，通过将收集极设置为包括第一收集部和第二收集部的多个分区实现对放射信号的采集，可以显著提高射野的有效探测区域。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是一种多通道电离室及医用直线加速器。
背景技术
医用直线加速器是产生并使用辐射束(X射线或电子线)进行肿瘤放射治疗的设备。在医用直线加速器中，辐射束可以经过各类准直系统进行适形，使其截面形状上与肿瘤组织形状匹配，这样不仅可以使周围健康组织的副作用降至最低程度，还能提高放射治疗的效率。在当前精准放射治疗中，临床靶区的三维剂量分布的准确性是至关重要的，电离室作为监测和控制加速器输出剂量的核心部件尤为关键。
传统的电离室中收集极外轮廓通常为圆形，这是为了配合射线经过准直器后形成的圆形照射野。随着技术的更新迭代，传统的电离室已经不能很好的与准直器进行匹配，从而在进行放射时无法有效监测放射剂量，降低放射效率。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多通道电离室及医用直线加速器。
根据本发明的第一方面，提供了一种多通道电离室，所述多通道电离室包括外壳以及由所述外壳限定出的气室腔体；
所述气室腔体内设有高压极和收集极组成的收集单元；
所述收集极包括至少一个第一收集部、与所述至少一个第一收集部分离设置的多个第二收集部；
多个所述第二收集部与所述至少一个第一收集部沿第一方向并列设置，多个所述第二收集部包括设置于所述至少一个第一收集部一侧的第一数量的第二收集部和设置于所述至少一个第一收集部另一侧的第二数量的第二收集部。
可选地，所述第一收集部和/或所述第二收集部的整体外轮廓形状与准直器射野相对应。
可选地，所述至少一个第一收集部具有垂直于所述第一方向的第一对称中心线和平行于所述第一方向的第二对称中心线。
可选地，所述第一收集部的数量为多个，多个所述第一收集部沿第二方向排列，所述第二方向垂直于所述第一方向。
可选地，所述第一数量的第二收集部与所述第二数量的第二收集部以所述第一对称中心线镜像设置。
可选地，所述第一数量的第二收集极和所述第二数量的第二收集极分别以所述第二对称中心线镜像设置。
可选地，所述第一数量和所述第二数量均为多个，所述第一数量的第二收集部在所述第一方向上的宽度沿远离所述至少一个第一收集部的方向依次减小，所述第二数量的第二收集部在所述第一方向上的宽度沿着远离所述至少一个第一收集部的方向依次减小。
可选地，所述第二收集部在第二方向上的宽度相同，且大于或等于所述至少一个第一收集部在第二方向上的宽度，所述第一方向与所述第二方向垂直。
可选地，还包括隔离部，所述隔离部包括用于间隔所述第一收集部和所述第二收集部的间隔结构和设置于所述间隔结构周向上的环形结构，各所述第一收集部对应设置有第一连接端，各所述第二收集部对应设置有第二连接端，所述环形结构设有供所述第一连接端和所述第二连接端径向穿过的缺口；
所述环形结构和所述间隔结构电导通。
根据本发明的第二方面，还提供了一种医用直线加速器，包括第一方面中任一项所述的多通道电离室。
本发明提供了一种多通道电离室及医用直线加速器，本发明提供的多通道电离室中，通过将收集极分为第一收集部、第二收集部以及用于隔离的隔离部，可匹配最新型加速器出现的不同形状的准直器，通过将第一收集部和第二收集部并列设置，从而更好地与准直器对应的射野形状匹配，提高射野的有效探测区域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了电离室气室内基本结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的多通道电离室结构示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的多通道电离室中收集极示意图；
图4示出了根据本发明另一实施例的多通道电离室中收集极示意图；
图5示出了根据本发明又一实施例的多通道电离室中收集极示意图；
其中，100-外壳，200-气室腔体，210-高压极，220-收集极，221-第一收集部，222-第二收集部，223-隔离部，224-环形结构，225-第一连接端，226-第二连接端，227-缺口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
电离室是一种探测电离辐射的气体探测器，基本结构如图1所示，电离室有两个平行放置的极板，分别为A、B，两个极板之间的距离为d；两个极板相互绝缘分别与高压和大地连接，A、B两极间加高压形成匀强电场，极板间充入一定气压的工作气体(空气或者惰性气体)，当有X射线或者电子线照射电离室时，射线先与气室壁作用，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，次级电子进入气室内使工作气体电离成自由电子和正离子，在电场作用下分别向收集极B和高压极A移动，在极片上产生持续的电流脉冲信号，将信号输出到加速器设备控制单元可以实时监测射束强度，对称性等指标。
