專利名稱：用于測(cè)量能量粒子束的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量粒子束的劑量測(cè)定領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及包括幾個(gè)電離腔的設(shè)備以及能測(cè)量電離腔中的電荷收集效率因數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
電離腔是通常用于放射療法的標(biāo)準(zhǔn)劑量檢測(cè)器。電離腔包括極化電極，其與集電極分開(kāi)一包括任何性質(zhì)的流體(包括空氣)的間隙或空間。已經(jīng)遇到了幾種類型的電離腔，舉例來(lái)說(shuō)比如所謂的圓筒形電離腔和包括多個(gè)平行板的電離腔。圓筒形電離腔包括通常呈極細(xì)柱體形式的中心或軸向電極，該中心或軸向電極與包圍所述中心或軸向電極的呈空心柱體或罩形式的第二電極隔離。包括多個(gè)平行板的電離腔具有與極化電極分開(kāi)的集電極，所述集電極和極化電極為平狀且彼此平行。用于劑量測(cè)定中的、包括在分離電離腔的集電極和極化電極的間隙或空間中的流體通常是氣體，中性的或非中性的。當(dāng)電離束穿過(guò)電離腔時(shí)，產(chǎn)生包括在電極和離子-電子對(duì)之間的氣體的電離。通過(guò)在電離腔的兩個(gè)電極之間施加電勢(shì)差來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)。電場(chǎng)的存在使得能將這些離子_電子對(duì)分離并使得它們?cè)陔姌O上漂移，在所述電極處產(chǎn)生將被檢測(cè)的電流。

圖1的曲線是由集電極接收的電脈沖的振幅演變的一個(gè)示例，其是集電極和極化電極之間的電勢(shì)差的函數(shù)。這個(gè)曲線能被分為覆蓋不同氣體檢測(cè)器狀態(tài)的6個(gè)區(qū)域-Zl 未飽和狀態(tài)；-Z2 飽和狀態(tài)；-Z3 比例狀態(tài)；-Z4:有限比例狀態(tài)；-Z5:蓋革-穆勒狀態(tài)；-Z6:持續(xù)放電狀態(tài)；在稱為未飽和狀態(tài)區(qū)域的區(qū)域Zl中，當(dāng)兩個(gè)板之間的電場(chǎng)不存在時(shí)，存在離子-電子對(duì)的重組。通過(guò)在這兩個(gè)電極之間施加逐漸增大的電勢(shì)差，所得到的電場(chǎng)效率增大地分離離子-電子對(duì)，并且重組現(xiàn)象減弱。正電荷和負(fù)電荷以電場(chǎng)強(qiáng)度為函數(shù)被越來(lái)越快地朝著其相應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)，降低氣體中的離子濃度平衡，并且因而降低重組的數(shù)目。在電離腔中測(cè)量到的電流隨著電離腔中產(chǎn)生的電場(chǎng)而增大，從而降低損失電荷量。當(dāng)在這兩個(gè)電極之間形成的電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，重組效應(yīng)變得可忽略并且由電離過(guò)程所產(chǎn)生的所有電荷有助于測(cè)量電流。在這個(gè)水平，電荷收集效率最大并且增大這兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差將不再能增大測(cè)得電流，原因是已經(jīng)收集了所有產(chǎn)生的電荷并且電荷的形成速度恒定。接下來(lái)一個(gè)是稱為飽和狀態(tài)區(qū)域的區(qū)域Z2，在放射療法中通常在區(qū)域Z2中進(jìn)行電離腔中的劑量測(cè)量。 在這些條件下，測(cè)得電流很好地指示由粒子束在電離腔的容積中沉積的劑量。幾個(gè)因素會(huì)有害于電離腔的飽和。其中最重要的是重組現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象能通過(guò)調(diào)節(jié)電離腔的不同參數(shù)(比如舉例來(lái)說(shuō)兩個(gè)電極之間的間隙的厚度、包含在該間隙中的氣體的性質(zhì)和/或壓力等)來(lái)最小化。重組效應(yīng)也能取決于粒子束的尺寸和/或形狀。重組現(xiàn)象也將以粒子束的電流強(qiáng)度為函數(shù)成比例地增大。