阅读说明：本技术 辐射成像系统 (Radiation imaging system ) 是由 丹尼·拉普·延·李 于 2019-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了辐射成像系统。一种辐射成像系统包括辐射发射装置和辐射成像装置。所述辐射成像装置具有：带有顶表面和底表面的电绝缘层、在所述电绝缘层的顶表面上的顶电极、电耦接到所述电绝缘层的像素单元的阵列、以及连接到所述像素单元的阵列的晶体管的阵列。(The invention discloses a radiation imaging system. A radiation imaging system includes a radiation emitting device and a radiation imaging device. The radiation imaging apparatus has: the array of transistors includes an electrically insulating layer with a top surface and a bottom surface, a top electrode on the top surface of the electrically insulating layer, an array of pixel cells electrically coupled to the electrically insulating layer, and an array of transistors connected to the array of pixel cells.)

辐射成像系统

技术领域

本发明涉及一种辐射成像系统。更具体地，本发明涉及一种在施加的电场下使用电绝缘材料的辐射成像系统。

背景技术

射线照片已经是通过使用辐射敏感材料层来直接捕获放射线图像作为电荷的图像级别(image-wise)调制图案而产生的。根据入射的X射线辐射的强度，使用离散的固态辐射传感器的规则布置阵列来量化电荷，所述电荷是在像素化区域内通过X射线辐射而电学地或光学地产生。

美国专利No.5,319,206描述了一种系统，其采用光电导材料层来产生电子-空穴对的图像级别调制的区域分布，所述电子-空穴对随后被电敏器件(诸如薄膜晶体管)转换成对应的模拟像素(图像元素)值。美国专利No.5,262,649描述了一种系统，其采用磷光或闪烁材料层来产生光子的图像级别调制的分布，所述光子随后被光敏器件(诸如非晶硅光电二极管)转换成电荷的对应图像级别调制的分布。这些固态系统具有有利于反复暴露于X射线辐射、而不消耗和化学处理卤化银膜的优点。

在利用光电导材料(诸如硒)的系统(诸如图1中所示的现有技术的传统辐射成像系统100)中，在暴露于图像级别调制的X射线辐射之前，电势被施加到顶电极110以提供适当的电场。在暴露于X射线辐射期间，响应于X射线辐射的图像级别调制图案的强度，在介电层120下面的光电导层190中产生电子-空穴对，并且这些电子-空穴对通过高电压电源所提供的施加偏置电场而分离。电子-空穴对在相反方向上沿着电场线朝向光电导层190的相对表面移动。在X射线辐射暴露之后，电荷图像在电荷收集电极130处被接收到，并且被储存在形成于基板170上的晶体管150的储存电容器160中。然后，通过电荷积分放大器140和薄膜晶体管的正交阵列来读出该图像电荷。这种类型的直接转换系统具有保持高空间分辨率的独特优点，大体上与x射线转换光电导层的厚度无关。然而，目前只有非常有限数量的直接转换光电导元件可以被用于商业产品。

最流行且技术成熟的材料是非晶硒，其对于由x射线产生的空穴和电子二者都具有良好的电荷传输性质。然而，原子序数为34的硒仅在低能量范围(通常低于50KeV)具有良好的x射线吸收。硒在更高能量的x射线下的吸收系数较小，因此为了充足的x射线捕获而需要较厚的硒层。由于制造良好成像质量的非晶硒的复杂性和难度受到硒厚度的强烈影响，因此成功的x射线成像产品局限于较低能量的x射线应用(诸如***x射线摄影术、低能量x射线晶体摄影术和低能量无损检测)。

对于高能量或高强度x射线应用，可以从每个被吸收的x射线光子产生大量电子-空穴对。当电子和空穴沿着电场移动到电荷收集电极或移动到偏置电极时，大量电子和/或空穴可以在硒层中被捕获。这些被捕获的电荷将改变局部电场，并且因此改变随后的电荷传输和电荷产生效率，从而导致先前图像被叠加在后续图像上的阴影，即被称为“重影”的现象。通常需要某些图像擦除过程来移除这些电荷，并恢复硒层的均匀电荷转换特性。

