專利名稱：重離子束流橫向劑量分布測量探測器及其二維成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重離子束(包括質(zhì)子束)在治療腫瘤中對計量的檢測領(lǐng)域，尤其涉及 到重離子束流橫向劑量分布測量探測器的結(jié)構(gòu)和使用方法及其重離子束流橫向劑量分布 測量探測器的二維成像方法。
背景技術(shù)：
重離子束治療腫瘤技術(shù)是一種新的癌癥治療手段。其用于放射治療既有生物學(xué)優(yōu) 勢，又有劑量分布優(yōu)勢Bragg峰(離子能量大部分沉積在射程的末端)，能實(shí)現(xiàn)在臨床照射 治療中高精度(毫米量級)，高療效和高安全性。用于臨床治療的重離子束在照射前必須 經(jīng)過掃描磁鐵，將原先橫向?qū)挾刃∮贗Omm的束流光斑掃描成橫向面積大于腫瘤剖面的照 射野。通過改變掃描磁鐵的磁場，可以改變束流光斑的照射位置，實(shí)際應(yīng)用中通過掃描磁鐵 磁場的快速改變，實(shí)現(xiàn)在一定時間內(nèi)對一定橫向照射面的均勻照射。實(shí)際重離子臨床照射 過程中，要求掃描后的束流在腫瘤靶區(qū)的照射野范圍內(nèi)形成一個橫向劑量分布均勻性好于 95%的照射面。因此在臨床治療中必需對束流橫向均勻性進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，是保證重離子臨 床治療安全性和準(zhǔn)確性的重要措施。目前用于束流剖面均勻性測量的有膠片法，半導(dǎo)體矩陣掃描法和電離室掃描法。 傳統(tǒng)的膠片法存在耗時多，質(zhì)控復(fù)雜等缺點(diǎn)。最重要的是由于等效厚度的限制，膠片法和半 導(dǎo)體矩陣掃描法一樣，都不能用于束流均勻性的在束實(shí)時監(jiān)測。電離室掃描方法是目前比 較廣泛采用的測量手段，其結(jié)果符合IAEA標(biāo)準(zhǔn)。但目前廣泛采用的電離室二維矩陣，如PTW 公司的SeVen29TM 二維電離室矩陣，同樣無法實(shí)現(xiàn)在束監(jiān)測，且位置分辨較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器及其 二維成像方法。還提供一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的使用方法。該束流橫向劑量分布測量探測器利用信號極上的位置分條得到該位置條上的入 射粒子信息，兩個互相垂直的信號極分別得到X、Y方向上的束流劑量分布信息，通過相應(yīng) 的計算，最終得到入射粒子的二維橫向劑量分布。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種重離子束流橫向劑量分布測量 探測器，其主要特點(diǎn)是包括氣體密封腔(1)，其內(nèi)設(shè)有電離室內(nèi)芯(2)，與電離室內(nèi)芯(2)電 連接的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)；所述的氣體密封腔(1)由主體框架(1-1)和入射窗(1-2)、出 射窗(1-3)組成；所述的電離室內(nèi)芯(2)由兩組電離室單元組成，每個單元電離室均由信號 極(2-1)、絕緣墊板(2-2)和高壓極(2-3)組成；所述的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)的一端設(shè)有接 觸端(3-3)插入氣體密封腔(1)的密封口(1-5)與電離室內(nèi)芯(2)的信號極(2-1)相連， 另一端設(shè)有多芯連接器(3-2)為束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口，多芯連接器(3-2) 作為整個束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口和后續(xù)獲取系統(tǒng)相連。
所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的主體框架(1-1)的一側(cè)設(shè)有 氣體流入口(1-1-1)和流出口(1-1-3)，還設(shè)有高壓口(1-1-2)與電離室內(nèi)芯(2)的高壓極 (2-3)電連接。該探測器通過相互垂直的信號條，實(shí)現(xiàn)對束流剖面劑量分布的測量，同時利 用相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)對束流剖面分布的二維直觀顯示。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的電離室內(nèi)芯(2)的信號極 (2-1)由有效面積為50\50讓2-300\300讓、厚度為0. Imm-Imm的硬質(zhì)PCB板上鍍20-100 條寬度為0. 5-5mm的信號條(2+1)組成，其中信號條(2+1)的間距為0. I-Imm0所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的電離室內(nèi)芯(2)中的所述的 兩個單元電離室，兩個信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的方向互相垂直，分別監(jiān)測束流橫向 劑量分布的X和Y方向。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的電離室內(nèi)芯(2)的高壓極 (2-3)，由有效面積為50 X 50mm2-300 X 300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的PCB框架組成，其 中導(dǎo)電薄膜為厚度7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的重離子束流橫向劑量分布監(jiān)測探測 器，所述的電離室內(nèi)芯(2)的高壓極(2-3)和信號極(2-1)之間距離為絕緣墊板(2-2)的 厚度，為2-20mm;所述的絕緣墊板(2_2)為電阻在大于1016Ω的聚四氟乙烯。