用於能量束的在線控制的裝置和方法

2023-04-22 20:02:56 1

專利名稱：用於能量束的在線控制的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及在線束監控領域。更具體地，本發明涉及一種包括多個電離室的裝置，其允許測量由離子束沉積的劑量和該束的場。
背景技術：
強子療法是放射治療的一個分支，其允許將劑量精確地配送到靶體、腫瘤，同時保護周圍的健康組織。強子療法設備包括產生帶電粒子束的加速器、用於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，並通常包括用於監控配送的劑量的部件。在強子療法中使用兩種主要的用於配送粒子束的模式第一種配送模式包括所謂的被動束散射技術，第二種更精細的治療模式包括動態束掃描技術。被動散射方法依靠降能器，其調整粒子的通路遠至待照射區域的最大深度點。降 能器還與射程調節器輪、補償器、患者專用準直儀結合使用，允許獲得與靶體最相符的劑量分布。該技術的一個主要缺陷在於，位於靶體上遊和外部的鄰近健康組織可能也受到高束劑量。另外，需要使用對患者的腫瘤和輻射角度專用的補償器和準直儀，使得該過程複雜且成本高。用於配送動態束的一種模式包括所謂的「PBS」方法(筆形束掃描)，其中，藉助於掃描磁鐵，在靶體上與z軸正交的平面內，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，可以在整個靶體配送輻射劑量。所謂的筆形束掃描技術的第一種方法是被稱為點掃描的方法。藉助於該方法，通過將規定的束劑量配送到該體的離散位置並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掃描技術，其中，遵循預定圖樣連續掃描束。在掃描層期間，束的強度在每個瞬間可能有所不同，以在比如治療計劃中指定的靶體中的正確位置配送精確計量。在其他更先進的束配送技術中，可以即時調整掃描速度，以具有額外的自由度來調整束的強度。藉助於PBS技術，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，幾個來自不同方向的光束治療相結合是必要的，以產生「定製」輻射劑量，其將靶體中的劑量最大化同時保護鄰近的健康組織。儘管從單個方向輻射產生的靶體中的三維劑量分布可能不均勻，但是採取了準備，使得多個方向的每個輻射的作用在靶體中產生均勻劑量。配送束沉積非均勻劑量(其中，每個束作用的整合允許在靶體中獲得均勻劑量)的治療稱為強度調控粒子治療(MPT)。通過使用優化算法來指定束治療的數量和方向以及待配送到待輻射的每層中的每個點的粒子強度的高級治療計劃系統，準備治療的規範。動態技術的另一實例是不同於PBS的稱為均勻掃描技術的輻射技術，其中，該技術逐層向靶體配送均勻劑量，並且其中，通過採取幾何圖案的形式來連續掃描束。束不採取靶體的輪廓形狀，而是在預定的表面區被掃描，並通過包括幾個板的準直儀或通過患者專用孔徑的裝置來獲得橫向一致性。
考慮到這些不同技術的複雜性，發送到病人的劑量的驗證是關鍵點。強子治療設備的校準是標準化的，並使用水模體來進行，其主要包括通常是電離室或像素陣列的檢測器，該檢查器可能或可能無法在裝滿水的大容器中移動，水的密度和阻滯力與人體組織類似。校準在治療之前執行，並且基於該校準來準備治療計劃。電離室是通常用於放療的標準劑量測定檢測器。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圓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，該第一板與包括位於極化電極對面的一個或多個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。設置在板上的每個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電極圍繞。將劑量測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。當離子束穿過電離室時，電極之間包含的氣體被電離，形成離子電子對。通過在電離室的兩個電極之間施加電勢差來生成電場。電場的存在允許這些離子電子對被分離，使得它們飄移到各自的電極上，從而在這些電極誘導出將被檢測並測量的電流。在治療中，例如藉助於電離室來監控配送到病人的劑量，以確保其對應於治療計劃中規定的劑量，也是至關重要的。還必須能夠檢測束的任何偏離。文獻「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，以及陽極，由夾於均35 u m厚的兩個銅膜之間的100 u m厚的Vetronite膜組成。使用PCB技術，所述陽極在一側被分成32X32個像素，並且每個像素都通過穿過Vetronite膜的通路(via)連接至位於陽極另一側的導電線路。