本發(fā)明屬于放療劑量監(jiān)測(cè)，具體涉及一種低氣壓電離室、設(shè)計(jì)方法及醫(yī)用直線加速器。

背景技術(shù)：

1、超高劑量率和超短脈沖是flash（閃光）放療的核心輻射特征，但對(duì)現(xiàn)有常規(guī)劑量探測(cè)方法（尤其是探測(cè)器）而言卻是障礙。在物理原理層面上，flash的超強(qiáng)輻射使得探頭的極化和離子復(fù)合效應(yīng)變得顯著且難以預(yù)測(cè)。輻射劑量探測(cè)的基本思路是：將電離輻射作用于探頭的敏感介質(zhì)內(nèi)，將輻射劑量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后收集電信號(hào)，繼而放大讀出并分析。常規(guī)放射治療監(jiān)視器探頭通常采用常壓穿透型空氣電離室，其內(nèi)部氣壓與大氣壓基本相同，在flash工況下瞬時(shí)沉積大量劑量，產(chǎn)生超高密度的正負(fù)電荷載體。這些載體在遷移收集過(guò)程中極易相遇并發(fā)生離子復(fù)合，從而使得電荷收集效率出現(xiàn)不可預(yù)知地顯著下降。同時(shí)大量電荷會(huì)引起嚴(yán)重電場(chǎng)畸變繼而加重極化效應(yīng)。這種物理層面上的離子遷移和復(fù)合過(guò)程極為復(fù)雜，且對(duì)電離室內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)極為敏感，難以精確預(yù)測(cè)和計(jì)算，即我們無(wú)法通過(guò)理論修正來(lái)消除這種影響。因此，常壓穿透型空氣電離室并不適用于超高劑量率放療設(shè)備的劑量監(jiān)測(cè)。

2、針對(duì)常壓穿透型空氣電離室不適用于超高劑量率輻射場(chǎng)的問(wèn)題，本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了幾種不同的解決方案，如雙束流變壓器及金剛石探測(cè)器等。雙束流變壓器采用束流互感器來(lái)測(cè)量束流強(qiáng)度，無(wú)需引入質(zhì)量層，但其缺點(diǎn)是只能測(cè)量電子通量，而不能測(cè)量電子能量、束流形狀和空間分布。因此，束流互感器監(jiān)測(cè)器必須與電離室或其他成像探測(cè)器耦合以獲得劑量信息和束流剖面信息。金剛石探測(cè)器具有高靈敏度、?快速響應(yīng)、?高穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，其缺陷在于在超高劑量率條件下收集效率不穩(wěn)定，因此不能直接測(cè)量束內(nèi)劑量。同時(shí)，制備大面積的單晶金剛石面臨挑戰(zhàn)，?這限制了金剛石探測(cè)陣列的應(yīng)用。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，現(xiàn)提出一種低氣壓電離室、設(shè)計(jì)方法及醫(yī)用直線加速器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中常壓穿透型空氣電離室受離子復(fù)合的影響，導(dǎo)致超高劑量率下監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)，能夠解決現(xiàn)有穿透型空氣電離室對(duì)放療電子束的高阻擋強(qiáng)散射問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種低氣壓電離室，包括殼體，所述殼體內(nèi)部形成密閉腔室，所述密閉腔室內(nèi)形成低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的低氣壓環(huán)境。

3、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，電離室中的高壓極與收集極的間距d、放療射束的單脈沖劑量d、密閉腔室的氣壓p、密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的電壓應(yīng)滿足：；

4、其中，為正負(fù)電荷的離子復(fù)合比；，為常數(shù)；是某特定氣壓和電場(chǎng)強(qiáng)度下的離子復(fù)合系數(shù)，為常數(shù)；是某特定脈沖內(nèi)劑量和氣壓下產(chǎn)生的電荷密度，為常數(shù)；是電子直接收集比例；是元電荷；和分別代表某特定氣壓和電場(chǎng)強(qiáng)度下特定氣體的正、負(fù)離子遷移率常數(shù)。

5、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，根據(jù)放療射束單脈沖劑量不同，密閉腔室的氣壓為0.001atm至0.5atm，密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的間距為0.1mm至10mm，密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的電壓為-400v至400v。