由于重組產(chǎn)生的電流損失百分比以及因此在真實(shí)飽和區(qū)域下方測(cè)得的電流的誤差百分比與電流強(qiáng)度成比例地增大。對(duì)于較小強(qiáng)度的粒子束，重組效應(yīng)不是決定性的。為了測(cè)量高強(qiáng)度的粒子束，需要電極之間足夠高的電勢(shì)差以在飽和狀況下工作。對(duì)于非常高強(qiáng)度粒子束的電流，像在先前的放射療法技術(shù)中遇到的那些一樣，達(dá)到了傳統(tǒng)電離腔的技術(shù)使用限制。重組現(xiàn)象變得非常顯著，并且那么可靠的測(cè)量校正方法就很關(guān)鍵。通過(guò)將由于重組所引起的顯著誤差考慮在內(nèi)，將能在靠近飽和狀態(tài)區(qū)域的所謂未飽和狀態(tài)區(qū)域Zl中工作。在此情況下，必須知道電離腔的飽和水平，其是粒子束電流的函數(shù)。使用作為收集電流強(qiáng)度的函數(shù)的粒子束電流強(qiáng)度的校準(zhǔn)曲線能通過(guò)測(cè)量作為粒子束電流的函數(shù)的電離電流來(lái)進(jìn)行，其目的是了解粒子束電流。但是為了讓這種校準(zhǔn)保持有效， 必須讓其他參數(shù)(比如施加于兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差、間隙、電離腔內(nèi)的壓力、粒子束的能量、尺寸和形狀)保持恒定。這種方法的另一缺陷在于，其不能區(qū)分由于粒子束電流引起的信號(hào)變化和由于電離腔的參數(shù)之一的反常所引起的信號(hào)變化。為了彌補(bǔ)這些測(cè)量問(wèn)題，就必須有使得能在寬的強(qiáng)度范圍內(nèi)測(cè)量粒子束電流的新的劑量測(cè)定設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法的缺點(diǎn)的設(shè)備和方法。尤其，本發(fā)明旨在能測(cè)量經(jīng)受能量粒子束的電離腔中的電荷收集效率因數(shù)。本發(fā)明的另一目的是能在電離腔中的電荷收集效率不是最大時(shí)(即在電離腔具有顯著重組現(xiàn)象的狀況下)測(cè)量由可變能量和/或強(qiáng)度的粒子束所沉積的劑量或劑量率。本發(fā)明的又一目的是提供一種覆蓋寬粒子束電流強(qiáng)度范圍的劑量測(cè)定設(shè)備。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于來(lái)自源的能量粒子束的劑量測(cè)定設(shè)備，其包括至少第一和第二電離腔，每個(gè)電離腔包括集電極和極化電極，每個(gè)電離腔的所述電極由包括具有預(yù)定壓力和溫度的流體的間隙或空間分隔，所述電離腔構(gòu)造為被來(lái)自相同源的能量粒子束穿過(guò)，該設(shè)備的特征在于所述電離腔具有不同的電荷收集效率因數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備包括獲取設(shè)備，該獲取設(shè)備連接至執(zhí)行基于以下方面來(lái)計(jì)算由所述粒子束沉積的劑量率的算法的計(jì)算機(jī)-測(cè)量每個(gè)所考慮電離腔中的輸出信號(hào)；以及_關(guān)于第一電離腔的“增益”因數(shù)由以下等式給出
I-(I)
__V . /normG = I2
“ι-/其中-G是關(guān)于第一電離腔(ICl)的“增益”因數(shù)，— (f) _是兩個(gè)所考慮電離腔(ICl和IC2)中的輸出信號(hào)G1和i2)的理論值由
h
其相應(yīng)放大因數(shù)的比率(R1/R2)歸一化的比率，每個(gè)放大因數(shù)取決于所考慮電離腔中的所述流體、間隙的寬度以及粒子束在所述流體中的穿透能力，-f,是第一電離腔(ICl)中的電荷收集效率因數(shù)的理論值，所述理論輸出信號(hào)值(i1; i2)和以所述考慮腔(ICl和IC2)的本征和/或非本征參數(shù)為函數(shù)并且以粒子束的電流強(qiáng)度值為函數(shù)計(jì)算，所述增益因數(shù)與所述粒子束的值無(wú)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，所述計(jì)算算法能執(zhí)行以下步驟-測(cè)量?jī)蓚€(gè)所考慮電離腔中的輸出信號(hào)G1和i2)，并且建立所述輸出信號(hào)G1和
i2)之間的歸一化比率