每條線路都將像素連接至信號測量器件。然而，該像素電離室具有一些缺點，第一個缺點是機械不穩定性。兩個電極之間的距離由外部電樞限定。機械變形或顫噪效應可能嚴重影響兩個電極之間的距離，從而影響測量的準確度和精密度。該器件的另一問題是其關於束缺乏「透明度」。陽極中存在的銅的不可忽略的厚度引起了束散射。文獻WO 2006126084通過用石墨層代替形成每個像素的銅層部分地解決了這些問題。每個像素周圍的刺穿有孔的中間層設置在陽極和陰極之間，從而形成多個室。附著點將中間層固定到陽極和陰極，以允許空氣穿過，並穩定陽極和陰極之間的距離。然而，該類型的檢測器總是引起角和縱向束散射，因此，需要有可能提供一種儘可能最「透明」的探測器，換句話說，水等效厚度(water equivalent thickness,WET)最小的探測器，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 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為相對於材料m的密度的材料對束的阻滯力，單位是MeV*cm2/g ； f I ￡"/ /* *、/ 為相對於水的密度的水對束的阻滯力，單位是MeV*cm2/g。
^丄…通過減小支撐電極的板的厚度並對這些板使用具有相對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，低於限制厚度可能會引發一些問題。第一個必須考慮的問題是支撐膜上的電極的電容的增大。同一個膜的兩面之間的電荷差異過高可能導致膜的破裂。對於平面電容器，電容通過j給出。其中e。空介電常數；e r :材料的相對介電常數；A 電極的板的面積；d:電極的板的厚度。第二個問題是顫噪噪聲的存在，其影響電極之間的距離，並降低了測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械穩定性的情況下，穿過板經由一通道將一個或多個集電錶面或極化表面連接至一個或多個導電線路。文獻US 6，011，265描述了一種包括單個電離室的檢測器,該電離室包括多個並行排列並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；包括由多個初級陽極組成的集電極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或兩個支撐膜10，支撐膜10由絕緣材料製成，並且其兩面被金屬化，以形成第一金屬鍍層11和第二金屬鍍層12，金屬包覆膜10包括多個穿孔，整個形成電子倍增器；第一極化部件BI，用於極化位於第一膜上的電極D2 ；第二極化部件B2,適於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，以便在每個孔形成電場凝結區，在電場凝結區中生成凝結電場，所述凝結電場運作，以便由所述光電子生成電子雪崩，被認為是主要電子；
第三極化部件B3，適於產生電極化電壓，其被施加到所述集電極CE，以允許檢測所述電子雪崩。US 6，011，265中描述的檢測器還可以包括排列在第二支撐膜的第二側上的初級陽極的第二組件，以形成二維檢測器。然而，在尤其是使用高強度的束電流的強子治療技術中，所使用的束監控裝置是以飽和態運行用於最大效能的聚集電荷的電離室。因此，在電離存在於電離室內部的氣體之後，必須最小化電荷重組的現象，這可能不利於室的飽和，因此不利於測量的精確度。因此，諸如文獻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後產生的電荷被放大的電離室。因此，有必要能夠製造一種檢測器，其對放療束足夠透明，以便劑量被準確和精確地配送到病人，使散射現象和束的劣化最小化。所述檢測器的結構還必須考慮容量、顫噪效應和機械穩定性的問題。 本發明的一個目標是獲得包括電離室組件的劑量測定裝置，其能夠監控導向病人 的束的劑量，該裝置沒有現有技術的裝置的缺點。更具體地，本發明的目標是使劑量測定裝置的水等效厚度最小化，以儘可能準確和精確地將劑量配送到病人。本發明的另一目標是獲得良好的檢測動態，特別是通過消除或減小電離室的支撐板的固有電容同時減小這些支撐板的厚度。本發明的另一目標是提供一種裝置，通過防止受到強電場的這些窄厚度的支撐板變形，使其集電極在其整個表面保持均勻響應。本發明的另一目標是提供一種裝置，能夠精確地測量束沉積的劑量和該相同束的場。本發明的另一目標是提供一種「通用」裝置，其允許測量使用被動配送技術和動態技術獲得的束的性能。

發明內容
