非对称双模式电离系统和方法与流程

非对称双模式电离系统和方法


背景技术：

1.放疗(rt，radiation therapy)利用电离辐射来控制或杀死肿瘤，或防止肿瘤在其他医疗程序后复发。在癌性肿瘤中，电离辐射可以破坏癌性组织的dna，引起细胞死亡。常见类型的放疗包括放射治疗(radiotherapy)和放射外科。放射治疗通常以相对较小的剂量递送，每周五天，持续四到六周。放射外科通常在一到五次治疗中以相对较大的剂量递送。治疗的次数和频率通常称为分割方案。常规的放疗模态通常递送0.6-180厘戈瑞/秒(cgy/sec)的剂量速率。一种新兴的放射治疗模态，称为闪光，通常在一次治疗中以40-120gy/sec的高剂量速率历时几秒或更短的时间递送。
2.现在参考图1，示出了示例性放疗系统。放疗系统100可以包括粒子源和加速器或能量源110(以下称为粒子或能量源)、射束传输系统120、射束施加器130、电离室测量系统140和患者定位系统150。放疗系统100通常还包括许多其他部件，例如真空部件、电源部件、冷却部件、机械支撑部件、机架部件等，这些部件对于理解本技术的相应方面不是必要的，并且因此本文不再赘述。
3.在一种实施方式中，粒子或能量源110可以包括质子、电子或其他粒子源和粒子加速器以加速质子、电子或其他粒子流。在另一实施方式中，粒子或能量源110可以包括光子、x射线、伽马射线或其他能量源以产生光子、x射线、伽马射线或其他能量流。粒子或能量流可以从粒子或能量源110输出到射束传输系统120上。在一种实施方式中，射束传输系统120可以包括各种弯曲磁体、聚焦磁体等，以沿着射束传输系统120引导粒子。在一种实施方式中，射束施加器130可以被配置为扫描目标区域内的粒子流以将特定量的剂量递送到目标内的特定区域。在另一实施方式中，射束施加器130可以是多叶准直器，被配置为扫描目标区域内的能量流。在其他实施方式中，射束施加器130可以是用于将粒子或能量流引导到目标区域的任何其他设备。电离室测量系统140可以被配置为测量在粒子流被引导到患者的目标区域之前粒子流的辐射速率、通量、射束注量等。患者定位系统150可以包括在一个或多个方向上移动以定位患者的桌、椅等。
4.在一种实施方式中，电离室测量系统140根据在粒子流穿过室时由入射辐射产生的离子对(例如，电子和带正电原子)的数量来测量电荷。在常规技术中，电离室可以包括两个电极、在两个电极之间施加高压电势的高压源以及测量在粒子流的电离辐射穿过室中的气体时由离子对产生的电流的电路。常规技术的电离室被校准以基于针对具有给定范围的速率、通量、注量等的粒子流的测量电流来指示辐射速率、通量、射束注量等。然而，放疗系统100现在被设计成针对具有显着不同范围的辐射速率、通量、射束注量等的不同治疗模态递送粒子或能量流。举例来说，放疗系统100可以用于第一治疗模态，例如常规放射治疗，递送0.6-180cgy/sec的剂量速率。放疗系统100还可以用于第二治疗模态，例如闪光放射治疗，递送40-120gy/sec的剂量速率。然而，实现两种非常不同的治疗模态目前需要交换电离室测量系统140。在交换之后，需要长校准过程。因此，在两种不同的治疗模态(例如常规放射治疗与闪光放射治疗)之间切换，需要使治疗室停止运行几个小时。因此，当在不同治疗模态之间切换时，需要提高放疗系统100的可用性。


技术实现要素：

5.可以通过参考以下描述和附图来最好地理解本技术，所述描述和附图用于图示针对非对称双模式电离系统的本技术的实施例。
6.在一个实施例中，电离室测量系统可以包括高压源、读出板、第一高压板、第二高压板、开关矩阵和离子电荷测量电路。高压源可以被配置为产生高压电势。第一高压板可以被设置为在第一高压板与读出板之间形成第一活动体积(active volume)。第二高压板可以被设置为在第二高压板与读出板之间形成第二活动体积。开关矩阵可以被配置为在第一模式期间将高压电势耦合到第一高压板，并且在第二模式期间将高压电势耦合到第二高压板。离子电荷测量电路可以被耦合到读出板。辐射流可以被配置为通过第一活动体积和第二活动体积。离子电荷测量电路可以被配置为在第一模式期间测量由穿过第一活动体积的辐射流产生的离子并且在第二模式期间测量由穿过第二活动体积的辐射流产生的离子。
7.在另一实施例中，双模式电离测量方法可以包括接收第一模式或第二模式的指示。在第一模式下，高压电势可以被耦合到电离室的第一高压板。第一高压板可以与读出板间隔第一间隙。当指示第一模式时，电离辐射可以穿过电离室的第一间隙。可以在第一模式下在读出板上测量由穿过第一间隙的电离辐射产生的离子电荷。在第二模式下，高压电势可以被耦合到电离室的第二高压板。第二高压板可以与读出板间隔第二间隙。当指示第二模式时，电离辐射可以穿过电离室的第二间隙。可以在第二模式下在读出板上测量由穿过第二间隙的电离辐射产生的离子电荷。电离辐射的辐射速率的测量结果可以根据测量的离子电荷和电离模式信号的状态而被确定。
