使用電離輻射的輻照裝置、尤其用于放射療法和/或放射生物學(xué)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用電離輻射的輻照裝置，尤其用于放射療法和/或放射生物學(xué)，其特征在于同時(shí)包括:?至少一個(gè)電離輻射發(fā)射裝置(MER)，?至少一個(gè)劑量控制裝置(MCD)，至少一個(gè)電離輻射劑量檢測(cè)裝置(MDD)，?至少一個(gè)控制和操縱系統(tǒng)(SCC)，所述裝置(MER，MDD，MCD)和所述系統(tǒng)(SCC)還以智能方式彼此互連，用于配合和形成智能的控制和調(diào)節(jié)環(huán)路，從而以受控且精確的方式并且以希望的方式，在至少0.1μs、優(yōu)選地1ms的極短時(shí)間，以至少1μGy、優(yōu)選地1nGy的精確度，以包括于1和50MeV之間范圍中的能量，以1000Gy/s以下的大劑量流量，釋放至少0.01Gy的大劑量電離輻射。
【專利說明】
使用電離輻射的輻照裝置、尤其用于放射療法和/或放射生 物學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用電離輻射的輻照裝置，尤其用于放射療法和/或放射生物學(xué)， 該輻照裝置能以受控且精確的方式以及程控的方式，在例如至少O.lys、優(yōu)選地100y S、甚至 lms、還或者100ms的極短時(shí)間，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度，在包括在IMeV和50MeV能 量范圍之間，釋放至少0.25Gy、優(yōu)選地1 OGy的大劑量電離輻射。
【背景技術(shù)】
[0002] 其同樣還涉及一種使用電離輻射的輻照裝置，其配備功率脈沖控制系統(tǒng)，該系統(tǒng) 能夠制造粒子束，粒子束的能量可在包括在IMeV和50MeV范圍之間調(diào)節(jié)，且在至少Ins、優(yōu)選 地0 . lys的可調(diào)節(jié)脈沖時(shí)長（d)下以希望頻率（f)被輸送，且能夠釋放達(dá)250Gy/s、甚至達(dá) 500Gy/s或甚至還達(dá)1000Gy/ S的吸收劑量流量。
[0003] 特別地，其還涉及一種使用電離輻射的輻照裝置，尤其用于放射療法和/或放射生 物學(xué)，其中，構(gòu)成該輻照裝置的不同裝置和系統(tǒng)彼此以智能方式互連，由此配合并形成尤其 對(duì)功率的控制和調(diào)節(jié)環(huán)路，以便能以受控且精確的方式，在極短時(shí)間，也就是例如至少〇.1μ s、優(yōu)選地100ys、甚至lms或100ms的時(shí)間內(nèi)，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度，在包括在 IMeV和50MeV能量范圍之間，釋放至少0.25Gy的大劑量電離輻射。
[0004] 可能地，其還涉及一種使用電離輻射的輻照裝置，尤其用于放射療法和/或放射生 物學(xué)，其包括也被稱為"超快速"的快速檢測(cè)器，快速檢測(cè)器能夠在極其短的時(shí)間內(nèi)，例如至 少0.01ns中檢測(cè)到劑量，該檢測(cè)器與控制電子儀耦接，該控制電子儀能夠控制在1秒的一部 分(例如在至少0. lys、優(yōu)選地lys或lms、且優(yōu)選地在小于1秒、甚至小于200ms)期間的釋放 的劑量。
[0005] 放射療法是一種對(duì)癌癥局郃麻醉的治療方法。它是外科中最常見的癌癥療法且能 夠就其本身帶來明顯的病痛暫時(shí)減輕。它可以被單獨(dú)使用或與外科及化學(xué)療法聯(lián)合使用。 其適應(yīng)癥與腫瘤類型、位置、病期以及靶器官的一般狀況有關(guān)。在一些情況下，它因治療期 較短而具有不必臥床實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)，且副作用比化學(xué)療法少。為此，放射療法使用輻射通過影 響癌細(xì)胞的再生能力來破壞癌細(xì)胞。輻照的目的在于破壞所有腫瘤細(xì)胞，并同時(shí)避免破壞 周邊的健康組織。
[0006] -般地，用于放射療法和/或放射生物學(xué)的使用電離輻射的輻照裝置包括:電子束 或離子束的線性加速器以及在操作員所規(guī)定劑量達(dá)到時(shí)允許整體終止電離輻射發(fā)射的控 制及操縱電子儀。
[0007] 傳統(tǒng)的放射療法目前允許釋放呈電子或X射線形式、具有從3MeV到25MeV能量的約 lGy劑量的電離輻射，且劑量流量約每分鐘4Gy且精確度一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了獲得所釋放輻射的劑量的約1%的精確度，已經(jīng)提出解決方法。實(shí)際上，從此 以后，輻照時(shí)間、所釋放劑量以及準(zhǔn)直，都由醫(yī)學(xué)操作員借助信息工具與放射療法醫(yī)生配合 來編程?？上В脤?duì)劑量和/或所釋放和/或所吸收劑量流量的傳統(tǒng)檢測(cè)與控制裝置無法達(dá) 到該精確度。實(shí)際上，這些裝置的主要問題的特點(diǎn)在于，其不能以受控且精確的方法，以編 程且智能的方式，在極短時(shí)間內(nèi)，例如至少0. lys、優(yōu)選地lOOys、甚至lms、還或者100ms，以 包括于IMeV和50MeV之間的能量中的能量，釋放直到250Gy/s、甚至達(dá)500Gy/s、或甚至達(dá) 1000Gy/ S的大劑量電離輻射。
[0009] 這些設(shè)備的另一主要技術(shù)問題在于，構(gòu)成所述設(shè)備的不同構(gòu)件不足夠快速和/或 彼此間不足夠以智能方式互連，以致不能整體配合并構(gòu)成足夠快速的劑量調(diào)節(jié)與控制環(huán)路 和/或足夠高的劑量流量，從而以極短時(shí)間釋放精確的電離福射劑量。
[0010] 特別地，這些設(shè)備的另一主要技術(shù)問題在于，所使用的檢測(cè)器不夠快速，這使得在 極短時(shí)間標(biāo)度，例如納秒量級(jí)下，不可能檢測(cè)劑量。
[0011]特別地，這些設(shè)備的另一主要技術(shù)問題在于，所使用的檢測(cè)器從某個(gè)劑量流量，通 常最好從10Gy/S開始飽和，這使得不可能檢測(cè)極高的劑量流量，例如250Gy/s、甚至500Gy/s 或者甚至l〇〇〇Gy/S量級(jí)。
[0012] 所面臨的另一技術(shù)問題在于，劑量控制裝置以及控制和操縱裝置無法有效地以希 望的方式和十分精確的方式在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)施規(guī)定劑量的釋放。
