测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统及放射治疗设备技术方案

一种用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统及放射治疗设备。束的每个脉冲被构造成一系列带电粒子聚束，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括沿束路径布置的第一检测器、第二检测器和第三检测器。每一所述检测器配置成检测带电粒子聚束的通过，并根据检测到的聚束的相位提供输出信号。第二检测器通过第一距离与第一检测器间隔开，并且第三检测器通过第二距离与第二检测器间隔开。第二距离大于第一距离的两倍。

【技术实现步骤摘要】
测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统及放射治疗设备
本技术总体涉及一种用于测量脉冲强子束的能量的飞行时间测量系统及放射治疗设备。
技术介绍
线性加速器(linacs)在放射治疗中用于加速粒子，通常是电子、质子或包括氦或碳离子的重离子，其能量足以使它们行进到组织中的深处以辐照并向肿瘤传递能量。在电子的情况下，它们可以可选择地被引导至大原子序数的材料的目标上以产生高能X射线，然后高能X射线自身用于在深处治疗肿瘤。通常强子和离子粒子在源(例如用于质子的电子回旋共振离子源(electroncyclotronresonanceionsource，ECRIS)或离子等离子体源)中产生并注入线性加速器复合体中，在那里它们被高频射频(RF)场加速到所需的能量。加速通常分阶段进行，其可能包括预加速器级，例如射频四极场(radiofrequencyquadrupole，RFQ)。在实践中，适合于放射治疗或其他用途的高能量输出束的产生可能涉及多个加速器子单元，可能多达10-14个，每个加速器子单元包括一系列单独的、连接于波导的加速器腔，波导布置成耦合在驱动射频场中。典型的加速器级包括漂移管直线加速器(drifttubelinacs，DTL)，侧耦合漂移管直线加速器(sidecoupleddrifttubelinacs，SCDTL)和耦合腔直线加速器(coupledcavitylinacs，CCL)。RF场通常由速调管或磁控管产生。通常，在源和预加速器级之间是低能束流传输线(lowenergybeamtransferline，LEBT)。通常中能束流传输线(mediumenergybeamtransferline，MEBT)位于每个加速器子单元之间或子单元组之间。从加速器复合体的开始到结束的束路径可以是许多米长并且通常在其整个长度上被屏蔽。在一个线性加速器方案中，质子束在质子源注入器组件形成脉冲，并且这些质子束被引入预加速器级，通常是射频四极场(或RFQ)，其可将初始漂移脉冲加速高至5Mev。在预加速过程中，由于脉冲中的质子开始与加速射频场相互作用，脉冲在750MHz处获得成束构造。在RFQ的输出处，每个脉冲作为成聚束脉冲被馈送到第一线性加速器级的输入端，用于最终加速到医学地有用的治疗能量。在特定的实施例中，斩波器元件布置成在质子源注入器组件中产生束脉冲。斩波器元件、预加速器级和线性加速器级以高达200Hz的重复率操作。在每个后续的线性加速器级，所施加的RF场耦合至每个脉冲中的聚束并将它们加速到越来越高的能量，同时保持脉冲的构造。来自线性加速器的束的最终输出能量将取决于加速构造的数量，并且最大能量通常等于可以被加速的离子的最大可能能量。但是，也可能通过关闭直线加速器通道末端的作用单元来改变在输出处的能量。因此，输出处出射束的能量等于最后的起作用的加速单元的输出能量。在医疗粒子加速器中，在最后的加速子单元的输出处产生的束通过高能束流传输线(highenergybeamtransferline，HEBT)传输至病患。在HEBT的末端是喷嘴，喷嘴通常布置成灾患者的目标处引导或扫描束，并且该喷嘴通常还包括布置成对递送该病患的剂量进行监测的剂量递送系统。在基于同步加速器的医疗加速器中，通过在同步加速腔中和在偶极子磁场中的设置的组合实现肿瘤切片治疗所需的束能量，而在基于回旋加速器的机器中，通过在HEBT中的降能器将材料插入到束中，从而可获得所需的束能量。在这两种情况下，没有必要准确地测量导向患者的束的能量，因为可以认为在机器调试或质量保证阶段获得的能量是相同的。束轮廓、束电流和束能量(特别是在基于直线加速器的具有能量变化的质子治疗加速器中)通常被监测用于射束诊断或临床目的，并且束能量测量系统通常在医疗设备规定下是强制性的。通常，HEBT在束能量方面的接受程度要比治疗要求高得多，这可能导致束具有与请求输送给患者的能量略有不同甚至更高的能量。安装在患者之前的剂量输送系统无法测量输送给患者的脉冲的束能量。符合医疗设备规定可能要求系统应包含对输送给患者的每个束脉冲的能量测量。测量束能量的经典方法是结合上游和下游的束位置和/或轮廓检测器的基于光谱仪的系统，该系统包括在HEBT中的弯曲偶极子的应用。如果HEBT是直的，则不能使用此方法。鉴于上述情况，需要一种快速响应束能量测量系统。此外，需要一种不受束束流传输线布局影响的束能量测量系统。
技术实现思路
因此，提供了一种用于测量脉冲强子束的能量的飞行时间(time-of-flight，TOF)测量系统，其中束的每个脉冲被构造成一系列的带电粒子的聚束，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：沿束路径布置的第一检测器，第二检测器和第三检测器，每一所述检测器配置成检测带电粒子聚束的通过，并根据检测到的聚束的相位提供输出信号，其中第二检测器与第一检测器间隔开第一距离，并且第三检测器与第二检测器间隔开第二距离，其中所述第一距离以设定为使得聚束从第一检测器到第二检测器的飞行时间等于或低于聚束的重复周期，并且其中所述第二距离设定为使得聚束从第二检测器到第三检测器的飞行时间大于聚束的重复周期的倍数；以及处理装置，其配置成a)计算检测器输出信号之间的相移，以及b)基于计算出的相移计算脉冲能量。另外或可选择的，本技术提供一种用于测量脉冲强子束的能量的飞行时间(TOF)测量系统，其中束的每一脉冲被构造成一系列带电粒子聚束，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：沿束路径布置的第一检测器、第二检测器和第三检测器，每一所述检测器被配置成检测带电粒子聚束的通过，并根据检测到的聚束的相位提供输出信号，其中第二检测器通过第一距离与第一检测器间隔开，并且其中第三检测器通过第二距离与第二检测器间隔开，其中第二距离大于第一距离的两倍。在一个实施例中，第二距离大于第一距离的10倍。在一个实施例中，所述第一距离设定为使得聚束从第一检测器到第二检测器的飞行时间等于或低于聚束的重复周期，并且其中优选地所述第二距离设定为使得聚束从第二检测器到第三检测器的飞行时间大于聚束的重复周期的倍数。根据一个实施例，提供了一种用于测量脉冲强子束的能量的飞行时间(TOF)测量系统，其中，束的每一脉冲被构造成一系列带电粒子聚束，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：沿束路径布置的第一检测器，第二检测器和第三检测器，每一所述检测器配置成检测带电粒子聚束的通过，并且根据检测到聚束的相位提供输出信号，其中第二检测器通过第一距离与第一检测器间隔开，并且其中第三检测器通过第二距离与第二检测器间隔开，其中所述第一距离设定为，对于HEBT接受的最高能量和最低能量的聚束，从第一检测器到第二检测器的飞行时间之差等于或低于聚束的重复周期，并且其中所述第二距离设定为使得聚束从第二检测器到第三检测器的飞行时间大于聚束的重复周期的倍数；以及处理装置，其配置成a)计算检测器输出信号之间的相移，b)基于计算出的相移计算脉冲能量。这些聚束可能具有非常高的重复率(高达3GHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，束的每个脉冲被构造成一系列带电粒子聚束(B)，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：/n沿束路径(10)布置的第一检测器(1)、第二检测器(2)和第三检测器(3)，每一所述检测器配置成检测带电粒子聚束(B)的通过，并根据检测到的聚束(B)的相位提供输出信号(v

