專利名稱：用于能量束的在線控制的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在線束監(jiān)控領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)電離室的裝置，其允許測(cè)量由離子束沉積的劑量和該束的場(chǎng)。
背景技術(shù)：
強(qiáng)子療法是放射治療的一個(gè)分支，其允許將劑量精確地配送到靶體、腫瘤，同時(shí)保護(hù)周圍的健康組織。強(qiáng)子療法設(shè)備包括產(chǎn)生帶電粒子束的加速器、用于傳輸束的部件以及輻射單元。輻射單元向靶體配送劑量分布，并通常包括用于監(jiān)控配送的劑量的部件。在強(qiáng)子療法中使用兩種主要的用于配送粒子束的模式第一種配送模式包括所謂的被動(dòng)束散射技術(shù)，第二種更精細(xì)的治療模式包括動(dòng)態(tài)束掃描技術(shù)。被動(dòng)散射方法依靠降能器，其調(diào)整粒子的通路遠(yuǎn)至待照射區(qū)域的最大深度點(diǎn)。降 能器還與射程調(diào)節(jié)器輪、補(bǔ)償器、患者專用準(zhǔn)直儀結(jié)合使用，允許獲得與靶體最相符的劑量分布。該技術(shù)的一個(gè)主要缺陷在于，位于靶體上游和外部的鄰近健康組織可能也受到高束劑量。另外，需要使用對(duì)患者的腫瘤和輻射角度專用的補(bǔ)償器和準(zhǔn)直儀，使得該過程復(fù)雜且成本高。用于配送動(dòng)態(tài)束的一種模式包括所謂的“PBS”方法(筆形束掃描)，其中，借助于掃描磁鐵，在靶體上與z軸正交的平面內(nèi)，掃描沿z軸定向的窄粒子束。通過使得粒子束的能量改變，能夠相繼輻射靶體中的不同層。這樣，可以在整個(gè)靶體配送輻射劑量。所謂的筆形束掃描技術(shù)的第一種方法是被稱為點(diǎn)掃描的方法。借助于該方法，通過將規(guī)定的束劑量配送到該體的離散位置并在每次位置變化之間中斷束，獲得了靶體的層的輻射。另一種筆形束掃描方法是所謂的連續(xù)掃描技術(shù)，其中，遵循預(yù)定圖樣連續(xù)掃描束。在掃描層期間，束的強(qiáng)度在每個(gè)瞬間可能有所不同，以在比如治療計(jì)劃中指定的靶體中的正確位置配送精確計(jì)量。在其他更先進(jìn)的束配送技術(shù)中，可以即時(shí)調(diào)整掃描速度，以具有額外的自由度來(lái)調(diào)整束的強(qiáng)度。借助于PBS技術(shù)，不僅均勻分布的劑量，還有非均勻分布的劑量，也能夠配送到靶體。通常，幾個(gè)來(lái)自不同方向的光束治療相結(jié)合是必要的，以產(chǎn)生“定制”輻射劑量，其將靶體中的劑量最大化同時(shí)保護(hù)鄰近的健康組織。盡管從單個(gè)方向輻射產(chǎn)生的靶體中的三維劑量分布可能不均勻，但是采取了準(zhǔn)備，使得多個(gè)方向的每個(gè)輻射的作用在靶體中產(chǎn)生均勻劑量。配送束沉積非均勻劑量(其中，每個(gè)束作用的整合允許在靶體中獲得均勻劑量)的治療稱為強(qiáng)度調(diào)控粒子治療(MPT)。通過使用優(yōu)化算法來(lái)指定束治療的數(shù)量和方向以及待配送到待輻射的每層中的每個(gè)點(diǎn)的粒子強(qiáng)度的高級(jí)治療計(jì)劃系統(tǒng)，準(zhǔn)備治療的規(guī)范。動(dòng)態(tài)技術(shù)的另一實(shí)例是不同于PBS的稱為均勻掃描技術(shù)的輻射技術(shù)，其中，該技術(shù)逐層向靶體配送均勻劑量，并且其中，通過采取幾何圖案的形式來(lái)連續(xù)掃描束。束不采取靶體的輪廓形狀，而是在預(yù)定的表面區(qū)被掃描，并通過包括幾個(gè)板的準(zhǔn)直儀或通過患者專用孔徑的裝置來(lái)獲得橫向一致性。
考慮到這些不同技術(shù)的復(fù)雜性，發(fā)送到病人的劑量的驗(yàn)證是關(guān)鍵點(diǎn)。強(qiáng)子治療設(shè)備的校準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)化的，并使用水模體來(lái)進(jìn)行，其主要包括通常是電離室或像素陣列的檢測(cè)器，該檢查器可能或可能無(wú)法在裝滿水的大容器中移動(dòng)，水的密度和阻滯力與人體組織類似。校準(zhǔn)在治療之前執(zhí)行，并且基于該校準(zhǔn)來(lái)準(zhǔn)備治療計(jì)劃。電離室是通常用于放療的標(biāo)準(zhǔn)劑量測(cè)定檢測(cè)器。電離室包括極化電極，極化電極通過包含任意類型的流體的間隙與集電極隔開。有幾種類型的電離室，諸如所謂的圓柱形電離室和包括平行板的電離室。圓柱形電離室包括通常是非常薄的圓柱形式的中央或軸電極，中央或軸電極與圍繞它的中空?qǐng)A柱形或帽形的第二電極隔離。包括平行板的電離室具有支撐極化電極的第一板，該第一板與包括位于極化電極對(duì)面的一個(gè)或多個(gè)集電極的第二板隔開。板通過包含任意類型的流體的間隙隔開。設(shè)置在板上的每個(gè)集電極或極化電極的周邊由絕緣樹脂圍繞，絕緣樹脂本身由保護(hù)電極圍繞。將劑量測(cè)定中使用的電離室的集電極和極化電極隔開的間隙中包含的流體最常 見的是氣體。當(dāng)離子束穿過電離室時(shí)，電極之間包含的氣體被電離，形成離子電子對(duì)。通過在電離室的兩個(gè)電極之間施加電勢(shì)差來(lái)生成電場(chǎng)。電場(chǎng)的存在允許這些離子電子對(duì)被分離，使得它們飄移到各自的電極上，從而在這些電極誘導(dǎo)出將被檢測(cè)并測(cè)量的電流。在治療中，例如借助于電離室來(lái)監(jiān)控配送到病人的劑量，以確保其對(duì)應(yīng)于治療計(jì)劃中規(guī)定的劑量，也是至關(guān)重要的。