粒子束监测系统和方法专利检索-光子物理专利检索查询-专利查询网

粒子束监测系统和方法

阅读：280发布：2023-01-25

专利汇可以提供粒子束监测系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且所提出的系统和方法有助于对粒子束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，一种系统，包括：初级粒子束发生器，所述初级粒子束发生器产生初级粒子束；以及监测部件，所述监测部件监测所述初级粒子束。所述监测部件包括：反应部件，所述反应部件受到所述初级粒子束的撞击，其中撞击的结果包括产生次级光子；检测部件，所述检测部件检测所述次级光子的特性；以及初级粒子束特性确定部件，所述初级粒子束特性确定部件基于所述次级光子的所述特性而确定所述初级粒子束的特性。所述初级粒子束的所述特性能够包括放射剂量测量值和剂量率。所述反应部件能够包括箔片部件。小于一纳秒的分辨时间能够与检测所述次级光子特性相关联。，下面是粒子束监测系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种放射系统，所述放射系统包括：
初级粒子束发生器，所述初级粒子束发生器生成初级粒子束；以及
监测部件，所述监测部件监测所述初级粒子束，其中所述监测部件包括：
反应部件，所述反应部件受到所述初级粒子束的撞击，其中撞击的结果包括次级光子的产生；
检测部件，所述检测部件检测次级光子特性；以及
初级粒子束特性确定部件，所述初级粒子束特性确定部件基于所述次级光子特性而确定初级粒子束特性。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述反应部件被配置为外部窗口，所述初级粒子束通过所述外部窗口离开所述放射系统。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述初级粒子束特性包括放射剂量测量值。
4.如权利要求1或2所述的系统，其中所述初级粒子束特性包括剂量率。
5.如权利要求1或2所述的系统，其中所述反应部件包括箔片部件。
6.如权利要求1或2所述的系统，其中所述检测部件被配置为外部窗口，所述初级粒子束通过所述外部窗口离开放射系统。
7.如权利要求1或2所述的系统，其中所述初级粒子束通过所述反应部件离开所述放射系统并且被朝向靶组织传送。
8.如权利要求1或2所述的系统，其中所述反应部件被配置成平衡能量损失特性的最小化与结构特性的维持。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述能量损失特性的最小化是基于所述初级粒子束在穿透所述反应部件之前与在穿透所述反应部件之后的能量的比较。
10.如权利要求1或2所述的系统，其中小于一纳秒的分辨时间与检测所述次级光子特性相关联。
11.如权利要求1或2所述的系统，其中所述检测部件包括空间分辨率部件，所述空间分辨率部件确定所述初级粒子束在所述反应部件上的相互作用点。
12.如权利要求1或2所述的系统，其中所述初级粒子束是FLASH治疗放射处理。
13.一种粒子束监测方法，所述粒子束监测方法包括：
接收初级粒子束；
产生对应于所述初级粒子束的多个次级光子；
感测所述多个次级光子的一部分的特性；以及
基于所述多个次级光子的所述一部分的所述特性而分析所述初级粒子束的特性。
14.如权利要求13所述的方法，其中产生步骤在反应部件处产生对应于所述初级粒子束的所述多个次级光子；并且其中所述方法还包括将所述初级粒子束从所述反应部件朝向靶组织传送。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述多个次级光子的特性根据与所述初级粒子束的特性的关系而变化，并且所述关系被用于分析所述初级粒子束的所述特性。
16.如权利要求13或14所述的方法，其中所述初级粒子束的所述特性包括放射剂量测量值。
17.如权利要求13或14所述的方法，其中所述初级粒子束的所述特性包括剂量率。
18.如权利要求13或14所述的方法，其中所述多个次级光子是从箔片部件被发射的。
19.如权利要求13或14所述的方法，其中所述箔片部件被配置为外部窗口，所述初级粒子束通过所述外部窗口离开放射系统，并且所述箔片部件被配置成平衡能量损失特性的最小化与结构特性的维持。
20.如权利要求13或14所述的系统，其中感测所述多个次级光子的所述一部分的所述特性是在一纳秒或更少的时间内分辨的。
21.一种粒子束监测装置，所述粒子束监测装置包括：
反应部件，所述反应部件受到初级粒子束的特性的影响，其中影响的结果包括多个次级光子的产生；
检测部件，所述检测部件检测所述多个次级光子的一部分的特性；以及射束特性分析部件，所述射束特性分析部件分析反应的结果。
22.如权利要求21所述的粒子束监测装置系统，所述反应部件将初级粒子束朝向靶组织传送。
23.如权利要求21或22所述的粒子束监测装置系统，其中所述多个次级光子被包括在射线中。
24.如权利要求21或22所述的粒子束监测装置系统，其中所述多个次级光子被包括在γ-射线中。
25.如权利要求21或22所述的粒子束监测装置，其中所述多个次级光子被包括在X-射线中。