聚四氟乙烯 具有較好耐輻照性能和良好加工性。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)的接觸 端(3-3)，由20-100條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與電離室內(nèi)芯⑵信號極(2-1)上的信號 條(2-1-1) —一對應(yīng)連接。這樣與后續(xù)獲取系統(tǒng)相連的多芯連接器(3-2)可輸出探測器各 個信號條(2-1-1)上得到的束流橫向相對劑量分布信息。所述的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)的接觸端(3-3)到多芯連接器(3-2)的連接是由內(nèi)層 走線的多層PCB板實(shí)現(xiàn)，具有很好的抗干擾功能。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的氣體密封腔(1)的框架 (1-1)與入射窗(1-2)、出射窗(1-3)之間設(shè)有橡膠圈，其密封口(1-5)與多路信號轉(zhuǎn)接板 (3)之間通過真空膠密封。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的入射窗(1-2)、出射窗(1-3) 由導(dǎo)電薄膜和金屬框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為鍍鋁聚酰亞胺膜，通過導(dǎo)電膠粘連在金屬框 架上，使得入射出射窗(1-2)具有很好的電磁屏蔽效果。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，所述的工作氣體為高純氮?dú)饣虍惗?烷或氮?dú)馀c二氧化碳的混合氣體或空氣。所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，還包括有通過氣體流入口(1-1-1) 和流出口(1-1-3)連通工作氣體。一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的使用方法，其主要特點(diǎn)是使用步驟如 下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)打開氣體循環(huán)系統(tǒng)，為探測器內(nèi)部充入工作氣體，其流速為0. 01 0. 02mbar/ s，壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)5 IOmbar并保持其一定的流通更新速度；(3)將探測器上的多芯連接器(3-2)與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室(2)上信號極(2-1)各個信號條(2-1-1)得到的束流劑量信號；(5)將各個信號條(2-1-1)上得到的劑量信息與信號條(2-1-1)在探測器內(nèi)的位 置一一對應(yīng)，得到整個照射束流橫向上的劑量分布；(6)根據(jù)得到的X和Y方向上的照射束流劑量分布，計算出束流橫向照射的均勻 性；(7)當(dāng)?shù)玫降氖鱔和Y方向上照射均勻性低于臨床治療要求時，停止束流照射并 相應(yīng)修正束流照射的相關(guān)參數(shù)直至其橫向照射均勻性滿足臨床治療要求。一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的二維成像方法，其主要步驟為(1)由于探測器的采樣時間大大小于束流掃描時間，所以掃描后的束流橫向上的 分布可以視為許多個未掃描狀態(tài)下的束流照射點(diǎn)的疊加；(2)根據(jù)相關(guān)束流光學(xué)可得未掃描狀態(tài)下的束流橫向劑量分布在探測器定義的 X、Y方向上為兩個互為獨(dú)立的一維正態(tài)分布；即探測器定義的X、Y兩個方向上，束流的橫向劑量分布滿足 其中fx(px)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向測得的束流劑量分布；fy(py)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向測得的束流劑量分布；Px為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條對應(yīng)的位置，滿足& = dx*i，dx 為探測器X方向信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的寬度，i為對應(yīng)的信號條(2-1-1)序號；Py為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條對應(yīng)的位置，滿足~ = dy*i，dy 為探測器Y方向信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的寬度，i為對應(yīng)的信號條(2-1-1)序號；Ax為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向各個位置條得到的相對劑量最大值；Ay為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向各個位置條得到的相對劑量最大值；σ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的束流相對劑量隨X方向 位置變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；σ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的束流相對劑量隨Y方向 位置變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；μ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的相對劑量信息最大值所 對應(yīng)的X方向位置；μ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的相對劑量信息最大值所 對應(yīng)的Y方向位置；(3)在探測器定義的X、Y方向上，束流的橫向劑量分布滿足的相互獨(dú)立的一維正 態(tài)分布在束流的橫向二維區(qū)間上滿足二維正態(tài)分布，即探測器得到的束流的橫向分布在XY 組成的二維空間里滿足