在暴露于第一x射线之后，硒经历电荷捕获，并且因此其遭受重影效应。由于这些不期望的结果，需要擦除过程来减少重影。来自非晶硒的K波段辐射也可能使图像分辨率退化。因此，在介电层120和电荷收集电极130之间使用光电导材料的系统(诸如图1中所示的现有技术)不能在x射线的高能量范围(诸如在100keV-MeV的范围)产生高质量的(例如高分辨率的)图像。实际上，这样的现有技术装置通常仅能够在高达几十keV的范围(诸如低于50keV)产生高分辨率的图像。

因此，期望设计一种没有分辨率损失并且在高辐射能量或高剂量下具有最小化的重影的辐射成像系统。

在使用带电粒子的辐射治疗期间，患者处于高背景辐射室中(存在大量的背景x射线和伽马射线)。在这样的环境中，期望具有这样的检测器，其对带电粒子具有高检测效率，而对于x射线或伽马射线具有低检测效率。

一种放射治疗的方法是质子治疗，其中将高能质子束导向患者。质子治疗在提供治疗中的一个优点是，质子将其大部分的电离剂量沉积在身体内的特定位置，然后不再进一步通过身体行进。该效果引起对目标周围的组织的损伤较小。然而，由于质子束不通过身体行进，在质子治疗中，不能在质子穿过患者之后来检测质子，并且难以准确地检测质子束的能量。

目前医生需要知道质子束是否被辐射到期望的治疗位置、以及质子束的强度是否处于期望的水平。

传统上，尚且不可能检测或测量被用于治疗患者的质子束。而是，向检测器放射单独的质子束(测试束)，并检测该束的位置和强度。向患者放射单独的质子束(治疗束)用于治疗。

图6提供了这种系统的一个示例。如图6中所示，传统的质子束治疗系统600包括闪烁板601、相机602和镜603，镜603用以将闪烁(光子)从闪烁板601引导到相机。

在系统600检测到位置和强度之后，可以移动系统600并且可以向患者放射治疗束。在替代方案中，可以与治疗束并行地产生模拟束。在任何一种情况下，都不可能实时检测治疗束的位置和强度，或“线上剂量测定(inline dosimetry)”。因此，模拟束与治疗束的位置和强度之间可能存在差异，并且治疗效果可能不太有效。

发明内容

根据本发明的实施例的一种辐射成像装置，其具有：带有顶表面和底表面的电绝缘层；在电绝缘层的顶表面上的顶电极；像素单元的阵列，其电耦接到电绝缘层并且与电绝缘层的底表面直接接触；以及连接到像素单元的阵列的晶体管的阵列。

在本发明的一个方面中，提供了一种辐射成像系统，其具有辐射发射装置和辐射成像装置，该辐射成像装置包括：带有顶表面和底表面的电绝缘层、在电绝缘层的顶表面上的顶电极、电耦接到电绝缘层并与电绝缘层的底表面直接接触的像素单元的阵列、以及连接到像素单元的阵列的晶体管的阵列。多个像素单元中的每一个包括被设置在电绝缘层的底表面的电荷收集电极。多个像素单元中的每一个还包括电荷储存电容器和至少一个晶体管。

多个像素单元在没有x射线半导体的情况下电耦接到电绝缘层。晶体管被耦接在电荷收集电极和电荷积分放大器之间。

在本发明的另一方面中，一种操作辐射成像系统的方法，所述辐射成像系统具有：带有顶表面和底表面的电绝缘层；在电绝缘层的顶表面上的顶电极；像素单元的阵列，其电耦接到电绝缘层并且与电绝缘层的底表面直接接触；以及连接到多个像素单元中的每一个的晶体管。该方法包括：将偏置电压施加到顶电极；接收带电粒子束，其中所述带电粒子束穿透电绝缘层并且产生电荷信号；将电荷信号储存在储存电容器中，以使得多个电荷信号被储存在多个储存电容器中。该方法还包括改变一行的晶体管的栅极线偏置电压的极性，并且对来自正交的数据线的电荷进行积分，每个所述正交的数据线被连接到多个储存电容器之中的相应储存电容器。

