一种医用加速器、剂量监测系统及其剂量监测方法与流程

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、剂量监测系统及剂量监测方法。

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。

技术实现要素：

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系统和监测方法。

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。

本发明还提供一种剂量监测系统，包括电阻、电压计、导线和数据处理系统，刮束器、所述电阻、地三者通过所述导线依次连接，所述电压计用于测试所述电阻的两端的电压值；所述数据处理系统将所述电压值进行处理从而得到电子束的剂量。

优选地，所述电阻的电阻值为50ω-2000ω。

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：第一电子束在所述刮束器、导线之间定向移动，产生电流；

s2：电压计测试电阻两端的电压值u；

s3：数据处理系统对所述电压值u数据进行进一步处理，得到通过所述束流针出口端的第二电子束的剂量h。

优选地，s3步骤中所述第二电子束的剂量率h与所述电压值u存在线性数值关系：h＝ku。

优选地，所述k值的确定步骤如下：

p1：第一电子束在所述刮束器、所述导线之间定向移动，产生电流；第二电子束通过所述束流针；

p2：所述电压计测试所述电阻两端的电压值u1；标准剂量计测试所述束流针出口端的剂量h1；

p3：重复步骤p1-p2，得到一系列电压值u(u2,u3,u4,ui，┉)和所述第二电子束的剂量率h(h2,h3,h4,hi，┉)；

p4：将所述电压值u(u1,u2,u3,u4,ui，┉)和所述第二电子束的剂量率h(h1,h2,h3,h4,hi，┉)取平均值得到平均电压值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.第一电子束在刮束器、导线之间定向移动，产生电流，对电阻两端的电压同步测试，通过测试电压值获得第二电子束的剂量率，方法新颖；

2.通过对电阻进行电压同步测试，经过数据处理系统处理，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。

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为使用图2的剂量监测系统进行剂量监测方法的步骤图；

图7为一实施例中确定k值时剂量检测系统的布置示意图；

图8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-电阻、15-电压计、16-数据处理系统、17-标准剂量计。

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”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”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10；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10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10依次连接，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。

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。

本发明还提供一种剂量监测系统，请参照图2，包括电阻14、电压计15、导线和数据处理系统16，刮束器8、所述电阻14、地三者通过所述导线依次连接，所述电压计15用于测试所述电阻14的两端的电压值；所述数据处理系统16将所述电压值进行处理从而得到电子束的剂量。

优选地，所述电阻14的电阻值为50ω-2000ω。

具体的，导线直接连接在刮束器上，比如，将导线一头缠绕在刮束器上任一部位，或将导线焊接在刮束器上任一部位。可以理解的是，本实施例并不局限以上连接方式，只要能将刮束器上的电流传输到导线的方式都可以。

本发明通过第一电子束在所述刮束器8、所述导线之间定向移动，产生电流，对电阻14两端的电压同步测试，通过测试电压值获得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的剂量。

本发明还提供一种测量上述任一技术方案的医用加速器1的剂量监测方法，请参看图6，包括以下步骤：

s1：第一电子束在所述刮束器8、导线之间定向移动，产生电流；

s2：电压计15测试电阻14两端的电压值u；

s3：数据处理系统16对所述电压值u数据进行进一步处理，得到通过所述束流针10的出口端的第二电子束的剂量h。

进一步，s3步骤中所述第二电子束的剂量率h与所述电压值u存在线性数值关系：h＝ku。

剂量监测方法用于在治疗过程中，通过监测第一电子束，而间接获得用于治疗的第二电子束的剂量。

图7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8，所述k值的确定步骤如下：

p1：第一电子束在所述刮束器8、所述导线之间定向移动，产生电流；第二电子束通过所述束流针10；

p2：所述电压计15测试所述电阻14两端的电压值u1；标准剂量计17测试所述束流针10出口端的剂量h1；

p3：重复步骤p1-p2，得到一系列电压值u(u2,u3,u4,ui，┉)和所述第二电子束的剂量率h(h2,h3,h4,hi，┉)；

p4：将所述电压值u(u1,u2,u3,u4,ui，┉)和所述第二电子束的剂量率h(h1,h2,h3,h4,hi，┉)取平均值得到平均电压值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电压值u与第二电子束的剂量率h之间的数学关系，需要在治疗前进行。

具体的，本实施例的标准剂量计17优选自德国ptw公司生产的unidose剂量计。unidose剂量计能够测试束流针10出口处的信号，直接获得第二电子束的剂量。

标准剂量计17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。

为了减少剂量测试结果误差，标准剂量计17与束流针10的出口端的距离相等，并保持恒定。

本发明通过部分电子束在刮束器8、导线之间定向移动，产生电流，对电阻14两端的电压同步测试，通过测试电压值获得电子束的剂量率，不影响治疗过程，能实现在线监测电子束的剂量，提高治疗的便捷性和准确性。

实施例1

治疗前，按照上述步骤p1-p4进行操作，电阻的电阻值为50ω，得到测试数据见表1。

表1治疗前u和h的测试结果表

通过对u和h的测试结果进行处理，求得k＝1.597。

实施例2

在治疗过程中，按照步骤s1-s3进行剂量监测，电压u测试值和第二电子束的剂量率h计算值见表2。

表2治疗过程中u和h的测试结果表

本实施例通过对第一电子束进行电压监测，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在刮束器、导线之间定向移动，产生电流，对电阻两端的电压同步测试，通过测试电压值获得电子束的剂量率，不影响治疗过程，能实现在线监测第二电子束的剂量，提高治疗的便捷性和准确性。

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。