其中f (X，y)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器單次采樣測得的束流橫向二維劑量 分布，其中px，py，Ax，Ay，σχ, oy, μχ, μ y的值通過探測器單次采樣時得到的X、Y方向上的 劑量分布信息得到；(4)實(shí)際照射過程中探測器多次采樣得到許多個束流照射點(diǎn)的橫向劑量分布，將 這些橫向劑量分布點(diǎn)陣疊加可以得到整個照射面的束流橫向劑量分布，即 其中F(x，y)為多次采樣條件下得到的束流橫向二維劑量分布，k為對應(yīng)的采樣次數(shù)。本發(fā)明的有益效果通過將探測器信號極分條實(shí)現(xiàn)對入射重離子束照射位置的測 量，同時由分條上的信號得到該位置照射點(diǎn)的劑量信息。由于探測器的后續(xù)數(shù)據(jù)采集處理 系統(tǒng)的采樣時間大大小于束流的掃描時間，通過兩個單維位置劑量信息和相關(guān)算法，可以 實(shí)現(xiàn)對掃描后的束流橫向劑量分布的二維顯示。


上的分布。圖 4 (b 上的分布。
圖1是本發(fā)明束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明的電離室內(nèi)芯(2)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)；
圖4(a圖 5 (a)為實(shí)施例
圖 5(b)為實(shí)施例
圖 5 (c)為實(shí)施例
圖 6(a)為實(shí)施例
圖 6(b)為實(shí)施例
圖 6(c)為實(shí)施例
圖 7 (a)為實(shí)施例
圖 7(b)為實(shí)施例
圖 7 (c)為實(shí)施例
圖 8 (a)為實(shí)施例
圖 8(b)為實(shí)施例
圖 8 (c)為實(shí)施例
圖 9 (a)為實(shí)施例
為束流橫向劑量分布在探測器單次采樣得到的束流橫向劑量在其X方向
為束流橫向劑量分布在探測器單次采樣得到的束流橫向劑量在其Y方向
1的束流橫向劑量在其X方向上的分布測試結(jié)果。 1的束流橫向劑量在其Y方向上的分布測試結(jié)果。 1測試結(jié)果的二維成像。維成像。維成像。維成像。
布測試結(jié)果。
圖9 (b)為實(shí)施例6的探測器10個采樣點(diǎn)得到的束流橫向劑量在其Y方向上的分 布測試結(jié)果。圖9 (c)為實(shí)施例6的探測器10個采樣點(diǎn)得到的束流橫向劑量的二維成像。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限 定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 見圖1、2、3，一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，包括氣體密封 腔1，其內(nèi)設(shè)有電離室內(nèi)芯2，與電離室內(nèi)芯2電連接的多路信號轉(zhuǎn)接板3;所述的氣體密封 腔1由主體框架1-1和入射窗1-2、出射窗1-3組成；所述的電離室內(nèi)芯2由兩組電離室單 元組成，每個單元電離室均由信號極2-1、絕緣墊板2-2和高壓極2-3組成；所述的多路信 號轉(zhuǎn)接板3的一端設(shè)有接觸端3-3插入氣體密封腔1的密封口 1-5與電離室內(nèi)芯2的信號 極2-1相連，另一端設(shè)有多芯連接器3-2為束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口，多芯連接 器3-2作為整個束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口和后續(xù)獲取系統(tǒng)相連。所述的主體框架1-1的一側(cè)設(shè)有氣體流入口 1-1-1和流出口 1-1-3，還設(shè)有高壓 口 1-1-2與電離室內(nèi)芯2的高壓極2-3電連接。該探測器通過相互垂直的信號條，實(shí)現(xiàn)對 束流剖面劑量分布的測量，同時利用相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)對束流剖面分布的二維直觀顯示。所述的電離室內(nèi)芯2的信號極2-1由有效面積為50X50mm2、厚度為Imm的硬質(zhì) PCB板上鍍20條寬度為2mm的信號條2-1-1組成，其中各信號條2-1-1的間距為0. 5mm。所述的電離室內(nèi)芯2中的所述的兩個單元電離室，兩個信號極2-1上信號條2-1-1 的方向互相垂直，分別監(jiān)測束流橫向劑量分布的X和Y方向。所述的電離室內(nèi)芯2的高壓極2-3，由有效面積為50X 50mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo) 電極的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的電離室內(nèi)芯2的高壓極2-3和信號極2-1之間距離為絕緣墊板2-2的厚度， 為2mm;所述的絕緣墊板2-2為電阻在大于IO16 Ω的聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有較好耐 輻照性能和良好加工性。所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3，由20條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與電離 室內(nèi)芯2信號極2-1上的信號條2-1-1 —一對應(yīng)連接。