還必須能夠檢測(cè)束的任何偏離。文獻(xiàn)“A pixel chamberto monitor the beam performances in hadron therapy”, R. Bonin et al., Nucl. Instr. &Methods in Phys. Reas. A 519 (2004) 674-686 描述了一種電離室，包括25 y m 厚的陰極，由上面沉積了鋁的聚酯薄膜組成，以及陽(yáng)極，由夾于均35 u m厚的兩個(gè)銅膜之間的100 u m厚的Vetronite膜組成。使用PCB技術(shù)，所述陽(yáng)極在一側(cè)被分成32X32個(gè)像素，并且每個(gè)像素都通過穿過Vetronite膜的通路(via)連接至位于陽(yáng)極另一側(cè)的導(dǎo)電線路。每條線路都將像素連接至信號(hào)測(cè)量器件。然而，該像素電離室具有一些缺點(diǎn)，第一個(gè)缺點(diǎn)是機(jī)械不穩(wěn)定性。兩個(gè)電極之間的距離由外部電樞限定。機(jī)械變形或顫噪效應(yīng)可能嚴(yán)重影響兩個(gè)電極之間的距離，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度和精密度。該器件的另一問題是其關(guān)于束缺乏“透明度”。陽(yáng)極中存在的銅的不可忽略的厚度引起了束散射。文獻(xiàn)WO 2006126084通過用石墨層代替形成每個(gè)像素的銅層部分地解決了這些問題。每個(gè)像素周圍的刺穿有孔的中間層設(shè)置在陽(yáng)極和陰極之間，從而形成多個(gè)室。附著點(diǎn)將中間層固定到陽(yáng)極和陰極，以允許空氣穿過，并穩(wěn)定陽(yáng)極和陰極之間的距離。然而，該類型的檢測(cè)器總是引起角和縱向束散射，因此，需要有可能提供一種盡可能最“透明”的探測(cè)器，換句話說(shuō)，水等效厚度(water equivalent thickness,WET)最小的探測(cè)器，以便不降低束的性能。一般地，給定能量的給定粒子束穿過厚Im的材料m的一部分的水等效厚度，被定義為產(chǎn)生與厚Im的材料m的一部分相同的束能量損失的水厚度。通過以下等式給出能量束穿過厚Im的材料m的一部分的水等效厚度f(wàn) I dE'
p I p dx i(等式 i)
PJ I dt
\p dx ,
"I *其中P m為材料m的密度，單位是g/cm3 ；
Pw為水的密度，單位是g/cm3 ;Im為材料的厚度，單位是cm ；[丄::j為相對(duì)于材料m的密度的材料對(duì)束的阻滯力，單位是MeV*cm2/g ； f I ￡"/ /* *、/ 為相對(duì)于水的密度的水對(duì)束的阻滯力，單位是MeV*cm2/g。
^丄…通過減小支撐電極的板的厚度并對(duì)這些板使用具有相對(duì)低的平均原子量的材料，可以獲得電離室的水等效厚度的最小化。然而，這些電極支撐板有限制厚度，低于限制厚度可能會(huì)引發(fā)一些問題。第一個(gè)必須考慮的問題是支撐膜上的電極的電容的增大。同一個(gè)膜的兩面之間的電荷差異過高可能導(dǎo)致膜的破裂。對(duì)于平面電容器，電容通過j給出。其中e?？战殡姵?shù)；e r :材料的相對(duì)介電常數(shù)；A 電極的板的面積；d:電極的板的厚度。第二個(gè)問題是顫噪噪聲的存在，其影響電極之間的距離，并降低了測(cè)量的精確度和精確性。另外，使用減小厚度的支撐板，變得難以在不影響板的機(jī)械穩(wěn)定性的情況下，穿過板經(jīng)由一通道將一個(gè)或多個(gè)集電表面或極化表面連接至一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線路。文獻(xiàn)US 6，011，265描述了一種包括單個(gè)電離室的檢測(cè)器,該電離室包括多個(gè)并行排列并通過間隙彼此隔開的支撐膜。所描述電離室包括包括電極DE的第一支撐膜；包括由多個(gè)初級(jí)陽(yáng)極組成的集電極CE的第二支撐膜；包含在所述第一支撐膜和第二支撐膜之間的一個(gè)或兩個(gè)支撐膜10，支撐膜10由絕緣材料制成，并且其兩面被金屬化，以形成第一金屬鍍層11和第二金屬鍍層12，金屬包覆膜10包括多個(gè)穿孔，整個(gè)形成電子倍增器；第一極化部件BI，用于極化位于第一膜上的電極D2 ；第二極化部件B2,適于在上述第一金屬鍍層11和第二金屬鍍層12之間建立電極化電壓，以便在每個(gè)孔形成電場(chǎng)凝結(jié)區(qū)，在電場(chǎng)凝結(jié)區(qū)中生成凝結(jié)電場(chǎng)，所述凝結(jié)電場(chǎng)運(yùn)作，以便由所述光電子生成電子雪崩，被認(rèn)為是主要電子；
第三極化部件B3，適于產(chǎn)生電極化電壓，其被施加到所述集電極CE，以允許檢測(cè)所述電子雪崩。US 6，011，265中描述的檢測(cè)器還可以包括排列在第二支撐膜的第二側(cè)上的初級(jí)陽(yáng)極的第二組件，以形成二維檢測(cè)器。然而，在尤其是使用高強(qiáng)度的束電流的強(qiáng)子治療技術(shù)中，所使用的束監(jiān)控裝置是以飽和態(tài)運(yùn)行用于最大效能的聚集電荷的電離室。因此，在電離存在于電離室內(nèi)部的氣體之后，必須最小化電荷重組的現(xiàn)象，這可能不利于室的飽和，因此不利于測(cè)量的精確度。因此，諸如文獻(xiàn)US 6，011，265中描述的，該類型的束不可能使用其中在氣體電離之后產(chǎn)生的電荷被放大的電離室。因此，有必要能夠制造一種檢測(cè)器，其對(duì)放療束足夠透明，以便劑量被準(zhǔn)確和精確地配送到病人，使散射現(xiàn)象和束的劣化最小化。