本发明实施例提供了一种多通道电离室，参见图2可知，本实施例的多通道电离室包括外壳100以及由外壳100限定出的气室腔体200。其中，外壳100用于保护与固定气室腔体200的结构，与医用直线加速器的治疗头等部件进行匹配安装。气室腔体200可以为密闭式，也可以为开放式，气室腔体200内的工作气体可以为空气或惰性气体。
气室腔体200内设有高压极210和收集极220组成的收集单元，以在气室腔体200内形成稳定的匀强电场，气室腔体200内设置的收集单元的数量可以为一个，也可以为多个。气室腔体200内设置的收集极220接地，高压极210连接负高压。另外，气室腔体200内还可以设有绝缘子，与外壳100绝缘，用于引出收集极220和高压极210产生的电信号。
结合图2～图4可知，收集极220可以包括至少一个第一收集部221、与至少一个第一收集部221分离设置的多个第二收集部222。多个第二收集部222与至少一个第一收集部221沿第一方向并列设置，第一收集部221和第二收集部222并列设置的方向可以具体应用场景进行设定。在本实施例中，多个第二收集部222包括设置于至少一个第一收集部221一侧的第一数量的第二收集部222和设置于至少一个第一收集部221另一侧的第二数量的第二收集部222。也就是说，本实施例中收集极220中的多个第二收集部222可以设置在第一收集部221的相对侧，设置在第一收集部221两侧的第一数量的第二收集部222和第二数量的第二收集部222可以相同也可以不同，也就是说，第一数量和第二数量可以相等也可以不相等，具体可以根据气室腔体200的布局进行设置。本实施例的多通道电离室，通过设置第一收集部221和第二收集部222均作为收集极220的分区以实现对放射信号的采集，可以显著提高射野的有效探测区域。
可选地，第一收集部221和第二收集部222的整体外轮廓形状与准直器射野相对应。另外，高压极210的外轮廓形状可以和收集极220的外轮廓形状相同，具体可以和第一收集部221或第二收集部222的外轮廓相同，从而更好地与准直器射野形状匹配。
本实施例中，高压极210和收集极220的垂直距离为毫米量级，两极间加高压形成均匀的电场，一般收集极220接地，高压极210接入负高压，当射线穿过气室腔体200时，次级电子使气体分子电离形成电子-正离子对在电场的作用下向两极板漂移，电场强度使电离室工作在饱和区，在饱和区内没有二次电离的存在，电离产生的总电荷大小与束流强度成正比。信号经由绝缘子被后端的RC电路收集，经过放大后输出给剂量监测固件单元处理。收集极220根据剂量监测的需求可以分成许多分区，在本实施例中，每个收集部可对应一个分区，每个分区独立输出剂量信号，对分区信号进行各种组合可以对剂量信号的剂量率，对称性等性质进行实时反馈。
本发明实施例提供的多通道电离室，通过对收集极220进行分区以及布局，并将收集极220的外轮廓的形状与医用直线加速器的不同形状的准直器对应的射野形状匹配，可有效提升准直器对应射野的有效探测区域，从而对医用直线加速器工作时所形成的放射线束对应的剂量信号进行有效监测，准确确定放射剂量，进而提升放射质量及效率。
图3示出了本发明一实施例的收集极220示意图，图3所示的收集极220包括收集部O、收集部A和收集部B，即，图3所示的收集极220包括一个第一收集部221和两个第二收集部222，其中，收集部O作为第一收集部221，收集部A和收集部B作为第二收集部222。收集部A和收集部B可以设置于收集部O的两侧，且基于收集部O相对设置，且收集部A、收集部O和收集部B的外轮廓形状可以根据实际需要设计成不同的形状。例如，对于方锥形状的准直器所产生的方形照射野，收集部A、收集部O和收集部B可针对性地设计成为方形轮廓，以提升准直器射野的有效探测区域。本实施例中的第二收集部222可以为偶数个，如图3所示的1对、两对或者以上，例如3对，4对等。第二收集部222为偶数个时，可以在第一收集部221相对的两侧平均设置。
本实施例中，至少一个第一收集部221具有垂直于第一方向的第一对称中心线和平行于第一方向的第二对称中心线。可选地，第一收集部221的数量可以为多个，多个第一收集部221沿第二方向排列，第二方向垂直于第一方向。举例来讲，第一方向可以为水平方向，第一收集部221的第一对称中心线可以为垂直方向上的对称中心线；第二方向为与第一方向垂直的方向，即垂直方向，第二对称中心线可以为水平方向上的对称中心线，多个第一收集部221可以沿垂直方向排列，多个第二收集部222沿水平方向排列。如图4所示，设定第一方向为水平方向，第二方向为垂直方向，第一收集部221包括收集部O1、收集部O2两个部分(也可以是大于2的N个部分)，收集部O1、收集部O2沿垂直方向排列。