根據第一方面，本發明涉及用於在線監控由輻射源生成並配送到靶的離子束的裝置，該裝置包括並行排列並通過間隙彼此隔開的多個支撐膜；支撐膜被放置為相對於離子束的中心軸垂直，並且形成連續的電離室，其中，至少一個電離室使用厚度等於或小於IOOym的支撐膜形成；每個支撐膜都在其兩個表面上具有一個或多個電極，該電極被置於使得每個支撐膜的兩側都具有相同極性的電勢；支撐膜被排列為使得連續的支撐膜具有交替的極化；上述裝置還具有附加部件，其能夠平衡存在於使用厚度等於或小於IOOym的支撐膜形成的電離室內部的靜電力。優選地，在本發明的裝置中，該至少一個電離室使用厚度小於20i!m的支撐膜形成，優選地等於或小於15 u m，更優選地等於或小於10 U m，進一步優選地等於或小於5 u m,更進一步優選地等於或小於I U m。優選地，在本發明的裝置中，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都包括集電極的支撐膜，並參與使用厚度等於或小於IOOym的支撐膜製成的電離室的形成；剛性板還包括至少一個電極，該電極被置於能夠平衡存在於電離室內部的靜電力的電勢。
優選地，在本發明的裝置中，附加部件包括剛性或柔性板，優選地為柔性的，剛性或柔性板平行且位於在其每個表面上都包括極化電極的支撐膜的對面，並參與使用厚度等於或小於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電極，該電極被置於能夠平衡存在於電離室內部的靜電力的電勢。 優選地，在本發明的裝置中，每個支撐膜之間的間隙是恆定的。優選地，在本發明的裝置中，厚度等於或小於IOOiim的支撐膜中的至少一個在其至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於支撐膜的與包括上述電極的側相同的側上的導電線路連接至測量電子設備，使得上述支撐膜的機械穩定性沒有受到不利影響。優選地，本發明的裝置包括在其兩個表面上具有集電極的支撐膜，該支撐膜與在其兩個表面上具有極化電極的支撐膜交替。 優選地，在本發明的裝置中，每個集電極都通過位於支撐膜的與包括集電極的側相同的側上的導電線路，連接至測量電子設備。優選地，在本發明的裝置中，一些集電極採取並行排列的條形。根據另一本發明，本發明涉及一種用於測量離子束的裝置，該裝置包括支撐膜，該支撐膜具有兩個表面，並且厚度等於或小於100 u m,優選地小於20 u m,更優選地等於或小於15 ii m,進一步優選地等於或小於10 V- m,更進一步優選地等於或小於5 y m,並且最優選地等於或小於I U m ;支撐膜在其至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於支撐膜的與包括電極的側相同的側上的導電線路，連接至測量電子設備。優選地，在本發明的裝置中，電極採用盤形，其外圍與在支撐膜的其餘部分延伸的保護層被間隙或絕緣樹脂隔開，並且盤形電極通過位於支撐膜的與包括盤形電極的側相同的側上的線路，連接至測量電子設備，線路塗覆有絕緣樹脂，並且絕緣樹脂塗覆有在保護層上延伸的導電材料薄層。根據另一方面，本發明涉及一種用於在線監控由輻射源生成並配送到靶的離子束的方法，該方法包括以下步驟a)提供並行排列並通過間隙彼此隔開的多個支撐膜；支撐膜被放置為相對於離子束的中心軸垂直，並且形成一系列電離室，其中，至少一個電離室使用厚度等於或小於100 u m的支撐膜形成；每個支撐膜都在其兩個表面上具有一個或多個電極；b)將每個支撐膜置於使得每個支撐膜的兩個表面都具有相同極性的電勢；c)排列支撐膜，使得連續的支撐膜具有交替的極化；d)確定存在於使用厚度等於或小於IOOiim的支撐膜形成的電離室內部的靜電力；e)通過附加部件平衡靜電力。優選地，在本發明的方法中，至少一個電離室使用厚度小於20i!m的支撐膜形成，該厚度優選地等於或小於15 u m，更優選地等於或小於10 U m，進一步優選地等於或小於5 u m,更進一步優選地等於或小於I ii m。優選地，在本發明的方法中，厚度等於或小於IOOiim的支撐膜中的至少一個在其至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於支撐膜的與包括電極的側相同的側上的線路，連接至測量電子設備，使得上述支撐膜的機械穩定性沒有受到不利影響。
優選地，在本發明的方法中，附加部件包括剛性或柔性板，剛性或柔性板包括至少一個電極，該電極被置於能夠平衡存在於電離室內部的靜電力的電勢。優選地，在本發明的方法中，平衡步驟進一步包括對支撐膜施加適當的電壓。根據另一方面，本發明涉及上述裝置的用途，用於在線監控使用被動配送技術配送的粒子束。根據另一方面，本發明涉及上述裝置的用途，用於在線監控使用動態配送技術配送的粒子束。


為了說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明的範圍。此夕卜，不同附圖的比例不是按比例繪製的。