6、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述殼體上設(shè)置有供射束穿過(guò)的第一薄窗以及第二薄窗，所述第一薄窗與所述第二薄窗均采用承壓強(qiáng)度大于1atm且具有高射線透過(guò)率的材料制成。

7、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，當(dāng)所述射束為低穿透射束時(shí)，所述第一薄窗以及所述第二薄窗的厚度為50μm至100μm。

8、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，當(dāng)所述射束為高穿透射束時(shí)，所述第一薄窗以及所述第二薄窗的厚度為50μm至800μm。

9、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述高壓極、絕緣隔環(huán)以及所述收集極依次層疊設(shè)置，所述絕緣隔環(huán)上設(shè)置有供射束穿過(guò)的通孔，所述收集極包括多個(gè)相互絕緣的收集部，所述收集部的外圍設(shè)置有保護(hù)部。

10、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述收集部包括中間收集部以及環(huán)繞所述中間收集部對(duì)稱(chēng)排布的多個(gè)邊緣收集部，所述保護(hù)部包括內(nèi)保護(hù)環(huán)和內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)設(shè)置在所述邊緣收集部遠(yuǎn)離所述中間收集部的一側(cè)處；所述內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部與所述內(nèi)保護(hù)環(huán)相連接，且所述內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部延伸至相鄰邊緣收集部之間。

11、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述保護(hù)部包括外保護(hù)環(huán)，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)以及所述外保護(hù)環(huán)同心且間隔設(shè)置，中間收集部引腳以及邊緣收集部引腳位于內(nèi)保護(hù)環(huán)、外保護(hù)環(huán)之間。

12、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)以及所述外保護(hù)環(huán)通過(guò)多個(gè)連接部相連接，所述多個(gè)連接部將內(nèi)保護(hù)環(huán)以及外保護(hù)環(huán)之間的容納空間分割成多個(gè)獨(dú)立的子容納空間，所述中間收集部引腳以及所述邊緣收集部引腳分別位于不同的子容納空間。

13、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述保護(hù)部還包括：保護(hù)極片，所述保護(hù)極片分別與所述內(nèi)保護(hù)環(huán)和所述外保護(hù)環(huán)連接；所述收集極包括第二承載層，所述收集部設(shè)置在所述第二承載層上；所述保護(hù)極片位于所述第二承載層遠(yuǎn)離所述收集部的一側(cè)。

14、本技術(shù)方案進(jìn)一步設(shè)置為，所述高壓極包括第一承載層、第一鍍層和第二鍍層，所述第一鍍層和所述第二鍍層均設(shè)置在所述第一承載層上，所述第一鍍層位于所述第一承載層遠(yuǎn)離所述絕緣隔環(huán)的一側(cè)；所述第二鍍層位于層位于所述第一承載層靠近所述絕緣隔環(huán)的一側(cè)。

15、第二方面，本發(fā)明提供了一種低氣壓電離室的設(shè)計(jì)方法，基于放療射束單脈沖劑量，調(diào)節(jié)密閉腔室的氣壓、高壓極與收集極的間距以及高壓極的輸入電壓，直至正負(fù)電荷的離子復(fù)合比不大于0.01，其中，密閉腔室的氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

