[發明專利]粒子束監測系統和方法

有效

• 申請號: 201880035122.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN110709133B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: J·黑澤
• 申請（專利權）人: 瓦里安醫療系統粒子治療有限公司
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 趙林琳

所提出的系統和方法有助于對粒子束進行有效率和有效的監測。在一些實施方案中，一種系統，包括：初級粒子束發生器，所述初級粒子束發生器產生初級粒子束；以及監測部件，所述監測部件監測所述初級粒子束。所述監測部件包括：反應部件，所述反應部件受到所述初級粒子束的撞擊，其中撞擊的結果包括產生次級光子；檢測部件，所述檢測部件檢測所述次級光子的特性；以及初級粒子束特性確定部件，所述初級粒子束特性確定部件基于所述次級光子的所述特性而確定所述初級粒子束的特性。所述初級粒子束的所述特性能夠包括放射劑量測量值和劑量率。所述反應部件能夠包括箔片部件。小于一納秒的分辨時間能夠與檢測所述次級光子特性相關聯。

發明領域

本發明涉及粒子束輻射領域。在一些實施方案中，放射系統和方法包括有助于快速而有效地監測粒子束的監測部件。

背景技術

粒子束輻射可以被用于許多不同的應用中，并且準確地施加適當量的輻射可能是非常重要的。在醫學治療應用中施加準確劑量的粒子束輻射往往是至關重要的。粒子束放射治療通常包括將粒子(例如，電離粒子、質子等)束引導在組織區域處。粒子通常與電荷相關聯或包括所述電荷。粒子通常用于通過殺死靶組織細胞或降低其細胞分裂能力來停止所述靶組織細胞的生長或擴散。雖然粒子束輻射通常被視為是有益的，但是會存在許多潛在的副作用。副作用可以包括對健康組織細胞的DNA造成的意想不到的損傷。粒子束輻射的效果主要隨著施加到癌細胞，同時避免對健康組織的影響的帶電粒子的劑量或量的變化而變化。施加到組織的帶電粒子的量通常隨著帶電粒子的劑量率或“電流”和靶組織暴露于輻射的時間的變化而變化。較快速的劑量率通常實現較短的暴露時間并且可以具有許多益處，包括發生影響治療的無關事件的機會變小，生產率提高和給患者帶來更大的便利。

許多常規的射束放射治療系統利用電離室(例如，填充有空氣、特殊氣體等)來監測粒子束(例如，質子束、γ電子束等)的劑量和劑量率。電離室內部的氣體通過外部產生的粒子束來電離，同時離子和電子由電極收集(例如，借助于施加到電離室的外部電壓等)。電子和離子的典型漂移時間相應地約為數微妙到數毫秒，并且氣體放大取決于氣體層的厚度。這些漂移時間通常會限制反應時間和檢測公差，進而隨著劑量率的增加，這會產生問題。在高劑量率下，氣體體積的重組效應會顯著抑制信號，并且腔室輸出不與射束電流成比例或不與所述射束電流成線性關系。因此，電離室通常無法提供對于監測高劑量率而言準確且有用的信號。

常規的電離室還可能具有在監測裝置中存在電子噪聲的問題。電子電荷收集會受到雜散磁場和減小的氣隙或射束監測部件相對于磁體的短的距離的影響。雜散磁場會成為利用高磁場(諸如使用超導磁體的那些等)的放射治療系統中的限制因素。粒子束(例如，質子、電子等)還可以通過常規的監測部件來散射。在常規的電離室中，帶電粒子束在經過電離室的電極和氣體體積時通常會因為多次庫侖散射而展寬。因此，尤其是在劑量率增加的情況下，傳統的粒子束監測方法會具有許多問題。

發明內容

所提出的系統和方法有助于對粒子束進行有效率和有效的監測。在一些實施方案中，一種系統包括：初級粒子束發生器，所述初級粒子束發生器產生初級粒子束；以及監測部件，所述監測部件監測初級粒子束。監測部件包括：反應部件，所述反應部件受到初級粒子束的撞擊，其中撞擊的結果包括產生次級光子；檢測部件，所述檢測部件檢測次級光子特性；以及初級粒子束特性確定部件，所述初級粒子束特性確定部件基于檢測到的次級光子特性而確定初級粒子束特性。初級粒子束特性可以包括放射劑量測量值和劑量率。反應部件可以包括箔片部件。

反應部件可以被配置為外部窗口，粒子束通過所述外部窗口離開放射系統。反應部件可以被配置成平衡(考慮、權衡等)能量損失特性的最小化與結構特性的維持。能量損失特性的最小化是基于初級粒子束在穿透反應部件之前與在穿透反應部件之后的能量的比較。在一些實施方案中，小于一納秒的分辨時間與檢測次級光子特性相關聯。次級光子可以是多種不同的射線(例如，γ射線、x-射線等)。檢測部件可以包括空間分辨率部件，所述空間分辨率部件確定初級粒子束在反應部件上的相互作用點。初級粒子束可以包括在FLASH治療放射處理中。