這樣與后續(xù)獲取系統(tǒng)相連的多芯連 接器3-2可輸出探測器各個信號條2-1-1上得到的束流橫向相對劑量分布信息。所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3到多芯連接器3-2的連接是由內(nèi)層走線的 多層PCB板實(shí)現(xiàn)，具有很好的抗干擾功能。所述的氣體密封腔1的框架1-1與入射窗1-2、出射窗1-3之間設(shè)有橡膠圈，其密 封口 1-5與多路信號轉(zhuǎn)接板3之間通過真空膠密封。所述的入射窗1-2、出射1-3由導(dǎo)電薄膜和金屬框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為鍍鋁聚 酰亞胺膜，通過導(dǎo)電膠粘連在金屬框架上，使得入射出射窗1-2具有很好的電磁屏蔽效果。所述的工作氣體為異丁烷。還包括有通過氣體流入口 1-1-1和流出口 1-1-3連通工作氣體。通過自動氣壓控 制系統(tǒng)，保證探測器內(nèi)工作氣體的壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)5mbar。流氣口的一端連通控氣閥， 以0. 01mbar/s的速度更新探測器內(nèi)部工作氣體，防止因工作氣體老化影響探測器的測試結(jié)果。實(shí)際測試中，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)對束流橫向劑量分布的實(shí)時監(jiān)測(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)打開氣體循環(huán)系統(tǒng)，為探測器內(nèi)部充入工作氣體并保持其一定的流通更新速 度；(3)將探測器上的多芯連接器3-2與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室2上信號極2-1各個信號條2-1-1得到的束流劑
量信號；(5)將各個信號條2-1-1上得到的劑量信息與信號條2-1-1在探測器內(nèi)的位置 一一對應(yīng)，得到整個照射束流橫向上的劑量分布；(6)根據(jù)得到的X和Y方向上的照射束流劑量分布，計算出束流橫向照射的均勻 性；(7)通過相應(yīng)算法，得到束流橫向劑量分布的二維顯示。圖5為lOOMeV/u的入射12C重離子束由掃描磁鐵掃成橫向面積30 X 30mm2照射野 條件下，束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器XY方向的測試結(jié)果和通過算法得到的束流橫向二 維劑量分布圖。實(shí)施例2 見圖1、2、3，一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其包括氣體密 封腔1、電離室內(nèi)芯2和多路信號轉(zhuǎn)接板3 ；所述的氣體密封腔1由主體框架1-1和入射出 射窗1-2構(gòu)成；所述的電離室內(nèi)芯2每個信號極2-1上鍍有40信號條2-1-1，兩個單元電 離室內(nèi)芯的兩個信號極2-1上信號條2-1-1方向互相垂直。所述的電離室內(nèi)芯2，其信號極2-1由有效面積為220 X 220mm2、厚度為0. 5mm的 硬質(zhì)PCB板上鍍40條寬度為5mm的信號條2-1-1組成，各個信號條2-1-1間距0. 5mm。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3由有效面積為220 X 220mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有 導(dǎo)電極的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度15 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3和信號極2-1間距由絕緣墊板的厚度決定，為 5mm ο所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3，由40條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與單元 電離室內(nèi)芯2信號極2-1上的信號條2-1-1連接，一端與多芯連接器3-2連接。所述的工作氣體為氮?dú)馀c二氧化碳的混合氣體。所述的流氣口 1-6 —端連通工作氣體，通過自動氣壓控制系統(tǒng)，保證探測器內(nèi)工 作氣體的壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)6mbar。流氣口 1_6的另一端連通控氣閥，以0. 01mbar/s的 速度更新探測器內(nèi)部工作氣體，防止因工作氣體老化影響探測器的測試結(jié)果。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。圖6為lOOMeV/u的入射12C重離子束由掃描磁鐵掃成橫向面積30 X 30mm2照射野 條件下，束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器XY方向的測試結(jié)果和通過算法得到的束流橫向二 維劑量分布圖。實(shí)施例3 見圖1、2、3，一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其包括氣體密 封腔1、電離室內(nèi)芯2和多路信號轉(zhuǎn)接板3 ；所述的氣體密封腔1由主體框架1-1和入射出 射窗1-2構(gòu)成；所述的電離室內(nèi)芯2的信號極2-1上鍍有60信號條2-1-1，兩個單元電離室內(nèi)芯2的兩個信號極2-1上信號條2-1-1方向互相垂直。所述的電離室內(nèi)芯2，其信號極2-1由有效面積為300X300mm2、厚度為0.2mm的 硬質(zhì)PCB板上鍍60條寬度為4mm的信號條2_1_1組成，各個信號條2_1_1間距1mm。