说明书全文

粒子束监测系统和方法

发明领域

[0001] 本发明涉及粒子束辐射领域。在一些实施方案中，放射系统和方法包括有助于快速而有效地监测粒子束的监测部件。

背景技术

[0002] 粒子束辐射可以被用于许多不同的应用中，并且准确地施加适当量的辐射可能是非常重要的。在医学治疗应用中施加准确剂量的粒子束辐射往往是至关重要的。粒子束放射治疗通常包括将粒子(例如，电离粒子、质子等)束引导在组织区域处。粒子通常与电荷相关联或包括所述电荷。粒子通常用于通过杀死靶组织细胞或降低其细胞分裂能力来停止所述靶组织细胞的生长或扩散。虽然粒子束辐射通常被视为是有益的，但是会存在许多潜在的副作用。副作用可以包括对健康组织细胞的DNA造成的意想不到的损伤。粒子束辐射的效果主要随着施加到癌细胞，同时避免对健康组织的影响的带电粒子的剂量或量的变化而变化。施加到组织的带电粒子的量通常随着带电粒子的剂量率或“电流”和靶组织暴露于辐射的时间的变化而变化。较快速的剂量率通常实现较短的暴露时间并且可以具有许多益处，包括发生影响治疗的无关事件的机会变小，生产率提高和给患者带来更大的便利。

[0003] 许多常规的射束放射治疗系统利用电离室(例如，填充有空气、特殊气体等)来监测粒子束(例如，质子束、γ 电子束等)的剂量和剂量率。电离室内部的气体通过外部产生的粒子束来电离，同时离子和电子由电极收集(例如，借助于施加到电离室的外部电压等)。电子和离子的典型漂移时间相应地约为数微妙到数毫秒，并且气体放大取决于气体层的厚度。这些漂移时间通常会限制反应时间和检测公差，进而随着剂量率的增加，这会产生问题。在高剂量率下，气体体积的重组效应会显著抑制信号，并且腔室输出不与射束电流成比例或不与所述射束电流成线性关系。因此，电离室通常无法提供对于监测高剂量率而言准确且有用的信号。

[0004] 常规的电离室还可能具有在监测装置中存在电子噪声的问题。电子电荷收集会受到杂散磁场和减小的气隙或射束监测部件相对于磁体的短的距离的影响。杂散磁场会成为利用高磁场(诸如使用超导磁体的那些等)的放射治疗系统中的限制因素。粒子束(例如，质子、电子等)还可以通过常规的监测部件来散射。在常规的电离室中，带电粒子束在经过电离室的电极和气体体积时通常会因为多次库仑散射而展宽。因此，尤其是在剂量率增加的情况下，传统的粒子束监测方法会具有许多问题。

发明内容

[0005] 所提出的系统和方法有助于对粒子束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，一种系统包括：初级粒子束发生器，所述初级粒子束发生器产生初级粒子束；以及监测部件，所述监测部件监测初级粒子束。监测部件包括：反应部件，所述反应部件受到初级粒子束的撞击，其中撞击的结果包括产生次级光子；检测部件，所述检测部件检测次级光子特性；以及初级粒子束特性确定部件，所述初级粒子束特性确定部件基于检测到的次级光子特性而确定初级粒子束特性。初级粒子束特性可以包括放射剂量测量值和剂量率。反应部件可以包括箔片部件。