圖I示出了本發明的第一實施方式，根據位於端部的支撐膜之一是柔性的還是剛性的，包括一個或兩個集成電離室。圖2示出了包括連接至測量電極的集電極的支撐膜的一個表面。圖3示出了包括連接至測量電極的盤形集電極的支撐膜的一個表面。圖4示出了本發明的第二實施方式，其中，所有的支撐膜都是柔性的。圖5示出了本發明的第三實施方式，包括兩個集成電離室和兩個條狀電離室。圖6示出了本發明的第四實施方式，包括兩對集成電離室和兩對條狀電離室。圖7示出了本發明的第五實施方式，包括集成電離室、條狀電離室、和兩個基準電離室。圖8示出了本發明的第六實施方式，包括集成電離室、條狀電離室、基準電離室和包括盤形集電極的電離室。圖9示出了第七實施方式，包括被兩個電離室組件圍繞的兩個基準電離室，兩個電離室組件位於這些基準電離室的兩側，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。
具體實施例方式圖I示出了本發明的劑量測定裝置，該劑量測定裝置包括至少兩個電離室，電離室包括至少兩個支撐一個或多個電極的柔性膜，稱為支撐膜10、20，其由平均原子量小於20的具有良好的柔韌性和良好的抗輻射性的低密度材料製成，諸如雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯(聚酯薄膜更廣為人知)、或者聚(4，4』 -氧二亞苯-苯均四酸)(聚醯亞胺更廣為人知)，這些材料不以任何方式構成對本發明的限制。優選地，至少兩個支撐膜的厚度在一微米至一毫米之間，更優選地在一微米和一百微米之間，進一步優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支撐膜10、20在其兩個表面上塗有用作電極的導電材料層。優選地，上述導電材料通過沉積技術沉積在支撐膜上，以獲得一納米和一微米之間的導電材料層，優選地，在100納米和一微米之間，更優選地在100納米和500納米之間。優選地，所述導電材料是金屬或石墨，更優選地為金屬。相比於現有技術中已知的通常使用PCB技術獲得的支撐板，本發明的支撐膜具有如下優點產生較少的散射以及光束的性能劣化。然而，相比於通常在現有技術中使用的那些，支撐膜厚度的減小導致出現了新的問題，第一個問題是將信號返回到信號測量裝置的線路的定位，第二個問題是膜的大電容效應，第三個問題是當膜受到電勢時的振動。傳統上，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，所述線路將信號返回到測量設備。對於希望使其厚度最小化的支撐膜，這種安排是不可取的。圖2示出了本發明的支撐膜，其包括旨在測量使用動態技術配送的束的集電極11，該類型的電極稱為「集成集電極」，所述集電極11通過位於支撐膜的與電極11相同側的線路13連接至測量電子設備9。所述線路使用與用於沉積電極的相同沉積技術，沉積在每個支撐膜上。優選地，每個集電極和將其連接到測量設備的線路通過集電極邊緣周圍的真空14或者絕緣樹脂14與保護層12隔開。圖3示出了包括用於測量通過被動技術傳送的束的盤形電極的支撐膜。由於該集電極的線路決不能外露於束，否則，其將依賴於該束的場來提供測量，因此該線路塗有絕緣樹脂的薄層，絕緣樹脂本身塗有在保護層延伸的導電材料的薄層。電容器的電容與電容器的面積成正比，並且與電容器的板隔開的距離成反比。包 括一個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。對於具有如同本發明裝置中的厚度的支撐膜，由於位於膜兩側的兩個電極之間的電勢差，膜破裂的風險非常高。膜的破裂是在電容器的一側上累積了過多電荷時發生在電容器的兩個絕緣板之間的放電，放電破壞了電容器的絕緣層。此外，支撐膜的大電容效應將導致向測量電子設備輸送電荷的延遲，並增大檢測器響應時間。因此，有在已經向病人發送了必要的劑量時發起對由束沉積的劑量的檢測的風險，發送過剩劑量會破壞健康組織。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。每個支撐膜10、20在其兩個表面上都包括具有相同極化的電極。第一支撐膜10在其兩個表面上包括極化優選地接近地面的集電極11、15。第二支撐膜20的兩個表面每個都包括優選地通過線路連接至置為正電勢或負電勢的發生器的極化電極21、22。將極化電極連接至發生器的每條導電線路都位於支撐膜的與所述極化電極相同的側。這樣，獲得了兩個支撐膜10、20，其中，同一個支撐膜的兩個表面被類似地極化，這允許在支撐膜的兩側大大減少電容效應。每個支撐膜10、20都容納在支撐件中，例如，環氧樹脂的支撐件，該支撐件保證了每個支撐膜的良好的機械張力和良好絕緣性。固定這兩個支撐膜，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。由於場以及靜電力依賴於所施加的電壓和每個支撐膜之間的距離，因此將支撐膜隔開的間隙必須具有高保精度。有利的是，製造包括相對窄厚度的柔性支撐膜的檢測器還必須考慮顫噪效應。像本發明中那樣薄的兩個支撐膜之間產生的電勢差具有扭曲和/或振動這些支撐膜的效果，由於這兩個支撐膜之間的間隙不斷變化，這使對通過束穿過的包含在兩個支撐膜之間的氣體電離產生的電荷的檢測惡化。