[0013] 為了在幾毫秒或約一秒量級(jí)時(shí)長的輻射過程中獲得良好的釋放劑量的精確度，只 需要使一方面把控制和操縱電子儀的檢測(cè)開端與加速器的發(fā)射開端分隔開，以及另一方面 把控制和操縱電子儀的檢測(cè)時(shí)刻與加速器的發(fā)射停止的規(guī)定劑量的超出分隔開的時(shí)長，小 于一毫秒，優(yōu)選地小于幾微秒。
[0014] 上述提及的技術(shù)問題導(dǎo)致無法在極短的時(shí)長內(nèi)精確釋放和/或測(cè)量和/或控制大 劑量離子福射。對(duì)由革巴吸收的劑量和/或劑量流量的不良控制的結(jié)果可能導(dǎo)致對(duì)健康細(xì)胞、 組織或器官單純而簡單的破壞和副作用，可能在某些情況下對(duì)危險(xiǎn)的器官造成有害結(jié)果。
[0015] 已知現(xiàn)有技術(shù)的使用離子輻射的輻照設(shè)備能釋放同樣高達(dá)10kGy/S的劑量流量， 但僅呈電子狀且在能量小于或等于l〇MeV。
[0016] 還已知現(xiàn)有技術(shù)的加速器包括控制系統(tǒng)，用于抑制在小于10〇ys的時(shí)間內(nèi)的輻射， 但其具有電離室的檢測(cè)系統(tǒng)不足夠快速，以致不能在小于l〇〇ms的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)劑量流量，對(duì) 劑量流量積分，對(duì)其比較并停止輻照。
[0017] 如今，有必要設(shè)計(jì)尤其用于放射療法和/或放射生物學(xué)的使用電離輻射的輻照設(shè) 備的結(jié)構(gòu)，其允許以受控且精確的方式，在極短時(shí)間內(nèi)，也就是例如至少〇. lys、尤其是ιοομ S、甚至lms、甚至100ms的時(shí)間內(nèi)，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度，以包括于IMeV和50MeV 的范圍內(nèi)的能量，釋放至少0.25Gy的大劑量電離輻射。
[0018] 已知公開W02007 017177提出一種放射療法設(shè)備，其包括電子輸送源，能在至少一 分鐘內(nèi)以1Hz的重復(fù)頻率提供全部照射，并以約30ns提供10Gy的單劑量。
[0019] 已知公開US 2010 329413提出一種放射療法設(shè)備，其包括一種系統(tǒng)和一種方法， 能以可達(dá)大約1 〇Gy/s (每秒戈瑞)甚至更大的劑量流量，釋放X射線。
[0020] 還已知公開US 6445766提出一種放射療法設(shè)備，其包括用于制造電離輻射的裝 置。
[0021] 已知公開US 7 567647和US 2008 144772提出一種放射療法設(shè)備，其包括電離輻 射的發(fā)射裝置、靶、劑量檢測(cè)器、劑量控制裝置。
[0022]然而，所述任何文獻(xiàn)都未公開一種特別的調(diào)節(jié)與控制環(huán)路，其智能地連接構(gòu)成電 離輻射發(fā)射設(shè)備的不同構(gòu)件，從而以有效的方式，在極短時(shí)間，也就是至少o.iys、優(yōu)選地 100ys、或者lms甚至100ms的時(shí)間內(nèi)，在包括于IMeV至25MeV之間、優(yōu)選地至50MeV的能量范 圍中，釋放至少lGy、尤其至少10Gy的劑量。
[0023]同樣，所述任何文獻(xiàn)都未公開能在極短時(shí)間，優(yōu)選地至少0.01ns內(nèi)檢測(cè)劑量的檢 測(cè)器，即超快速檢測(cè)器。
[0024] 此外，所述任何文獻(xiàn)都不足以滿足全部技術(shù)規(guī)范，從而在小于1秒、尤其lms的時(shí)間 內(nèi)，以受控的方式在包括于IMeV至25MeV甚至50MeV的能量范圍中，釋放達(dá)250Gy/s，甚至達(dá) 500Gy/s或進(jìn)一步達(dá)1000Gy/ S的電離輻射的劑量流量。
[0025] 本發(fā)明的目的在于提出一種使用電離輻射的輻照裝置，尤其用于放射療法和/或 放射生物學(xué)，該裝置解決了上述所提到的問題并改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)已知的使用電離輻射的輻 照設(shè)備。
[0026] 在以下說明中，下文所列的術(shù)語具有以下定義：
[0027] -吸收劑量:吸收劑量，或更簡要地，電離福射劑量或劑量，是指由承受電離福射的 單位質(zhì)量物質(zhì)所留下的能量。吸收劑量測(cè)量出由輻照沉淀的能量的單位質(zhì)量密度。國際單 位制中的劑量單位是戈瑞(Gy);這是值是等于焦耳每千克的導(dǎo)出的單位:lGy = lJ/kg。考慮 電離輻射束輻射一個(gè)體積dV，密度p且質(zhì)量dm = pdV的元素。假設(shè)由輻射束在該元素上損失 的能量為dE，吸收劑量D由以下確定：
[0029] -吸收劑量的流量：由承受電離福射的物質(zhì)在單位時(shí)間所吸收的劑量。在國際單位 制中以Gy/s (每秒戈瑞)為單位。
[0030] -電子伏:符號(hào)為eV，是能量測(cè)量單位。其值被定義成一個(gè)電子經(jīng)過1伏特的電位差 加速后所獲得的能量:leV = e · (IV)，其中，e是電子電荷的絕對(duì)值。
[0031 ]-兆-電子-伏，符號(hào)為 MeV，lMeV= 106eV= 16022 · 10-13J。
[0032] -納秒：國際單位制的時(shí)間測(cè)量單位，值為10-9秒，符號(hào)為ns。
[0033] -微秒：國際單位制的時(shí)間測(cè)量單位，值為10-6秒，符號(hào)為ys。
[0034] -毫秒：國際單位制的時(shí)間測(cè)量單位，值為10-3秒，符號(hào)為ms。
[0035] -秒：國際單位制的時(shí)間測(cè)量單位，符號(hào)為s。
[0036]-精確檢測(cè):量值的測(cè)度，其結(jié)果的相對(duì)不確定性十分小，最多0.01 %。
[0037] -電離輻射:能夠在其所穿透的物質(zhì)上留下相當(dāng)多能量，從而創(chuàng)造電離，即放出構(gòu) 成所述物質(zhì)的原子和/分子。
[0038] -大劑量：電離輻射的劑量，按照電離輻射類型，該劑量在有生命或良好的機(jī)體上 產(chǎn)生確定性效果，其大于靶在生命過程中所能接收的自然電離輻射劑量且大于由于人類活 動(dòng)的電離福射劑量。無論電離福射是何種類型，大劑量的特征是吸收劑量大于O.OlGy。
[0039] -智能互連:這是一種使用信息技術(shù)的互連，從而優(yōu)化信息的傳輸和分配，且其目 的在于優(yōu)化電網(wǎng)整體鏈路，從而改進(jìn)傳輸效率以及對(duì)給定要求的響應(yīng)。
[0040] -希望值:一般地，這是一個(gè)選定值，由操作者通過人機(jī)界面定義和編程。
[0041] -智能控制:這是一種使用信息技術(shù)的控制，從而優(yōu)化待控制的量的值、信息的傳 輸與分配，且其目的在于優(yōu)化電網(wǎng)整體鏈路的控制，從而改進(jìn)傳輸效率以及對(duì)給定要求的 響應(yīng)。