[0006] 反应部件可以被配置为外部窗口，粒子束通过所述外部窗口离开放射系统。反应部件可以被配置成平衡(考虑、权衡等)能量损失特性的最小化与结构特性的维持。能量损失特性的最小化是基于初级粒子束在穿透反应部件之前与在穿透反应部件之后的能量的比较。在一些实施方案中，小于一纳秒的分辨时间与检测次级光子特性相关联。次级光子可以是多种不同的射线(例如，γ射线、x-射线等)。检测部件可以包括空间分辨率部件，所述空间分辨率部件确定初级粒子束在反应部件上的相互作用点。初级粒子束可以包括在FLASH治疗放射处理中。

[0007] 在一些实施方案中，一种粒子束监测方法包括：接收初级粒子束；使初级粒子束冲击在反应部件上；产生对应于初级粒子束的电流的多个次级光子；感测多个次级光子的一部分的特性；以及基于多个次级光子的所述部分的特性而分析初级粒子束的特性。次级光子的特性可以根据关系(例如，成比例的关系等)而变化。次级光子可以是从箔片部件发射的。在一些示例性实现方式中，箔片部件被配置为外部窗口，粒子束通过所述外部窗口离开放射系统，并且箔片部件被配置成平衡能量损失特性的最小化与结构特性的维持。次级光子特性的检测是在一纳秒或更少的时间内分辨的。附图说明

[0008] 附图连同描述一起并入本说明书中并且形成其一部分。它们示出了示例性实施方案并且解释了本公开的示例性原理。并不意图将本发明限于本文示出的具体实现方式。除非另外明确指明，否则各图未按比例绘制。

[0009] 图1是根据一些实施方案的示例性放射系统的框图。

[0010] 图2是根据一些实施方案的另一个示例性系统的框图。

[0011] 图3是根据一些实施方案的示例性监测系统的框图。

[0012] 图4是根据一些实施方案的带有空间确定的示例性监测系统的框图。

[0013] 图5是根据一些实施方案的另一个示例性监测系统的框图。

[0014] 图6是根据一些实施方案的示例性粒子束监测方法的框图。

[0015] 图7是根据一些实施方案的感测到的输出信号值随时间变化的示例性曲线图的框图。

具体实施方式

[0016] 现将对在附图中示出其实例的本发明的优选实施方案进行详细参考。虽然将结合不同实施方案描述本发明，但是将理解，并不意图将本发明限于所述不同实施方案。相反，本发明意图覆盖可以包括在如由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代方案、修改和等效物。另外，在以下对本发明的详细描述中，阐述了众多特定细节以便于提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明。在其他情况下，并未详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊本发明的各方面。

[0017] 所提出的系统和方法有助于对粒子束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，基于初级粒子束的特性而产生次级光子。可以快速地检测和分析次级光子的特性，包括使次级光子的特性与初级粒子束的特性相关联。所述关联使得能够快速确定初级粒子束特性，所述初级粒子束特性进而可以被利用来促进超高剂量率的施加。在一些示例性实现方式中，所提出的系统和方法可以被用来在FLASH放射治疗应用中监测粒子束特性(例如，电荷、剂量、电流、剂量率、位置等)。

[0018] 图1是根据一些实施方案的示例性放射治疗系统100的框图。放射治疗系统100包括射束产生系统104、射束输送系统105、喷嘴107、监测器部件120和控制系统110。射束产生系统104产生具有限定能量的多个粒子(例如，电子、质子、中子、光子、离子等)。在一些实施方案中，多个粒子在基本上相同的方向上行进。在一些示例性实现方式中，在基本上相同的方向上行进的粒子包括在射束中。多个粒子之后通过射束输送系统输送到喷嘴。射束可以是原子核射束(例如，来自碳、氦、锂等)。

