CN104519957A - 用于控制在iort期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置 - Google Patents

用于控制在iort期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置 Download PDF

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Abstract

一种用于控制在IORT(手术中放射治疗)的治疗期期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，包括PWM***，所述PWM***被配置为在被发送到线性加速器或直线加速器(AL)的电子枪(G)的输入的输入电子束(FE)的每个脉冲，以DC电压提供电子注入，以使得离开所述直线加速器(AL)的输出电子束(FU)非常稳定，并使得所述输出电子束(FU)的放射剂量的变化仅由所述输入电子束(FE)的输送时间的变化所导致，从而所述输出电子束(FU)的所述剂量变化与所述输入电子束(FE)的所述输送时间成正比。

Description

用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置
本发明涉及用于控制在IORT(手术中放射治疗)的治疗期期间输送的以及在置于放射剂量控制装置下游的器官和组织上放射的电子束脉冲的放射剂量控制装置。
本发明还涉及配备有所述放射剂量控制装置的IORT机。
众所周知的是，手术中放射治疗(IORT)是创新技术，由于移动机器的发展，手术中放射治疗在治疗各种类型的肿瘤中逐渐在全球范围内扩展。
具体地，手术中放射治疗由在手术切除肿瘤块期间进行的放射组成；一般通过由动能为4至12MeV之间的电离粒子组成的均匀且分散的电子束执行所述放射。
实际上，由于手术切除了肿瘤块，所以利用电子束对肿瘤块附近或周围的组织进行放射以破坏肿瘤细胞并防止它们的再生；当疾病没有表现出存在转移时，手术中放射治疗可以用作整个放射治疗的一部分，或者作为单独的放射，由于对于多种类型的病人来说，手术中放射完全并成功地取代了已知的放射治疗，因此大大缩短了治疗阶段的持续时间。
固定或移动IORT机允许以基本上圆柱或椭圆形对称地对目标进行放射；通过对组织施加金属或塑料管来提供所述放射，以在目标上传导并散布由电子加速器产生的电子束。
具体地，将管的近端元件固定到放射头，同时远端元件接触要放射的区域并将远端元件固定到近端元件。
利用所述结构获得的电磁场具有明显的圆柱对称形状，这对某些癌症，特别是乳腺癌的治疗是适当的；另外，具有与管的直径相对应的直径的放射防护盘还保护位于放射区域下面的健康组织。
另外，电子束的重复频率通常在10至40Hz之间变化，以确保使用具有100mm直径的管时的剂量率大于或等于10Gy/分钟，并且具有高达30Gy/分钟的更高的剂量率也是可能的；然而，当提供单一治疗时，建立理想的剂量率是不可能的，而且，也不能根据合适的放射生物学准则调整剂量率。
因此，本发明的主要目的是克服上述现有技术的缺点，并且具体地，提供一种用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，这允许当执行单一治疗时，根据合适的放射生物学准则调整剂量率。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，其被配置为对于每个电子束脉冲，都提供对剂量率和放射剂量的调整，具体地是通过二极管式电子枪执行上述调整。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，其能够快速地获得电子放射剂量率的理想值。
本发明的又一个目的是提供一种用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，在已经获得所述理想值之后，所述放射剂量控制装置还被配置为设置电子放射的剂量率。
通过根据所附的权利要求1所述的用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置实现上述目的；其他详细的技术特征包含在从属权利要求中。
本发明的另一个目的是提供一种根据权利要求8所述的相关的测量方法和根据从属权利要求9所述的包括放射剂量控制装置的IORT机。
有利的是，根据本发明的放射剂量控制装置被配置为，使用二极管式电子枪以及使用具有简单的电子控制电路并不使用附加的高电压电缆的简单结构，对每个电子束脉冲，都提供对电子放射的剂量和剂量率的调整。
因此，能够根据合适的放射生物学准则调整剂量率，并且还能够获得所述剂量率的理想值，从而剂量率在电子束内是固定的。
另外，在所述机器的监视器单元(UM)和剂量率之间能够有任意的预定的比例，并且还能够区分每个能量值所需的剂量率的值，因此还优化了治疗期的时间。
最后，能够获得剂量和脉冲之间的比例，所述比例是恒定的并且可以随着时间重复。
现在将根据优选实施例并具体地参考附图1来描述本发明，附图1示意性地示出了用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，这是本发明的目的。
参考上述图1，根据本发明的用于控制在IORT单一治疗期期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置包括PWM***，所述PWM***破配置为提供具有随时间恒定的电子剂量率的电子束脉冲。
电子枪G将输入电子束FE发送到线性加速器或直线加速器AL(LINAC)，以实现DC型的电子注入。
另外，延迟输入电子束FE，从而，当最大量的RF能量转移提供给直线加速器AL时，将输入电子束FE注入到电子枪G中，因此在线性加速器AL内的电子具有随时间恒定的能量。
因此，离开直线加速器AL的输出的电子束FU是非常稳定的，并且仅因为输入电子束FE的输送时间(脉冲宽度)发生变化，才会获得剂量变化；所述剂量变化与所述输送时间成正比。
如上所述，因为剂量与电子束FE的持续时间成正比，所以能够容易地减少或增加所述剂量值，并使机器监视器单元UM的实际值(从置于输出电子束FU上的机器监视器室CM取得)等于标准单位的预定值VPM(例如，1cGy＝1UM)，同时微处理器控制单元MP还允许区分每个能量值所需的电子束剂量值，从而也优化了治疗期的时间。
一旦如上所述的确定了监视器单元UM的当前值，就使用由微处理器控制单元MP控制的PID反馈控制***；还在所述PID***的输出处，将校正因子FC添加到输入电子束FE的脉冲宽度的当前值VA。
因此，获得了电子束剂量和电子束脉冲之间的非常精确且能够时间重复的比例。
根据本发明的用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置基本上如下操作。
对于每个电子束脉冲，将监视器单元UM的当前值与预定值VPM进行比较，并通过微处理器控制单元控制MP使用这两个信号之间的差值D，用于修正在电子枪G的输入处和直线加速器AL的阴极处电子束脉冲FE的持续时间，并且还通过PID反馈***进行时间脉冲宽度调制，以使监视器单元UM的当前值等于预定值VPM；对每个可用的能量值执行上述方法。
另外，如已经提到的，延迟对应于电子枪G而产生的电子束脉冲，以便结束RF瞬态，从而确保产生电子的时间间隔等于RF发生器(通常为磁控管)向直线加速器AL执行最大能量转移的时间间隔；因此，离开直线加速器AL的输出电子束FU的动能具有恒定值。
最后，本发明的装置被配置为获得对从二极管型电子枪G(不同于现有技术使用的三极管型电子枪)离开的每个电子束脉冲的电子剂量率和电子剂量的合适调整；由于三极管型电子枪需要更复杂的结构，更加非常复杂的控制电路以及尤其是需要附加的高电压电缆，所以使用二极管型电子枪构成了本发明的另一个优点。
通过上面的描述，我们清楚了作为本发明的目的的、用于控制在IORT期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置的特征及相关的优点。
具体地，所述优点包括以下特征：
-根据合适的放射生物学准则调整剂量率；
-固定电子束的剂量率；
-对每个电子束脉冲进行直流型电子注入；
-建立剂量/监视器单元比例的任何预定值；
-随时间恒定的剂量/脉冲比例。
最后，我们清楚，在不背离创造性思想中内在的新颖性的原理的情况下，可以对本发明的放射剂量控制装置作出其他改变，如我们清楚的，在实际实现本发明期间，在不背离由所附的权利要求书限定的保护范围的情况下，示出的材料、形状和尺寸技术特征根据需要可以是任意的，并且它们可以由技术上等效的特征代替。