所述檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)還必須考慮容量、顫噪效應(yīng)和機(jī)械穩(wěn)定性的問題。 本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是獲得包括電離室組件的劑量測(cè)定裝置，其能夠監(jiān)控導(dǎo)向病人 的束的劑量，該裝置沒有現(xiàn)有技術(shù)的裝置的缺點(diǎn)。更具體地，本發(fā)明的目標(biāo)是使劑量測(cè)定裝置的水等效厚度最小化，以盡可能準(zhǔn)確和精確地將劑量配送到病人。本發(fā)明的另一目標(biāo)是獲得良好的檢測(cè)動(dòng)態(tài)，特別是通過消除或減小電離室的支撐板的固有電容同時(shí)減小這些支撐板的厚度。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種裝置，通過防止受到強(qiáng)電場(chǎng)的這些窄厚度的支撐板變形，使其集電極在其整個(gè)表面保持均勻響應(yīng)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種裝置，能夠精確地測(cè)量束沉積的劑量和該相同束的場(chǎng)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種“通用”裝置，其允許測(cè)量使用被動(dòng)配送技術(shù)和動(dòng)態(tài)技術(shù)獲得的束的性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于在線監(jiān)控由輻射源生成并配送到靶的離子束的裝置，該裝置包括并行排列并通過間隙彼此隔開的多個(gè)支撐膜；支撐膜被放置為相對(duì)于離子束的中心軸垂直，并且形成連續(xù)的電離室，其中，至少一個(gè)電離室使用厚度等于或小于IOOym的支撐膜形成；每個(gè)支撐膜都在其兩個(gè)表面上具有一個(gè)或多個(gè)電極，該電極被置于使得每個(gè)支撐膜的兩側(cè)都具有相同極性的電勢(shì)；支撐膜被排列為使得連續(xù)的支撐膜具有交替的極化；上述裝置還具有附加部件，其能夠平衡存在于使用厚度等于或小于IOOym的支撐膜形成的電離室內(nèi)部的靜電力。優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，該至少一個(gè)電離室使用厚度小于20i!m的支撐膜形成，優(yōu)選地等于或小于15 u m，更優(yōu)選地等于或小于10 U m，進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 u m,更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于I U m。優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，附加部件包括剛性板，該剛性板平行且被放置為面向在其每側(cè)都包括集電極的支撐膜，并參與使用厚度等于或小于IOOym的支撐膜制成的電離室的形成；剛性板還包括至少一個(gè)電極，該電極被置于能夠平衡存在于電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，附加部件包括剛性或柔性板，優(yōu)選地為柔性的，剛性或柔性板平行且位于在其每個(gè)表面上都包括極化電極的支撐膜的對(duì)面，并參與使用厚度等于或小于lOOym的支撐膜形成的電離室的形成；剛性或柔性板還包括至少一個(gè)電極，該電極被置于能夠平衡存在于電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。 優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，每個(gè)支撐膜之間的間隙是恒定的。優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，厚度等于或小于IOOiim的支撐膜中的至少一個(gè)在其至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于支撐膜的與包括上述電極的側(cè)相同的側(cè)上的導(dǎo)電線路連接至測(cè)量電子設(shè)備，使得上述支撐膜的機(jī)械穩(wěn)定性沒有受到不利影響。優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置包括在其兩個(gè)表面上具有集電極的支撐膜，該支撐膜與在其兩個(gè)表面上具有極化電極的支撐膜交替。 優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，每個(gè)集電極都通過位于支撐膜的與包括集電極的側(cè)相同的側(cè)上的導(dǎo)電線路，連接至測(cè)量電子設(shè)備。優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，一些集電極采取并行排列的條形。根據(jù)另一本發(fā)明，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量離子束的裝置，該裝置包括支撐膜，該支撐膜具有兩個(gè)表面，并且厚度等于或小于100 u m,優(yōu)選地小于20 u m,更優(yōu)選地等于或小于15 ii m,進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于10 V- m,更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 y m,并且最優(yōu)選地等于或小于I U m ;支撐膜在其至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于支撐膜的與包括電極的側(cè)相同的側(cè)上的導(dǎo)電線路，連接至測(cè)量電子設(shè)備。