因此，本发明的目的、方面和优点提供了一种辐射成像系统，所述辐射成像系统具有：带有顶表面和底表面的电绝缘层、在电绝缘层的顶表面上的顶电极、在没有x射线半导体的情况下电耦接到电绝缘层的像素单元的阵列、以及连接到像素单元的阵列的晶体管的阵列。

通过参考下面的描述和附图，本发明的其他目的、方面和优点将变得明显，其中相同的附图标记指代相同的组件、元件或特征。

附图说明

参考附图，从以下描述中本发明的特征对于本领域技术人员来说将变得明显，在附图中：

图1示出了使用直接转换技术(DCT)的传统辐射成像系统的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的辐射成像系统的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的读出电路的示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于操作辐射成像系统的方法的流程图；

图5示出了从根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200获得的x射线图像与从传统辐射成像系统获得的x射线图像的比较；

图6示出了用于在质子束治疗环境中检测质子束辐射的现有技术装置；

图7是根据一个实施例的质子束辐射治疗系统；

图8是使用根据本发明的一个实施例的展宽布拉格峰(spread out bragg peak，SOBP)质子束成像系统获得的星标的图像；

图9是示出使用本发明的一个实施例的辐射成像系统获得的质子笔形束的图像的图形用户界面(GUI)；以及

图10是示出利用根据本发明的一个实施例的成像系统测量的、具有各种位置坐标和束强度轮廓的五个质子笔形束的强度的图。

具体实施方式

为了简化和说明的目的，本发明通过主要参考其示例性实施例来描述。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说明显的是，可以在不局限于这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法和结构以避免不必要地模糊本发明。

本发明的实施例提供了辐射成像系统和用于操作辐射成像系统的方法。将参考以下示例来更详细地解释本公开的细节。本领域技术人员将容易认识和理解未被包括在本文中的实施例，并且省略其解释。

辐射可以是选自X射线、伽马射线和电离辐射中的至少一种。电离辐射可以包括在闪烁材料(scintillation material)中穿透材料并产生光的所有辐射。例如，电离辐射可以包括α射线、β射线、质子束、带电粒子束、中子等。

图2是示出根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200的示意图。辐射成像系统200包括辐射发射装置205和辐射成像装置206。下面结合带电粒子辐射来描述实施例。带电粒子辐射的示例包括离子束辐射。带电粒子辐射或离子束辐射的示例包括质子束辐射、氦离子束、碳离子束、重离子束、电子束、μ介子(muon)束、π介子(pion)束等。辐射成像装置206包括顶电极210、电绝缘层220和电荷收集电极230。辐射成像系统200还包括电荷积分放大器240、晶体管250和储存电容器260。顶电极210可以通过溅射沉积和/或粘合来形成，并且可以由任何导电材料(诸如金属)来形成。电绝缘层220的示例包括但不限于如下的有机化合物，其包括诸如氢(H)、氧(O)、碳(C)、氮(N)和氟(F)之类的低Z材料(例如具有原子核中质子的低原子序数的化学元素)，诸如聚四氟乙烯(TEFLON)和丙烯酸树脂。用于电绝缘层220的材料的优选示例是聚对二甲苯、BCB(苯并环丁烯)和聚酰亚胺膜(KAPTON)，它们具有高介电强度。真空沉积可以被用于聚对二甲苯，并且粘合可以通过制备优选地具有50微米的厚度的膜带而被用于聚对二甲苯或KAPTON。在图2中，辐射成像装置206左侧的电容器表示电绝缘层220和储存电容器260的电容。

在辐射成像系统200中，辐射发射装置205被设置在辐射成像装置206之上，其中顶电极210被设置在电绝缘层220的顶表面，并且作为像素单元的电荷收集电极230被设置在电绝缘层220的底表面。在一个实施例中，作为像素单元的电荷收集电极230在电绝缘层内被设置在电绝缘层的底表面。在一个实施例中，像素单元被电耦接到电绝缘层220，并且至少一个晶体管被连接到每个像素单元，以使得像素单元被设置在电绝缘层220的底表面。每个晶体管被耦接在设置在电绝缘层220的底表面内的电荷收集电极230中的的一个与地之间。