12-基于算法的第一步驟的結(jié)果以及基于所考慮電離腔的“增益”因數(shù)的知識(shí)來(lái)計(jì)算電荷重組率(1-f)并推導(dǎo)所考慮電離腔中的電荷收集效率因數(shù)(f)；-基于所考慮電離腔中的電荷收集效率因數(shù)計(jì)算由粒子束沉積的劑量率。電荷收集效率因數(shù)與電離腔的敏感性有關(guān)并且能定義為表示測(cè)量設(shè)備的輸出信號(hào)的變化的參數(shù)，其是輸入信號(hào)的變化的函數(shù)。尤其，輸出信號(hào)是在電離腔的出口處測(cè)得的電流。對(duì)于電離腔，敏感性能取決于-分隔集電極和極化電極的間隙的厚度，_這兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差，-包括在這兩個(gè)電極之間的流體的性質(zhì)，-包括在這兩個(gè)電極之間的流體所處的壓力和/或溫度，-電離腔的幾何形狀，-電離腔相對(duì)于能量束的源的位置而言的位置，-能量吸收器在電離腔和源之間的存在與否。最后兩個(gè)因素定義電離腔的非本征參數(shù)，而第一個(gè)因素定義其本征參數(shù)。“不同”指的是非常小的變化，至少0. 05%，優(yōu)選地至少0. 1 %，更優(yōu)選地至少1 %。 實(shí)際上，對(duì)于從1至IOOnA的束電流而言大于0. 05%的效率因數(shù)差別已經(jīng)足以產(chǎn)生顯著的電流變化(大于1%)。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，所述電離腔就包括在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間的間隙厚度而言存在差別。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，其可本發(fā)明的第一實(shí)施例組合或可不與其組合，所述電離腔就在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間形成的電場(chǎng)而言存在差別。在本發(fā)明的與一個(gè)或多個(gè)前述實(shí)施例相組合的第三實(shí)施例中，所述電離腔就存在于包括在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間的間隙中的流體的性質(zhì)而言存在差別。在本發(fā)明的與一個(gè)或多個(gè)前述實(shí)施例相組合的第四實(shí)施例中，所述電離腔就存在于包括在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間的間隙中的流體的壓力和/或溫度而言存在差別。在本發(fā)明的與一個(gè)或多個(gè)前述實(shí)施例相組合的第五實(shí)施例中，所述所考慮電離腔在其相對(duì)于所述源的位置的空間位置(幾何形狀和/或定位)方面存在差別，使得進(jìn)入每個(gè)電離腔的粒子束場(chǎng)對(duì)于不同電離腔而不同。
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在本發(fā)明的與一個(gè)或多個(gè)前述實(shí)施例相組合的第六實(shí)施例中，所述電離腔由一個(gè)或多個(gè)能量吸收器所分隔，因此進(jìn)入每個(gè)電離腔的能量束對(duì)于不同電離腔而不同。本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及一種基于上述劑量測(cè)定設(shè)備的使用來(lái)測(cè)量由粒子束沉積的劑量率的方法。根據(jù)這種創(chuàng)造性的方法，執(zhí)行以下步驟，其中(i)使用根據(jù)任一前述實(shí)施例的設(shè)備，對(duì)于所述設(shè)備，選擇每個(gè)所考慮電離腔的本征參數(shù)和/或非本征參數(shù)；( )建立“增益”因數(shù)，由等式
權(quán)利要求
1.一種用于來(lái)自源的能量粒子束的劑量測(cè)定設(shè)備，其包括至少第一和第二電離腔 (ICl和IC2)，每個(gè)電離腔包括集電極和極化電極，每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極由包括流體的間隙或空間分隔，所述電離腔構(gòu)造為被來(lái)自相同源的能量粒子束穿過(guò)，所述設(shè)備的特征在于所述電離腔具有不同的電荷收集效率因數(shù)，并且該設(shè)備包括獲取設(shè)備，所述獲取設(shè)備連接至基于以下方面執(zhí)行計(jì)算由所述粒子束沉積的劑量率的算法的計(jì)算機(jī)-測(cè)量每個(gè)所考慮電離腔中的輸出信號(hào)；以及 -關(guān)于第一電離腔的“增益”因數(shù)由以下等式給出
