專利名稱：通過無源射頻吸收提供能量的劑量計的制作方法
技術領域：
本公開通常涉及輻射劑量計的領域。
背景技術：
在腫瘤等的醫學輻射治療期間，在最小化對鄰近的非癌變組織的損害的同時，精確地測量腫瘤處的輻射劑量的量和位置以便確定對腫瘤的影響是重要的。腫瘤可以使用X射線技術(如平面X射線或CT (計算機斷層成像)掃描)定位，然后從體外將高能質子或其它高能粒子或粒子狀實體(如中子、α粒子、重離子、伽馬射線或X射線)束的形式的輻射瞄準接近的腫瘤位置。表面劑量計或電離計數器可以與質子束成直線地放置在體外。然而，表面劑量計的空間公差通常差，因為表面劑量計只能確定進入體內的輻射量或者傳遞給腫瘤的劑量，而不能確定體內輻射的影響的位置或深度。存在可植入的劑量計，但是它們可能相對大，使得它們必須在輻射治療后從身體移除。
發明內容
從一個方面來看，本發明提供一種用于確定輻射量的方法，所述方法包括通過劑量計接收輻射量，所述劑量計包括電路，所述電路具有配置為根據所述劑量計接收的輻射量而改變的諧振頻率；在所述電路的諧振頻率通過所述劑量計從射頻(RF)發射器吸收射頻能量；基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率；以及基于確定的諧振頻率確定輻射量。從另一個方面來看，本發明提供一種用于確定輻射量的系統，所述系統包括劑量計，配置為接收輻射量，所述劑量計包括具有諧振頻率的電路，使得所述電路的諧振頻率根據所述劑量計接收的輻射量而改變，所述劑量計還配置為在所述電路的諧振頻率吸收RF能量；射頻(RF)發射器，配置為在所述諧振頻率發射RF能量給所述劑量計；以及接收器，配置為基于吸收的RF能量確定所述劑量計的諧振頻率，其中基于諧振頻率確定輻射量。從另一個方面來看，本發明提供一種用于確定輻射量的設備，所述設備包括電路，所述電路具有諧振頻率，所述電路包括電容器，其中所述電容器配置為接收輻射量，其中所述電容器的電容基于輻射量而改變，并且所述諧振頻率根據電容改變；電感器；以及天線，配置為在諧振頻率吸收射頻(RF)能量，使得基于吸收的RF能量確定輻射量。通過本示例性實施例的技術實現了其它特征。在此詳細描述其他實施例，并且所述其他實施例被認為是要求保護的一部分。為了更好地理解示例性實施例的特征，參考描述和附圖。
參考附圖，現在將僅通過示例方式描述本發明的實施例，附圖中圖I圖示可以用作通過無源射頻(RF)吸收提供能量的劑量計的變容二極管的實施例；
圖2圖示輻射吸收后的、可以用作通過無源RF吸收提供能量的劑量計的變容二極管的實施例；圖3圖示可以用作通過無源RF吸收提供能量的劑量計的變容二極管的實施例；圖4圖示包括LC電路的、通過無源RF吸收提供能量的劑量計的實施例；圖5圖示使用通過無源RF吸收提供能量的劑量計的方法的實施例；圖6圖示在RF場發射到劑量計期間的、包括通過無源RF吸收提供能量的劑量計的系統；以及圖7圖示在通過劑量計的振蕩發射期間的、包括通過無源RF吸收提供能量的劑量計的系統。
具體實施方式
提供了用于通過無源RF吸收提供能量的劑量計的系統和方法的實施例，下面詳細討論示例性實施例。因為劑量計通過無源RF吸收提供能量，所以不要求連接的電源，允許無源劑量計制作得相對小。RF發射和接收電子裝置位于體外。無源劑量計可以通過任何適當的方法(包括但不限于針頭注射)插入體內；它在使用后不需要體從身體移除，并且可以對于多次輻射治療再使用。無源劑量計的一些實施例可以可生物降解的。無源劑量計還可以相對便宜地制造。多個劑量計可以圍繞腫瘤放置以提供空間劑量信息。無源劑量計包括LC電路,其包括福射敏感的變容二極管(varactor)(或類似的電荷敏感器件)、電感器和從外部RF場吸收能量的天線。RF能量在電路的諧振頻率被天線吸收。變容二極管的(或類似器件的)電容隨著輻射被變容二極管接收而減小，并且LC電路的諧振頻率根據變容二極管的電容的減小而改變。