16、第三方面，本發(fā)明提供了一種醫(yī)用直線加速器，包含上述的低氣壓電離室。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、通過(guò)降低密閉腔室內(nèi)氣壓形成低氣壓電離室，以避免或減弱離子復(fù)合，提升超高劑量率放療的劑量率和總劑量的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)密閉腔室內(nèi)的氣壓還能夠使電離室既能適用于flash工況，又能適用于conv工況，從而擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種低氣壓電離室，包括殼體，所述殼體內(nèi)部形成密閉腔室，其特征在于，所述密閉腔室內(nèi)形成低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的低氣壓環(huán)境。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，電離室中的高壓極與收集極的間距d、放療射束的單脈沖劑量d、密閉腔室的氣壓p、密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的電壓應(yīng)滿足：；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，根據(jù)放療射束單脈沖劑量不同，密閉腔室的氣壓為0.001atm至0.5atm，密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的間距為0.1mm至10mm，密閉腔室內(nèi)高壓極與收集極的電壓為-400v至400v。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述殼體上設(shè)置有供射束穿過(guò)的第一薄窗以及第二薄窗，所述第一薄窗與所述第二薄窗均采用承壓強(qiáng)度大于1atm且具有高射線透過(guò)率的材料制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，當(dāng)所述射束為低穿透射束時(shí)，所述第一薄窗以及所述第二薄窗的厚度為50μm至100μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，當(dāng)所述射束為高穿透射束時(shí)，所述第一薄窗以及所述第二薄窗的厚度為50μm至800μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述高壓極、絕緣隔環(huán)以及所述收集極依次層疊設(shè)置，所述絕緣隔環(huán)上設(shè)置有供射束穿過(guò)的通孔，所述收集極包括多個(gè)相互絕緣的收集部，所述收集部的外圍設(shè)置有保護(hù)部。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述收集部包括中間收集部以及環(huán)繞所述中間收集部對(duì)稱(chēng)排布的多個(gè)邊緣收集部，所述保護(hù)部包括內(nèi)保護(hù)環(huán)和內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)設(shè)置在所述邊緣收集部遠(yuǎn)離所述中間收集部的一側(cè)處；所述內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部與所述內(nèi)保護(hù)環(huán)相連接，且所述內(nèi)保護(hù)環(huán)延伸部延伸至相鄰邊緣收集部之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述保護(hù)部還包括：外保護(hù)環(huán)，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)以及所述外保護(hù)環(huán)同心且間隔設(shè)置，中間收集部引腳以及邊緣收集部引腳位于內(nèi)保護(hù)環(huán)、外保護(hù)環(huán)之間。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述內(nèi)保護(hù)環(huán)以及所述外保護(hù)環(huán)通過(guò)多個(gè)連接部相連接，所述多個(gè)連接部將內(nèi)保護(hù)環(huán)以及外保護(hù)環(huán)之間的容納空間分割成多個(gè)獨(dú)立的子容納空間，所述中間收集部引腳以及所述邊緣收集部引腳分別位于不同的子容納空間。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述保護(hù)部還包括：保護(hù)極片，所述保護(hù)極片分別與所述內(nèi)保護(hù)環(huán)和所述外保護(hù)環(huán)連接；所述收集極包括第二承載層，所述收集部設(shè)置在所述第二承載層上；所述保護(hù)極片位于所述第二承載層遠(yuǎn)離所述收集部的一側(cè)。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低氣壓電離室，其特征在于，所述高壓極包括第一承載層、第一鍍層和第二鍍層，所述第一鍍層和所述第二鍍層均設(shè)置在所述第一承載層上，所述第一鍍層位于所述第一承載層遠(yuǎn)離所述絕緣隔環(huán)的一側(cè)；所述第二鍍層位于所述第一承載層靠近所述絕緣隔環(huán)的一側(cè)。

13.一種權(quán)利要求1-12任一所述低氣壓電離室的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于放療射束單脈沖劑量，調(diào)節(jié)密閉腔室的氣壓、高壓極與收集極的間距以及高壓極的輸入電壓，直至正負(fù)電荷的離子復(fù)合比不大于0.01，其中，密閉腔室的氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

14.一種醫(yī)用直線加速器，其特征在于，包含權(quán)利要求1-12任一所述的低氣壓電離室。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種低氣壓電離室、設(shè)計(jì)方法及醫(yī)用直線加速器，屬于放療劑量監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，低氣壓電離室包括殼體，所述殼體內(nèi)部形成密閉腔室，所述密閉腔室內(nèi)形成低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的低氣壓環(huán)境，促使正負(fù)電荷的離子復(fù)合比不大于0.01，提高正負(fù)電荷的收集效率，本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中穿透型空氣電離室受離子復(fù)合的影響，導(dǎo)致超高劑量率下監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：羊奕偉,楊沁,王詩(shī)嵐,劉賢洪,汪二峰,任忠國(guó),蔣雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中玖閃光醫(yī)療科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28