專利名稱：用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及重離子束治療腫瘤技術(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及Bragg曲線探測器。
技術(shù)背景[0002]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。在重離子治癌臨床照射過程中，腫 瘤被分成若干斷層照射，我們通過改變束流的能量來改變照射深度以實現(xiàn)對各個腫瘤斷 層的照射。因此要確保束流能夠準(zhǔn)確安全地到達(dá)腫瘤所在的位置，就需要在照射之前準(zhǔn) 確測量輻照粒子的劑量深度分布，即Bragg曲線以確保照射治療計劃的可靠性或優(yōu)化照射 治療計劃。[0003]由于人體的主要成分為水，因此臨床上人體組織中照射劑量分布，既Bragg 曲線的確定是通過水中的Bragg曲線和一系列人體組織與水之間的等效參數(shù)來確定 的。傳統(tǒng)的Bragg曲線測試方法是采用水箱電離室系統(tǒng)，通過步進(jìn)電機改變劑量電離 室在水箱中的位置以獲得入射粒子的Bragg曲線，該方法參見國際原子能機構(gòu)(IAEA， International Atomic Energy Agency) 398 號 艮告(Absorbed dose determination in external beam radiotherapy, IAEATechnical reports Serial No.398, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000.57-63)。該方法在每個位置測試點需要數(shù)秒鐘的時間，要獲得Bragg曲線 峰區(qū)位置精度為100 μ m的采樣則需要約最少10分鐘以上。同時，由于每個采樣點的入 射粒子強度的不同，該系統(tǒng)在水箱前壁還需配有一個用于刻度入射粒子強度的大面積參 考電離室。該系統(tǒng)的測試結(jié)果還會受束流剖面均勻性和束流強度穩(wěn)定性的影響。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲 線探測器。利用一種能和水等效的材料，通過改變其厚度來模擬不同深度的水。同時在 不同厚度的水等效材料中設(shè)置能夠測量照射劑量的探測裝置，從而實現(xiàn)對重離子Bragg曲 線的一次性測量。該探測器在臨床應(yīng)用中通過模擬實際重離子治療過程中的分層照射， 得到各個分層的Bragg曲線，將獲得的Bragg曲線疊加，可以得到整個照射區(qū)間的劑量深 度分布，從而直接和照射治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性或優(yōu)化照射治療計劃。[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為.一種用于重離子治癌的快速 測量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電離室0)，其主要特點是在單元電 離室O)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框架(1)的前、后兩端分別設(shè)有 入射窗(1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗(1-5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板 (1-2)、信號引出板(1-3)，高壓輸入板(1-4)；所述的單元電離室(2)包括有與信號引出 板(1-3)連接的信號極0-1)，和與高壓輸入板(1-4)連接的高壓極0-2)；所述的單元 電離室(2)及前方的水等效體(3)置于帶凹槽的支撐板(1-2)內(nèi)；所述的單元電離室(2)和水等效體(3)的間距在0.1mm-5mm之間。[0006]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的單元電離室(2)的兩個 電極，信號極為陽極，高壓極(2-2)為陰極，極間距離為l-20mm，電極由有效面 積為10Χ10·2-300Χ300ιηιη2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚 度為7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。[0007]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的水等效體(3)為與水的 質(zhì)量密度和電子密度都十分接近的有機玻璃，這種等效體在國際重離子治癌領(lǐng)域是認(rèn)可 的。同時由于有機玻璃的價格便宜，可塑性強，其薄片的加工厚度可以小到μ m量級。 這樣就可以保證該方法測到的Bragg曲線的精度。通過不同厚度的有機玻璃模擬不同深 度的水，在有機玻璃之間插入測量照射劑量的單元電離室( 來實現(xiàn)不同水深度下劑量 分布，即Bragg曲線的測量。[0008]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的水等效體( 在探測器 中的分布為探測器的前端的若干水等效體⑶厚度為1.5-lOmm，用于Bragg曲線的坪 區(qū)測量；探測器中部的水等效體(3)厚度為0.1-1.5mm，對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量； 探測器后端的水等效體(3)厚度為0.5-1.5mm，用于Bragg曲線的峰后區(qū)測量。所述的水 等效體C3)在探測器前端的厚度，是根據(jù)入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)的大概位置改變的。 通過探測器前端水等效體( 厚度的改變，實現(xiàn)入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)落在Bragg曲 線探測器中部。其中入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)位置由入射粒子能量決定，可以由相應(yīng) 計算軟件獲得。