[0042] 本發(fā)明的目的在于提出一種使用電離輻射的輻照設(shè)備，尤其用于放射療法和/或 放射生物學(xué)，該輻照設(shè)備同時(shí)至少包括：
[0043]-電離輻射發(fā)射裝置(MER)，包括：
[0044] #至少一個(gè)粒子源，至少包括：
[0045] 陰極和陽極，或等離子體，
[0046] 粒子發(fā)射啟動(dòng)裝置，尤其是柵欄或電極或激光器，以及
[0047] 粒子束的加速裝置，以及
[0048] ?所述電離輻射發(fā)射裝置(MER)還具有功率脈沖控制系統(tǒng)，被配置用于生成粒子 束，也就是電離輻射，粒子束的可調(diào)整且希望的能量在包括于IMeV和50MeV之間的范圍中， 并且以包括于5Hz和1000Hz之間、甚至在5Hz和500Hz之間、甚至在5Hz和200Hz之間、且優(yōu)選 地為大約100Hz的頻率(f)被輸送，粒子束的可調(diào)整的脈沖時(shí)長(d)至少為1ns、優(yōu)選地被包 括于0.05ys和12ys之間、優(yōu)選地為0. lys;并且功率脈沖控制系統(tǒng)被配置用于釋放至少大約 0.0 lGy/s的吸收劑量流量，例如包括于約0.0 lGy/s和約250Gy/s之間，甚至500Gy/s，更甚至 1000Gy/S的吸收劑量流量，
[0049]-電離輻射劑量檢測(cè)裝置(MDD)，包括檢測(cè)器，檢測(cè)器是與劑量控制裝置(MCD)耦接 的超快檢測(cè)器，被配置用于極其精確地在極短時(shí)間內(nèi)即至少0.01ns內(nèi)并且以極高劑量流量 檢測(cè)電離輻射劑量，且劑量的流量允許釋放至少為〇. OlGy/s，例如25Gy/s，甚至50Gy/s，甚 至優(yōu)選地250Gy/s，更甚至500Gy/s或者更甚至1000Gy/s，
[0050] -劑量控制裝置(MCD)，被配置用于控制電離輻射發(fā)射裝置(MER)的啟動(dòng)和中止，包 括：
[0051] ?控制電子儀(EC)，被配置為在一秒的一部分期間即至少O.Uis、甚至100ys、甚至 lms、更甚至100ms的時(shí)間內(nèi)，控制所釋放的劑量，
[0052] ?放大器和/或衰減器，用于放大和/或衰減由檢測(cè)器發(fā)出的信號(hào)，
[0053] ?積分器，在發(fā)射期間對(duì)所放大和/或衰減的信號(hào)進(jìn)行積分，以及
[0054] ?比較器，把所積分的信號(hào)與由操作者預(yù)設(shè)的規(guī)定劑量設(shè)定值(CDA)進(jìn)行連續(xù)比 較，
[0055] -控制和操縱系統(tǒng)(SCC)，包括：
[0056] ?所述設(shè)備的不同構(gòu)件的功能控制系統(tǒng)(SCF)，包括：
[0057] 人機(jī)界面（IHM)，
[0058] 可視化工具，以及
[0059] 實(shí)施裝置，被配置用于使操作者以受控和希望的方式且以極其精確的方式一次 性進(jìn)行對(duì)輻射性質(zhì)、電離輻射的吸收劑量流量、電離輻射發(fā)射時(shí)長、脈沖狀態(tài)的編程，
[0060] 所述裝置(MER、MDD、MCD)和所述系統(tǒng)（SCC)，至少部分構(gòu)成所述設(shè)備，且其還彼此 以智能方式互連，用于配合并形成尤其對(duì)功率的智能控制和調(diào)節(jié)環(huán)路，被配置為以在極短 時(shí)間，也就是至少0.]^8、甚至10(^8、優(yōu)選地11118、甚至1001118、或例如包括于于0.]^￡和 100ms、優(yōu)選地100ys或lms的時(shí)間內(nèi)，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度，以包括于IMeV和 50MeV之間的能量，釋放和控制至少Ο. OlGy甚至0.25Gy的電離輻射劑量。
[0061] 按照本發(fā)明的其它特征，電離輻射發(fā)射裝置(MER)是粒子加速器，粒子加速器包括 功率源和控制電子儀，即脈沖控制系統(tǒng)，所述控制電子儀(或脈沖控制系統(tǒng))被直接連接到 劑量控制裝置(MCD)，從而在被吸收、檢測(cè)和測(cè)得的劑量達(dá)到由操作者經(jīng)由人機(jī)界面（IHM) 規(guī)定且預(yù)設(shè)的值時(shí)自動(dòng)停止功率源，所述人機(jī)界面（IHM)還包括操縱臺(tái)（PC)和顯示界面管 理程序。
[0062] 按照本發(fā)明的其它特征，加速裝置是超高頻波型，或者是感應(yīng)型，或者是靜電型。
[0063] 有利地，輻射發(fā)射裝置(MER)還包括多個(gè)加速裝置，多個(gè)加速裝置被串聯(lián)安裝并 且/或者插入有使穿過一個(gè)或所述多個(gè)加速裝置的粒子束偏向或循環(huán)的裝置，各加速裝置 由至少一個(gè)功率源供電。
[0064] 有利地，檢測(cè)器是半導(dǎo)體，尤其例如是呈單晶或多晶、純粹或摻雜形式的金剛石， 或碳化硅，檢測(cè)器被包括于兩個(gè)極化電極之間，能經(jīng)由人機(jī)界面按照檢測(cè)器厚度調(diào)節(jié)的幾 伏電壓被施加于所述極化電極的端子，檢測(cè)器被配置用以在大流量劑量(至少O.OlGy/s)的 情況下獲得例如至少〇. 〇lns的極短的響應(yīng)時(shí)間。
[0065]傳統(tǒng)地，半導(dǎo)電檢測(cè)器被用于比本發(fā)明范圍小的能量范圍，通常在IMeV以下且已 知不便于具有可變的靈敏度，從而使其特別難以適用于醫(yī)療領(lǐng)域。
[0066] 然而，在本發(fā)明的范圍中，檢測(cè)器被粒子束通過并且被配置為允許監(jiān)測(cè)在治療期 間向病人釋放的劑量。其因此實(shí)時(shí)檢測(cè)電離輻射量的整體。因此可以預(yù)計(jì)到已知的檢測(cè)器 一方面提供了難以翻譯的信息，且尤其在所考慮的劑量范圍內(nèi)飽和，但令人意外地是，與本 領(lǐng)域技術(shù)人員的偏見相反，該類型的檢測(cè)器，允許在其被用于病人的電離輻射整體流量穿 透的同時(shí)以既精確又快速的方式給出該流量的有效值。
[0067] 在本發(fā)明范圍的有效的金剛石檢測(cè)器，例如由薩克萊C E A的L C D實(shí)驗(yàn)室 (Laboratoire Capteur Diamant)開發(fā)。
[0068] 對(duì)于碳化娃檢測(cè)器，由專攻碳化娃的IM2NP( Institut Mat6riaux Micros lectronique Nanosciences De Provence，UMR CNRS 7334)研發(fā)者之一，提供第一批有利 結(jié)果。