LC電路的諧振頻率的確定允許變容二極管接收的輻射量的確定。變容二極管可以包括金屬氧化物半導體(MOS)電容器。圖I圖示變容二極管100的實施例。柵極電極101包括金屬或多晶硅，并且可以是大約1000埃厚或更小。柵極氧化物102可以包括SiO2,并且位于包括輕摻雜或不摻雜的娃區域103和重摻雜的娃區域104的基底頂部。硅區域103和104可以包括η型或P型摻雜硅。基底可以可選地連接到基底觸點或在電容器的外圍的自對準擴散區域或兩者。變容二極管100處于或接近平帶(f lat-band)，具有相對高的電容。當變容二極管100接收輻射時，在柵極氧化物102中捕獲負電荷，如下面關于圖2所示。圖2圖不接收福射量后變容二極管200的實施例。包括入射質子、X射線、伽馬射線、中子、離子或α粒子的輻射導致負電荷(例如，負電荷202)在柵極氧化物102中被捕獲。輕摻雜或不摻雜硅區域103根據柵極氧化物102中捕獲的負電荷的量變為耗盡，形成耗盡區201，其隨著變容二極管200接收更多輻射并且柵極氧化物102中的負電荷的量增加而生長。變容二極管200的電容根據耗盡區201的大小而減小。圖3圖不包括額外的電介質層306的變容二極管300的實施例。電介質306位于電介質302和柵極電極301之間。耗盡區305通過電介質306中捕獲的負電荷(例如負電荷308)和電介質302中捕獲的正電荷(例如正電荷307)而形成在摻雜硅304中。電介質302可以包括SiO2,并且電介質306可以包括SiNx。電介質302和電介質306之間的傳導帶差允許空穴在接近電介質302和耗盡區305之間的界面處被捕獲。耗盡區305根據電介質305和電介質306中捕獲的電荷量生長，并且變容二極管300的電容隨著耗盡區305生長而減小。圖4圖示包括LC電路的無源劑量計400的實施例。劑量計400包括LC電路，LC電路包括電容器401、電阻器402、電感器403和天線404。可以包括但不限于圖1_3所示的變容二極管的任一的變容二極管包括電阻器402和電容器401 ;參考圖I和2，柵極電極101通過電感器403和天線404連接到摻雜硅104的背面以形成劑量計400。電容器401的電容隨著耗盡區201的大小變化，從而改變劑量計400的諧振頻率。
無源劑量計的另外實施例可以包括多個變容二極管LC電路，其可以組織為覆蓋體內的擴展區域，或者覆蓋多個輻射靈敏度級別，允許綜合測量同時減少體內植入的器件數量。多個變容二極管電路可以分散在器件中以給出空間分辨率數據，或者變容二極管可以具有變化的靈敏度級別，以便給出用于高劑量或低劑量輻射治療的數據。通過將器件放入已知的質子、X射線或其它高能流(fluence)中并且觀察器件的諧振頻率的改變，變容二極管器件可以在植入前被校準。這可以以電路的部分加載的形式進行；例如，在10. O的刻度的情況下，將變容二極管上的劑量從O級別校準到變容二極管上的2. O。此外，在變容二極管通過校準源充電以后，該電荷可以在例如可以是幾小時或幾天的時間段內從變容二極管泄露，在插入體內之前重置變容二極管電荷為零。圖5圖示用于操作無源劑量計的方法的實施例。關于圖6和7討論圖5。在塊501中，包括具有初始諧振頻率的電路的劑量計接收輻射，即，質子。吸收的輻射在電路變容二極管中捕獲電荷，減小了變容二極管的電容，并且導致電路的諧振頻率的改變。如圖6所示，劑量計603a-d圍繞腫瘤602植入身體601內；劑量計603a_d的每個可以配置為包括具有不同初始諧振頻率的電路，該諧振頻率可用于識別每個單獨的劑量計，或者任何單獨的劑量計可以包括多個電路，每個電路具有不同諧振頻率。腫瘤602和劑量計603a-d接收入射輻射604 ;接收的輻射(S卩，質子)導致劑量計603a-d的每個中的捕獲電荷，引起它們各自的諧振頻率的每個的改變。