放射治疗质量保证及在线确认装置及方法

摘要

说明了一种辐射监视器以及一种用于监视一辐射装置传送到一病患之辐射的方法，所述辐射监视器包括一组像素离子腔室或一像素离子腔室矩阵；所述像素离子腔室较佳是由一上电极与一分段电极建构而成，其中所述分段电极是通过一中间层而连接到所述上电极。在所述中间层中形成有多个像素离子腔室，其自所述上电极延伸到所述分段电极。所述中间层是通过一黏接点数组而层压在所述上电极与分段电极上，其中所述黏接点经过切割且位于所述中间层上以提供所述离子腔室之通风口或通道。

说明书

【相关申请参考】

本发明主张在2005年5月27日所申请之美国临时申请案No. 60/685,712的权益，其整体内容在此皆为本案之参考。

【发明所属技术领域】

本发明与一种放射治疗设备(例如：IMRT设备)之质量保证与在线 确认的装置及方法有关。

【先前技术】

在对病患施用放射治疗时，确保对目标体积施用了规定的剂量是最重 要的。

放射摄影之X光底片已大量被用于执行放射治疗设备的质量保证；将 具有感光乳剂(例如：溴化银、悬浮于凝胶中之AgBr微粒)之塑料薄膜 曝光，而在显影后，AgBr微粒离子化形成影像。必须利用光密度计来测量 光密度，这个程序不但需花费时间，也无法实时执行。

从Bonin等人于期刊Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 519(2004)674-686中的研究文献“用于监视强子治疗中光束性 能之像素腔室(A pixel chamber to monitor the beam performances in hadron therapy)”可了解一像素腔室(pixel chamber)，这份文献揭露了一种离子 化腔室矩阵，此装置包括了排列为矩阵形式的多个离子化腔室，即排列为 行列形式的组件数组。离子化腔室(或离子腔室)的一般原理系说明如下： 在两个平行电极之间施加一高电压，在平板之间的气体(在此处为空气或 氮气)会被垂直于平板而通行的光束离子化，由于电场的作用，离子会被 收集在电极上，且可测量其电荷。由于产生电子-离子对需要已知的平均能 量，其端视气体与辐射类型而定，因此收集的电荷会直接与气体中沉积的 能量成比例。电荷可通过循环积分电路进行测量，其提供了与侦测到的电 荷成比例之16位计数值。循环积分电路是由INFN(Instituto Nazionale di Fisica Nucleare，Torino，Italy)以0.8微米CMOS技术之芯片(TERA06)发 展而成，这些芯片中每一个都提供了64个通道，可调整最小可侦测电荷 于50fC与800fC之间，且线性区域中的计数速率可高达5MHz。监视器 包括了由个别的方形垫片所制成之平面，这些垫片的大小为 0.745cm×0.745cm，在PCB的一侧有32×32导电像素矩阵，而在另一侧则 针对每一像素都布有一个轨道。

然而，这种习知像素离子化腔室具有一些缺点，其中一项缺点在于其 机械不稳定度的存在；在连续平面间的距离是由一外部框架加以定义，机 械变形或颤噪(microphonic)效应都会明显影响电极之间的距离，因而对 数据的准确度与精确性产生不良影响。这些习知系统的另一个缺点为透明 度，铜的量会产生背向散射并降低透明度，因而降低了此装置作为传输腔 室的应用性。

需要一种放射治疗流量率在线监视及质量保证的装置与方法，以最小 化或消除习知技艺中的问题。需要一种更精确的方法与装置来决定目标体 积中所沉积的对应剂量。

【发明内容】

本发明说明了一种辐射监视器以及一种用于监视一辐射装置传送到 一病患之辐射的方法，所述辐射监视器包括一组像素离子腔室或一像素离 子腔室矩阵；所述像素离子腔室较佳是由一上电极与一分段电极建构而 成，其中所述分段电极是通过一中间层而连接到所述上电极。在所述中间 层中形成有多个像素离子腔室，其自所述上电极延伸到所述分段电极。所 述中间层是通过一黏接点数组而层压在所述上电极与分段电极上，其中所 述黏接点经过切割且位于所述中间层上以提供所述离子腔室之通风口或 通道。