優(yōu)選地，在本發(fā)明的裝置中，電極采用盤形，其外圍與在支撐膜的其余部分延伸的保護(hù)層被間隙或絕緣樹脂隔開，并且盤形電極通過位于支撐膜的與包括盤形電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路，連接至測(cè)量電子設(shè)備，線路涂覆有絕緣樹脂，并且絕緣樹脂涂覆有在保護(hù)層上延伸的導(dǎo)電材料薄層。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種用于在線監(jiān)控由輻射源生成并配送到靶的離子束的方法，該方法包括以下步驟a)提供并行排列并通過間隙彼此隔開的多個(gè)支撐膜；支撐膜被放置為相對(duì)于離子束的中心軸垂直，并且形成一系列電離室，其中，至少一個(gè)電離室使用厚度等于或小于100 u m的支撐膜形成；每個(gè)支撐膜都在其兩個(gè)表面上具有一個(gè)或多個(gè)電極；b)將每個(gè)支撐膜置于使得每個(gè)支撐膜的兩個(gè)表面都具有相同極性的電勢(shì)；c)排列支撐膜，使得連續(xù)的支撐膜具有交替的極化；d)確定存在于使用厚度等于或小于IOOiim的支撐膜形成的電離室內(nèi)部的靜電力；e)通過附加部件平衡靜電力。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，至少一個(gè)電離室使用厚度小于20i!m的支撐膜形成，該厚度優(yōu)選地等于或小于15 u m，更優(yōu)選地等于或小于10 U m，進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 u m,更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于I ii m。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，厚度等于或小于IOOiim的支撐膜中的至少一個(gè)在其至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于支撐膜的與包括電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路，連接至測(cè)量電子設(shè)備，使得上述支撐膜的機(jī)械穩(wěn)定性沒有受到不利影響。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，附加部件包括剛性或柔性板，剛性或柔性板包括至少一個(gè)電極，該電極被置于能夠平衡存在于電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中，平衡步驟進(jìn)一步包括對(duì)支撐膜施加適當(dāng)?shù)碾妷?。根?jù)另一方面，本發(fā)明涉及上述裝置的用途，用于在線監(jiān)控使用被動(dòng)配送技術(shù)配送的粒子束。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及上述裝置的用途，用于在線監(jiān)控使用動(dòng)態(tài)配送技術(shù)配送的粒子束。


為了說(shuō)明的目的給出以下附圖，其不以任何方式被解釋為限制本發(fā)明的范圍。此夕卜，不同附圖的比例不是按比例繪制的。
圖I示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式，根據(jù)位于端部的支撐膜之一是柔性的還是剛性的，包括一個(gè)或兩個(gè)集成電離室。圖2示出了包括連接至測(cè)量電極的集電極的支撐膜的一個(gè)表面。圖3示出了包括連接至測(cè)量電極的盤形集電極的支撐膜的一個(gè)表面。圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方式，其中，所有的支撐膜都是柔性的。圖5示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方式，包括兩個(gè)集成電離室和兩個(gè)條狀電離室。圖6示出了本發(fā)明的第四實(shí)施方式，包括兩對(duì)集成電離室和兩對(duì)條狀電離室。圖7示出了本發(fā)明的第五實(shí)施方式，包括集成電離室、條狀電離室、和兩個(gè)基準(zhǔn)電離室。圖8示出了本發(fā)明的第六實(shí)施方式，包括集成電離室、條狀電離室、基準(zhǔn)電離室和包括盤形集電極的電離室。圖9示出了第七實(shí)施方式，包括被兩個(gè)電離室組件圍繞的兩個(gè)基準(zhǔn)電離室，兩個(gè)電離室組件位于這些基準(zhǔn)電離室的兩側(cè)，電離室第一組件包括條狀電離室和集成電離室，第二組件包括條狀電離室和包括盤形集電極的電離室。