可选地，第一数量的第二收集部222与第二数量的第二收集部222以第一对称中心线镜像设置。图4所示的收集极220示意图在图3所示收集部A和收集部B的基础上，再在收集部A和收集部B的两侧增加一对(也可以是大于2的N对)收集部C和收集部D，收集部A、收集部B、收集部C和收集部D沿水平方向排列设置。
进一步地，第一数量的第二收集极220和第二数量的第二收集极220分别以第二对称中心线镜像设置。可以理解为，第二收集部222可以为偶数个，且分布于第一收集部221两侧。第一收集部221可以设置于收集极220中部，偶数个的第二收集部222可位于第一收集部221的左右两侧，与第一收集部221并列设置。实际应用中，第二收集部222可成对增加，且以第一收集部221为中心，以在第一收集部221的两个对称分布，进而可以更加方便地对信号进行对称性的监测。在图3所示的示意图中，各收集部均为矩形且相互分离。本实施例提供的多通道电离室，在分区排布上可不同于以往的环绕式设计，可将各收集部并列排布，剂量信号输出质量更高，监测灵敏度更高。
继续参见图4可知，第一数量和第二数量均为多个，第一数量的第二收集部222在第一方向上的宽度沿远离至少一个第一收集部221的方向依次减小，第二数量的第二收集部222在第一方向上的宽度沿着远离至少一个第一收集部221的方向依次减小。第二收集部222在第二方向上的宽度相同，且大于或等于至少一个第一收集部221在第二方向上的宽度。
也就是说，第一收集部221和第二收集部222的数量均为多个，各第二收集部222在图4所示水平方向上的宽度沿远离第一收集部221的方向上依次递减，以图4所示为例，设定第一方向为水平方向，第二方向为垂直方向，收集部C和收集部D在图4所示水平方向上的宽度小于收集部A和收集部B的宽度，收集部C和收集部D在图4所示垂直方向上的宽度大于或等于收集部A和收集部B的宽度。其中，收集部O1和收集部O2准备图4所示水平方向或垂直方向上的宽度可以相等且均小于收集部A和收集部B，具体地，收集部O1和收集部O2均小于收集部A、收集部B、收集部C和收集部D的二分之一的大小，本实施例通过设置处于不同位置的收集部的尺寸，并保持隔离和保护环的设计，这样更加方便地对称性等参数的监测。
本实施例中，收集极220和高压极210的极片采用的材料为FR-4环氧玻璃纤维，材料耐腐蚀，可以提高电离室的使用寿命和监测精度。该材料的原子序数较低可以减少对射线造成的衰减。可选地，收集极220和高压极210的极片还可以采用抗辐射材料制备，抗辐射材料具有高耗散因数，使其吸收的辐射能量少。抗辐射材料包括但不限于聚酰亚胺，聚醚醚酮，聚丙烯，聚醚酰亚胺或聚乙烯等。
本实施例中的外壳100可进一步由本体和盖板组成，其中，本体限定出气室腔体200，而盖板与本体连接，用于封闭气室腔体200。实际应用中，由于监测气室可能暴露在强磁场中，因此可以使用非磁性材料作为本体或盖板的加工材料，如316不锈钢等，其中添加的钼金属元素改善高温的耐受性和耐酸性，另外其有较好的焊接和成型特性。为了保证信号的精度，气室腔体200内设置的绝缘子采用可靠性高的绝缘子，如陶瓷等，以使得绝缘子绝缘阻抗较高，稳定性优于玻璃绝缘体，可以使信号引线与室本体绝缘基本避免了电荷的损失。由陶瓷形成的绝缘子，可以先将陶瓷组件通过钎焊到科瓦合金上，再将科瓦合金通过如氩弧焊的方式整体焊接到外壳100的本体上并接入气室腔体200中，采用上述方式提高焊接的成功率，科瓦合金具有优良的焊接属性，如低熔点等，可以以很大强度与外壳100及陶瓷组件接合在一起。为保证气室密封采用可靠的焊接工艺将室本体和盖整体焊接在一起，保证气室极低的漏率，从而使气室气压保持长时间的稳定性，进一步提高监测信号质量。
在本发明可选实施例中，如图2～5所示，多通道电离室还可以包括隔离部223，隔离部223包括用于间隔第一收集部221和第二收集部222的间隔结构(未在图中示出)和设置于间隔结构周向上的环形结构224。环形结构224为第一收集部221和第二收集部222的外圈结构，其环绕第一收集部221和第二收集部222设置；间隔结构设置于任意相邻的第一收集部221和第二收集部222之间，或任意相邻的两个第二收集部222之间。其中，环形结构224和间隔结构电导通。
各第一收集部221对应设置有第一连接端225，各第二收集部222对应设置有第二连接端226，环形结构224设有供第一连接端225和第二连接端226径向穿过的缺口227。