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3由有效面積為300X300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有 導(dǎo)電極的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度7 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3和信號極2-1間距由絕緣墊板的厚度決定，為 20mmo所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3，由60條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與單元 電離室內(nèi)芯2信號極2-1上的信號條2-1-1連接，一端與多芯連接器3-2連接。所述的工作氣體為高純氮?dú)?。所述的流氣口一端連通工作氣體，通過自動氣壓控制系統(tǒng)，保證探測器內(nèi)工作氣 體的壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)7mbar。流氣口的另一端連通控氣閥，以0. 01mbar/s的速度更新 探測器內(nèi)部工作氣體，防止因工作氣體老化影響探測器的測試結(jié)果。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。圖7為lOOMeV/u的入射12C重離子束由掃描磁鐵掃成橫向面積30X30mm2照射野 條件下，束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器XY方向的測試結(jié)果和通過算法得到的束流橫向二 維劑量分布圖。實(shí)施例4 見圖1、2、3，一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其包括氣體密 封腔1、電離室內(nèi)芯2和多路信號轉(zhuǎn)接板3 ；所述的氣體密封腔1由主體框架1-1和入射出 射窗1-2構(gòu)成；所述的電離室內(nèi)芯2的信號極2-1上鍍有100信號條2-1-1，電離室內(nèi)芯2 的兩個信號極2-1上信號條2-1-1方向互相垂直。所述的電離室內(nèi)芯2，其信號極2-1由有效面積為200X200mm2、厚度為0.2mm的 硬質(zhì)PCB板上鍍100條寬度為1. 8mm的信號條2-1-1組成，各個信號條2-1-1間距0. 2mm。所述的兩個單元電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3由有效面積為200X 200mm2的導(dǎo)電薄 膜和帶有導(dǎo)電極的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度7 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的兩個單元電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3和信號極2-1間距由絕緣墊板的厚度 決定，為IOmm0所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3，由100條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與單 元電離室內(nèi)芯2信號極2-1上的信號條2-1-1連接，一端與多芯連接器3-2連接。所述的工作氣體為空氣。所述的流氣口一端連通工作氣體，通過自動氣壓控制系統(tǒng)，保證探測器內(nèi)工作氣 體的壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)8mbar。流氣口的另一端連通控氣閥，以0. 02mbar/s的速度更新 探測器內(nèi)部工作氣體，防止因工作氣體老化影響探測器的測試結(jié)果。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。圖8為lOOMeV/u的入射12C重離子束由掃描磁鐵掃成橫向面積30 X 30mm2照射野 條件下，束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器XY方向的測試結(jié)果和通過算法得到的束流橫向二 維劑量分布圖。實(shí)施例5 見圖1、2、3，一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其包括氣體密 封腔1、電離室內(nèi)芯2和多路信號轉(zhuǎn)接板3 ；所述的氣體密封腔1由主體框架1-1和入射出射窗1-2構(gòu)成；所述的電離室內(nèi)芯2的信號極2-1上鍍有80信號條2-1-1，電離室內(nèi)芯2的 兩個信號極2-1上信號條2-1-1方向互相垂直。所述的電離室內(nèi)芯2，其信號極2-1由有效面積為160 X 160mm2、厚度為0.5mm的 硬質(zhì)PCB板上鍍80條寬度為1. 8mm的信號條2-1-1組成，各個信號條2-1-1間距0. 2mm。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3由有效面積為160 X 160mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有 導(dǎo)電極的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度7 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的電離室內(nèi)芯2，其高壓極2-3和信號極2-1間距由絕緣墊板的厚度決定，為 IOmm0所述的多路信號轉(zhuǎn)接板3的接觸端3-3，由80條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與單元 電離室內(nèi)芯2信號極2-1上的信號條2-1-1連接，一端與多芯連接器3-2連接。