類似地，外部噪聲也對上述電離室產生顫噪效應；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，更特別地，為了在其整個表面獲得集電極的均勻響應，兩個板或膜16、18位於由兩個支撐膜10、20形成的電離室I的兩側。這兩個板或膜16、18包括置於以下電勢的電極17、19 :選擇該電勢以便建立與由電離室I的支撐膜10、20極化產生的靜電力Fei平衡的靜電力Fe2。優選為剛性的第一板16被放置為面向並平行於定位為朝向電離室I外部的集電極15。該板16包括電極17,電極17置於被選擇以便平衡靜電力Fei的電勢,靜電力Fei被施加到支撐膜10，並且因集電極11和定位為朝向電離室I內部的極化電極21之間的極性差異建立的電場而產生。優選地，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內部包含的集電極11和極化電極21隔開的間隙相同。更優選地，施加到板16的電極17的電壓等於施加到支撐膜20的極化電極21、22的電壓。可以是或不是剛性的第二板18被放置為面向並平行於包括極化電極21、22的支撐膜20。該第二板18包括電極19，電極19置於被選擇以便平衡由支撐板20的電極21、22極化產生的靜電力Fei的電勢。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。由於支撐膜10在其兩個表面上包括集電極11、15，因此在該膜的兩側聚集束對氣體電離產生的電荷。同一個膜各板上的電荷差異可能會導致輕微的電容效應，可能會干擾測量電子設備的測量時間。為了避免這種不便，由於氣體的電離而在兩個集電極11、15處產生的電信號優選地在被發送到測量電子設備之前進行物理求和(sum)。因此，包括位於支撐膜10兩側的兩個集電極11、15的支撐膜10被兩個電離室共用，第一電離室I由兩個支撐膜10、20形成，並且第二電離室2由包括集電極的支撐膜10和剛性板16形成。因此，優選地，在該情況下，上述這些電離室1、2應該具有相同的間隙。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，並保證準確、精確的劑量測量所 需的兩個電離室1、2中的恆定間隙。圖4示出了本發明的一個實施方式，其中，剛性板16已被兩個表面上均具有極化電極的支撐膜30代替，該支撐膜優選地與在其兩個表面上均包括極化電極的支撐膜20相同。這給出了兩個電離室1、2的組件，電離室1、2包括這兩個電離室共用的集電極，並收集相同數量的電荷。兩個膜18、40分別包括優選地置於相同電勢或接近集電極電勢的電極19和41。這些膜18、40位於所述電離室組件的兩側，並且其電極產生與施加到支撐膜10、30的靜電力Fei反方向的平衡靜電力Fe2，支撐膜10、30例如包括置於負電勢的極化電極。由於沒有在由這些膜18、40和對面的支撐膜20、30形成的空間中聚集電荷，因此位於上述電離室1、2的組件兩側的膜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被歸納並發送到測量電子設備，例如，電荷積分器。圖5示出了本發明的另一實施方式，專用於所謂的筆形束掃描技術。該裝置包括並行電離室組件，每個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優選地接地，並且被放置在平行於所述電離室組件的兩側。該電離室組件包括兩個電離室子組件。電離室第一子組件包括測量由束沉積的劑量的兩個集成電離室203、204。該電離室第一子組件包括-第一支撐膜105，在其兩個表面上包括極化電極；-第二支撐膜104，在其兩個表面上包括集電極，該支撐膜被電離室第一子組件的兩個電離室203、204共用，集電極覆蓋支撐膜的至少90%，被保護電極包圍，其結構是圖2示出的結構；-第三支撐膜103，在其兩個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%的區域上延伸，以產生並聚集最大數量的電荷。兩個電離室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層圍繞，以測量束場，支撐膜的一個表面的每個條都通過位於該第二支撐膜同一側的導電線路連接至測量電子設備；-第三支撐膜101，在其兩個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側包括兩個集成電離室203、204，集成電離室203、204由極化電極的支撐膜103、105以及兩個電離室203、204共用的支撐膜104形成，支撐膜104在每個表面上都包括集電極。優選地，如圖6所示，本發明的裝置的電離室組件包括電離室第三和第四子組件。優選地，集成電離室203、204、205、206被定位為朝向裝置的內部，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。