[0009]所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體( 厚度所對應(yīng)的Bragg 曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于探測器20-100組的不同厚度的水等效體 (3)，其中前端10-30組水等效體(3)的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射 粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部5-60組水 等效體C3)的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50% 變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端5-10組水等效體(3) 的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到 接近0對應(yīng)的水等效厚度。由于Bragg曲線是一個隨入射粒子能量變化的不對稱曲線， 本實用新型的探測器與其形狀相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)在保證Bragg峰區(qū)測量精度的前提下 最大限度減小探測器的結(jié)構(gòu)尺寸。實際應(yīng)用中探測器各個部分對應(yīng)的水等效厚度可以根 據(jù)入射粒子能量和相應(yīng)的模擬計算軟件獲得。[0010]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的數(shù)個單元電離室⑵為 縱向排列的20-100組。通過對每個單元電離室信號極(2-1)輸出信號的同步取樣，可以 快速獲得入射重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性 的影響。[0011]本實用新型的有益效果利用與水等效的有機玻璃材料與劑量探測器有機結(jié) 合，在ms量級的時間內(nèi)完成對入射重離子Bragg曲線的一次性測量，同時排除照射粒子 強度和徑向分布均勻性對測試結(jié)果的影響。實際照射中通過對腫瘤各個斷層照射的Bragg 曲線測量，得到整個腫瘤照射區(qū)間的劑量深度分布，從而直接和照射治療計劃對比，驗 證治療計劃的可行性或優(yōu)化照射治療計劃。由于人體的主要成分為水，且臨床上人體組織中照射劑量分布的確定是通過水中的Bragg曲線和一系列人體組織與水之間的等效參數(shù) 來確定的，這樣探測器的測試結(jié)果可以轉(zhuǎn)化為人體組織中的Bragg曲線，從而指導(dǎo)重離子 的臨床照射。


[0012]圖1是本實用新型的快速Bragg曲線探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0013]其中1-1為入射窗；1-5為出射窗；1-2為帶凹槽的支撐板；1-3為信號引出 板；1-4為高壓輸入板；2為單元電離室；3為水等效體；[0014]圖2是本實用新型探測器單元電離室的結(jié)構(gòu)示意圖；2-1為信號極；2-2為高壓 極；[0015]圖3為Bragg曲線示意圖。[0016]圖4為實施例1測試結(jié)果[0017]圖5為實施例2測試結(jié)果，將快速Bragg曲線探測器對治療照射離子Bragg曲線 的測試結(jié)果與傳統(tǒng)水箱電離室系統(tǒng)測試結(jié)果的比較；□為快速Bragg曲線探測器的測試 結(jié)果，…· * …為傳統(tǒng)水箱電離室系統(tǒng)測試結(jié)果；[0018]圖6為重離子治癌臨床試驗的照射過程中，按照治療計劃中的分層照射，由快 速Bragg曲線探測器測到的每層照射的Bragg曲線；[0019]圖7為利用快速Bragg曲線探測器得到總劑量分布和治療計劃照射劑量的對比。 Δ為快速Bragg曲線探測器測量到的多個腫瘤斷層照射區(qū)Bragg曲線相疊加的結(jié)果，—— 為治療計劃要求的照射劑量分布。
具體實施方式
[0020]以下對本實用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型， 并非用于限定本實用新型的范圍。[0021]實施例1:見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器， 包括外框架1、數(shù)個單元電離室2，在單元電離室2的前方設(shè)有不同厚度的水等效體3; 所述的外框架1的前、后兩端分別設(shè)有入射窗1-1和出射窗1-5 ；在入射窗1-1和出射窗 1-5之間設(shè)有帶凹槽的支撐板1-2、信號引出板1-3，高壓輸入板1-4;所述的單元電離室 2包括有與信號引出板1-3連接的信號極2-1，和與高壓輸入板1-4連接的高壓極2-2 ； 所述的單元電離室2及前方的水等效體3置于帶凹槽的支撐板1-2內(nèi)。所述的單元電離 室2與前方的水等效體3之間的距離為5mm。[0022]所述的單元電離室2的兩個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間 距離為20mm，電極由有效面積為IOXlOmm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其 中導(dǎo)電薄膜為厚度25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。單元電離室工作在一個大氣壓的空氣中， 工作時高壓極接300V負(fù)高壓，信號極經(jīng)大電阻接地，這樣通過測量電阻兩端的電壓可以 得到入射粒子在該單元電離室內(nèi)的能量損失信號，從而得到對應(yīng)水等效厚度下的照射劑 量。[0023]所述的水等效體3為與水的質(zhì)量密度和電子密度都十分接近的有機玻璃。[0024]見圖3:所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例1，所述探測器共有20組的 不同厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪 區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中 部5組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰 值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端5組水等效體 3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到 接近0對應(yīng)的水等效厚度。由于Bragg曲線是一個隨入射粒子能量變化的不對稱曲線， 本實用新型專利的探測器與其形狀相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)在保證Bragg峰區(qū)測量精度的前 提下最大限度減小探測器的結(jié)構(gòu)尺寸。