具體實(shí)施例方式圖I示出了本發(fā)明的劑量測(cè)定裝置，該劑量測(cè)定裝置包括至少兩個(gè)電離室，電離室包括至少兩個(gè)支撐一個(gè)或多個(gè)電極的柔性膜，稱為支撐膜10、20，其由平均原子量小于20的具有良好的柔韌性和良好的抗輻射性的低密度材料制成，諸如雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(聚酯薄膜更廣為人知)、或者聚(4，4’ -氧二亞苯-苯均四酸)(聚酰亞胺更廣為人知)，這些材料不以任何方式構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。優(yōu)選地，至少兩個(gè)支撐膜的厚度在一微米至一毫米之間，更優(yōu)選地在一微米和一百微米之間，進(jìn)一步優(yōu)選地在一微米和二十微米之間。形成第一電離室的至少兩個(gè)支撐膜10、20在其兩個(gè)表面上涂有用作電極的導(dǎo)電材料層。優(yōu)選地，上述導(dǎo)電材料通過沉積技術(shù)沉積在支撐膜上，以獲得一納米和一微米之間的導(dǎo)電材料層，優(yōu)選地，在100納米和一微米之間，更優(yōu)選地在100納米和500納米之間。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電材料是金屬或石墨，更優(yōu)選地為金屬。相比于現(xiàn)有技術(shù)中已知的通常使用PCB技術(shù)獲得的支撐板，本發(fā)明的支撐膜具有如下優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生較少的散射以及光束的性能劣化。然而，相比于通常在現(xiàn)有技術(shù)中使用的那些，支撐膜厚度的減小導(dǎo)致出現(xiàn)了新的問題，第一個(gè)問題是將信號(hào)返回到信號(hào)測(cè)量裝置的線路的定位，第二個(gè)問題是膜的大電容效應(yīng)，第三個(gè)問題是當(dāng)膜受到電勢(shì)時(shí)的振動(dòng)。傳統(tǒng)上，集電極通過穿過排列在電極表面和支撐板之間的絕緣層的通路連接至線路，所述線路將信號(hào)返回到測(cè)量設(shè)備。對(duì)于希望使其厚度最小化的支撐膜，這種安排是不可取的。圖2示出了本發(fā)明的支撐膜，其包括旨在測(cè)量使用動(dòng)態(tài)技術(shù)配送的束的集電極11，該類型的電極稱為“集成集電極”，所述集電極11通過位于支撐膜的與電極11相同側(cè)的線路13連接至測(cè)量電子設(shè)備9。所述線路使用與用于沉積電極的相同沉積技術(shù)，沉積在每個(gè)支撐膜上。優(yōu)選地，每個(gè)集電極和將其連接到測(cè)量設(shè)備的線路通過集電極邊緣周圍的真空14或者絕緣樹脂14與保護(hù)層12隔開。圖3示出了包括用于測(cè)量通過被動(dòng)技術(shù)傳送的束的盤形電極的支撐膜。由于該集電極的線路決不能外露于束，否則，其將依賴于該束的場(chǎng)來(lái)提供測(cè)量，因此該線路涂有絕緣樹脂的薄層，絕緣樹脂本身涂有在保護(hù)層延伸的導(dǎo)電材料的薄層。電容器的電容與電容器的面積成正比，并且與電容器的板隔開的距離成反比。包 括一個(gè)表面上的集電極以及其他表面上的極化電極的支撐膜可以比作電容器。對(duì)于具有如同本發(fā)明裝置中的厚度的支撐膜，由于位于膜兩側(cè)的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差，膜破裂的風(fēng)險(xiǎn)非常高。膜的破裂是在電容器的一側(cè)上累積了過多電荷時(shí)發(fā)生在電容器的兩個(gè)絕緣板之間的放電，放電破壞了電容器的絕緣層。此外，支撐膜的大電容效應(yīng)將導(dǎo)致向測(cè)量電子設(shè)備輸送電荷的延遲，并增大檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間。因此，有在已經(jīng)向病人發(fā)送了必要的劑量時(shí)發(fā)起對(duì)由束沉積的劑量的檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)送過剩劑量會(huì)破壞健康組織。在圖I示出的裝置中，支撐膜上的電極的排列解決了這些電容問題。每個(gè)支撐膜10、20在其兩個(gè)表面上都包括具有相同極化的電極。第一支撐膜10在其兩個(gè)表面上包括極化優(yōu)選地接近地面的集電極11、15。第二支撐膜20的兩個(gè)表面每個(gè)都包括優(yōu)選地通過線路連接至置為正電勢(shì)或負(fù)電勢(shì)的發(fā)生器的極化電極21、22。將極化電極連接至發(fā)生器的每條導(dǎo)電線路都位于支撐膜的與所述極化電極相同的側(cè)。這樣，獲得了兩個(gè)支撐膜10、20，其中，同一個(gè)支撐膜的兩個(gè)表面被類似地極化，這允許在支撐膜的兩側(cè)大大減少電容效應(yīng)。每個(gè)支撐膜10、20都容納在支撐件中，例如，環(huán)氧樹脂的支撐件，該支撐件保證了每個(gè)支撐膜的良好的機(jī)械張力和良好絕緣性。固定這兩個(gè)支撐膜，使得其間有間隙。支撐件包括例如具有高電阻的間隔件，其尺寸用非常小的公差校準(zhǔn)。由于場(chǎng)以及靜電力依賴于所施加的電壓和每個(gè)支撐膜之間的距離，因此將支撐膜隔開的間隙必須具有高保精度。有利的是，制造包括相對(duì)窄厚度的柔性支撐膜的檢測(cè)器還必須考慮顫噪效應(yīng)。像本發(fā)明中那樣薄的兩個(gè)支撐膜之間產(chǎn)生的電勢(shì)差具有扭曲和/或振動(dòng)這些支撐膜的效果，由于這兩個(gè)支撐膜之間的間隙不斷變化，這使對(duì)通過束穿過的包含在兩個(gè)支撐膜之間的氣體電離產(chǎn)生的電荷的檢測(cè)惡化。類似地，外部噪聲也對(duì)上述電離室產(chǎn)生顫噪效應(yīng)；因此，該裝置還必須使外部噪聲的作用最小化。為了降低該顫噪效應(yīng)，更特別地，為了在其整個(gè)表面獲得集電極的均勻響應(yīng)，兩個(gè)板或膜16、18位于由兩個(gè)支撐膜10、20形成的電離室I的兩側(cè)。這兩個(gè)板或膜16、18包括置于以下電勢(shì)的電極17、19 :選擇該電勢(shì)以便建立與由電離室I的支撐膜10、20極化產(chǎn)生的靜電力Fei平衡的靜電力Fe2。優(yōu)選為剛性的第一板16被放置為面向并平行于定位為朝向電離室I外部的集電極15。