輻射604可以在進入身體601之前，行進通過可選的外部輻射檢測器605。僅用于說明目的示出劑量計603a-d ;可以使用任何適當數量和配置的劑量計。在一些實施例中，一個或多個劑量計可以植入腫瘤內。在塊502，通過RF發射器將RF場指向劑量計。RF場初始可以在接近劑量計電路之一的初始諧振頻率的頻率；然后跨越包括一個或多個劑量計電路的諧振頻率的頻率范圍掃描RF場。如圖6所示，RF發射器606分別將RF長608a_d發射到劑量計603a_d。在一些實施例中，RF發射器606可以在中間頻率發射，使得可以利用鎖定(lock-in)技術以增強信噪比。在塊503，劑量計電路經由天線在其LC電路的諧振頻率從RF場吸收能量。包括劑量計603a-d的每個的電路在它們各自的諧振頻率從RF場608a_d吸收能量。在塊504，基于吸收的RF能量在接收器處確定包括劑量計的LC電路的諧振頻率。在一個實施例中，接收器接收發射的RF場。因為劑量計在諧振頻率從RF場吸收能量，所以接收器可以在諧振頻率檢測到RF場的能量或信號強度的下陷。下陷的檢測允許劑量計的諧振頻率的確定。在另一實施例中，移除RF場，并且包括劑量計的諧振LC電路以諧振頻率振蕩由電路的質量因子(Q)確定的時間段。振蕩在接收器處檢測，并且可以用于確定諧振頻率。如圖7所示，分別來自包括劑量計603a-d的電路的振蕩信號609a-d被接收器607接收。假設包括劑量計603a-d的電路的諧振頻率分開比它們各自的振蕩器的帶寬更大的頻率距離，振蕩信號609a-d可以利用適當的濾波在接收器607分開檢測，允許包括劑量計603a-d的電路的諧振頻率的每個的分開確定。在塊505，包括劑量計的電路的確定的諧振頻率用于確定劑量計中變容二極管的電容。在塊506，從電容確定變容二極管接收的輻射量。示例性實施例的技術效果和益處包括可以給出用于輻射劑量的實時量和位置信息的可再使用的、可植入的劑量計。在此使用的術語 僅用于描述特定實施例的目的，并且意圖不在于限制本發明。如在此使用的，單數形式“一”、“一個”和“所述”意圖也包括復數形式，除非上下文清楚地另外指示。將要進一步理解的是，術語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時，指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，而不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組的存在或增加。下面的權利要求中的所有部件或步驟加功能元件的對應結構、材料、動作和等效物意圖包括結合其它要求保護的元件用于執行功能的任何結構、材料或動作，如具體要求保護的。已經用于說明和描述呈現本發明的描述，但是本發明的描述不是意圖以公開的形式窮盡或限制本發明。在不偏離本發明的范圍和精神的情況下，許多修改和變形對于本領域普通技術人員將是明顯的。選擇和描述實施例以便最好地說明本發明的原理和實踐應用，并且允許本領域普通技術人員理解，對于具有各種修改的各種實施例的本發明適于預期的特定使用。
權利要求
1.一種用于確定輻射量的方法，所述方法包括 通過劑量計接收輻射量，所述劑量計包括電路，所述電路具有配置為根據所述劑量計接收的輻射量而改變的諧振頻率； 在所述電路的諧振頻率通過所述劑量計從射頻RF發射器吸收射頻能量； 基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率；以及 基于確定的諧振頻率確定輻射量。
2.如權利要求I或權利要求2所述的方法，其中所述RF能量是跨越包括諧振頻率的頻率范圍掃描的RF場的部分。
3.如之前權利要求的任一所述的方法，其中所述電路包括電感器、電容器和天線。
4.如權利要求3所述的方法，其中接收的輻射量改變所述電容器的電容，并且所述電路的諧振頻率由所述電容器的電容確定。