實際應(yīng)用中探測器各個部分對應(yīng)的水等效厚度可 以根據(jù)入射粒子能量和相應(yīng)的模擬計算軟件獲得。[0025]所述的20組水等效體3在探測器中的分布為探測器的前端10組水等效體3厚 度均為1.5mm，共15mm對應(yīng)Bragg曲線的坪區(qū)測量；探測器中部5組水等效體3厚度均 為1.5mm，共7.5mm對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量；探測器后端5組水等效體3厚度均 為1.5mm，共7.5mm對應(yīng)Bragg曲線的峰后區(qū)測量。[0026]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的數(shù)個單元電離室2為縱 向排列的20組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得 入射重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。[0027]圖4為入射粒子能量為lOOMeV/u條件下，本實施例1設(shè)計的快速Bragg曲線探 測器的測試結(jié)果。[0028]實施例2:見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器。 所述的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為3mm。所述的單元電離室2的兩 個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為15mm，電極由有效面積為 IOOX IOOmm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度7 μ m的鍍鋁 聚酰亞胺膜。單元電離室工作在一個大氣壓的空氣中，工作時高壓極接300V負(fù)高壓，信 號極經(jīng)大電阻接地，這樣通過測量電阻兩端的電壓可以得到入射粒子在該單元電離室內(nèi) 的能量損失信號，從而得到對應(yīng)水等效厚度下的照射劑量[0029]見圖3:所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例2，所述的用于重粒子治癌的 快速Bragg曲線探測器共有45組的不同厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3的總 厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50% 所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部30組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線 的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等 效體厚度；探測器后端5組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入 射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近O對應(yīng)的水等效厚度。[0030]所述的45組水等效體3在探測器中的分布為探測器的前端10組水等效體3厚 度均為2mm，共20mm對應(yīng)Bragg曲線的坪區(qū)測量；探測器中部5組水等效體3厚度均 為0.2mm，共6mm對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量；探測器后端5組水等效體3厚度均為 Imm,共5mm對應(yīng)Bragg曲線的峰后區(qū)測量。[0031]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排列的45組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射 重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。[0032]所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。[0033]圖5為入射粒子能量為200MeV/u條件下，本實施例2設(shè)計的快速Bragg曲線探 測器的測試結(jié)果，與傳統(tǒng)的水箱電離室測試結(jié)果比較，兩者基本一致。此次測量，水箱 電離室系統(tǒng)的測試時間為M分鐘。但快速Bragg探測器的測試時間僅為10ms。[0034]實施例3:見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器， 所述的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為1_。所述的單元電離室2的兩 個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為10mm，電極由有效面積為 200X200mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15μιη的鍍鋁 聚酰亞胺膜。[0035]見圖3:所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例3，所述的用于重粒子治癌 的快速Bragg曲線探測器共有60組的不同厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3 的厚度均為5_，共50mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從 起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部40組水等效體3的厚度均為 0.1mm，共4mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變 化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度 均為0.5mm，共5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值 50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚度。