[0019] 在一些实施方案中，射束产生系统104包括粒子加速器。粒子加速器可以包括直线加速器。所述系统与各种加速器(例如，连续波束质子加速器、等时性回旋加速器、脉冲质子加速器、同步回旋加速器、同步加速器等)相容。在一些实施方案中，加速器能够进行相对连续的波输出并且提取具有指定能量的粒子。这为每次注射或治疗应用提供高的连续波束电流以实现高剂量率。一次注射是在一段相对较短的时间内沿着线段穿过靶组织递送的剂量。注射可以包括在扫描模式中并且独立地加以调整(例如，在强度上、在射程上等调整)以辐照靶组织体积。加速器可以是较低功率输出回旋加速器，诸如使粒子加速到70-300MeV的范围的回旋加速器。初级粒子束发生器可以被配置成使次级光子发射的时间与粒子束产生相关联(例如，以进一步提高信噪比、初级射束能量测量等)。

[0020] 射束输送系统105可以包括引导(例如，弯转、转向、导引等)射束在朝向和进入喷嘴107的方向上通过所述系统的各种部件(例如，偶极磁体、弯转磁体等)。射束产生系统104和射束输送系统105还可以包括用于调整进入喷嘴107的射束能量的部件。在一些实施方案中，四极磁体组沿着射束路径定位在射束输送系统105中。在一些示例性实现方式中，放射治疗系统可以包括一个或多个多叶准直器(MLC)。MLC叶片可以通过控制系统110来独立地来回移动以使射束可以从中穿过的孔隙动态地成形。孔隙可以阻挡或不阻挡射束的部分并且由此控制射束形状和暴露时间。

[0021] 喷嘴107可以用于使射束瞄向对象(例如，患者、靶组织等)内的各个位置。对象可以位于治疗室中的支撑装置108(例如，椅子、床、操作台、工作台等)上。喷嘴107和监测器120可以安装在固定、旋转或可移动机架(未示出)上或是其一部分，使得其可以相对于支撑装置108移动。支撑装置也可以是可移动的。在一些实施方案中，射束产生系统104和射束输送系统105也可以完全或部分地安装在机架上或是其一部分。在一些其他实施方案中，射束产生系统与机架分开。在一些示例性实现方式中，单独的射束产生系统与机架进行通信。

[0022] 在一些实施方案中，控制系统110接收规定的治疗计划并且引导其执行。在一些示例性实现方式中，控制系统110包括计算机系统，所述计算机系统具有处理器、存储器和用户接口部件(例如，键盘、鼠标、显示器等)。控制系统110可以控制射束产生系统104、射束输送系统105、喷嘴107、监测器部件120和支撑装置108的参数，包括诸如射束的能量、强度、方向、尺寸和形状的参数。控制系统110可以接收有关系统100的操作的数据并且根据其所接收的数据来控制部件。数据可以包括在规定的治疗计划中。在一些实施方案中，控制系统110从监测器部件120接收监测信息并且分析由放射治疗系统100提供的性能和治疗。监测器部件可以测量和跟踪粒子束电流和粒子束电荷，所述粒子束电流和粒子束电荷用于相应地推断出与剂量率和剂量大小的关系。在一些实施方案中，控制系统110可以基于对剂量和剂量率的分析而引导对放射治疗系统100的调整。

[0023] 如上所述，进入喷嘴107的粒子束可以具有指定能量并且喷嘴107包括会影响射束的能量的一个或多个射程移位和调节部件。在一些实施方案中，喷嘴107包括在“X和Y方向”上控制(例如，转向、导引、偏转、扫描等)粒子束以扫描靶组织体积的部件，诸如磁体。靶组织体积可以是处于支撑装置108上的患者体内。

[0024] 在一些示例性实现方式中，粒子束能量的调整可以用于控制：射束的射程(例如，射束穿透到靶组织中的程度等)、由射束递送的剂量、射束的深度剂量曲线，这取决于射束类型。例如，对于质子束或离子束，射束能量调整器可以控制Bragg峰在靶组织中的位置。射束能量调整器可以包括各种部件(例如，射程调节器、射程移位器等)。喷嘴107还可以包括影响粒子束的能量的射束能量调整器。射束产生系统104和输送系统105也可以包括用于调整进入喷嘴107的射束能量的部件。