Claims (9)

1.一种用于控制在手术中放射治疗(IORT)期间输送的电子束脉冲的放射剂量控制装置，包括PWM***，所述PWM***被配置为在输入电子束(FE)的每个脉冲被发送到线性加速器或直线加速器(AL)的电子枪(G)的输入时，以DC电压提供电子注入，以使得离开所述直线加速器(AL)的输出电子束(FU)非常稳定，并使得所述输出电子束(FU)的放射剂量的变化仅由所述输入电子束(FE)的输送时间的变化所导致，其中，所述输出电子束(FU)的所述剂量变化与所述输入电子束(FE)的所述输送时间成正比。
2.根据权利要求1所述的放射剂量控制装置，其特征在于，所述输入电子束(FE)由直流型和能量恒定型注入的电子组成，所述电子是从所述电子枪(G)注入到所述直线加速器(AL)的。
3.根据前述至少一项权利要求所述的放射剂量控制装置，其特征在于，延迟所述输入电子束(FE)，以在最大量的能量转移到所述直线加速器(AL)的阶段期间，将所述输入电子束(FE)注入到所述直线加速器(AL)的电子枪(G)中。
4.根据前述至少一项权利要求所述的放射剂量控制装置，其特征在于，从沿着所述输出电子束(FU)放置的监视器室(CM)引出的监视器单元(MU)的测量，获得所述剂量变化，所述监视器单元(UM)的当前值等于标准单位的预定值(VPM)。
5.根据前述至少一项权利要求所述的放射剂量控制装置，其特征在于，所述装置还包括微处理器控制单元(MP)，所述微处理器控制单元(MP)用于针对所述直线加速器(AL)的每个能量值来改变放射剂量值。
6.根据权利要求5所述的放射剂量控制装置，其特征在于，所述装置还包括由所述微处理器控制单元(MP)操作的PID反馈控制***，所述PID反馈控制***发送恒定信号，所述恒定信号与由电子枪(G)发送到所述直线加速器(AL)的所述输入电子束(FE)的放射脉冲和所述放射剂量的比例相关，所述微处理器控制单元(MP)被配置为提供校正因子(FC)以添加到所述输入电子束(FE)的脉冲宽度的当前值(VA)。
7.根据前述至少一项权利要求所述的放射剂量控制装置，其特征在于，所述电子枪(G)是二极管式枪。
8.由前述至少一项权利要求所述的放射剂量控制装置执行的放射剂量控制方法，其特征在于，所述方法至少包括下述步骤：
-对于所述输入电子束(FE)的每个放射脉冲，将对应于所述直线加速器(AL)的监视器单元(MU)的检测到的当前值的信号与对应于所述预定值(VPM)的信号进行比较；
-使用对应于监视器单元(MU)的检测到的当前值的所述信号和对应于所述预定值(VPM)的所述信号之间的差值信号(D)，以通过所述微处理器控制单元(MP)校正所述直线加速器(AL)的所述输入电子束(FE)的脉冲持续时间；
通过PID反馈***，针对于每个能量值，对进入到所述直线加速器(AL)的所述电子枪(G)的信号进行脉冲宽度调制(PWM)，以使监视器单元(MU)的所述当前值等于所述预定值(VPM)。
9.一种IORT机，包括根据权利要求1-7中的至少一项所述的放射剂量控制装置。
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