[0036]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排 列的60組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射 重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。[0037]所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線 測試精度的要求，所以其測試結(jié)果與實施例2類似。[0038]實施例4 :見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器， 所述的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為0.5mm。所述的單元電離室2的 兩個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為5mm，電極由有效面積為 250X250mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15μιη的鍍鋁聚酰亞胺膜。[0039]見圖3:所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例4，所述的用于重粒子治癌 的快速Bragg曲線探測器共有80組的不同厚度的水等效體3，其中前端20組水等效體3 的厚度均為6mm，共120mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從 起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部50組水等效體3的厚度均為 0.1mm，共5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50 %變 化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度 均為0.5mm，共5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值 50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚度。[0040]所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排 列的80組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射 重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。[0041]所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線 測試精度的要求，所以其測試結(jié)果與實施例2類似。[0042]實施例5:見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器， 所述的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為0.1mm。所述的單元電離室2的 兩個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為1mm，電極由有效面積為 300X300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15μιη的鍍鋁聚酰亞胺膜。[0043]對于本實施例5，所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器共有100組的 不同厚度的水等效體3，其中前端30組水等效體3的厚度均為10mm，共300mm對應(yīng)入射 粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等 效體厚度；探測器中部60組水等效體3的厚度均為0.1mm，共6mm對應(yīng)入射粒子Bragg 曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的 水等效體厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度均為0.5mm，共5mm對應(yīng)入射粒子 Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚 度。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排列 的100組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射 重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。[0044]其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線測試精度的要 求，所以其測試結(jié)果與實施例2類似。[0045]本實用新型的使用方法，其步驟如下[0046](1)將探測器垂直放置于束流照射方向；[0047](2)根據(jù)入射粒子的能量，設(shè)置探測器前端水等效體厚度；[0048](3)將探測器與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；[0049](4)同步獲取探測器單元電離室2信號極2-1上的劑量信號；[0050](5)將得到的信號和不同水等效體厚度對應(yīng)，得到入射粒子的Bragg曲線；[0051](6)根據(jù)測得的Bragg曲線峰位和半高寬，確認(rèn)束流的照射深度；[0052](7)按照治療計劃的設(shè)定進(jìn)行各個腫瘤斷層的照射，取得各個斷層照射下的 Bragg曲線；[0053](8)將得到的各個斷層照射時的Bragg曲線疊加，得到整個腫瘤照射的劑量深度 分布；[0054](9)將測得的實際照射劑量分布于治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性；[0055](10)在探測器測試結(jié)果與治療計劃偏差較大的情況下，相應(yīng)修正照射治療計 劃。[0056]應(yīng)用例1 [0057]實際照射治療時，根據(jù)腫瘤的深度和厚度，將其分為不同照射層。通過改變照 射粒子能量，實現(xiàn)對腫瘤不同照射層的治療。通過快速Bragg曲線探測器測得的不同腫瘤照射層對應(yīng)的入射粒子的Bragg曲線，可以得到各層Bragg曲線疊加后得到的總劑量，即 為整個重離子照射治療過程的劑量深度分布。