【技术特征摘要】
20180413 EP 18167210.61.一种用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，束的每个脉冲被构造成一系列带电粒子聚束(B)，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：
沿束路径(10)布置的第一检测器(1)、第二检测器(2)和第三检测器(3)，每一所述检测器配置成检测带电粒子聚束(B)的通过，并根据检测到的聚束(B)的相位提供输出信号(vPP,1，vPP,2，vPP,3)，其中第二检测器(2)通过第一距离(L12)与第一检测器(1)间隔开，并且其中第三检测器(3)通过第二距离(L23)与第二检测器(2)间隔开，其中第二距离大于第一距离的两倍。


2.根据权利要求1所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，第二距离大于第一距离的10倍。


3.根据权利要求1或2所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，所述第一距离设置为使得所述聚束(B)从第一检测器(1)到第二检测器(2)的飞行时间(t12)等于或低于聚束(B)的重复周期(TRFQ)，并且其中所述第二距离设置为使得聚束(B)从第二检测器(2)到第三检测器(3)的飞行时间(T23)大于聚束(B)的重复周期(TRFQ)的倍数。


4.根据权利要求1或2所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，所述检测器中的至少一个是响应于由此通过的脉冲强子束的电场或磁场的检测器。


5.根据权利要求1或2所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，所述检测器中的至少一个是截断脉冲强子束的一小部分的检测器。


6.根据权利要求1或2所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行时间测量系统，其特征在于，聚束(B)的重复率是包括在100MHz和3GHz之间的数量级。


7.根据权利要求3所述的用于测量脉冲强子束能量的飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·杰夫，M·卡尔达拉，F·加利齐，
申请(专利权)人：ADAM公司，贝尔加莫大学，
类型：新型
国别省市：瑞士;CH