通过无源射频吸收提供能量的剂量计

摘要

一种用于确定辐射量的系统包括：剂量计，配置为接收辐射量，所述剂量计包括具有谐振频率的电路，使得所述电路的谐振频率根据所述剂量计接收的辐射量而改变，所述剂量计还配置为在所述电路的谐振频率吸收RF能量；射频（RF）发射器，配置为在所述谐振频率发射RF能量给所述剂量计；以及接收器，配置为基于吸收的RF能量确定所述剂量计的谐振频率，其中基于谐振频率确定辐射量。

说明书

技术领域

本公开通常涉及辐射剂量计的领域。

背景技术

在肿瘤等的医学辐射治疗期间，在最小化对邻近的非癌变组织的损害的同时，精确地测量肿瘤处的辐射剂量的量和位置以便确定对肿瘤的影响是重要的。肿瘤可以使用x射线技术（如平面x射线或CT（计算机断层成像）扫描）定位，然后从体外将高能质子或其它高能粒子或粒子状实体（如中子、α粒子、重离子、伽马射线或x射线）束的形式的辐射瞄准接近的肿瘤位置。表面剂量计或电离计数器可以与质子束成直线地放置在体外。然而，表面剂量计的空间公差通常差，因为表面剂量计只能确定进入体内的辐射量或者传递给肿瘤的剂量，而不能确定体内辐射的影响的位置或深度。存在可植入的剂量计，但是它们可能相对大，使得它们必须在辐射治疗后从身体移除。

发明内容

从一个方面来看，本发明提供一种用于确定辐射量的方法，所述方法包括：通过剂量计接收辐射量，所述剂量计包括电路，所述电路具有配置为根据所述剂量计接收的辐射量而改变的谐振频率；在所述电路的谐振频率通过所述剂量计从射频（RF）发射器吸收射频能量；基于吸收的RF能量确定所述电路的谐振频率；以及基于确定的谐振频率确定辐射量。

从另一个方面来看，本发明提供一种用于确定辐射量的系统，所述系统包括：剂量计，配置为接收辐射量，所述剂量计包括具有谐振频率的电路，使得所述电路的谐振频率根据所述剂量计接收的辐射量而改变，所述剂量计还配置为在所述电路的谐振频率吸收RF能量；射频（RF）发射器，配置为在所述谐振频率发射RF能量给所述剂量计；以及接收器，配置为基于吸收的RF能量确定所述剂量计的谐振频率，其中基于谐振频率确定辐射量。

从另一个方面来看，本发明提供一种用于确定辐射量的设备，所述设备包括：电路，所述电路具有谐振频率，所述电路包括：电容器，其中所述电容器配置为接收辐射量，其中所述电容器的电容基于辐射量而改变，并且所述谐振频率根据电容改变；电感器；以及天线，配置为在谐振频率吸收射频（RF）能量，使得基于吸收的RF能量确定辐射量。

通过本示例性实施例的技术实现了其它特征。在此详细描述其他实施例，并且所述其他实施例被认为是要求保护的一部分。为了更好地理解示例性实施例的特征，参考描述和附图。

附图说明

参考附图，现在将仅通过示例方式描述本发明的实施例，附图中：

图1图示可以用作通过无源射频（RF）吸收提供能量的剂量计的变容二极管的实施例；

图2图示辐射吸收后的、可以用作通过无源RF吸收提供能量的剂量计的变容二极管的实施例；

图3图示可以用作通过无源RF吸收提供能量的剂量计的变容二极管的实施例；

图4图示包括LC电路的、通过无源RF吸收提供能量的剂量计的实施例；

图5图示使用通过无源RF吸收提供能量的剂量计的方法的实施例；

图6图示在RF场发射到剂量计期间的、包括通过无源RF吸收提供能量的剂量计的系统；以及

图7图示在通过剂量计的振荡发射期间的、包括通过无源RF吸收提供能量的剂量计的系统。

具体实施方式

提供了用于通过无源RF吸收提供能量的剂量计的系统和方法的实施例，下面详细讨论示例性实施例。因为剂量计通过无源RF吸收提供能量，所以不要求连接的电源，允许无源剂量计制作得相对小。RF发射和接收电子装置位于体外。无源剂量计可以通过任何适当的方法（包括但不限于针头注射）插入体内；它在使用后不需要体从身体移除，并且可以对于多次辐射治疗再使用。无源剂量计的一些实施例可以可生物降解的。无源剂量计还可以相对便宜地制造。多个剂量计可以围绕肿瘤放置以提供空间剂量信息。

无源剂量计包括LC电路，其包括辐射敏感的变容二极管（varactor）（或类似的电荷敏感器件）、电感器和从外部RF场吸收能量的天线。RF能量在电路的谐振频率被天线吸收。变容二极管的（或类似器件的）电容随着辐射被变容二极管接收而减小，并且LC电路的谐振频率根据变容二极管的电容的减小而改变。LC电路的谐振频率的确定允许变容二极管接收的辐射量的确定。

变容二极管可以包括金属氧化物半导体（MOS）电容器。图1图示变容二极管100的实施例。栅极电极101包括金属或多晶硅，并且可以是大约1000埃厚或更小。栅极氧化物102可以包括SiO₂，并且位于包括轻掺杂或不掺杂的硅区域103和重掺杂的硅区域104的基底顶部。硅区域103和104可以包括n型或p型掺杂硅。基底可以可选地连接到基底触点或在电容器的外围的自对准扩散区域或两者。变容二极管100处于或接近平带（flat-band），具有相对高的电容。当变容二极管100接收辐射时，在栅极氧化物102中捕获负电荷，如下面关于图2所示。