在腫瘤的分層照射條件下，入射粒子的能 量不同，導(dǎo)致Bragg曲線的峰位不同，因此對探測器前端的水等效體厚度的設(shè)計也不同。 整個探測器的前端水等效體厚度可以在0.1-lOmm范圍內(nèi)變化，根據(jù)理論計算得出入射粒 子Bragg曲線峰位范圍，可以選取合適的水等效體厚度使得Bragg曲線峰位落在探測器中 部以保證所測得的Bragg曲線峰區(qū)的精度。[0058]本應(yīng)用例中，快速Bragg曲線探測器的水等效體3為縱向排列的45組前端10 組，中部30組，后端5組。中部的水等效體厚度設(shè)為0.2mm，探測器后端的水等效體厚 度設(shè)為1mm。探測器前端的水等效體厚度隨腫瘤照射層的變化而變化，見表1。[0059]表1探測器前端的水等效體厚度隨腫瘤照射層的變化[0060]0061]探測器中單元電離室2的信號極2-1和高壓極2-2極間距離5mm，均由有效面 積為100X IOOmm2的7um厚鍍鋁聚酰亞胺膜和帶有導(dǎo)電極的PCB框架組成。單元電離 室工作在一個大氣壓的空氣中，工作時高壓極接300V負(fù)高壓，信號極經(jīng)大電阻接地，這 樣通過測量電阻兩端的電壓可以得到入射粒子在該單元電離室內(nèi)的能量損失信號，從而 得到對應(yīng)水等效厚度下的照射劑量。[0062]圖6為重離子治癌臨床試驗的照射過程中，按照治療計劃中的分層照射，由快 速Bragg曲線探測器測到的每層照射的Bragg曲線。治療計劃給出的4cm厚的腫瘤區(qū)域 分9層照射。不同腫瘤照射層的照射粒子能量不同(見表1)，相應(yīng)的快速Bragg曲線探 測器前端10組水等效體的厚度不同。利用快速Bragg曲線探測器測得的每個腫瘤照射層 照射離子的Bragg曲線，可以得到各層Bragg曲線疊加后在整個腫瘤照射區(qū)間的總劑量， 即為整個重離子照射治療過程的劑量深度分布。[0063]圖7為利用快速Bragg曲線探測器得到總劑量分布和治療計劃照射劑量的對比。 治療計劃要求在4cm厚的腫瘤區(qū)域內(nèi)達(dá)到2Gy的照射劑量。圖中Δ為快速Bragg曲線探 測器測量到的多個腫瘤斷層照射區(qū)Bragg曲線相疊加的結(jié)果，一為治療計劃要求的照射 劑量分布。由快速Bragg曲線探測器的測試結(jié)果表明該治療計劃和實際照射結(jié)果吻合， 即該治療計劃準(zhǔn)確可靠。[0064]上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電 離室0)，其特征是在單元電離室O)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框 架(1)的前、后兩端分別設(shè)有入射窗(1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗 (1-5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板(1-2)、信號引出板(1-3)，高壓輸入板(1-4)；所述的 單元電離室⑵包括有與信號引出板(1-3)連接的信號極0-1)，和與高壓輸入板(1-4) 連接的高壓極0-2)；所述的單元電離室( 及前方的水等效體C3)置于帶凹槽的支撐板 (1-2)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 單元電離室O)的兩個電極，信號極為陽極，高壓極0-2)為陰極，極間距離為 l-20mm,電極由有效面積為10 X 10mm2_300 X 300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架 組成。
3.如權(quán)利要求2所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 單元電離室( 兩個電極的導(dǎo)電薄膜為厚度7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。
4.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 單元電離室⑵和水等效體⑶的間距在0.1mm-5mm之間
5.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 水等效體C3)為有機玻璃板。
6.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 水等效體⑶在探測器中的分布為探測器的前端的水等效體⑶厚度為1.5-lOmm，探 測器中部的水等效體厚度為0.1-1.5mm，探測器的后端的水等效體厚度為0.5-1.5mm。
7.如權(quán)利要求1所述的用于重粒子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 數(shù)個單元電離室O)為縱向排列的20-100組。
專利摘要本實用新型涉及重離子束治療腫瘤技術(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及Bragg曲線探測器。一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電離室(2)，其主要特點是在單元電離室(2)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框架(1)的前、后兩端分別設(shè)有入射窗(1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗(1-5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板(1-2)、信號引出板(1-3)，高壓輸入板(1-4)；所述的單元電離室(2)包括有與信號引出板(1-3)連接的信號極(2-1)，和與高壓輸入板(1-4)連接的高壓極(2-2)；所述的單元電離室(2)及前方的水等效體(3)置于帶凹槽的支撐板(1-2)內(nèi)。該探測器能在ms量級的時間內(nèi)實現(xiàn)對入射粒子的Bragg曲線測量。
文檔編號G01T1/02GK201812041SQ20102018512
公開日2011年4月27日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者唐彬, 孫志宇, 徐治國, 徐瑚珊, 戎欣娟, 段利敏, 毛瑞士, 王建松, 肖國青, 胡正國, 趙鐵成, 郭忠言, 陳金達(dá) 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所