該板16包括電極17,電極17置于被選擇以便平衡靜電力Fei的電勢(shì),靜電力Fei被施加到支撐膜10，并且因集電極11和定位為朝向電離室I內(nèi)部的極化電極21之間的極性差異建立的電場(chǎng)而產(chǎn)生。優(yōu)選地，將第一板16上包含的電極17與支撐膜10上包含的電極15隔開的間隙與將電離室I內(nèi)部包含的集電極11和極化電極21隔開的間隙相同。更優(yōu)選地，施加到板16的電極17的電壓等于施加到支撐膜20的極化電極21、22的電壓?？梢允腔虿皇莿傂缘牡诙?8被放置為面向并平行于包括極化電極21、22的支撐膜20。該第二板18包括電極19，電極19置于被選擇以便平衡由支撐板20的電極21、22極化產(chǎn)生的靜電力Fei的電勢(shì)。如果該板18上包含的電極19不是集電極，則該第二板18不必為剛性的，因此，該電極19和電極22不形成電離室。由于支撐膜10在其兩個(gè)表面上包括集電極11、15，因此在該膜的兩側(cè)聚集束對(duì)氣體電離產(chǎn)生的電荷。同一個(gè)膜各板上的電荷差異可能會(huì)導(dǎo)致輕微的電容效應(yīng)，可能會(huì)干擾測(cè)量電子設(shè)備的測(cè)量時(shí)間。為了避免這種不便，由于氣體的電離而在兩個(gè)集電極11、15處產(chǎn)生的電信號(hào)優(yōu)選地在被發(fā)送到測(cè)量電子設(shè)備之前進(jìn)行物理求和(sum)。因此，包括位于支撐膜10兩側(cè)的兩個(gè)集電極11、15的支撐膜10被兩個(gè)電離室共用，第一電離室I由兩個(gè)支撐膜10、20形成，并且第二電離室2由包括集電極的支撐膜10和剛性板16形成。因此，優(yōu)選地，在該情況下，上述這些電離室1、2應(yīng)該具有相同的間隙。這就是為何被定位為面向支撐膜10的集電極15的板16是剛性板，從而減小顫噪效應(yīng)，并保證準(zhǔn)確、精確的劑量測(cè)量所 需的兩個(gè)電離室1、2中的恒定間隙。圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，剛性板16已被兩個(gè)表面上均具有極化電極的支撐膜30代替，該支撐膜優(yōu)選地與在其兩個(gè)表面上均包括極化電極的支撐膜20相同。這給出了兩個(gè)電離室1、2的組件，電離室1、2包括這兩個(gè)電離室共用的集電極，并收集相同數(shù)量的電荷。兩個(gè)膜18、40分別包括優(yōu)選地置于相同電勢(shì)或接近集電極電勢(shì)的電極19和41。這些膜18、40位于所述電離室組件的兩側(cè)，并且其電極產(chǎn)生與施加到支撐膜10、30的靜電力Fei反方向的平衡靜電力Fe2，支撐膜10、30例如包括置于負(fù)電勢(shì)的極化電極。由于沒有在由這些膜18、40和對(duì)面的支撐膜20、30形成的空間中聚集電荷，因此位于上述電離室1、2的組件兩側(cè)的膜18、40不必是剛性的。像上一種情況一樣，在電離室I和2的集電極聚集的信號(hào)被歸納并發(fā)送到測(cè)量電子設(shè)備，例如，電荷積分器。圖5示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式，專用于所謂的筆形束掃描技術(shù)。該裝置包括并行電離室組件，每個(gè)電離室都包括柔性的薄支撐膜，上面通過蒸鍍處理沉積了用作集電極或極化電極的導(dǎo)電材料薄層。上面通過蒸鍍處理在其上沉積了電極的支撐膜40、18優(yōu)選地接地，并且被放置在平行于所述電離室組件的兩側(cè)。該電離室組件包括兩個(gè)電離室子組件。電離室第一子組件包括測(cè)量由束沉積的劑量的兩個(gè)集成電離室203、204。該電離室第一子組件包括-第一支撐膜105，在其兩個(gè)表面上包括極化電極；-第二支撐膜104，在其兩個(gè)表面上包括集電極，該支撐膜被電離室第一子組件的兩個(gè)電離室203、204共用，集電極覆蓋支撐膜的至少90%，被保護(hù)電極包圍，其結(jié)構(gòu)是圖2示出的結(jié)構(gòu)；-第三支撐膜103，在其兩個(gè)表面上包括極化電極，該支撐膜被電離室第一子組件的電離室203和電離室第二子組件的一個(gè)電離室202共用。該集電極和極化電極在覆蓋其支撐膜的至少90%的區(qū)域上延伸，以產(chǎn)生并聚集最大數(shù)量的電荷。兩個(gè)電離室201、202的第二子組件包括-所述支撐膜103;-第二支撐膜102，在該第二支撐膜上以條的形式沉積有集電極，被通過絕緣材料與這些電極隔開的保護(hù)層圍繞，以測(cè)量束場(chǎng)，支撐膜的一個(gè)表面的每個(gè)條都通過位于該第二支撐膜同一側(cè)的導(dǎo)電線路連接至測(cè)量電子設(shè)備；-第三支撐膜101，在其兩個(gè)表面上包括極化電極。
電離室203、204的第一子組件位置與電離室201、202的第二子組件相鄰，第一子組件的一個(gè)電離室203具有與電離室第二子組件的電離室202共用的支撐膜103。電離室第一子組件包括由在表面?zhèn)劝▋蓚€(gè)集成電離室203、204，集成電離室203、204由極化電極的支撐膜103、105以及兩個(gè)電離室203、204共用的支撐膜104形成，支撐膜104在每個(gè)表面上都包括集電極。優(yōu)選地，如圖6所示，本發(fā)明的裝置的電離室組件包括電離室第三和第四子組件。優(yōu)選地，集成電離室203、204、205、206被定位為朝向裝置的內(nèi)部，而包括條狀電極的電離室201、202、207、208被定位為朝向裝置的端部。借助于該排列，可以在測(cè)量由束沉積的劑量的集成電離室203、204、205、206中具有穩(wěn)定精確的信號(hào)。優(yōu)選地，無(wú)論是否包括集電極并在每側(cè)都接地的支撐膜與在每側(cè)都包括極化電極的支撐膜交替。這種電離室的冗余性允許重復(fù)測(cè)量，并確保裝置正確地運(yùn)行，從而保證對(duì)配送到病人的劑量的最大精確測(cè)量。