[0025] 放射治疗系统100可以被用于高剂量率治疗。一些治疗方法包括被称为FLASH放射治疗的超高剂量率治疗或模态。与FLASH治疗相关联的治疗窗口通常实现降低的正常组织毒性，同时维持癌组织肿瘤控制。不同于在尝试监测快或高剂量率时通常会有许多困难和问题的常规监测方法，监测器部件120可以监测通常与FLASH治疗相关联的剂量率和剂量。在一些示例性实现方式中，FLASH放射治疗剂量率可以是在小于一秒内至少4格雷(Gy)以及在小于一秒内多达20Gy或40Gy。在一些示例性实现方式中，FLASH放射治疗剂量率可以是在小于一秒内超过40Gy。放射治疗系统和方法还与多射野治疗方法相容，其中不同的射野与特定治疗轨迹以及为总剂量递送的一部分或一小部分的每射野剂量相关联。多射野治疗方法可以使得每个小部分/射野的剂量递送能够被有效地监测。

[0026] 图2是根据一些实施方案的示例性系统200的框图。系统200包括初级粒子束发生器210，所述初级粒子束发生器210产生粒子束250；以及监测部件220，所述监测部件220监测初级粒子束。监测部件包括反应部件221、检测部件222和初级粒子束特性确定部件223。反应部件221受到粒子束的特性的影响，其中影响的结果包括产生多个次级光子。检测部件
222检测次级光子的特性。初级粒子束特性确定部件223基于次级光子的特性而确定初级粒子束的特性。

[0027] 在一些示例性实现方式中，初级粒子束发生器210可以类似于射束产生系统104和喷嘴107，并且监测部件220可以类似于监测器部件120。示例性系统200还可以包括类似于控制系统110的控制部件。在一些实施方案中，初级粒子束特性确定部件223可以包括在控制系统中。初级粒子束特性确定部件223可以包括存储器，所述存储器被配置成存储有关执行初级粒子束特性确定的指示或指令；以及处理器，所述处理器被配置成执行所述指令。

[0028] 检测部件可以包括辐射检测器(例如，闪烁检测器、γ射线相机等)。在一些实施方案中，检测次级光子射线(例如，x-射线、γ射线等)的数量，并且次级光子射线能量不一定是所需的检测参数。在一些示例性实现方式中，检测器部件的时间分辨率可以是处于皮秒到纳秒区域，并且所述系统能够在不堆积的情况下处理非常高的计数率。应了解，放射治疗系统200可以被用于监测FLASH放射治疗的操作。

[0029] 初级粒子束特性确定部件可以被用来基于检测到的次级光子特性而执行各种不同的分析。对初级粒子束特性的分析可以包括对剂量和剂量率的确定。每单位时间的次级光子产率或检测到的光子射线的数量基本上与初级粒子束电流成比例，这进而可以被转换成剂量率。在射束“启动”时间期间检测到的光子射线的数量可以被转换为在初级粒子束“启动”时间期间递送的剂量。

[0030] 图3是根据一些实施方案的示例性监测系统300的框图。监测系统300包括反应部件310和检测部件320。在一些实施方案中，反应部件210和检测部件220类似于反应部件310和检测部件320。在一些示例性实现方式中，反应部件310包括箔片部件，所述箔片部件在受到初级粒子束350的冲击时发射次级光子355。在一些实施方案中，初级粒子束是相对均匀的，并且次级光子从反应部件310中的相互作用点各向同性地发射。反应部件310可以包括薄箔片(例如，金属、塑料、涂覆金属的塑料等)，所述薄箔片可以垂直于初级粒子中心射束路径352安装。应了解，各种材料可以包括在箔片中(例如，金、铅、高Z元素、碳/氢化合物、聚酰亚胺箔片等)。监测系统300可以包括真空区域或真空室370，并且大气压力375可以由反应部件310抵抗。应了解，检测部件320可以各种位置配置(例如，配置在真空室内部、配置在真空室的壁上、配置在真空室外部等)。监测系统300可以包括类似于粒子束特性确定部件223的耦合到检测部件320的初级粒子束特性确定部件(未示出)。