在另一实施例中，像素单元可以包括电荷收集电极230、储存电容器260和晶体管250。电荷收集电极230在电绝缘层220的像素区中收集电荷信号。储存电容器260被连接到电荷收集电极230，以用于储存由电荷收集电极230收集的电荷信号。场效应晶体管(FET)250被连接到电荷收集电极230，并且充当储存电容器260和外部的电荷积分放大器240之间的开关。

在根据本发明的实施例的检测器(也称为辐射成像系统200)中，在带电粒子横穿介电层220时，沿着其路径的连续电离产生导电通道，以允许电流从偏置电极210传导到像素电极230。该导电通道仅在带电粒子横穿介电层220时打开。相比而言，x射线或伽马射线光子与介电层220的光电相互作用产生一组位于相互作用点的电子-空穴对。即使在偏置电极和像素电极之间具有电场，介电层220中的电子-空穴对的电荷分离和移动性也是受限的，因此需要多个x射线或伽马射线光子在像素中在邻近位置进行该相互作用，以产生允许电流从偏置电极流动到像素电极的导电路径。在该检测器200(或辐射成像系统200)中，对单个x射线或伽马射线的检测低，但对带电粒子的检测高。因此，即使在高背景光子辐射环境中，带电粒子信号与背景光子噪声比也是高的。

图3示出了根据本发明的一个实施例的读出电路300的示意图。

如图3中所示，像素矩阵布置成多个行和多个列(诸如N行乘M列)。虽然图3示出了三(3)行乘三(3)列的布置，但是可以使用其他数量的行和列。每行晶体管的栅极线被连接到多个外部的栅极驱动器中的每一个。每列晶体管的与栅极线正交的数据线被连接到多个电荷积分放大器中的每一个。在辐射束暴露之前，将幅度高达但不超过电绝缘体的击穿电压的偏置电压施加到顶电极210，并且将负电压施加到像素FET晶体管的所有的栅极电极。在辐射束暴露期间，绝缘层220的电离通道电流与辐射的强度或剂量成比例地增加。然后，每个像素之上的局部电离通道电荷被储存在储存电容器260中。

在由辐射束暴露引起的图像的读出期间，将一行(ROW1、ROW2或ROW3)中的栅极电压从负变为正，从而允许储存在该行之中的每个像素中的电荷通过正交的数据线301a、301b、301c流动到相应的电荷积分放大器240a、240b、240c，并且随后通过处理计算机(图3中未示出)而被数字化。在矩阵中的一行的数据完成之后，该行中的栅极线的电位将返回为负，使FET晶体管返回到“关断”状态。然后，下一行栅极线的电位将从负变为正，从而允许所储存的电荷流动到正交的电荷积分放大器。该过程将依次重复，直到像素矩阵中的所有电荷被读出为止。

在一个实施例中，像素单元的阵列直接耦接到电绝缘层220，而没有用于辐射转换器的任何中间层，其具有诸如非晶硒之类的电荷产生材料(CGM)，或者没有用于将x射线能量转换成电子-空穴对的光电导层。在不具有带硒的层的情况下使用电绝缘材料的薄层，来自光电效应(光子与绝缘材料的相互作用)的电荷产生效率通常是来自光子与硒的相互作用的电荷产生效率的100倍那么低。然而，在暴露于粒子束辐射时，穿过电离通道的电荷保持高空间分辨率，同时表现出数量级较少的电荷捕获或影响后续图像的局部电场的变换。具有电绝缘层220和在电绝缘层220内的电荷收集电极230的辐射成像系统200不具有带硒的层，并且不具有在电绝缘层220上的用于阻挡电子的层。