在一個(gè)支撐膜破裂的情況下，也可以控制發(fā)送到病人的劑量。圖6示出了兩個(gè)相鄰的集成電離室203、204、205、206的兩個(gè)子組件，其中-支撐膜104被兩個(gè)電離室203、204共用，并在其兩個(gè)表面上包括集電極；-支撐膜105被兩個(gè)電離室204、205共用，并且其兩個(gè)表面均包括極化電極；-支撐膜106被兩個(gè)電離室205、206共用，并且其兩個(gè)表面均包括集電極。兩個(gè)電離室201、202的一個(gè)子組件共有支撐膜102，支撐膜102在其兩個(gè)表面上均包括條狀的集電極。該子組件的一個(gè)電離室202被放置為與集成電離室203相鄰，并且與該電離室203共有支撐膜103，支撐膜103在其兩個(gè)表面上均包括極化電極。兩個(gè)電離室207、208的第二子組件共有支撐膜108，支撐膜108在其兩個(gè)表面上均包括條狀的集電極。為了清楚起見，僅僅示出了連接至電極的兩個(gè)測(cè)量電子裝置。該子組件的一個(gè)電離室207被放置為與集成電離室206相鄰，并與該電離室206共有支撐膜107，支撐膜107在其兩個(gè)表面上均包括極化電極。最后，包括面向被放置為朝向位于電離室組件端部的電離室201、208外部的極化電極的電極的支撐膜18、40，允許平衡由于電極101、103、105、107、109的極化引起的靜電力，并有助于穩(wěn)定組件的每個(gè)電離室的支撐膜。如圖7所示，可以插入在電離室的所述組件中的兩個(gè)電離室301、302的附加子組件。優(yōu)選地，電離室301、302的該子組件排列在裝置的中間，在集成電離室203、204以及205、206的兩個(gè)子組件之間。電離室301、302的附加子組件包括支撐膜，該支撐膜上的電極沉積在其表面兩側(cè)上，這些電極平衡裝置內(nèi)部的靜電場(chǎng)并且能夠被用作集電極，以在水模體中測(cè)量非掃描束時(shí)提供基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)于非掃描束，在所述模體中進(jìn)行測(cè)量時(shí)攔截全部粒子流是理想的。對(duì)于傳統(tǒng)的水模體中的測(cè)量，難以在不擾亂粒子測(cè)量的情況下在粒子流中定位基準(zhǔn)室。借助于該裝置中的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)室，將不再擾亂所述測(cè)量。優(yōu)選地，束穿過的且位于裝置入口的電離室201、202的第一子組件，包括沿與束的軸正交的X軸定向的條狀集電極。束穿過的最后的電離室207、208的子組件，包括沿與束的軸和X軸正交的y軸定向的條狀集電極。該裝置可以放置在輻射單元的輸出，并且因?yàn)槠涞偷乃刃Ш穸龋瑤缀醪粩_亂束性能，使角和縱向散射的影響最小化。例如，通過考慮圖6中的最后一個(gè)實(shí)例，可以計(jì)算本發(fā)明的檢測(cè)器的水等效厚度，圖6中的最后一個(gè)實(shí)例包括例如由2.5pm厚的雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(聚酯薄膜)制成、并且在兩面涂有例如厚度為200nm的金或鋁的薄層的13個(gè)支撐膜，每個(gè)支撐膜例如都通過5mm的氣隙彼此隔開。對(duì)于穿過裝置的該實(shí)例的200MeV的束，在表I中再現(xiàn)了該實(shí)例的不同參數(shù)。表I;
權(quán)利要求
1.一種用于在線監(jiān)控由輻射源生成并配送到靶的離子束的裝置，所述裝置包括并行排列并通過間隙彼此隔開的多個(gè)支撐膜；所述支撐膜被放置為相對(duì)于所述離子束的中心軸垂直，并且形成連續(xù)的電離室，其中，至少一個(gè)電離室使用厚度等于或小于100 μ m的支撐膜形成；每個(gè)所述支撐膜都在其兩個(gè)表面上具有一個(gè)或多個(gè)電極，所述電極被設(shè)定在使得每個(gè)所述支撐膜的兩個(gè)表面都具有相同極性的電勢(shì)；所述支撐膜被排列為使得連續(xù)的支撐膜具有交替的極化；所述裝置還具有附加部件，其能夠平衡存在于使用厚度等于或小于100 μ m的支撐膜形成的所述電離室內(nèi)部的靜電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)電離室使用厚度小于20μ m的支撐膜形成，所述厚度優(yōu)選地等于或小于15 μ m,更優(yōu)選地等于或小于10 μ m,進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 μ m,更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于I μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，所述附加部件包括剛性板，所述剛性板平行且面向在其每個(gè)表面上都包括集電極的支撐膜，并參與使用厚度等于或小于100 μ m的支撐膜形成的所述電離室的形成；所述剛性板還包括至少一個(gè)電極，所述電極被設(shè)定在能夠平衡存在于所述電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述附加部件包括剛性或柔性板，優(yōu)選為柔性的，所述剛性或柔性板平行且面向在其每個(gè)表面上都包括極化電極的支撐膜，并參與使用厚度等于或小于100 μ m的支撐膜形成的所述電離室的形成；所述剛性或柔性板還包括至少一個(gè)電極，所述電極被設(shè)定在能夠平衡存在于所述電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，每個(gè)支撐膜之間的所述間隙是恒定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，厚度等于或小于100μ m的支撐膜中的至少一個(gè)在其至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于所述支撐膜的與包括所述電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路連接至測(cè)量電子設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的裝置，包括在其兩個(gè)表面上具有集電極的支撐膜，所述支撐膜與在其兩個(gè)表面上具有極化電極的支撐膜交替。