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算算法能執(zhí)行以下步驟-測(cè)量?jī)蓚€(gè)所考慮電離腔中的輸出信號(hào)G1和i2)，并且建立所述輸出信號(hào)值G1和i2)之間的歸一化比率
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔在包括在所述集電極和極化電極之間的間隙厚度方面存在差別，帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔在所述集電極和極化電極之間所形成的電場(chǎng)方面存在差別，帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔在存在于包括在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間的間隙中的流體的性質(zhì)方面存在差別，帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔在存在于包括在每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極之間的間隙中的流體的壓力和/或溫度方面存在差別， 帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔在其幾何形狀和/ 或相對(duì)于所述源的位置的定位方面存在差別，使得進(jìn)入每個(gè)電離腔的粒子束場(chǎng)對(duì)于不同電離腔而不同，帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于，所述所考慮電離腔由一個(gè)或更多個(gè)能量吸收器所分隔，使得進(jìn)入每個(gè)電離腔的粒子束場(chǎng)對(duì)于不同電離腔而不同，帶來(lái)電荷收集效率因數(shù)差別。
9.一種用于測(cè)量由來(lái)自源的粒子束沉積的劑量率的方法，其特征在于執(zhí)行以下步驟 (i)使用根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，對(duì)于所述設(shè)備，選擇每個(gè)所考慮電離腔的本征參數(shù)和/或非本征參數(shù)；( )建立“增益”因數(shù)，由等式
10.根據(jù)權(quán)利要求9的用于測(cè)量由粒子束沉積的劑量率的方法，其特征在于，由粒子束沉積的劑量率的所述計(jì)算使用以下步驟來(lái)進(jìn)行(i)計(jì)算在兩個(gè)所考慮電離腔(ICl和IC2)中測(cè)得的輸出信號(hào)G1和i2)的歸一化比率
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的測(cè)量方法的用途，用來(lái)執(zhí)行其中電流強(qiáng)度大于InA的能量粒子束的劑量率測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于來(lái)自源的能量粒子束的劑量測(cè)定設(shè)備，其包括至少第一和第二電離腔，每個(gè)電離腔包括集電極和極化電極，每個(gè)電離腔的所述集電極和極化電極由包括流體的間隙或空間分隔，來(lái)自相同源的能量粒子束穿過(guò)所述電離腔，所述設(shè)備的特征在于所述電離腔具有不同的電荷收集效率因數(shù)。所述粒子束沉積的劑量率的計(jì)算算法基于每個(gè)電離腔中的輸出信號(hào)的測(cè)量結(jié)果并基于與第一電離腔相關(guān)的增益因數(shù)，所述增益因數(shù)基于所述電離腔的本征和/或非本征參數(shù)在理論上預(yù)先確定。
文檔編號(hào)H01J47/02GK102484029SQ201080040347
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者D·普芮里斯 申請(qǐng)人:離子束應(yīng)用股份有限公司