8.提供本发明内容是为了以简化形式介绍概念的选择，这些概念还将在下面的详细描述中进行描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
9.本技术的实施例通过示例而非限制的方式在附图的图中图示并且其中相似的附图标记指代相似的元件并且其中：
10.图1示出了示例性粒子治疗系统。
11.图2a和图2b示出了根据本技术的方面的非对称双模式电离系统。
12.图3示出了根据本技术的方面的双模式电离测量方法。
具体实施方式
13.现在将详细参考本技术的实施例，其示例在附图中图示。虽然将结合这些实施例描述本技术，但是应理解，所述描述并不旨在将本技术限制于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖可以包括在如所附权利要求限定的本发明的范围内的替代、修改和等效物。进一步地，在本技术的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本技术的透彻理解。然而，应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本技术。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊本技术的方面。
14.下面的本技术的一些实施例根据例程、模块、逻辑块和对一个或多个电子设备内的数据的操作的其他符号表示来呈现。描述和表示是本领域技术人员用来最有效地将其工
作的实质传达给本领域其他技术人员的手段。例程、模块、逻辑块和/或类似物在本文中并且通常被认为是产生期望结果的过程或指令的自相容序列。这些过程是包括物理量的物理操作的过程。通常，尽管不是必须的，但这些物理操纵采取能够在电子设备中存储、传输、比较和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。为方便起见，并且参考常用用法，参考本技术的实施例，这些信号被称为数据、
15.然而，应记住，这些术语将被解释为引用物理操作和数量，并且仅仅是方便的标签，并且将根据本领域中常用的术语来进一步解释。除非从以下讨论中显而易见的另外明确说明，否则应理解，利用本技术的讨论，使用例如“接收”和/或类似术语的讨论是指电子设备，例如操作和转换数据的电子计算设备的动作和过程。数据被表示为电子设备的逻辑电路、寄存器、存储器和/或类似物内的物理(例如电子)量，并且被转换成类似地表示为电子设备内的物理量的其他数据。
16.在本技术中，析取词的使用旨在包括合取词。定冠词或不定冠词的使用不旨在指示基数。特别来说，对“所述”对象或“一”对象的引用意在还表示可能的多个这类对象中的一个对象。术语“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”等的使用指定了所述元件的存在，但并不排除一种或多种其他元件和/或其群组的存在或添加。还应理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这类元件不应受这些术语的限制。这些术语在本文中用于区分一个元件与另一元件。举例来说，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地第二元件可以被称为第一元件，而不脱离实施例的范围。还应理解，当一个元件被称为“耦合”到另一元件时，所述元件可以直接或间接地连接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”到另一元件时，不存在中间元件。还应理解，术语“和或”包括一个或多个相关元件中的任何和所有组合。还应理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被视为限制性的。
17.现在参考图2a和图2b，示出了根据本技术的方面的非对称双模式电离系统。非对称双模式电离系统可以包括高压源210、开关矩阵220、电离室230、第一高压板240、第二高压板250、读出板260和离子电荷测量电路270。非对称双模式电离系统可以被配置为在如图2a所示的第一模式下和如图2b所示的第二模式下使用。