[0031] 反应部件可以基于各种考虑而配置。反应部件可以被配置成使得初级粒子束可以穿透反应部件。在一些实施方案中，一定百分率的初级粒子束能量因为初级粒子束穿透反应部件而损失掉。反应部件的特性(例如，材料、厚度等)会影响能量损失的量(例如，反应部件越薄，初级射束的能量损失越小等)。在一些示例性实现方式中，反应部件的厚度基于能量损失的量而配置。薄反应部件是与监测装置接收到的初级粒子束的能量相比较，与穿透反应部件相关联的能量损失百分率较小(例如，小于1％、1％至5％等)的反应部件。在一些示例性实现方式中，反应部件被配置成最小化或降低能量损失。

[0032] 在一些实施方案中，反应部件形成监测装置的外表面中的区域或窗口。反应部件可以被配置成对监测部件提供结构支撑特性。所述外表面可以是放射系统的最后一个系统表面，其在初级粒子束朝向靶组织行进时会影响所述初级粒子束。因此，不存在因多次库仑散射而导致射束展宽的额外的放射系统部件，进而实现初级粒子束的小的或最小的光斑尺寸。在一些示例性实现方式中，反应部件是监测装置真空室的外表面中的区域并且被配置成提供抵抗外部大气压力的结构支撑。在一些示例性实现方式中，箔片是处于十分之几毫米或以下(例如，200μm加减20％、10μm加减20％等)的范围。

[0033] 应了解，反应部件可以基于平衡多个考虑因素而配置。反应部件结构特性可以相对于或相较于能量损失特性来平衡。在一些示例性实现方式中，反应部件的尺寸是基于与相对于厚尺寸结构完整性特性进行平衡的薄尺寸相关联的低能量损失特性而选择。反应部件的厚度可以减小到尽可能地薄，同时仍然维持足以维持结构完整性的厚度。反应部件可以被配置有基本上恒定的厚度，使得存在相对恒定的反应截面。

[0034] 在一些实施方案中，次级光子包括在高能/高频射线(例如，x-射线、γ射线等)中。射线通过初级粒子束冲击在反应部件上来产生。冲击在给定材料的反应部件上的粒子束可以通过库仑相互作用和电子重排来产生与反应部件中的复合材料相关联的特征x-射线。取决于材料，x-射线可以是处于1keV至100keV范围。冲击在另一种特定材料的反应部件上的粒子束可以产生γ射线，所述射线从箔片中的相互作用点各向同性地发射。在一些示例性实现方式中，处于MeV范围的γ射线起因于与冲击在反应部件上的具有足够能量的粒子束(例如，质子束、离子束等)相关联的核相互作用。

[0035] 检测部件可以包括位置敏感的空间分辨率特征。在一些示例性实现方式中，具有空间分辨率的检测部件用于确定反应部件上的相互作用点。在一些示例性实现方式中，检测到的辐射的发射点是测量到的射束位置，所述测量到的射束位置可以被转换为装置的等中心点处的射束位置。检测部件可以包括各种部件(例如，γ射线相机、狭缝相机等)。

[0036] 在一些实施方案中，检测部件可以是位置敏感的并且感测初级粒子束在箔片上发生冲击相互作用的位置的指示。初级粒子束可以移动到反应部件上的不同的相互作用点。位置可以对应于初级粒子束移动所至或可以产生击中的图像序列或模式。确认初级粒子束位置或模式对应于治疗计划的符合性可以有助于质量保证和安全(例如，击中癌组织、避开健康组织等)。在一些示例性实现方式中，位置敏感的检测部件具有针对反应部件确立的几何结构并且能够分辨反应部件上的相互作用点的位置。