[0069]有利地，劑量控制裝置(MCD)的控制電子儀(EC)包括：由電離輻射與檢測(cè)器交互作 用而產(chǎn)生的電流、尤其是電信號(hào)的測(cè)量裝置;把所述電流轉(zhuǎn)換成以吸收劑量流量為單位的 轉(zhuǎn)換裝置；以及被配置為精確地測(cè)量在電離輻射發(fā)射過程中所累積的吸收劑量的對(duì)所述電 流進(jìn)行積分的積分裝置。
[0070] 有利地，電信號(hào)由檢測(cè)器生成，所述電信號(hào)在電離輻射發(fā)射過程中由靜電計(jì)測(cè)量 和積分，所述電信號(hào)的積分值被直接與由操作者經(jīng)由人機(jī)界面預(yù)設(shè)并且規(guī)定的劑量值比 較，使得在該積分值大于或等于規(guī)定且預(yù)設(shè)的值的情況下，粒子發(fā)射啟動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)被終 止，從而瞬間停止、阻止電離輻射發(fā)射，且在可能的情況下優(yōu)選地在例如至少Ins的足夠短 的時(shí)間內(nèi)停止高壓源。
[0071] 按照本發(fā)明的其它特征，檢測(cè)器包括一個(gè)或多個(gè)象限或扇面或體元，所述象限或 扇面或體元各自生成檢測(cè)信號(hào)或吸收劑量信號(hào)(SDA)并且被智能地設(shè)置為，即被配置為:允 許一方面從所述檢測(cè)信號(hào)(SDA)中推斷表征從中穿過的電離輻射束的位置、形狀和/或能量 的信息，另一方面控制并調(diào)節(jié)電離輻射束，尤其是位置、形狀和/或能量。
【附圖說明】
[0072] 本發(fā)明其它單獨(dú)或結(jié)合呈現(xiàn)的特征和優(yōu)點(diǎn)，將在以下對(duì)詳細(xì)說明的閱讀中體現(xiàn)， 為了理解該說明書，將參考附圖，其中：
[0073] -圖1是定義調(diào)節(jié)和控制環(huán)路的按照本發(fā)明的設(shè)備的不同裝置和構(gòu)件的總運(yùn)行原 理的示意圖，
[0074]-圖2示意性示出按照本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例，
[0075]-圖3示出劑量的一些主要參數(shù)，即發(fā)射時(shí)長(D)、脈沖時(shí)長(d)和脈沖頻率(f)，以 及
[0076]-圖4是電離輻射發(fā)射裝置(MER)的示例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0077]圖1示出不同構(gòu)件的智能互連原理的總描述，所述不同構(gòu)件構(gòu)成本發(fā)明目標(biāo)的用 于放射療法和/或放射生物學(xué)的使用電離輻射的輻照裝置。該原理顯示，構(gòu)成按照本發(fā)明的 設(shè)備的不同構(gòu)件和/或子構(gòu)件整體配合并組成控制和調(diào)節(jié)環(huán)路，尤其控制和調(diào)節(jié)功率，以便 能以受控且精確的方式，在例如包括在O.lys和100ms之間、優(yōu)選地100ys或lms的極短時(shí)段， 以至少lyGy，優(yōu)選地1納戈瑞(nGy)的精確度，在包括在IMeV和50MeV能量范圍之間，釋放至 少0.25Gy的大劑量電離輻射。這種配合與互連以及所構(gòu)成的環(huán)路，主要為了獲得本發(fā)明目 標(biāo)的技術(shù)功能。技術(shù)設(shè)定值的相關(guān)聯(lián)，尤其是控制和調(diào)節(jié)環(huán)路各位置的電子技術(shù)設(shè)定值，顯 示這種互連對(duì)實(shí)施本發(fā)明的需要多少次并且其允許以精確且不模糊的方式控制裝置的運(yùn) 轉(zhuǎn)及所釋放的劑量。
[0078]參考圖1和圖2,該設(shè)備包括彼此互連的四個(gè)部件：至少一個(gè)電離輻射發(fā)射裝置 (MER)、劑量檢測(cè)裝置(MDD)、控制和操縱系統(tǒng)(SCC)以及劑量控制裝置(MCD)。
[0079] 控制和操縱系統(tǒng)（SCC)由操作者經(jīng)由界面軟件編程，以便實(shí)時(shí)地向電離輻射發(fā)射 裝置(MER)發(fā)送發(fā)射設(shè)定值信號(hào)(CE)，實(shí)時(shí)地向電離輻射劑量檢測(cè)裝置(MDD)發(fā)送檢測(cè)設(shè)定 值信號(hào)(CD)，且實(shí)時(shí)地向電離輻射劑量控制裝置(MCD)發(fā)送吸收劑量設(shè)定值信號(hào)(CDA)。
[0080] 同樣，電離輻射發(fā)射裝置(MER)發(fā)射與電離輻射信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電離輻射(RI)，所述 電離輻射(RI)與劑量檢測(cè)裝置(MDD)交互作用。
[0081] 電離輻射(RI)與劑量檢測(cè)裝置(MDD)之間的交互作用引起吸收劑量信號(hào)（SDA)由 劑量檢測(cè)裝置(MDD)向劑量控制裝置(MCD)的發(fā)送。所述劑量控制裝置(MCD)放大或衰減、積 分吸收劑量信號(hào)（SDA)，把其與吸收劑量設(shè)定值信號(hào)（CDA)進(jìn)行比較。如果吸收劑量信號(hào) (SDA)的放大或衰減以及積分結(jié)果，大于或等于吸收劑量設(shè)定值信號(hào)(CDA)，則吸收劑量控 制裝置(MCD)發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)操控電離輻射發(fā)射裝置(MER)的中止，否則，電離輻射(RI)的 發(fā)射按照由操作者預(yù)設(shè)的規(guī)定繼續(xù)進(jìn)行。
[0082] 構(gòu)成控制與調(diào)節(jié)環(huán)路的不同設(shè)定值構(gòu)件、控制構(gòu)件及其互連的設(shè)置，使之可能以 受控且精確的方式，智能地在例如包括在約O.lys和100ms之間、優(yōu)選地100ys或lms的極短 時(shí)間，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度，在包括在IMeV和50MeV能量范圍之間，釋放至少 0.25Gy的大劑量電離輻射。
[0083] 特別地，劑量檢測(cè)裝置(MDD)包括超快檢測(cè)器，其能以十分精確的方式，在極短的 時(shí)間內(nèi)，例如至少ο.oins內(nèi)檢測(cè)劑量，該檢測(cè)器與劑量控制裝置(MCD)耦接，所述劑量控制 裝置包括控制電子儀(EC)。所述控制電子儀(EC)能在至少O.Uis、甚至lOOys、甚至lms、甚至 100ms內(nèi)，控制至少0.OlGy、甚至至少0.25Gy的釋放劑量。