藉助於該排列，可以在測量由束沉積的劑量的集成電離室203、204、205、206中具有穩定精確的信號。優選地，無論是否包括集電極並在每側都接地的支撐膜與在每側都包括極化電極的支撐膜交替。這種電離室的冗餘性允許重複測量，並確保裝置正確地運行，從而保證對配送到病人的劑量的最大精確測量。在一個支撐膜破裂的情況下，也可以控制發送到病人的劑量。圖6示出了兩個相鄰的集成電離室203、204、205、206的兩個子組件，其中-支撐膜104被兩個電離室203、204共用，並在其兩個表面上包括集電極；-支撐膜105被兩個電離室204、205共用，並且其兩個表面均包括極化電極；-支撐膜106被兩個電離室205、206共用，並且其兩個表面均包括集電極。兩個電離室201、202的一個子組件共有支撐膜102，支撐膜102在其兩個表面上均包括條狀的集電極。該子組件的一個電離室202被放置為與集成電離室203相鄰，並且與該電離室203共有支撐膜103，支撐膜103在其兩個表面上均包括極化電極。兩個電離室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測量電子裝置。該子組件的一個電離室207被放置為與集成電離室206相鄰，並與該電離室206共有支撐膜107，支撐膜107在其兩個表面上均包括極化電極。最後，包括面向被放置為朝向位於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，允許平衡由於電極101、103、105、107、109的極化引起的靜電力，並有助於穩定組件的每個電離室的支撐膜。如圖7所示，可以插入在電離室的所述組件中的兩個電離室301、302的附加子組件。優選地，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上，這些電極平衡裝置內部的靜電場並且能夠被用作集電極，以在水模體中測量非掃描束時提供基準信號，對於非掃描束，在所述模體中進行測量時攔截全部粒子流是理想的。對於傳統的水模體中的測量，難以在不擾亂粒子測量的情況下在粒子流中定位基準室。藉助於該裝置中的一個或多個基準室，將不再擾亂所述測量。優選地，束穿過的且位於裝置入口的電離室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。束穿過的最後的電離室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，並且因為其低的水等效厚度，幾乎不擾亂束性能，使角和縱向散射的影響最小化。例如，通過考慮圖6中的最後一個實例，可以計算本發明的檢測器的水等效厚度，圖6中的最後一個實例包括例如由2.5pm厚的雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯(聚酯薄膜)製成、並且在兩面塗有例如厚度為200nm的金或鋁的薄層的13個支撐膜，每個支撐膜例如都通過5mm的氣隙彼此隔開。對於穿過裝置的該實例的200MeV的束，在表I中再現了該實例的不同參數。表I;
權利要求
1.一種用於在線監控由輻射源生成並配送到靶的離子束的裝置，所述裝置包括並行排列並通過間隙彼此隔開的多個支撐膜；所述支撐膜被放置為相對於所述離子束的中心軸垂直，並且形成連續的電離室，其中，至少一個電離室使用厚度等於或小於100 μ m的支撐膜形成；每個所述支撐膜都在其兩個表面上具有一個或多個電極，所述電極被設定在使得每個所述支撐膜的兩個表面都具有相同極性的電勢；所述支撐膜被排列為使得連續的支撐膜具有交替的極化；所述裝置還具有附加部件，其能夠平衡存在於使用厚度等於或小於100 μ m的支撐膜形成的所述電離室內部的靜電力。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述至少一個電離室使用厚度小於20μ m的支撐膜形成，所述厚度優選地等於或小於15 μ m,更優選地等於或小於10 μ m,進一步優選地等於或小於5 μ m,更進一步優選地等於或小於I μ m。
3.根據權利要求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表面上都包括集電極的支撐膜，並參與使用厚度等於或小於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電極，所述電極被設定在能夠平衡存在於所述電離室內部的靜電力的電勢。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的裝置，其中，所述附加部件包括剛性或柔性板，優選為柔性的，所述剛性或柔性板平行且面向在其每個表面上都包括極化電極的支撐膜，並參與使用厚度等於或小於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電極，所述電極被設定在能夠平衡存在於所述電離室內部的靜電力的電勢。