所述的工作氣體為空氣。所述的流氣口一端連通工作氣體，通過自動氣壓控制系統(tǒng)，保證探測器內(nèi)工作氣 體的壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)lOmbar。流氣口的另一端連通控氣閥，以0. 02mbar/s的速度更新 探測器內(nèi)部工作氣體，防止因工作氣體老化影響探測器的測試結(jié)果。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。由于該實(shí)施例與實(shí)施例4中探測器的位置精度一樣， 所以測試結(jié)果與實(shí)施例4的類似。實(shí)施例6 —種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的使用步驟如下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)打開氣體循環(huán)系統(tǒng)，為探測器內(nèi)部充入工作氣體，其流速為0. 01 0. 02mbar/ s，壓強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)5 IOmbar并保持其一定的流通更新速度；(3)將探測器上的多芯連接器3-2與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室2上信號極2-1各個信號條2-1-1得到的束流劑
量信號；(5)將各個信號條2-1-1上得到的劑量信息與信號條2-1-1在探測器內(nèi)的位置 一一對應(yīng)，得到整個照射束流橫向上的劑量分布；(6)根據(jù)得到的X和Y方向上的照射束流劑量分布，計算出束流橫向照射的均勻 性；(7)當(dāng)?shù)玫降氖鱔和Y方向上照射均勻性低于臨床治療要求時，停止束流照射并 相應(yīng)修正束流照射的相關(guān)參數(shù)直至其橫向照射均勻性滿足臨床治療要求。實(shí)施例7 —種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的二維成像方法，其主要步 驟為(1)由于探測器的采樣時間(<0. Ims)大大小于束流掃描時間(> 10ms)，所以掃 描后的束流橫向上的分布可以視為許多個未掃描狀態(tài)下的束流照射點(diǎn)的疊加。以IOms內(nèi) 探測器的10個采樣點(diǎn)為例，IOms內(nèi)得到的束流劑量在XY方向上的分布如圖9(a)和9 (b) 所示。實(shí)際應(yīng)用中探測器的采樣率在104/s以上，即IOms內(nèi)的采樣點(diǎn)在100個以上。這里 為了說明計算過程，僅取IOms內(nèi)的10個采樣點(diǎn)進(jìn)行說明。(2)根據(jù)相關(guān)束流光學(xué)可得未掃描狀態(tài)下的束流橫向劑量分布在探測器定義的 X、Y方向上為兩個互為獨(dú)立的一維正態(tài)分布；即探測器定義的X、Y兩個方向上，束流的橫向劑量分布滿足
其中fx(px)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向測得的束流劑量分布；fy(py)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向測得的束流劑量分布；Px為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條對應(yīng)的位置，滿足化=dx*i，dx 為探測器X方向信號極2-1上信號條2-1-1的寬度，i為對應(yīng)的信號條2-1-1序號；py為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條對應(yīng)的位置，滿足~ = dy*i，dy 為探測器Y方向信號極2-1上信號條2-1-1的寬度，i為對應(yīng)的信號條2-1-1序號；Ax為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向各個位置條得到的相對劑量最大值；Ay為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向各個位置條得到的相對劑量最大值；σ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的束流相對劑量隨X方向 位置變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；σ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的束流相對劑量隨Y方向 位置變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；μ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的相對劑量信息最大值所 對應(yīng)的X方向位置；μ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的相對劑量信息最大值所 對應(yīng)的Y方向位置；以步驟(1)所說的Ims內(nèi)探測器的10個采樣點(diǎn)為例，由相應(yīng)快速數(shù)據(jù)處理軟件分 別得到的10個采樣點(diǎn)下束流劑量在XY方向上的一維正態(tài)分布各個系數(shù)，如表1所示表1 10個采樣點(diǎn)下束流劑量在XY方向上的一維正態(tài)分布系數(shù) (3)在探測器定義的X、Y方向上，束流的橫向劑量分布滿足的相互獨(dú)立的一維正 態(tài)分布在束流的橫向二維區(qū)間上滿足二維正態(tài)分布，即探測器得到的束流的橫向分布在XY 組成的二維空間里滿足 其中f (χ，y)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器單次采樣測得的束流橫向二維劑量 分布，其中px，py，Ax，Ay，σχ, oy, μχ, μ y的值通過探測器單次采樣時得到的X、Y方向上的 劑量分布信息得到；以步驟(1)所說的Ims內(nèi)探測器的10個采樣點(diǎn)為例，由步驟(2)可以得到各個采 樣點(diǎn)二維正態(tài)分布的參數(shù)值，即表1中的值。