[0084] 劑量檢測(cè)裝置(MDD)的超快檢測(cè)器尤其以金剛石制成，且其包括于兩個(gè)極化電極 之間，兩極化電極的端子上連接了劑量控制裝置(MCD)的控制電子儀(EC)，該控制電子儀測(cè) 量檢測(cè)電信號(hào)（SDA)，尤其是由穿過金剛石的電離輻射產(chǎn)生的電流，并把檢測(cè)電信號(hào)（SDA) 轉(zhuǎn)換成以吸收劑量流量監(jiān)控為單位，且對(duì)其進(jìn)行積分，從而在輻射發(fā)射過程中給出累積的 吸收劑量測(cè)量值。對(duì)由金剛石與電離輻射交互作用產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電子儀，在電 離輻射發(fā)射期間，例如可借助累積吸收劑量的絕對(duì)測(cè)量工具被校準(zhǔn)。
[0085] 按照本發(fā)明特別有利的其它特征，超快檢測(cè)器包括一個(gè)或多個(gè)所謂"初級(jí)"檢測(cè) 器，其各自包含多個(gè)小檢測(cè)器，也就是分別生成檢測(cè)信號(hào)(SDA)的一個(gè)或多個(gè)象限或扇面或 體元，小檢測(cè)器能作為次級(jí)檢測(cè)器，且被設(shè)置為一方面從其檢測(cè)信號(hào)(SDA)中推導(dǎo)表征穿過 其的電離輻射束的位置、形狀和/或能量的信息，另一方面控制并調(diào)節(jié)電離輻射束，尤其是 其位置、其形狀和/或其能量。例如，其包括設(shè)置成方形的四個(gè)象限或扇面或體元。
[0086] 例如，能作為初級(jí)檢測(cè)器的各檢測(cè)器包括多個(gè)檢測(cè)區(qū)或作為次級(jí)檢測(cè)器的多個(gè)小 檢測(cè)器。超快檢測(cè)器可以是以半導(dǎo)體材料盤形式的初級(jí)檢測(cè)器的堆疊，初級(jí)檢測(cè)器被分隔 為多個(gè)次級(jí)檢測(cè)器。
[0087] 更好地，檢測(cè)器是半導(dǎo)體，尤其是金剛石，包括于兩個(gè)極化電極之間，經(jīng)由人機(jī)界 面可調(diào)節(jié)的幾伏特電壓被施加在所述極化電極的端子上，從而允許獲得極短的響應(yīng)時(shí)間， 例如在至少0.0Ins內(nèi)釋放大流量劑量，即至少0.01 Gy/s。按照另一有利的實(shí)施例，所述檢測(cè) 器可由碳化硅制成。半導(dǎo)體，尤其是金剛石被包括于兩個(gè)極化電極之間，幾伏特的極化電壓 (TP)被施加在所述極化電極的端子上，例如在兩電極之間的每一微米的金剛石厚度施加一 伏特。
[0088] 如上所述，極化電壓(TP)可由控制和操縱系統(tǒng)（SCC)經(jīng)由人機(jī)界面調(diào)節(jié)。極化電極 的端子上連接有極化互連裝置，該裝置既允許提供由控制和操縱系統(tǒng)（SCC)操縱的極化電 壓(TP)，也允許把由金剛石通過與電離輻射交互作用生成的吸收劑量信號(hào)（SDA)傳輸至劑 量控制裝置(MCD)。
[0089] 優(yōu)選地，劑量控制裝置(MCD)包括:電信號(hào)(SDA)的測(cè)量裝置，尤其測(cè)量由所發(fā)射輻 射透過檢測(cè)器生成的電流，尤其是通過檢測(cè)器與穿過其的電離輻射之間的交互作用生成的 電流;所述檢測(cè)電信號(hào)(SDA)的轉(zhuǎn)換裝置，所述檢測(cè)電信號(hào)尤其是以吸收劑量流量為監(jiān)測(cè)單 位的電流；以及所述檢測(cè)電信號(hào)（SDA)的積分裝置，尤其電流的積分裝置，以便精確地測(cè)量 在電離輻射發(fā)射過程中累積的吸收劑量。
[0090] 所選擇的檢測(cè)器提供的有利之處在于具有達(dá)到納秒級(jí)別、或甚至低于納秒級(jí)別的 極短響應(yīng)時(shí)間。其還為電離輻射提供了高電阻，即類似于水的與電離輻射的交互作用特性， 也就是說，由電離輻射通過穿過檢測(cè)器而損失的能量類似于同樣輻射在水中損失的能量， 從所述能量到檢測(cè)電信號(hào)（SDA)的轉(zhuǎn)換，使后者可代表電離輻射在通常如病人之類的活體 物質(zhì)上損失的劑量。相對(duì)于在大流量劑量大間隔上的劑量流量，和/或電離福射的脈沖時(shí)長 (d)，該檢測(cè)器還提供了電信號(hào)的電流線性響應(yīng)。該檢測(cè)器還提供了相對(duì)于電離輻射能量的 恒定電流響應(yīng)。
[0091] 這些不同的物理屬性以及可能有的化學(xué)屬性，尤其使金剛石成為以下材料:該材 料適合測(cè)量大劑量流量的且以電離輻射脈沖形式的電離輻射，尤其是至少25Gy/s、甚至至 少50Gy/s的劑量流量的電離輻射，且該電離輻射脈沖對(duì)于長使用壽命（也就是至少500小 時(shí))是極短的l〇〇ns量級(jí)。
[0092] 控制和操縱系統(tǒng)（SCC)配有按照本發(fā)明所述設(shè)備的不同構(gòu)件的功能控制系統(tǒng)。該 控制和操縱系統(tǒng)(SCC)主要包括人機(jī)界面(IHM)，所述人機(jī)界面包括該設(shè)備的多個(gè)管理和編 程構(gòu)件和按鈕，尤其涉及劑量或者吸收劑量的流量或者電離輻射所釋放的劑量流量。此外， 控制和操縱系統(tǒng)(SCC)還包括可視化工具和多個(gè)輔助操縱裝置，尤其是對(duì)于實(shí)施該設(shè)備所 需的觸摸或非觸摸裝置，斷路器等。這些裝置允許操作者以受控且希望的方式以及極其精 確的方式，智能地，一次性編程在理想的時(shí)長內(nèi)的電離輻射的輻射性質(zhì)、吸收劑量和/或吸 收劑量的流量、和可能地所釋放劑量的流量，以及脈沖狀態(tài)。
[0093 ]選通脈沖、幅度、脈沖頻率(f)和時(shí)長(d )、每組脈沖的脈沖數(shù)或一組脈沖的時(shí)長、 脈沖組之間的時(shí)長、以及脈沖組的數(shù)目或發(fā)射總時(shí)長(D)等參數(shù)(例如圖3示意），由操作者 經(jīng)由人機(jī)界面以及合適的軟件確定。這些參數(shù)被傳輸至被編程的電子儀上，用以生成加速 器的高頻(HF)脈沖和電子槍選通脈沖或粒子束源啟動(dòng)的同步信號(hào)。信號(hào)被低壓電子儀放 大，從而生成選通脈沖，并且被功率電子儀放大，從而生成高頻(HF)脈沖。
[0094]此外，如前所述，檢測(cè)器被放置在電離輻射束中，用以測(cè)量吸收劑量流量，該電離 輻射可在與電離輻射交互作用的物質(zhì)(通常為病人）中生成。由檢測(cè)器生成的呈電流形式的 信號(hào)(SDA)在電離輻射發(fā)射過程中由劑量控制裝置(MCD)的控制電子儀(EC)、尤其是靜電計(jì) 測(cè)量和積分，并且積分的值被與由操作者經(jīng)由人機(jī)界面(IHM)規(guī)定的吸收劑量值(CDA)進(jìn)行 比較。一旦積分的值大于或等于規(guī)定值，選通脈沖信號(hào)回落到相對(duì)于陰極的負(fù)極化電壓，從 而停止發(fā)射。電離輻射的發(fā)射時(shí)長因此可實(shí)時(shí)受控和停止，且所釋放劑量被精確確定在接 近由電離輻射的上一個(gè)脈沖生成的劑量的值處。