[0037] 图4是根据一些实施方案的示例性监测系统400的框图。监测系统400包括反应部件410和检测部件420。检测部件420可以包括空间分辨率部件。在一些实施方案中，空间分辨率部件可以包括吸收体或准直器421和多段式位置敏感检测部件422。在一些实施方案中，空间分辨率部件可以包括狭缝相机，所述狭缝相机检测次级光子以及反应部件上的初级粒子相互作用位置的指示。应了解，监测系统400可以包括类似于粒子束特性确定部件223的耦合到检测部件420的初级粒子束特性确定部件(未示出)。在一些实施方案中，反应部件210类似于反应部件410，并且检测部件220类似于检测部件420。

[0038] 在一些示例性实现方式中，相对较窄或“笔形”的初级粒子束450在相互作用点451处击中或冲击反应部件410。当初级粒子束450与反应部件410相互作用时，次级光子455、457和458从相互作用点451周围的区域发射。次级光子457穿过准直器421到达多段式位置敏感检测部件422。次级光子455和458未穿过准直器421到达多段式位置敏感检测部件422。
基于多段式位置敏感检测部件422的结果，可以确定相互作用点451的位置或定位。初级粒子束450可以移动并且在各个相互作用点(例如，452、453等)处击中或冲击反应部件410。再次，基于多段式位置敏感检测部件422的结果，可以确定相互作用点(例如，452、453等)的位置或定位。

[0039] 在一些实施方案中，除了以非常短或快的时间分辨率监测剂量和剂量率之外，监测系统还可以快速地监测施加区域的准确度。在一些示例性实现方式中，初级粒子束扫描一个区域并且检测部件可以跟踪反应部件上的扫描冲击运动的位置。此信息可以由放射系统使用来作出响应并且在初级粒子束位置偏离治疗计划的规定位置的情况下采取快速补救措施。

[0040] 在一些实施方案中，示例性监测系统包括多个反应部件和检测部件。示例性监测系统可以包括安全特征。反应部件和检测部件可以是重复份的或冗余的。

[0041] 图5是根据一些实施方案的示例性监测系统500的框图。监测系统500包括多个反应部件510和530以及多个检测部件520和540。在一些实施方案中，反应部件和检测部件可以是不同的，并且促成不同类型的监测或具有不同灵敏度级别的监测。包括在反应部件510和530中的材料可以是不同的(例如，金、铅、碳等)。从反应部件发射并由检测部件检测的次级光子的能量可以是不同的。在一些示例性实现方式中，包括在反应部件510和530中的材料可以是不同的(例如，金、铅、碳等)。反应部件510和530可以发射类似或相应地不同的光子(例如，对应于x-射线、γ射线等)。相应的反应部件510和530中的箔片的厚度可以是不同的。顶部或内部反应部件510可以是相对较薄的(例如，导致较低程度的吸收、散射等)，并且下部或外部反应部件530可以是有点厚的(例如，更多结构支撑，抵抗外部空气压力等)。应了解，反应部件和检测部件可以包括在电离室中并且结合电离型监测一起使用。

[0042] 图6是根据一些实施方案的示例性粒子束监测方法600的框图。在一些实施方案中，粒子束监测方法在小于一纳秒的分辨时间内实现了对次级光子特性的检测。在一些示例性实现方式中，粒子束监测方法600可以在系统200上实施。

[0043] 在步骤610中，接收初级粒子束。在一些实施方案中，从粒子束产生系统接收初级粒子束。

[0044] 在步骤620中，产生次级光子。在一些实施方案中，初级粒子束冲击在反应部件上并且响应于冲击而从反应部件发射多个次级光子。次级光子的特性可以根据与初级粒子束的特性的关系(例如，与之成比例)而变化。次级光子是从箔片部件发射。箔片部件可以被配置为外部窗口，粒子束通过所述外部窗口离开放射系统，并且箔片部件被配置成平衡能量损失特性的最小化与结构特性的维持。

[0045] 在步骤630中，感测次级光子特性。在一些示例性实现方式中，感测次级光子的一部分的特性。还可以确定次级光子的发射位置。在一些实施方案中，感测多个次级光子的所述部分的特性是在一纳秒或更少的时间内分辨。在一些示例性实现方式中，感测到x-射线或γ射线信号。图7是根据实施方案的感测到的输出信号值随时间变化的示例性曲线图的框图。