18.电离室230可以被配置为使电离辐射穿过电离室230中的气体。电离辐射可以是但不限于质子流、电子流、光子流或其他类似辐射流。在一种实施方式中，电离室230对大气开放。在其他实施方式中，电离室230可以被密封并且填充有一种或多种特定气体，并且可以被保持在预定压力和温度下。在一种实施方式中，第一高压板240、第二高压板250和读出板260可以被容纳在电离室230的结构内。在另一实施方式中，第一高压板240、第二高压板250和读出板260可以包括电离室230本身。第一高压板240可以被设置为在第一高压板240与读出板250之间形成第一活动体积。第二高压板260可以被设置为在第二高压板260与读出板250之间形成第二活动体积。在一种实施方式中，读出板250可以被设置在第一高压板240与第二高压板250之间，其中第一高压板240与读出板250间隔第一预定间隙(间隙1)，并且第二高压板260与读出板250间隔第二预定间隙(间隙2)。第一预定间隙(间隙1)可以大于第二预定间隙(间隙2)。电离室230内的读出板260以及第一高压板240和第二高压板250的结构在本文中还被称为双堆叠双模式电离室。在一种实施方式中，第一高压板240、第二高压板250和读出板260可以是金属板。在另一实施方式中，第一高压板240、第二高压板250和读出
板260可以由设置在隔离基板上的导电层(包括但不限于聚酰亚胺层)形成。第一高压板240、第二高压板250和读出板260可以具有给定的尺寸和形状，包括但不限于圆形、正方形或矩形。在示例性实施方式中，第一高压板240和第二高压板250可以与读出板260间隔在0.1毫米(mm)到10厘米(cm)内的第一预定间隙和第二预定间隙(间隙1、间隙2)。在其他实施方式中，预定间隙可以小于0.1毫米(mm)或大于10厘米(cm)。
19.电离辐射280可以被配置为穿过第一活动体积和第二活动体积。举例来说，电离辐射280可以穿过第一高压板240、第一活动体积、读出板260、第二活动体积，并且随后穿过第二高压板250。针对较高辐射速率，与较低的辐射速率相比，将在给定的体积中产生更多的离子对(例如，气体放大)。因此，针对较低的辐射速率，第一活动体积或第一预定间隙(间隙2)可以更大，使得由较低辐射速率产生的离子对的数量在给定范围内。类似地，针对更高辐射速率，第二活动体积或第二预定间隙(间隙2)可以更小，使得由更高辐射速率产生的离子对的数量将在相同的给定范围内。
20.开关矩阵220可以被配置为在第一模式期间将高压电源210耦合到第一高压板240。在第二模式下，开关矩阵220可以被配置为在第二模式期间将高压电源210耦合到第二高压板250。举例来说，开关矩阵220可以包括第一开关，第一开关被配置为将来自高压电源210的高压电势在第一模式期间耦合到第一高压板240并在第二模式期间耦合到第二高压板250。开关矩阵220的第二开关可以在第二模式期间将地电势耦合到第一高压板240，并在第一模式期间将地电势耦合到第二高压板250。切换可以是自动的，并通过适当的电离模式控制信号290激活。在示例性实施方式中，在第一模式期间被施加到第一高压板240并且在第二模式期间被施加到第二高压板250的来自高压电源210的高压电势可以在相应第一模式和第二模式期间，在第一活动体积和第二活动体积中产生在100到1000伏特/毫米(v/mm)的范围内的电场强度。随着电离辐射280在相应第一模式和第二模式期间穿过第一活动体积或第二活动体积，离子对(例如，电子和带电粒子)在相应高压板240、250与读出板260之间的相应活动体积中产生。自由电子和带电粒子被加速朝向由相应板收集所在的相应高压板240、250和读出板。
21.在一种实施方式中，第一模式可以由第一辐射速率表征，并且第二模式可以由第二辐射速率表征，其中第二辐射速率比第一辐射速率大一个数量级或更大。在一种实施方式中，第一模式可以是常规放疗治疗模态，例如但不限于质子放射治疗。第二模式可以是第二放疗治疗模态，例如但不限于闪光质子放射治疗。第一活动体积或第一预定间隙可以基于第一模式下的电离辐射的辐射速率(例如，剂量速率)来确定，并且第二活动体积或第二预定间隙可以基于第二模式下的电离辐射的辐射速率(例如，剂量速率)来确定。
22.离子电荷测量电路270可以被耦合到读出板260，并且被配置为在第一模式期间测量由穿过第一活动体积的电离辐射280产生的离子，并且在第二模式期间测量由穿过第二活动体积的电离辐射280产生的离子。举例来说，在第一模式下，离子电荷测量电路270可以测量在读出板260与地之间产生的电流。在第二模式下，离子电荷测量电路270可以测量在读出板260与地之间产生的电流。在第一模式下，较低电离辐射速率(例如剂量速率)从给定体积中的气体放大产生相对较少数量的离子对。因此，在第一模式下的大活动体积中，对应于电离辐射速率产生离子对，并且由此产生的电流可以由离子电荷测量电路270测量。测量的电流可以被校准以指示第一模式下的电离辐射速率、射束通量、射束注量等。类似地，在