图2图示接收辐射量后变容二极管200的实施例。包括入射质子、x射线、伽马射线、中子、离子或α粒子的辐射导致负电荷（例如，负电荷202）在栅极氧化物102中被捕获。轻掺杂或不掺杂硅区域103根据栅极氧化物102中捕获的负电荷的量变为耗尽，形成耗尽区201，其随着变容二极管200接收更多辐射并且栅极氧化物102中的负电荷的量增加而生长。变容二极管200的电容根据耗尽区201的大小而减小。

图3图示包括额外的电介质层306的变容二极管300的实施例。电介质306位于电介质302和栅极电极301之间。耗尽区305通过电介质306中捕获的负电荷（例如负电荷308）和电介质302中捕获的正电荷（例如正电荷307）而形成在掺杂硅304中。电介质302可以包括SiO₂，并且电介质306可以包括SiN_x。电介质302和电介质306之间的传导带差允许空穴在接近电介质302和耗尽区305之间的界面处被捕获。耗尽区305根据电介质305和电介质306中捕获的电荷量生长，并且变容二极管300的电容随着耗尽区305生长而减小。

图4图示包括LC电路的无源剂量计400的实施例。剂量计400包括LC电路，LC电路包括电容器401、电阻器402、电感器403和天线404。可以包括但不限于图1-3所示的变容二极管的任一的变容二极管包括电阻器402和电容器401；参考图1和2，栅极电极101通过电感器403和天线404连接到掺杂硅104的背面以形成剂量计400。电容器401的电容随着耗尽区201的大小变化，从而改变剂量计400的谐振频率。

无源剂量计的另外实施例可以包括多个变容二极管LC电路，其可以组织为覆盖体内的扩展区域，或者覆盖多个辐射灵敏度级别，允许综合测量同时减少体内植入的器件数量。多个变容二极管电路可以分散在器件中以给出空间分辨率数据，或者变容二极管可以具有变化的灵敏度级别，以便给出用于高剂量或低剂量辐射治疗的数据。

通过将器件放入已知的质子、x射线或其它高能流（fluence）中并且观察器件的谐振频率的改变，变容二极管器件可以在植入前被校准。这可以以电路的部分加载的形式进行；例如，在10.0的刻度的情况下，将变容二极管上的剂量从0级别校准到变容二极管上的2.0。此外，在变容二极管通过校准源充电以后，该电荷可以在例如可以是几小时或几天的时间段内从变容二极管泄露，在插入体内之前重置变容二极管电荷为零。

图5图示用于操作无源剂量计的方法的实施例。关于图6和7讨论图5。在块501中，包括具有初始谐振频率的电路的剂量计接收辐射，即，质子。吸收的辐射在电路变容二极管中捕获电荷，减小了变容二极管的电容，并且导致电路的谐振频率的改变。如图6所示，剂量计603a-d围绕肿瘤602植入身体601内；剂量计603a-d的每个可以配置为包括具有不同初始谐振频率的电路，该谐振频率可用于识别每个单独的剂量计，或者任何单独的剂量计可以包括多个电路，每个电路具有不同谐振频率。肿瘤602和剂量计603a-d接收入射辐射604；接收的辐射（即，质子）导致剂量计603a-d的每个中的捕获电荷，引起它们各自的谐振频率的每个的改变。辐射604可以在进入身体601之前，行进通过可选的外部辐射检测器605。仅用于说明目的示出剂量计603a-d；可以使用任何适当数量和配置的剂量计。在一些实施例中，一个或多个剂量计可以植入肿瘤内。

在块502，通过RF发射器将RF场指向剂量计。RF场初始可以在接近剂量计电路之一的初始谐振频率的频率；然后跨越包括一个或多个剂量计电路的谐振频率的频率范围扫描RF场。如图6所示，RF发射器606分别将RF长608a-d发射到剂量计603a-d。在一些实施例中，RF发射器606可以在中间频率发射，使得可以利用锁定（lock-in）技术以增强信噪比。在块503，剂量计电路经由天线在其LC电路的谐振频率从RF场吸收能量。包括剂量计603a-d的每个的电路在它们各自的谐振频率从RF场608a-d吸收能量。

在块504，基于吸收的RF能量在接收器处确定包括剂量计的LC电路的谐振频率。在一个实施例中，接收器接收发射的RF场。因为剂量计在谐振频率从RF场吸收能量，所以接收器可以在谐振频率检测到RF场的能量或信号强度的下陷。下陷的检测允许剂量计的谐振频率的确定。在另一实施例中，移除RF场，并且包括剂量计的谐振LC电路以谐振频率振荡由电路的质量因子（Q）确定的时间段。振荡在接收器处检测，并且可以用于确定谐振频率。如图7所示，分别来自包括剂量计603a-d的电路的振荡信号609a-d被接收器607接收。假设包括剂量计603a-d的电路的谐振频率分开比它们各自的振荡器的带宽更大的频率距离，振荡信号609a-d可以利用适当的滤波在接收器607分开检测，允许包括剂量计603a-d的电路的谐振频率的每个的分开确定。

在块505，包括剂量计的电路的确定的谐振频率用于确定剂量计中变容二极管的电容。在块506，从电容确定变容二极管接收的辐射量。

示例性实施例的技术效果和益处包括可以给出用于辐射剂量的实时量和位置信息的可再使用的、可植入的剂量计。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且意图不在于限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。将要进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或增加。

下面的权利要求中的所有部件或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等效物意图包括结合其它要求保护的元件用于执行功能的任何结构、材料或动作，如具体要求保护的。已经用于说明和描述呈现本发明的描述，但是本发明的描述不是意图以公开的形式穷尽或限制本发明。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变形对于本领域普通技术人员将是明显的。选择和描述实施例以便最好地说明本发明的原理和实践应用，并且允许本领域普通技术人员理解，对于具有各种修改的各种实施例的本发明适于预期的特定使用。