[0095] 例如可在采樣保持器之后由放大器或衰減器按照信號(hào)幅度確保測(cè)量檢測(cè)信號(hào)的 功能。劑量控制裝置(MCD)是一種被配置用來控制電離輻射發(fā)射裝置(MER)啟動(dòng)和停止的裝 置，其包括控制和操縱電子儀(EC)。在特別有利的實(shí)施例中，控制和操縱電子儀(EC)包括： 用來按照幅度來放大或衰減由檢測(cè)器所發(fā)射的信號(hào)的放大器或衰減器，在發(fā)射期間對(duì)所述 被放大或衰減的信號(hào)進(jìn)行積分的積分器，以及用來把所述積分信號(hào)與由操作者預(yù)設(shè)的規(guī)定 劑量設(shè)定值(CDA)進(jìn)行連續(xù)比較的比較器。
[0096] 為了在極短的時(shí)間操縱電離輻射的發(fā)射，發(fā)射器(MER)由功率源構(gòu)成，該功率源由 控制和操縱系統(tǒng)(SCC)的電子儀啟動(dòng)和停止。操作者經(jīng)由人機(jī)界面(IHM)操縱被編程的發(fā)射 的啟動(dòng)。當(dāng)被吸收、檢測(cè)并測(cè)量的劑量達(dá)到由操作者預(yù)設(shè)且規(guī)定的值時(shí)，與劑量控制裝置 (MCD)耦接的控制和操縱系統(tǒng)(SCC)的電子儀停止功率源。
[0097] 得益于劑量控制裝置(MCD)的快速電子儀，當(dāng)來自檢測(cè)器(SDA)的被放大或衰減并 積分的信號(hào)等于劑量設(shè)定值信號(hào)(CDA)時(shí)，自動(dòng)地，比較器的輸出端的信號(hào)回落到預(yù)設(shè)和預(yù) 定值，并且在足夠短的時(shí)間、也就是優(yōu)選地小于l〇〇ys內(nèi)啟動(dòng)電子束源的停止，尤其是電離 輻射發(fā)射裝置(MER)的電子束源，且啟動(dòng)加速器的高壓源(HT)的停止，從而使檢測(cè)到的劑量 不超過規(guī)定劑量。
[0098] 以上所述構(gòu)成尤其對(duì)功率的控制和調(diào)節(jié)環(huán)路、構(gòu)成本發(fā)明的目的設(shè)備的所有裝 置，如上所述彼此以智能方式互連，用以配合并形成尤其對(duì)功率的智能控制和調(diào)節(jié)環(huán)路，從 而能在極短時(shí)間，也就是例如包括于0. lys和100ms之間，優(yōu)選地為lOOys或lms的時(shí)間內(nèi)，以 至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度以受控且精確的方式，在包括于IMeV和50MeV能量范圍之 間，釋放優(yōu)選地至少O.OlGy且優(yōu)選地至少0.25Gy的大劑量電離輻射。
[0099]有利地，電離輻射發(fā)射裝置(MER)主要由包含功率源的粒子加速器以及脈沖控制 系統(tǒng)構(gòu)成，所述脈沖控制系統(tǒng)例如被直接連接到劑量控制裝置(MCD)，從而能在被吸收、檢 測(cè)和測(cè)量的劑量達(dá)到由操作者經(jīng)由人機(jī)界面(IHM)預(yù)設(shè)且規(guī)定的值時(shí)，自動(dòng)停止功率源。 [0100] 此外，所述人機(jī)界面(IHM)還包括操縱臺(tái)（PC)和顯示界面管理程序。人機(jī)界面還包 括按鈕和發(fā)光指示燈，配備在機(jī)箱、外殼和/或電子機(jī)殼上，其包含控制和操縱系統(tǒng)(SCC)及 劑量控制裝置(MCD)的電子器件。
[0101] 有利地，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由檢測(cè)器生成呈電流形式的信號(hào)，所述信號(hào)在輻射發(fā)射過 程中由靜電計(jì)測(cè)量和積分，所述信號(hào)的積分值被直接與由操作者經(jīng)由人機(jī)界面（IHM)預(yù)設(shè) 且規(guī)定的劑量值進(jìn)行比較，從而一旦當(dāng)積分值大于或等于規(guī)定和預(yù)設(shè)值，選通脈沖信號(hào)自 動(dòng)回落到與相對(duì)于陰極的極化電壓相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)值，由此在例如至少Ins的足夠短的時(shí)間 內(nèi)，瞬間地阻止和停止電離輻射的發(fā)射并且可能地，停止高壓源。
[0102] 圖4是示出電離輻射發(fā)射裝置(MER)的實(shí)施方式。該電離輻射發(fā)射裝置(MER)包括 至少一個(gè)粒子源，尤其是電子源。所述源包括例如至少一個(gè)陰極(1)、陽極(3)和柵欄(2)。此 外，柵欄還包括控制從陰極所提取的粒子的提取和流量的低壓偏置(6)。
[0103] 此外，電離輻射發(fā)射裝置(MER)還包括絲（7)，該絲被提供電壓，尤其是低壓，用以 加熱陰極并使之具有輻射性，也就是能夠從中提取粒子。
[0104] 柵欄被配置用來使從陰極提取的粒子穿過所述柵欄。陰極和陽極被連接在高壓電 源HT(5)上。因此，穿過柵欄的粒子向陽極加速，形成粒子束。
[0105] 粒子束源例如可以是由激光束觸發(fā)的源，或由極化柵欄或極化電極觸發(fā)的源。在 第一種情況下，源由光電陰極或等離子體、陽極以及激光束構(gòu)成，該激光束照射光電陰極或 等離子體，由此可通過光電陰極或等離子體啟動(dòng)電子發(fā)射。陽極具有開孔，允許提取粒子束 且把粒子束(4)注入加速裝置(8)中。
[0106] 此外，電離輻射發(fā)射裝置(MER)還包括真空殼體，即處于極低壓下，例如最多10- 6mbar 〇
[0107] 此外，電離輻射發(fā)射裝置(MER)還包括傳輸窗或轉(zhuǎn)換靶(9)，其通過從真空殼體向 外部空氣傳輸，把粒子束(4)轉(zhuǎn)換成電離輻射(4乙）。正是以這種方式發(fā)射電離輻射。
[0108] 通常，粒子或電離輻射發(fā)射的一般原理已為現(xiàn)有技術(shù)廣泛已知。
[0109] 電離輻射發(fā)射裝置(MER)配有功率脈沖控制系統(tǒng)，該功率脈沖控制系統(tǒng)包括為粒 子束加速裝置供電的功率發(fā)電機(jī)以及開關(guān)電子儀。所述功率脈沖控制系統(tǒng)能生成粒子束， 粒子束具有包括于IMeV和50MeV范圍可調(diào)節(jié)和所希望的能量，以具有至少ln、且優(yōu)選地Ο.?μ s的可調(diào)脈沖時(shí)長(d)的通常在5Hz和lk Hz之間的希望頻率(f)輸送，且能釋放直到250Gy/ s、甚至500Gy/s、更甚至1000Gy/S的吸收劑量流量。
[0110]以被調(diào)節(jié)和希望的能量，粒子流量，換言之粒子束流，受施加在柵欄上的偏置電壓 (6)控制。正是確定吸收劑量流量的粒子束流與能量的結(jié)合，能夠給出電離輻射發(fā)射裝置 (MER)。
[0111] 此外，電離輻射發(fā)射裝置還配有由柵欄(2)啟動(dòng)的粒子束源。由帶柵欄的源生成的 粒子束流直接與所述柵欄(2)的偏置電壓(6)相關(guān)，偏置電壓(6)尤其呈以下信號(hào)的形式:該 信號(hào)具有至少為1ns、優(yōu)選地O.Uis的脈沖時(shí)長(d)、脈沖頻率(f)和極化電壓幅度。