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的裝置，其中，每個支撐膜之間的所述間隙是恆定的。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的裝置，其中，厚度等於或小於100μ m的支撐膜中的至少一個在其至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於所述支撐膜的與包括所述電極的側相同的側上的線路連接至測量電子設備。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的裝置，包括在其兩個表面上具有集電極的支撐膜，所述支撐膜與在其兩個表面上具有極化電極的支撐膜交替。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，每個集電極都通過位於所述支撐膜的與包括所述集電極的側相同的側上的線路連接至測量電子設備。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的裝置，其中，一些集電極採取並行排列的條形。
10.一種用於測量離子束的裝置，所述裝置包括支撐膜，所述支撐膜具有兩個表面，並且厚度等於或小於100 μ m,優選地小於20 μ m,更優選地等於或小於15 μ m,進一步優選地等於或小於10 μ m,更進一步優選地等於或小於5 μ m,並且最優選地等於或小於I μ m ;所述支撐膜在至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於所述支撐膜的與包括所述電極的側相同的側上的線路，連接至測量電子設備。
11.根據權利要求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餘部分延伸的保護層被間隙或絕緣樹脂隔開，其中，所述盤形電極通過位於所述支撐膜的與包括所述盤形電極的側相同的側上的線路連接至測量電子設備，所述線路塗覆有絕緣樹脂，並且所述絕緣樹脂塗覆有在所述保護層上延伸的導電材料薄層。
12.一種用於在線監控由輻射源生成並配送到靶的離子束的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供並行排列並通過間隙彼此隔開的多個支撐膜；所述支撐膜被放置為相對於所述離子束的中心軸垂直，並且形成連續的電離室，其中，至少一個電離室使用厚度等於或小於.100 μ m的支撐膜形成；每個所述支撐膜都在其兩個表面上具有一個或多個電極； b)將每個所述支撐膜設定在使得每個所述支撐膜的兩個表面都具有相同極性的電勢； c)排列所述支撐膜，使得連續的所述支撐膜具有交替的極化； d)確定存在於使用厚度等於或小於100μ m的支撐膜形成的所述電離室內部的靜電力； e)通過附加部件平衡所述靜電力。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述至少一個電離室使用厚度小於20μ m的支撐膜形成，所述厚度優選地等於或小於15 μ m，更優選地等於或小於10 μ m，進一步優選地等於或小於5 μ m，更進一步優選地等於或小於I μ m。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中，厚度等於或小於100μ m的支撐膜中的至少一個在其至少一個表面上包括電極，優選地是集電極，其通過位於所述支撐膜的與包括所述電極的側相同的側上的線路連接至測量電子設備。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的方法，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電極，所述電極設定在能夠平衡存在於所述電離室內部的靜電力的電勢。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的方法，其中，所述平衡步驟進一步包括對所述支撐膜施加適當的電壓。
17.根據權利要求I至11中任一項所述的裝置的用途，用於在線監控使用被動配送技術配送的粒子束。
18.根據權利要求I至11中任一項所述的裝置的用途，用於在線監控使用動態配送技術配送的粒子束。
全文摘要
本發明涉及束的在線控制領域和所述束領域，尤其涉及一種裝置，該裝置包括多個電離室，能夠測量由離子束沉積的劑量。至少一個電離室由厚度等於或小於100nm的支撐膜形成。
文檔編號H01J47/02GK102782799SQ201080054479
公開日2012年11月14日 申請日期2010年9月30日 優先權日2009年10月1日
發明者卡泰麗娜·布魯薩斯卡, 布魯諾·馬錢德, 傑羅姆·佩羅納, 讓-馬克·豐博納 申請人:離子束應用股份有限公司