换言之，本实施例中的隔离部223可以分为两个部分，其中一部分为环绕设置在第二收集部222周围，另外一部分设置在相邻的第一收集部221和第二收集部222之间，或者是两个相邻的第二收集部222之间，进而起到隔离保护的作用。其中，两个部分的隔离部223进行电连接，实现电导通。本实施例中，收集极220中的各个第一收集部221和第二收集部222均可以为矩形且相互分离设置，并且，各个收集部有对应的连接端将各自的信号引出，而环形结构224的缺口处引出，可以保证信号采集的准确性。
实际应用中，除上述介绍的之外，本实施例中的多通道电离室还可以设置有供电装置等等组件，此处不多做赘述。
本实施例提供了一种多通道电离室，通过将收集极220分为第一收集部221、第二收集部222以及用于隔离的隔离部223，针对不同形状的准直器设计不同外轮廓的收集极及对应布局，从而更好地与准直器对应的射野形状匹配，另外，还可以将收集极220各个分区进行并列排布，提高射野的有效探测区域，从而可以准确探测X射线的放射剂量，使得剂量信号输出质量更高，监测灵敏度也更高，且更加能够有效控制放射效率。
本发明实施例还提供了一种医用直线加速器，包括上述实施例所述的多通道电离室。当然，医用直线加速器中，除上述介绍的多通道电离室之外，还可以设置有治疗头，加速管，磁控管/速调管，准直器，定位系统，治疗床，控制系统，调制器，水冷机组等部件。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多通道电离室，其特征在于，所述多通道电离室包括外壳以及由所述外壳限定出的气室腔体；
所述气室腔体内设有高压极和收集极组成的收集单元；
所述收集极包括至少一个第一收集部、与所述至少一个第一收集部分离设置的多个第二收集部；
多个所述第二收集部与所述至少一个第一收集部沿第一方向并列设置，多个所述第二收集部包括设置于所述至少一个第一收集部一侧的第一数量的第二收集部和设置于所述至少一个第一收集部另一侧的第二数量的第二收集部。
2.根据权利要求1所述的多通道电离室，其特征在于，所述第一收集部和所述第二收集部的整体外轮廓形状与准直器射野相对应。
3.根据权利要求1所述的多通道电离室，其特征在于，所述至少一个第一收集部具有垂直于所述第一方向的第一对称中心线和平行于所述第一方向的第二对称中心线。
4.根据权利要求3所述的多通道电离室，其特征在于，所述第一收集部的数量为多个，多个所述第一收集部沿第二方向排列，所述第二方向垂直于所述第一方向。
5.根据权利要求3所述的多通道电离室，其特征在于，所述第一数量的第二收集部与所述第二数量的第二收集部以所述第一对称中心线镜像设置。
6.根据权利要求3所述的多通道电离室，其特征在于，所述第一数量的第二收集极和所述第二数量的第二收集极分别以所述第二对称中心线镜像设置。
7.根据权利要求2所述的多通道电离室，其特征在于，所述第一数量和所述第二数量均为多个，所述第一数量的第二收集部在所述第一方向上的宽度沿远离所述至少一个第一收集部的方向依次减小，所述第二数量的第二收集部在所述第一方向上的宽度沿着远离所述至少一个第一收集部的方向依次减小。
8.根据权利要求2所述的多通道电离室，其特征在于，所述第二收集部在第二方向上的宽度相同，且大于或等于所述至少一个第一收集部在第二方向上的宽度，所述第一方向与所述第二方向垂直。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的多通道电离室，其特征在于，还包括隔离部，所述隔离部包括用于间隔所述第一收集部和所述第二收集部的间隔结构和设置于所述间隔结构周向上的环形结构，各所述第一收集部对应设置有第一连接端，各所述第二收集部对应设置有第二连接端，所述环形结构设有供所述第一连接端和所述第二连接端径向穿过的缺口；
所述环形结构和所述间隔结构电导通。
10.一种医用直线加速器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的多通道电离室。
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| CN202111600257.7A CN114404820A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种多通道电离室及医用直线加速器 |
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2021
- 2021-12-24 CN CN202111600257.7A patent/CN114404820A/zh active Pending
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