在一实施方式中，说明了一种低电流泄漏之像素离子腔室，所述像素 离子腔室包含一上电极、连接至所述上电极的一中间层、以及连接至所述 中间层的一分段电极。所述中间层具有延伸通过中间层宽度的一孔洞，其 形成一腔室。所述分段电极具有由碳印刷像素组成之一上层，其与中间层 的对应腔室形成交界。一铜保护环环绕像素以提供保护避免泄漏。较佳为， 所述像素离子腔室也具有一信号轨，其通过一塞孔而连接至像素，以形成 一像素信号轨；而一铜保护轨围绕每个个别的像素信号轨，以进一步保护 避免泄漏。为了进一步的泄漏保护，所述中间层系通过黏接点而层压在所 述上电极与分段电极上，黏接点是经过切割且位于中间层上以提供腔室之 通风通道。

在另一实施方式中，说明了一种用于测量辐射的高透明度监视器，所 述监视器是以低Z材料建构而成，因而可获得较透明的腔室。所述监视器 具有由像素离子腔室组成之一数组，所述像素离子腔室是由一上电极、一 中间层与一分段电极组成，所述上电极具有由印刷碳组成之一上外层，其 作为一EMC屏蔽；所述像素离子腔室也可具有由无溴化物材料或其它高 原子序化合物组成之一印刷电路板。

在另一实施方式中，说明了一种用于监视辐射装置传送至一目标之辐 射的方法。将本发明所提供的任何一种辐射监视器放置在辐射装置与目标 之间，使得辐射束在传送辐射到目标之前先通过监视器，然后再传送辐射 到目标；通过监视器可以实时测量辐射装置产生的流率。所述目标可为接 受放射治疗的病患，也可以是在放射治疗设备制作或测试期间所使用的水 假体(water phantom)。从测量到的辐射可得到病患或水假体实时接收的剂 量，且可将其与目标治疗剂量进行比较。

【图式简单说明】

图1为本发明之像素离子腔室1的膜层堆栈侧视图；

图2为像素离子腔室数组或矩阵的上电极10的内部碳层34的上视图；

图3为像素离子腔室数组或矩阵的分段电极100的第一层110的上视 图；

图4为分段电极110的细部侧视图；以及

图5为信号层3与4的结构130、140的示意图。

【具体实施方式说明】

说明了一种用于实时测量辐射的监视装置，所述监视装置可用于监视 一辐射装置所产生的流率。在操作中，所述监视装置是放置在辐射装置与 目标(例如：接受放射治疗的病患)之间，在这样的位置中，所述装置测 量流率并可实时决定对应的辐射剂量；以下为本发明较佳实施例的相关说 明。

所述监视装置是由像素离子腔室数组或矩阵所制成，图1即说明了根 据本发明所建构的单一像素离子腔室1的结构侧视图。像素离子腔室1具 有上电极10、中间层50与分段电极100。

上电极10具有一聚亚酰胺层20，其两侧分别夹有碳层32、34。上电 极可由任何材料制成，其端视应用层面而定，例如：另一种塑料材料、石 磨或金属。较佳为，聚亚酰胺层为50μm厚且由Pyralux AP 8525制成； 较佳为，所述碳层是约为25μm厚的印刷碳。

上电极10的外部碳层32是作用为电磁兼容(“EMC”)屏蔽，外部碳 层32一般延伸通过像素离子腔室的整个平面；内部碳层34则是根据中间 层50的孔洞55而建构，并经过切割而使内部碳层的外围可以符合并比孔 洞55的外围小。较佳为，内部碳层34与孔洞55本质上为圆形，然也可 视实际应用而为容易制造的其它形状或具有不同的直径(其中内部碳层34 的直径较小)。在较佳实施方式中，内部碳层的直径约为4.4mm，而在中 间层50中的对应孔洞55的直径则约为4.5mm；这样的配置确保中间层 50不会与中央电极34与105接触。印刷碳层34构成之矩阵通过铜网36 而彼此连接(如图2所示)，以保证良好且均匀的导电性。