在根据本发明的一个实施例中，辐射成像系统200能够从粒子辐射束获得图像。当激励的带电粒子横穿绝缘体时，它会使绝缘材料中的中性原子电离，从而沿着其路径产生电离通道。该电离通道允许电流在偏置电极与像素电极之间流动，电荷累积在相应像素的储存电容器中。当所述激励的带电粒子从绝缘体层离开时，该电离通道关闭。绝缘材料的电离可以是由各种类型的带电粒子束辐射引起的，所述带电粒子束辐射包括电子束、质子束、氦离子束、碳离子束、重离子束、μ介子束、π介子束等。

在根据本发明的一个实施例中，辐射束是高强度X射线束，并且X射线能量的范围可以是从约5keV至约10MeV的任何值。当像素中的多个x射线光子的浓度足够高以在偏置电极和像素电极之间形成连续路径时，可以形成导电通道。特别地，本发明的实施例能够使用具有大于50keV(或50keV-10MeV)的能量级的高强度x射线来产生高分辨率图像，所述大于50keV(或50keV-10MeV)的能量级超过现有技术装置能够产生高分辨率图像的范围。此外，本发明的实施例能够使用具有100keV或更大(或100keV-10MeV)的能量级的高强度x射线来产生高分辨率图像，所述100keV或更大(或100keV-10MeV)的能量级显著超过现有技术装置能够产生高分辨率图像的范围。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据使用辐射成像系统200的目的来应用任何特定的X射线能量级。

根据一个实施例，施加到顶电极210的辐射的范围是每小时50毫伦琴(mR/hr)或更大。在另一个实施例中，施加到顶电极210的辐射的范围是100mR/hr或更大。根据一个实施例，电绝缘层220可以具有约0.1微米或更大的厚度。根据本说明书和权利要求，术语“约0.1微米”意指具有10％或更小的变动。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据使用辐射成像系统200的目的来选择电绝缘层220的任何厚度。根据一个实施例，电绝缘层220具有10mm或更小的厚度。

在一个实施例中，辐射成像系统200是质子束系统，并且图像是通过将质子束引导在辐射成像系统200的顶电极210来产生的，并且电绝缘层220足够薄以使得质子束在辐射成像系统200中产生电荷之后穿过电绝缘层220到达患者。在这样的实施例中，电绝缘层的厚度可以是至少约0.1微米。

在一个实施例中，电绝缘层220可以被沉积在电荷收集电极230的顶部上。电荷收集电极230可以被设置在电绝缘层220的底表面，该底表面与电绝缘层220的附接有顶电极210的顶表面相对。在另一个实施例中，电荷收集电极230可以在电绝缘层220的底表面被集成在电绝缘层220中，如图2中所示。在本发明的实施例中，电荷收集电极230与电绝缘层220直接接触，或者换句话说，在电荷收集电极和电绝缘层220之间不形成光电导层。在一个实施例中，顶电极210被直接形成在电绝缘层220的顶表面上，以直接接触电绝缘层220的顶表面。

在一个实施例中，可以从商业上可获得的薄膜晶体管面板开始制备辐射成像系统200的辐射成像装置206，该薄膜晶体管面板包括基板270、储存电容器260、晶体管250和电荷积分放大器240。液晶显示器中使用的商业上可获得的面板可以是用于构建薄膜晶体管面板的便利起点。电荷收集电极230可以被形成在该薄膜晶体管面板上。在电荷收集电极230的表面之上，可以施加电绝缘层220。电绝缘层220可以直接被形成在电荷收集电极230上。电绝缘层220也可以直接被形成在薄膜晶体管面板上。顶电极210可以被形成在电绝缘层220上。

传统的闪烁成像检测器的闪烁光在借助于光电二极管将光转换为电荷之前需要行进通常数百微米的长距离。沿着这条长的光学路径，传统的闪烁成像检测器的闪烁光可能在闪烁材料内部经历散射，导致图像锐度退化。