[0046] 在步骤640中，基于次级光子特性而分析初级粒子束的特性。初级粒子束的特性可以包括剂量和剂量率。

[0047] 在一些实施方案中，所提出的监测方法利用光子检测而不是电离反应来推断粒子束的特性。除了提供有关剂量和剂量率的信息之外，还可以反馈或利用监测器信息来引导粒子束产生部件操作的调整。在一些示例性实现方式中，快速分辨粒子束特性的测量值的能力可以由高分辨率剂量递送控制装置用于粒子束产生部件中。在一些实施方案中，监测系统和方法对重组效应是有抗力的(例如，免疫的、不受其影响等)并且对磁场是不敏感的。与典型的传统电离室相比较，所述监测系统和方法还可以有助于降噪。

[0048] 因此，所提出的系统和方法有助于对辐射束进行有效率和有效的监测。在一些实施方案中，一种系统可以允许剂量率监测：所述剂量率监测线性上升到超高射束电流，提供处于纳秒区域的足以为超高剂量率射束提供快速反应时间的反应时间，允许通过整合剂量率来进行剂量监测，并且为扫描的粒子束的射束位置监测提供空间分辨率。不同于传统方法，在一些实施方案中，不存在或存在与以下相关联的降低的影响：1)干扰监测的重组效应；2)因监测活动而来自磁场的影响，以及3)信号输出的信噪比。在一些示例性实现方式中，对于超高剂量率能维持线性监测输出，并且可以测量皮安培到纳安培的电流。

[0049] 在程序、逻辑块、处理和计算机存储器内关于数据位的操作的其他符号表示方面呈现了具体实施方式的一些部分。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员通常使用来向本领域的其他技术人员有效地传达其工作实质的手段。程序、逻辑块、过程等在此处并通常被视为是产生期望的结果的步骤或指令的自相容序列。所述步骤包括物理量的物理操纵。通常，尽管没有必要，但是这些量呈现能够在计算机系统中存储、传送、组合、比较并以其他方式进行操纵的电、磁、光或量子信号的形式。主要出于公同使用的原因，已经证明将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等等有时是方便的。

[0050] 然而，应当注意，所有这些和类似的术语与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非像从以下论述中显而易见的那样另外明确说明，否则应了解，贯穿本申请，利用术语，诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”、“显示”等等的论述指代计算机系统，或操纵和转换表示为物理(例如，电子)量的数据的类似处理装置(例如，电、光或量子计算装置)的动作和处理。所述术语指代将计算机系统的部件(例如，寄存器、存储器、其他此类信息存储装置、传输或显示装置等)内的物理量操纵或转换为类似地表示为其他部件内的物理量的其他数据的处理装置的动作和处理。

[0051] 出于说明和描述的目的，已呈现了本发明的一些具体实施方案的前文描述。所述描述并不意图是穷尽的或将本发明限于所公开的确切形式，并且明显的是，鉴于上文的教导，许多修改和变化是可能的。选择并描述了实施方案以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够通过如适于所涵盖的具体用途的各种修改最好地利用本发明和各种实施方案。本发明的范围意图由随附权利要求以及其等效形式限定。除非权利要求中明确说明，否则方法权利要求内所列步骤并不暗示任何具体顺序来执行所述步骤。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种双光子受激发射损耗复合显微镜	2020-09-09	2
一种基于光子轨道角动量调制的单光子测距背景噪声滤除方法及单光子测距装置	2020-06-22	4
可编程控制的液晶光子晶体光功能器件及光路设置方法	2021-10-28	1
基于双芯光子晶体光纤掺杂金属线的偏振耦合器	2021-10-30	0
大口径空气芯光子晶体光纤导光管照明装置	2021-03-05	1
基于二维光子晶体的光二极管及其制备方法	2021-03-06	2
基于高双折射光子晶体光纤与光纤环的超宽带可调谐微波光子滤波器	2020-10-16	4
光子测量前端电路	2020-05-31	2
一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法	2021-08-12	3
一种分立简并模的二维光子晶体结构	2020-08-29	1

粒子束监测系统和方法

粒子束监测系统和方法

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：