中间层50是由纯多碳板所制成，较佳为，所述中间层50约为5mm 厚，但也可根据腔室的直径而更大或更小。在中间层50的接近中央处， 孔洞55延伸通过中间层50的整体厚度；孔洞55较佳为直径约4.5mm， 且其延伸为与中间层50的水平面本质上垂直，以形成一圆柱。

中间层50的上端52经由黏接的方式而层压在上电极10的聚亚酰胺 层20上，较佳为，黏接的形式是约100μm厚的黏接点45，黏接材料较佳 为环氧树脂，其直径约为1至2mm。中间层50的底端56也同样经由黏 接方式层压至分段电极100的上层105，黏接的形式较佳为黏接点45。一 旦中间层50黏接至顶部20与分段电极100，腔室58便形成于中间层50 的孔洞55中。

除了将中间层50黏接至上电极10与分段电极100之外，黏接或黏胶 点45还具有其它几种功能。第一，黏接点45的形状与位置使其不会密封 整个腔室58，而是提供在中间层50两侧提供腔室58之通风口或开放通道。 胶黏点45是位于上电极的内部碳层34周围以及分段电极100的像素105 周围；就绝对上来说，剂量出口式腔室可作为密封腔室，这是因为密封腔 室倾向于保持气封，其于敏感性上导致无法预期的变化。

此外，如图2与图3所示(由像素离子腔室1组成之数组或矩阵的单 元支撑结构的上视图)，使用由胶黏点45组成的网格实现了一种可不使用 外部机械式框架的架构；像素离子腔室数组中框架的省略可最小化或消除 使用外部框架时所产生的机械变形或颤噪效应，因此，所得测量结果的准 确性会比使用外部框架的装置更高。

胶黏点45也有助于最小化或消除中间层50泄漏，其发生于上电极10、 通过中间层50、与分段电极100之间。这样的泄漏会干扰测量，而其降低 或消除也同样会增加测量的准确性。胶黏点可作为间隙以避免中间层50 接触到收集电极，这在本发明中是用来减少泄漏的技术之一。如以下说明， 本发明也提供了其它可单独使用或与胶黏点结合使用的技术，以降低泄 漏。

分段电极的细部侧视图如图4所示(未依实际大小绘制)；在较佳实 施方式中，分段电极100包括了一个六层印刷电路板。第一层110面对腔 室58的内部，其由较佳为碳印刷(或石磨或薄金属)所制成之像素105 组成；像素105较佳为约25μm厚，像素105是根据孔洞55的形状与大小 来成形及切割，而使像素105可符合孔洞55；较佳为，像素105本质上为 圆形(也可依实际应用与易于制造之要求而设计为其它形状)，其直径小 于孔洞55的直径；在较佳实施方式中，像素105的直径约比中间层50中 孔洞55的直径小0.4mm，在更佳的方式中，孔洞55的直径约为4.5mm， 而像素105的直径约为4.1mm。

像素105通过一塞孔108而连接至信号轨，如图5所示。塞孔108是 两隔离层115与135之间的垂直互连，塞孔108较佳为由铜圆柱体109构 成，其约20μm厚且通过贾凡尼(galvanic)程序而产生。塞孔108提供了 隔离层之间的垂直互连，并且将像素105连接至信号轨。

直接位于第一层110下方的是一层核心材料115，其由两层铜保护轨 104与120夹在中间，较佳为，层115是由纯聚亚酰胺制成，或是由玻璃 纤维强化Duraver156材料制成，或由任何一种低Z之PCB材料制成， 其厚度约为1000μm，此厚度使核心材料能够吸收背向散射的电子。这些 铜轨最好是18μm厚(除非经特别说明，所有铜轨都最好是18μm厚)。与 像素105结合之顶部的铜保护轨104提供了分段电极100的第一层110， 顶部的铜保护轨104是成形以围绕像素105，由此避免上电极10的泄漏。 顶部的铜保护轨104具有与像素105形状相应的孔洞，然孔洞的直径较大 而使其不致与像素105重迭。图3为第一层110的较佳配置的上视图，在 较佳实施方式中，顶部的铜保护轨104中孔洞的直径约为4.9mm，其可为 顶部的铜保护轨104产生约60％的平均铜密度，黏接点45也同样用于将 分段电极100的第一层110连接至中间层50。