第二模式下的小活动体积中，对应于电离辐射产生离子对，并且可以通过离子电荷测量电路270测量所得电流。测量的电流可以被校准以指示第一模式和第二模式下的电离辐射速率、射束通量、射束注量等。举例来说，测量电流可以被关联以指示常规质子放射治疗和闪光质子放射治疗模态二者的剂量速率，而无需改变电离室230和/或离子电荷测量电路270。因此，校准可以被有利地执行一次或定期执行，而不是每次改变模式时执行，因为不需要对电离室230和/或离子电荷测量电路270进行改变。
23.现参考图3，示出了根据本技术的方面的双模式电离测量方法。双模式电离测量方法可以开始于在310中，接收第一模式或第二模式的指示。在一种实施方式中，可以接收指示第一放疗模式或第二放疗模式的电离模式控制信号。举例来说，电离模式控制信号可以指示常规质子放射治疗模态或闪光质子放射治疗模态。在另一示例中，电离模式控制信号可以指示常规电子放射治疗模态或闪光电子放射治疗模态。在又一示例中，电离模式控制信号可以指示常规光子放射治疗模态或闪光光子放射治疗模态。
24.在320中，当指示第一模式时，高压电势可以被耦合到第一高压板。在一种实施方式中，当电离模式控制信号指示第一放疗模式时，高压电势可以被耦合到电离室的第一高压板，其中第一高压板与读出板间隔第一间隙。在示例性实施方式中，高压电势可以跨第一间隙产生100v/mm至1000v/mm范围内的电场强度。在330中，当指示第一模式时，具有第一速率范围的电离辐射可以穿过电离室。举例来说，当电离模式控制信号指示常规质子放射治疗模态时，用于常规质子放射治疗模态的粒子流可以使0.6-180cgy/sec的质子辐射穿过电离室。在一种实施方式中，自由电子和离子由跨第一间隙的电离辐射产生。自由电子和带电粒子由相应第一高压板和读出板收集。在340中，当指示第一模式时，可以测量在第一高压板与读出板之间产生的离子电荷。在一种实施方式中，当在第一模式下，具有第一速率范围的电离辐射穿过电离室时，可以测量读出板与地之间的电流。
25.备选地，在350中，当指示第二模式时，高压电势可以被耦合到第二高压板。在一种实施方式中，当电离模式控制信号指示第二放疗模式时，高压电势可以被耦合到电离室的第二高压板，其中第二高压板与读出板间隔第二间隙。在示例性实施方式中，高压电势可以跨第二间隙产生100至1000v/mm范围内的电场强度。在360中，当指示第二模式时，具有第二速率范围的电离辐射可以穿过电离室。举例来说，当电离模式控制信号指示闪光质子放射治疗模态时，用于闪光质子放射治疗模态的粒子流可以使40-120gy/sec的质子辐射穿过电离室。在一种实施方式中，自由电子和带电粒子由穿过第二间隙的电离辐射产生。自由电子和带电粒子由相应第二高压板和读出板收集。在370中，当指示第二模式时，可以测量在第二高压板与读出板之间产生的离子电荷。在一种实施方式中，当在第二模式下，具有第二速率范围的电离辐射穿过电离室时，可以测量读出板与地之间的电流。
26.在380中，可以输出根据测量的离子电荷和对应第一模式或第二模式确定的电离辐射的速率、通量密度、射束注量等的测量结果。在一种实施方式中，用于给定模式的测量电流可以被校准以指示电离辐射速率、通量密度、射束注量等。因此，测量电流例如可以被关联以指示针对常规质子放射治疗和闪光质子放射治疗模态两者的剂量速率，而无需在每次模式改变时进行改变。
27.再次参考图1，双模式电离室测量系统200和方法300可以用在放疗系统100的电离室测量系统150中。举例来说，双模式电离室测量系统200可用于测量放疗系统100的质子、
电子或光子辐射流的剂量速率等，放疗系统100可在常规放射治疗模态与闪光放射治疗模态之间切换，而无需在每次切换模态后重新校准。
28.粒子或能量治疗系统只是根据本技术的方面的双模式电离室测量系统中的一种可能应用。其他可能的应用可以包括核磁共振(nmr)、磁共振成像(mri)、用于高能物理(hep)研究的加速器磁体和核聚变系统。根据本技术的方面的双模式电离室测量系统还可以用于其中需要具有测量具有显着不同范围的辐射速率、通量、射束注量等的粒子或能量流的任何其他设备和方法。
29.出于图示和描述的目的，已经呈现了本技术的特定实施例的前述描述。所述描述并不旨在是全面的或将本技术限制为所公开的精确形式，并且显然根据以上教导可以进行许多修改和变化。实施例被选择并描述以最好地解释本技术的原理及其实际应用，以从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本技术和具有各种修改的各种实施例适合于本预期的特定用途。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等效物限定。