(4)實(shí)際照射過程中探測器多次采樣得到許多個束流照射點(diǎn)的橫向劑量分布，將 這些橫向劑量分布點(diǎn)陣疊加可以得到整個照射面的束流橫向劑量分布，即 其中F(x，y)為多次采樣條件下得到的束流橫向二維劑量分布，k為對應(yīng)的采樣次數(shù)。以步驟⑴所說的Ims內(nèi)探測器的10個采樣點(diǎn)為例，由步驟(3)可以得到各個采 樣點(diǎn)的二維正態(tài)分布，將這些橫向劑量分布點(diǎn)陣疊加可以得到整個照射面的束流橫向劑量 分布，即 圖9(c)為這10個采樣點(diǎn)形成的二維圖像，由于這幾個采樣點(diǎn)是在探測器IOms內(nèi) IO4個采樣點(diǎn)中抽取出的10個，所以其二維圖像并不能反應(yīng)IOms內(nèi)束流的整個橫向分布狀 態(tài)，這里僅以此數(shù)據(jù)表述計算過程。上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是包括氣體密封腔(1)，其內(nèi)設(shè)有電離室內(nèi)芯(2)，與電離室內(nèi)芯(2)電連接的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)；所述的氣體密封腔(1)由主體框架(1 1)和入射窗(1 2)、出射窗(1 3)組成；所述的電離室內(nèi)芯(2)由兩組電離室單元組成，每個單元電離室均由信號極(2 1)、絕緣墊板(2 2)和高壓極(2 3)組成；所述的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)的一端設(shè)有接觸端(3 3)插入氣體密封腔(1)的密封口(1 5)與電離室內(nèi)芯(2)的信號極(2 1)相連，另一端設(shè)有多芯連接器(3 2)為束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口。
2.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的主體框 架(1-1)的一側(cè)設(shè)有氣體流入口(1-1-1)和流出口(1-1-3)，還設(shè)有高壓口(1-1-2)與電離 室內(nèi)芯(2)的高壓極(2-3)電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的電離室 內(nèi)芯⑵的信號極(2-1)由有效面積為50X50mm2-300X300mm、厚度為0. Imm-Imm的硬質(zhì) PCB板上鍍20-100條寬度為0.5-5mm的信號條(2+1)組成，其中信號條(2+1)的間距 為 0. I-Imm0
4.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的電離室 內(nèi)芯(2)中的所述的兩個單元電離室，兩個信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的方向互相垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的電離室 內(nèi)芯(2)的高壓極(2-3)，由有效面積為50X50mm2-300X300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極 的PCB框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為厚度7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。
6.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的電離室 內(nèi)芯(2)的高壓極(2-3)和信號極(2-1)之間距離為絕緣墊板(2-2)的厚度，為2-20mm ； 所述的絕緣墊板(2-2)為電阻在大于1016Ω的聚四氟乙烯。
7.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的多路信 號轉(zhuǎn)接板(3)的接觸端(3-3)，由20-100條導(dǎo)電條組成，導(dǎo)電條的一端與電離室內(nèi)芯(2)信 號極(2-1)上的信號條(2-1-1) —一對應(yīng)連接。
8.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的氣體密 封腔(1)的框架(1-1)與入射窗(1-2)、出射窗(1-3)之間設(shè)有橡膠圈，其密封口(1-5)與 多路信號轉(zhuǎn)接板(3)之間通過真空膠密封。
9.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的入射窗 (1-2)、出射窗(1-3)由導(dǎo)電薄膜和金屬框架組成，其中導(dǎo)電薄膜為鍍鋁聚酰亞胺膜，通過 導(dǎo)電膠粘連在金屬框架上。
10.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是所述的工作 氣體為高純氮?dú)饣虍惗⊥榛虻獨(dú)馀c二氧化碳的混合氣體或空氣。
11.如權(quán)利要求1所述的重離子束流橫向劑量分布測量探測器，其特征是還包括有通 過氣體流入口(1-1-1)和流出口(1-1-3)連通工作氣體。