第二层由底部的铜保护轨120构成且位于核心材料115上顶部铜保护 轨104的相反侧；底部铜保护轨120防止信号轨(图中未示)与像素105 之间的串音现象。保护轨120连接到低阻抗之电位(图中未示)，其非常 接近传感器输入电位(±1mV)。底部铜保护轨120的平均铜密度约为100％， 除了未延伸通过塞孔108的保护轨之外。

夹在第二层120与第三层130中间的是一隔离层128，其较佳为由厚 50μm之聚亚酰胺( AP 8525R)建构而成；在隔离层128各侧上 的黏接层127与129约为25μm厚。

第三与第四层为18μm厚的铜层130、140位于1000μm厚之其它层 核心材料135(较佳为玻璃纤维强化 156材料)的任一侧，第三 与第四层130、140接作为保护轨并围绕连接至像素105以读出电子(图 中未示)、在像素腔室1一侧的像素信号轨。为了减少泄漏，铜保护轨(图 中未示)围绕由电极与对读取电子之铜轨组成的像素轨，较佳为，像素轨 两边都被围绕，同时第三层130围绕顶部而第四层140围绕；第三层130 与第四层140的铜密度较佳为约50％，图5说明了信号层3与4之结构130、 140。

夹在第四层140与第五层150之间的之另一隔离层148，其较佳为由 50μm厚的聚亚酰胺(例如： AP 8525R)组成。隔离层148每一 侧上的黏接层147与149的厚度约为25μm厚。

第五层与第六层150、160包括厚度约为18μm之未结构化铜层，夹 在第五与第六层150、160之间的是厚度为50μm之聚亚酰胺铜箔155，例 如 AP 8525R。层5150连接至保护电位(图中未示)而层6160 连接至保护接地电位(图中未示)，以增进电磁免疫性。第五层与第六层 150、160的平均铜密度较佳为约100％。

在另一实施方式中，如图2与图3所示建构像素离子腔室数组；根据 本发明于膜层之间使用胶黏点提供了一种不需使用框架的单元支撑结构； 使用低Z材料之印刷碳电极来取代铜可得到更透明的腔室，而使用无溴化 物之PCB材料(低Z材料)可获得更高的透明度。此外，在上电极顶部 使用印刷碳层作为电极屏蔽；最后，以铜轨作为保护层可提供泄漏保护并 使泄漏降至最低。

在另一实施方式中，本发明所提供的腔室数组可并入一在线监视器以 进行放射治疗装置产生之辐射流率的实时测量。在各种本发明之在线监视 器的用途中，可监视对接受放射治疗的病人传送辐射之剂量，并实时提供 剂量确认。在此实施方式中，具有腔室数组的监视器可放置在辐射装置与 目标之间。在放射治疗的情形中的目标是指病患，由于腔室数组的较高透 明度，可直接测量流率，因此不需通过间接测量与计算的方式来计算施加 给病患的剂量。

熟知本发明所属领域技术之人士可由本发明揭露内容了解各种修饰、 调整以及应用，且本发明涵盖了这些实施方式。虽然本发明是经由特定较 佳实施方式来加以说明，其整体范围是参考下列权利要求书的范畴而定； 举例而言，虽然实施方式是以排列为矩阵方式的依组像素来说明，但也可 以采用排列为其它方式的一组像素，例如排列为特定之直线状来测量光束 的特殊面向，例如平坦度、歪斜度、或多叶式雷射准直仪的叶部位置。

在此提及的公开文献、专利与专利申请之内容皆并入此处做为参考。

【组件代表符号】

1             像素离子腔室

10            上电极

11

20            聚亚酰胺层

32            碳层

34            碳层

36            铜网

45            黏接点

50            中间层

52            中间层的顶端

55            孔洞

56            中间层的底端

58            孔洞

100           分段电极

104           保护轨

105           像素

108           塞孔

109           铜圆柱体

110           第一层

115           核心材料

120           第二层

127           黏接层

128           隔离层

129           黏接层

130           第三层

135           核心材料

140           第四层

147           黏接层

148           隔离层

149           黏接层

150           第五层

155           聚亚酰胺铜箔

160           第六层