另一方面，传统的直接转换光电导材料(诸如非晶硒)的问题在于，在光电导层内产生的一些电荷可能继续残留作为捕获电荷，不仅是在光电导层内，而且还在光电导层的表面与相邻层的表面之间的平面界面处。在下一次X射线暴露之前，必须完全消除这些残留电荷。否则，与先前的辐射图案相关的错误图像图案可能被添加到随后的射线照片中。在本发明的辐射成像系统200中，与顶电极210、电绝缘层220和电荷收集电极230的新颖结构或配置一起使用没有显著迟滞电荷移动的电绝缘材料，因此对于成像而言不需要残留电荷擦除方案，并且可以保持高空间分辨率。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于操作辐射成像系统200的方法400的流程图。辐射成像系统包括辐射图像产生装置，该辐射图像产生装置具有：带有顶表面和底表面的电绝缘层、在电绝缘层的顶表面上的顶电极、电耦接到电绝缘层的像素单元的阵列、以及连接到像素单元的阵列的晶体管的阵列。该方法400可以使用计算机系统中的图形用户界面(GUI)以电的方式执行和操作。例如，用户可以与计算机系统的GUI交互以产生命令，用来控制辐射发射装置以发射辐射、以及用来控制辐射图像产生装置以基于所发射的辐射来产生输出电信号所需的电荷。然后，计算机系统可以将所接收的信号转换成图像以被显示在显示设备上或被储存在电储存装置(存储器)中。

现在将参考以下在图4中描绘的方法400的流程图来描述如下方法的实施例：在所述方法中，可以采用图2和图3中所示的辐射成像系统200用于获取具有高空间图像分辨率的图像。对于本领域普通技术人员来说明显的是，方法400表示一般性的说明，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以添加其他步骤，或者可以移除、修改或重新布置现有的步骤。另外，通过示例而非限制的方式来关于辐射成像系统200描述方法400，并且方法400可以在其他类型的辐射成像系统中来执行。

在步骤401，朝向电绝缘层220将幅度高达但不超过电绝缘层的击穿电压的偏置电压施加到顶电极210。

在步骤402，将栅极线偏置电压施加到晶体管250的栅极，以使每个晶体管250处于“关断”状态。

在步骤403，从辐射发射装置205发射辐射，并且朝向电绝缘层220从顶电极210接收信号。基于所接收的信号，带电粒子穿透电绝缘层220以产生电荷信号。在一个实施例中，辐射是高强度x射线辐射，并且光子是x射线光子。根据一个实施例，x射线信号的电压可以在从5KeV至约10MeV的范围。根据一个实施例，施加到顶电极210的辐射的范围是每小时50毫伦琴(mR/hr)或更大。在另一个实施例中，施加到顶电极210的辐射的范围是100mR/hr或更大。根据另一个实施例，辐射是质子束辐射，并且光子是基于被引导在顶电极210的质子束来产生的。在步骤403，在像素单元的阵列处收集信号。每个像素单元包括被设置在电绝缘层220的底表面的电荷收集电极230，如图2中所描绘的。在步骤403，信号在电绝缘层220内被收集。

在步骤404，将电荷信号储存在电荷储存电容器260中。改变一行的栅极线偏置电压的极性，以使相应行中的所有的像素晶体管处于“导通”状态。此外，将来自正交的数据线的电荷积分，然后将积分电荷数字化为值，以储存在计算机存储器中。恢复栅极线偏置电压的极性，以使相应行的晶体管处于“关断”状态。改变下一行的栅极线偏置电压的极性，以使下一行中的所有的像素晶体管处于“导通”状态。可以重复这些步骤，直到储存在阵列中的所有的电荷信号都被读出并且被储存在计算机存储器中为止。

在步骤405，基于储存在电荷储存电容器处的信号来产生辐射图像，并且为用户显示所产生的辐射图像。辐射图像可以通过计算机监视器以电的方式显示或显示在胶片或纸上。

图5示出了从根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200获得的x射线图像与从传统辐射成像系统获得的x射线图像的比较。图5的(A)和图5的(C)示出了从根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200获得的x射线图像。图5的(B)示出了从使用间接转换方法的x射线检测器获得的x射线图像。图5的(D)示出了从包括与图1中所示类似的结构(包括光电导层190)使用直接转换方法的x射线检测器获得的x射线图像。与从使用间接转换方法的x射线检测器获得的x射线图像相比，从根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200获得的x射线图像显示出优异的图像质量。另外，与从使用直接转换方法的x射线检测器获得的x射线图像相比，从根据本发明的一个实施例的辐射成像系统200获得的x射线图像显示出更好的图像质量或至少相同的图像质量。