12.一種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的使用方法，其特征是使用步驟如下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)打開氣體循環(huán)系統(tǒng)，為探測器內(nèi)部充入工作氣體，其流速為0.01 0. 02mbar/s，壓2強(qiáng)為大于環(huán)境壓強(qiáng)5 IOmbar并保持其一定的流通更新速度；(3)將探測器上的多芯連接器(3-2)與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室(2)上信號極(2-1)各個信號條(2-1-1)得到的束流劑量信號；(5)將各個信號條(2-1-1)上得到的劑量信息與信號條(2-1-1)在探測器內(nèi)的位置 一一對應(yīng)，得到整個照射束流橫向上的劑量分布；(6)根據(jù)得到的X和Y方向上的照射束流劑量分布，計算出束流橫向照射的均勻性；(7)當(dāng)?shù)玫降氖鱔和Y方向上照射均勻性低于臨床治療要求時，停止束流照射并相應(yīng) 修正束流照射的相關(guān)參數(shù)直至其橫向照射均勻性滿足臨床治療要求。
13. —種重離子束流橫向劑量分布測量探測器的二維成像方法，其特征是(1)由于探測器的采樣時間大大小于束流掃描時間，所以掃描后的束流橫向上的分布 可以視為許多個未掃描狀態(tài)下的束流照射點(diǎn)的疊加；(2)根據(jù)相關(guān)束流光學(xué)可得未掃描狀態(tài)下的束流橫向劑量分布在探測器定義的X、Y方 向上為兩個互為獨(dú)立的一維正態(tài)分布；即探測器定義的X、Y兩個方向上，束流的橫向劑量分布滿足 其中fx(px)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器χ方向測得的束流劑量分布； fy(Py)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向測得的束流劑量分布； Px為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條對應(yīng)的位置，滿Spx = dx*i，dx為探 測器X方向信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的寬度，i為對應(yīng)的信號條(2-1-1)序號；Py為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條對應(yīng)的位置，滿足Py = dy*i，dy為探 測器Y方向信號極(2-1)上信號條(2-1-1)的寬度，i為對應(yīng)的信號條(2-1-1)序號； Ax為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向各個位置條得到的相對劑量最大值； Ay為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向各個位置條得到的相對劑量最大值； σ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的束流相對劑量隨X方向位置 變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；σ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的束流相對劑量隨Y方向位置 變化分布的標(biāo)準(zhǔn)差；μ χ為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器X方向位置條得到的相對劑量信息最大值所對應(yīng) 的X方向位置；μ y為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器Y方向位置條得到的相對劑量信息最大值所對應(yīng) 的Y方向位置；(3)在探測器定義的X、Y方向上，束流的橫向劑量分布滿足的相互獨(dú)立的一維正態(tài)分布在束流的橫向二維區(qū)間上滿足二維正態(tài)分布，即探測器得到的束流的橫向分布在XY組 成的二維空間里滿足 其中f (χ，y)為束流橫向劑量分布監(jiān)測探測器單次采樣測得的束流橫向二維劑量分 布，其中Px，Py，Ax，Ay，σχ, oy, μχ, μ y的值通過探測器單次采樣時得到的X、Y方向上的劑 量分布信息得到；(4)實(shí)際照射過程中探測器多次采樣得到許多個束流照射點(diǎn)的橫向劑量分布，將這些 橫向劑量分布點(diǎn)陣疊加可以得到整個照射面的束流橫向劑量分布，即 其中F(x，y)為多次采樣條件下得到的束流橫向二維劑量分布，k為對應(yīng)的采樣次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及重離子束(包括質(zhì)子束)治療腫瘤技術(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及到重離子束流橫向劑量分布測量探測器及其二維成像方法，其主要特點(diǎn)是包括氣體密封腔(1)，其內(nèi)設(shè)有電離室內(nèi)芯(2)，與電離室內(nèi)芯(2)電連接的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)；所述的氣體密封腔(1)由主體框架(1-1)和入射窗(1-2)、出射窗(1-3)組成；所述的電離室內(nèi)芯(2)由兩組電離室單元組成，每個單元電離室均由信號極(2-1)、絕緣墊板(2-2)和高壓極(2-3)組成；所述的多路信號轉(zhuǎn)接板(3)的一端設(shè)有接觸端(3-3)插入氣體密封腔(1)的密封口(1-5)與電離室內(nèi)芯(2)的信號極(2-1)相連，另一端設(shè)有多芯連接器(3-2)為束流剖面監(jiān)測探測器的信號輸出端口。
文檔編號G01T1/29GK101900826SQ201010208720
公開日2010年12月1日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者唐彬, 孫志宇, 張宏斌, 徐治國, 徐瑚珊, 段利敏, 毛瑞士, 王建松, 肖國青, 胡正國, 蘇弘, 趙鐵成, 郭忠言 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所