[0112] 為所述柵欄供電的開關(guān)電子儀可以在多種模式下運(yùn)行:尤其在用于較長時(shí)長的輻 照的循環(huán)模式，用于小于優(yōu)選地lms、甚至lOOys的極短時(shí)長的輻照的單脈沖模式，用于由具 有選定頻率并根據(jù)選定延遲分隔的多組脈沖構(gòu)成的輻照的半循環(huán)模式。
[0113] 理想地，柵欄的極化信號(hào)的形式可以隨意地用可變時(shí)長、可變頻率、可變幅度的脈 沖以及用脈沖之間和/或脈沖組之間至少一段預(yù)設(shè)延遲被編程。
[0114] 福射發(fā)射裝置(MER)的功率脈沖控制系統(tǒng)的開關(guān)電子儀包括模擬輸入和輸出，其 允許采集所有有用信息，既包括控制值，也包括測(cè)得值，涉及粒子束源的加熱電壓和電流， 以及柵欄偏置電壓的脈沖幅度。
[0115] 電離輻射發(fā)射器是粒子加速器，尤其為線性的，例如電子線性加速器。來自加速器 的電子束在穿過把加速器外殼真空和外部空氣隔開的窗(9)后可被直接用作電離福射，或 者加速器可配備把電子束轉(zhuǎn)換成X射線的功率轉(zhuǎn)換靶，X射線因而構(gòu)成有用的電離輻射。
[0116] 加速器生成具有希望的能量和流的粒子束，尤其是在包括于IMeV和50MeV范圍，優(yōu) 選地3MeV至25MeV范圍內(nèi)的能量。流和能量由操作者經(jīng)由人機(jī)界面確定，用以獲得預(yù)先選定 范圍內(nèi)希望的電離輻射。
[0117] 有利地，加速裝置(8)或者為超高頻波型，或者為感應(yīng)型，或者為靜電型。
[0118]按照本發(fā)明其它特征，加速裝置(8)尤其是加速腔。
[0119]有利地，輻射發(fā)射裝置(MER)還包括多個(gè)加速裝置，尤其是一個(gè)或多個(gè)加速腔，其 被串聯(lián)安裝且/或插入有使穿過所述一個(gè)或多個(gè)加速裝置的粒子束偏向或再循環(huán)的裝置， 各加速裝置由至少一個(gè)功率源供電，所述功率源可由至少一個(gè)調(diào)制器供電，所述調(diào)制器本 身由高壓電源HT供電。
[0120] 在行進(jìn)式或固定式高頻波線性加速器的情況下，例如處于3千兆赫(GHz)的S波段 上，能量在包括于IMeV和50MeV范圍之間可調(diào)節(jié)且具有100μΑ的平均電流的電子束可被使 用作為電離輻射。更高或更低頻率，甚至DC、也就是靜電型（即連續(xù)電壓加速器)的任何其它 類型的加速器，都可以被使用，只要能量范圍和平均電流符合前面指示的值。例如，粒子束 以包括于5Hz和200Hz之間的可調(diào)節(jié)頻率(f)被輸送，且具有在包括于0.05ys和4.5ys之間可 調(diào)節(jié)的脈沖時(shí)長(d)和100mA的最小幅度。
[0121] 對(duì)于X射線，加速器功率必須更大，能加速平均強(qiáng)度大于1mA的初級(jí)電子束。該加速 器可以是銅制空腔線性加速器，或超導(dǎo)線性加速器，或符合本發(fā)明目的所期待結(jié)果要求的 其它任何類型的加速器。
[0122] 在線性加速器包括銅制空腔的情況下，其以大于200Hz的頻率(f)被輸送，脈沖時(shí) 長(d)至少為5ys且峰值強(qiáng)度至少為1A。其可以由多個(gè)串聯(lián)的加速腔構(gòu)成，各加速腔由自身 的高頻(HF)功率源供電。功率源可以是放大裝置，其包括真空室并且允許對(duì)帶有超高頻窄 帶的平均或大功率進(jìn)行放大，如速調(diào)管，且這些放大裝置本身由傳統(tǒng)調(diào)制器或固態(tài)調(diào)制器 供電。
[0123] 為了提供在可調(diào)節(jié)頻率(f)、可調(diào)節(jié)脈沖時(shí)長(d)和可調(diào)節(jié)峰值電流幅度下被輸送 的粒子束，加速器的粒子束源包括DC或靜電電子槍（即處于連續(xù)電壓下的電子槍），所述電 子槍為由激光啟動(dòng)的三極管型或光電陰極型，或?yàn)橛呻姌O或激光啟動(dòng)的等離子體型。其例 如可涉及柵欄高壓DC式熱離子陰極槍。陰極達(dá)到十幾到幾十千伏的負(fù)電勢(shì)。陽極保持地電 勢(shì)，尤其為0V(零伏）。柵欄因此充當(dāng)斷路裝置，若其達(dá)負(fù)電勢(shì)且比陰極小十或一百伏特時(shí)， 便不發(fā)射，若其達(dá)負(fù)電勢(shì)但大于陰極電勢(shì)，便發(fā)射。由陰極發(fā)射的峰值電流的幅度取決于其 相對(duì)于柵欄電勢(shì)的電勢(shì)差。具有可調(diào)節(jié)頻率(f)、可調(diào)節(jié)時(shí)長(d)以及可調(diào)節(jié)電壓幅度的脈 沖，被與陰極電源的高壓(HT)脈沖一起發(fā)送到柵欄上，從而生成所希望且被注入的輸送粒 子束，用于在加速器的高頻(HF)空腔中加速粒子。
[0124] 按照本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，為操作者提供了編程電離輻射類型、輻射能量、所 吸收和/或待釋放電離輻射的劑量流量、以及輻照時(shí)長或待吸收和/或待釋放的電離輻射劑 量的可能性。
[0125] 該裝置允許以受控且精確的方式，并且以希望的方式，經(jīng)由人機(jī)界面，智能地，在 通常包括于〇. lys和100ms之間的范圍中的、優(yōu)選地100ys、甚至lms的極短時(shí)間，以至少1μ Gy、優(yōu)選地InGy的精確度，以包括于IMeV和50MeV范圍之間的能量，釋放至少O.OlGy、甚至 0.25Gy的大劑量電離輻射。
[0126] 對(duì)于其它用途，該設(shè)備還允許以受控且精確的方式，并且以希望的方式，經(jīng)由人機(jī) 界面，在至少50ns的極短時(shí)間，以包括于IMeV和50MeV范圍之間的能量，釋放直到250Gy/S的 大劑量流量電離輻射，從而用于放射療法和/或放射生物學(xué)。
[0127] 因此可見，可能在產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)一種可靠的放射療法和/或放射生物學(xué)機(jī)器，能在極 短時(shí)間、例如1 〇〇ms內(nèi)釋放精確且規(guī)定的大劑量、例如1 OGy的電離輻射。
[0128] 與相信不可能設(shè)計(jì)出能提供上述性能的放射療法機(jī)器的偏見相反，在此提出的本 發(fā)明允許顯示:通過使用本發(fā)明中描述的機(jī)器，可以解決前面所列舉的問題。