5.如權利要求3或權利要求4所述的方法，其中所述電容器包括金屬氧化物半導體電容器。
6.如之前權利要求的任一所述的方法，其中確定輻射量包括確定質子、中子、α粒子、離子、伽馬射線或X射線的劑量。
7.如之前權利要求的任一所述的方法，其中基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率包括通過接收器在諧振頻率確定RF場的接收強度的下陷。
8.如權利要求I到6的任一所述的方法，其中基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率包括在諧振頻率接收來自劑量計的振蕩。
9.一種用于確定輻射量的系統，包括 劑量計，配置為接收輻射量，所述劑量計包括具有諧振頻率的電路，使得所述電路的諧振頻率根據所述劑量計接收的輻射量而改變，所述劑量計還配置為在所述電路的諧振頻率吸收射頻RF能量； 射頻RF發射器，配置為在所述諧振頻率發射RF能量給所述劑量計；以及 接收器，配置為基于吸收的RF能量確定所述劑量計的諧振頻率，其中基于諧振頻率確定福射量。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述RF能量是跨越包括諧振頻率的頻率范圍掃描的RF場的部分
11.如權利要求9或權利要求10所述的系統，其中所述電路包括電感器、電容器和天線。
12.如權利要求9到11的任一所述的系統，其中接收的輻射量改變所述電容器的電容，并且所述電路的諧振頻率由所述電容器的電容確定。
13.如權利要求11或權利要求12所述的系統，其中所述電容器包括金屬氧化物半導體電容器。
14.如權利要求9到13的任一所述的系統，其中輻射量包括質子、離子、中子、α粒子、離子、伽馬射線或X射線的劑量。
15.如權利要求9到14的任一所述的系統，其中所述劑量計包括多個電路，所述多個電路的每個具有不同的諧振頻率。
16.如權利要求9到15的任一所述的系統，其中所述接收器配置為通過確定由接收器在諧振頻率的RF場的接收強度的下陷，基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率。
17.如權利要求9到15的任一所述的系統，其中所述接收器配置為通過在諧振頻率接收來自劑量計的振蕩，基于吸收的RF能量確定所述電路的諧振頻率。
18.—種用于確定福射量的設備,包括 電路，所述電路具有諧振頻率，所述電路包括 電容器，其中所述電容器配置為接收輻射量，其中所述電容器的電容基于輻射量而改變，并且所述諧振頻率根據電容改變； 電感器；以及天線，配置為在諧振頻率吸收射頻RF能量，使得基于吸收的RF能量確定輻射量。
19.如權利要求18所述的設備，其中所述電容器包括金屬氧化物半導體電容器。
20.如權利要求18或權利要求19所述的設備，其中所述用于確定輻射量的設備包括多個電路，所述多個電路的每個具有不同的諧振頻率。
全文摘要
一種用于確定輻射量的系統包括劑量計，配置為接收輻射量，所述劑量計包括具有諧振頻率的電路，使得所述電路的諧振頻率根據所述劑量計接收的輻射量而改變，所述劑量計還配置為在所述電路的諧振頻率吸收RF能量；射頻(RF)發射器，配置為在所述諧振頻率發射RF能量給所述劑量計；以及接收器，配置為基于吸收的RF能量確定所述劑量計的諧振頻率，其中基于諧振頻率確定輻射量。
文檔編號G01T1/02GK102656477SQ201080054240
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月29日 優先權日2009年11月30日
發明者C.E.默里, K.P.羅德貝爾, M.戈登, R.L.維斯尼爾夫, S.J.科斯特, S.羅斯納杰爾, 姚正邦, 小西里爾.加布拉爾 申請人:國際商業機器公司