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，每個(gè)集電極都通過位于所述支撐膜的與包括所述集電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路連接至測(cè)量電子設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，一些集電極采取并行排列的條形。
10.一種用于測(cè)量離子束的裝置，所述裝置包括支撐膜，所述支撐膜具有兩個(gè)表面，并且厚度等于或小于100 μ m,優(yōu)選地小于20 μ m,更優(yōu)選地等于或小于15 μ m,進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于10 μ m,更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 μ m,并且最優(yōu)選地等于或小于I μ m ;所述支撐膜在至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于所述支撐膜的與包括所述電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路，連接至測(cè)量電子設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述電極是盤形的，其外圍與在所述支撐膜的其余部分延伸的保護(hù)層被間隙或絕緣樹脂隔開，其中，所述盤形電極通過位于所述支撐膜的與包括所述盤形電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路連接至測(cè)量電子設(shè)備，所述線路涂覆有絕緣樹脂，并且所述絕緣樹脂涂覆有在所述保護(hù)層上延伸的導(dǎo)電材料薄層。
12.一種用于在線監(jiān)控由輻射源生成并配送到靶的離子束的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供并行排列并通過間隙彼此隔開的多個(gè)支撐膜；所述支撐膜被放置為相對(duì)于所述離子束的中心軸垂直，并且形成連續(xù)的電離室，其中，至少一個(gè)電離室使用厚度等于或小于.100 μ m的支撐膜形成；每個(gè)所述支撐膜都在其兩個(gè)表面上具有一個(gè)或多個(gè)電極； b)將每個(gè)所述支撐膜設(shè)定在使得每個(gè)所述支撐膜的兩個(gè)表面都具有相同極性的電勢(shì)； c)排列所述支撐膜，使得連續(xù)的所述支撐膜具有交替的極化； d)確定存在于使用厚度等于或小于100μ m的支撐膜形成的所述電離室內(nèi)部的靜電力； e)通過附加部件平衡所述靜電力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電離室使用厚度小于20μ m的支撐膜形成，所述厚度優(yōu)選地等于或小于15 μ m，更優(yōu)選地等于或小于10 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于5 μ m，更進(jìn)一步優(yōu)選地等于或小于I μ m。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，厚度等于或小于100μ m的支撐膜中的至少一個(gè)在其至少一個(gè)表面上包括電極，優(yōu)選地是集電極，其通過位于所述支撐膜的與包括所述電極的側(cè)相同的側(cè)上的線路連接至測(cè)量電子設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述附加部件包括剛性或柔性板，所述剛性或柔性板包括至少一個(gè)電極，所述電極設(shè)定在能夠平衡存在于所述電離室內(nèi)部的靜電力的電勢(shì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述平衡步驟進(jìn)一步包括對(duì)所述支撐膜施加適當(dāng)?shù)碾妷骸?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的裝置的用途，用于在線監(jiān)控使用被動(dòng)配送技術(shù)配送的粒子束。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的裝置的用途，用于在線監(jiān)控使用動(dòng)態(tài)配送技術(shù)配送的粒子束。
全文摘要
本發(fā)明涉及束的在線控制領(lǐng)域和所述束領(lǐng)域，尤其涉及一種裝置，該裝置包括多個(gè)電離室，能夠測(cè)量由離子束沉積的劑量。至少一個(gè)電離室由厚度等于或小于100nm的支撐膜形成。
文檔編號(hào)H01J47/02GK102782799SQ201080054479
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者卡泰麗娜·布魯薩斯卡, 布魯諾·馬錢德, 杰羅姆·佩羅納, 讓-馬克·豐博納 申請(qǐng)人:離子束應(yīng)用股份有限公司