[0129] 本發(fā)明絕不局限于所描述與示出的實(shí)施方式，相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員可給出任何 符合其精神的變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用電離輻射的輻照設(shè)備，尤其用于放射療法和/或放射生物學(xué)，該輻照設(shè)備同 時(shí)至少包括： -電離輻射發(fā)射裝置(MER)，包括： ?至少一個(gè)粒子源，至少包括： 陰極和陽極，或等離子體， 粒子發(fā)射啟動(dòng)裝置，尤其是柵欄或電極或激光器，以及 粒子束的加速裝置，以及 #功率脈沖控制系統(tǒng)， -電離輻射劑量檢測(cè)裝置(MDD)，包括檢測(cè)器， -劑量控制裝置(MCD)，被配置用于控制電離輻射發(fā)射裝置(MER)的啟動(dòng)和中止，包括： ?控制電子儀(EC)， ?放大器和/或衰減器，用于放大和/或衰減由檢測(cè)器發(fā)出的信號(hào)， ?積分器，在發(fā)射期間對(duì)所放大和/或衰減的信號(hào)進(jìn)行積分，以及 ?比較器，把所積分的信號(hào)與由操作者預(yù)設(shè)的規(guī)定劑量設(shè)定值(CDA)進(jìn)行連續(xù)比較， -控制和操縱系統(tǒng)(SCC)，包括： ?所述設(shè)備的不同構(gòu)件的功能控制系統(tǒng)(SCF)，包括： 人機(jī)界面（IHM)， 可視化工具，以及 實(shí)施裝置，被配置用于使操作者一次性進(jìn)行對(duì)輻射性質(zhì)、電離輻射的吸收劑量流量、 電離輻射發(fā)射時(shí)長、脈沖狀態(tài)的編程， -所述設(shè)備的特征在于:所述裝置(MER、MDD、MCD)和所述系統(tǒng)（SCC)被配置為:在包括于 大約0. lys和100ms之間的時(shí)間、優(yōu)選地為lOOys或lms，以至少lyGy、優(yōu)選地InGy的精確度， 以包括于IMeV和50MeV之間的能量，釋放和控制至少0.0 lGy甚至0.25Gy的電離輻射劑量， -電離輻射發(fā)射裝置(MER)的功率脈沖控制系統(tǒng)，被配置用于生成粒子束，也就是電離 輻射，粒子束的能量在包括于IMeV和50MeV之間的范圍中，并且以包括于5Hz和1000Hz之間、 甚至在5Hz和500Hz之間、甚至在5Hz和200Hz之間、且優(yōu)選地為大約100Hz的頻率(f)被輸送， 粒子束的脈沖時(shí)長(d)至少為Ins、優(yōu)選地被包括于0.05ys和12ys之間、優(yōu)選地為0. lys;并 且功率脈沖控制系統(tǒng)被配置用于釋放至少大約0.01Gy/S的吸收劑量流量，例如包括于約 0.01Gy/s和約250Gy/s之間，甚至500Gy/s，更甚至1000Gy/s的吸收劑量流量， -劑量控制裝置(M⑶）的控制電子儀(EC)，被配置用于在至少O.lys、甚至lOOys、甚至 lms、更甚至100ms的時(shí)間內(nèi)，控制所釋放的劑量，并且 -檢測(cè)器是與劑量控制裝置(MCD)耦接的超快檢測(cè)器，被配置用于以在至少0.01ns內(nèi)檢 測(cè)電離輻射劑量，且劑量的流量至少為〇 . OlGy/s，例如25Gy/s，甚至50Gy/s，甚至優(yōu)選地 250Gy/s，更甚至500Gy/s或者更甚至1000Gy/s。2. 按照權(quán)利要求1所述的使用電離輻射的輻照裝置，其特征在于，電離輻射發(fā)射裝置 (MER)是粒子加速器，粒子加速器包括功率源和脈沖控制系統(tǒng)，所述脈沖控制系統(tǒng)被直接連 接到劑量控制裝置(MCD)，從而在被吸收、檢測(cè)和測(cè)得的劑量達(dá)到由操作者經(jīng)由人機(jī)界面 (IHM)規(guī)定且預(yù)設(shè)的值時(shí)自動(dòng)停止功率源，所述人機(jī)界面(IHM)還包括操縱臺(tái)（PC)和顯示界 面管理程序。3. 按照權(quán)利要求1或2所述的使用電離輻射的輻照裝置，其特征在于，加速裝置是超高 頻波型，或者是感應(yīng)型，或者是靜電型。4. 按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的使用電離輻射的輻照裝置，其特征在于，輻射發(fā) 射裝置(MER)還包括多個(gè)加速裝置，多個(gè)加速裝置被串聯(lián)安裝并且/或者插入有使穿過一個(gè) 或所述多個(gè)加速裝置的粒子束偏向或循環(huán)的裝置，各加速裝置由至少一個(gè)功率源供電。5. 按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的使用電離輻射的輻照裝置，其特征在于，檢測(cè)器 是半導(dǎo)體，尤其是呈單晶或多晶、純粹或摻雜形式的金剛石，檢測(cè)器被包括于兩個(gè)極化電極 之間，能經(jīng)由人機(jī)界面按照檢測(cè)器厚度調(diào)節(jié)的幾伏電壓被施加于所述極化電極的端子，檢 測(cè)器被配置用以在至少O.OlGy/s的大流量劑量的情況下獲得至少0.01ns的極短的響應(yīng)時(shí) 間。6. 按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的使用電離輻射的輻照裝置，其特征在于，劑量控 制裝置(MCD)的控制電子儀(EC)包括：由電離輻射與檢測(cè)器交互作用而產(chǎn)生的電流、尤其是 電信號(hào)的測(cè)量裝置;把所述電流轉(zhuǎn)換成以吸收劑量流量為單位的轉(zhuǎn)換裝置；以及被配置為 精確地測(cè)量在電離輻射發(fā)射過程中所累積的吸收劑量的對(duì)所述電流進(jìn)行積分的積分裝置。7. 按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的使用電離輻射的輻照裝置，其中，電信號(hào)由檢測(cè) 器生成，所述電信號(hào)在電離輻射發(fā)射過程中由靜電計(jì)測(cè)量和積分，所述電信號(hào)的積分值被 直接與由操作者經(jīng)由人機(jī)界面預(yù)設(shè)并且規(guī)定的劑量值比較，使得在該積分值大于或等于規(guī) 定且預(yù)設(shè)的值的情況下，粒子發(fā)射啟動(dòng)裝置的信號(hào)被終止，從而瞬間停止電離輻射發(fā)射，且 優(yōu)選地在至少Ins內(nèi)停止高壓源。8. 按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的使用電離輻射的輻照裝置，其中，檢測(cè)器包括一 個(gè)或多個(gè)象限或扇面或體元，所述象限或扇面或體元各自生成檢測(cè)信號(hào)（SDA)并且被配置 為:一方面從檢測(cè)信號(hào)（SDA)中推斷表征從中穿過的電離輻射束的位置、形狀和/或能量的 信息，另一方面控制并調(diào)節(jié)電離輻射束，尤其是位置、形狀和/或能量。
【文檔編號(hào)】A61N5/10GK105848714SQ201480063470
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年11月20日
【發(fā)明人】P·賴格
【申請(qǐng)人】Pmb公司