“检测量子效率”是对检测装置的效率如何的度量。对于x射线和伽马射线，辐射成像系统200的DQE小于10％，从而需要使用高能量的x射线来获得可成像的数据。然而，对于质子束辐射(带电粒子)，辐射成像系统200的DQE非常高——接近100％(即，在98％-100％的范围内)。一个X射线或伽马射线不能产生可检测的可成像点。然而，诸如质子的每个单个带电粒子横穿绝缘层，会在辐射成像系统200中产生可成像的点。

另外，在质子治疗中，患者可能处于具有高背景辐射的房间中(即，存在显著的背景x射线和伽马射线的地方)。由于在辐射成像系统200的情况下X射线和伽马射线的DQE低，但是带电粒子的检测高，所以使用质子束的辐射成像系统的精度高，即使在高背景辐射环境中也是如此。因此，根据一个实施例，辐射成像系统被用于在质子辐射治疗操作中接收质子束。

图7示出了根据一个实施例的放射治疗系统。特别地，图7示出质子束辐射治疗系统700。该系统包括质子加速器701、质子整形器702和成像系统703。

在操作中，质子粒子被质子加速器701加速。已被质子加速器701加速的质子粒子穿过质子整形器702，以形成期望形状的束。例如，在正在治疗患者704体内的肿瘤的实施例中，质子整形器702可以将来自质子加速器701的被加速的质子束整形成具有与肿瘤的直径相对应的直径(或相对于肿瘤而言在预定尺寸内)。质子整形器702使用磁体、线圈、准直器等来对被加速的质子束进行整形。

成像系统703对应于图2的辐射成像系统200。根据本发明的实施例，辐射成像系统200的电绝缘层220足够薄，以便允许粒子束穿过成像系统703到达患者704，质子束在患者处终止。在一个实施例中，电绝缘层220至少约为0.1微米。

在一个实施例中，系统700包括成像控制计算机705。成像控制计算机705可以包括控制电路，或者可以被编程以控制质子加速器701和质子整形器702的操作，从而发射特定形状的质子束通过成像系统703到患者704。成像控制计算机705还可以从成像系统703接收基于通过成像系统703的质子束的信号，并且可以储存和分析数据，并且可以基于所接收到的信号来产生图像。在一个实施例中，基于从成像系统703接收到的信号，成像控制计算机705将患者704的位置数据储存在其中，并将质子束的位置数据映射到患者704的位置数据。

图8是使用来自质子加速器701的150MeV SOBP(展宽布拉格峰)质子束和根据本发明的实施例的成像系统703的、在患者704的位置处的星标(star target)的图像。

图9是在根据本发明的实施例的成像控制计算机705中使用的图形用户界面(GUI)的示例。GUI包括描绘基于由成像系统703输出的信号而产生的150MeV质子笔形束(pencilbeam)的图像901和质子笔形束的强度轮廓902。

图10是示出利用根据本发明的实施例的成像系统703测量的五个质子笔形束10a、10b、10c、10d和10e的强度轮廓和位置的图。如图10所示，成像系统703可以输出沿x轴和y轴(图10中仅示出x轴)的强度和位置数据，它们通过成像控制计算机705被显示为图形。

尽管在整个本公开中进行了具体的描述，但是本发明的代表性实施例可以在广泛的应用中使用，并且上述讨论不旨在并且不应该被解释为进行限制，而是被提供作为本发明各方面的说明性讨论。

本文描述和说明的是本发明的实施例，连同其一些变体。本文使用的术语、描述和附图仅以说明的方式提出，并且不意味着进行限制。本领域技术人员将认识到，在本发明的精神和范围内许多变化是可能的，其中本发明旨在由所附权利要求及其等同物限定，其中所有术语意指其最广泛的合理含义，除非另外指出。