CN104614758B - 二维探测器阵列刻度方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二维探测器阵列测量领域，提供一种二维探测器阵列刻度方法及系统，以解决大射野照射下辐射场剂量分布不均匀、剂量仪存在能量响应误差，从而导致剂量仪测量不准确的问题，该系统包括辐射源、模体、探测器阵列、与探测器阵列连接的数据处理模块，其中辐射源、模体、探测器阵列从上至下依次设置。本发明提出的技术方案消除了能量响应误差以及大射野边缘不均匀带来的误差。
Description
技术领域
本发明涉及二维探测器阵列测量领域，特别涉及一种二维探测器阵列刻度方法及系统。
背景技术
目前，国际上最先进、精确的放疗技术——调强放射治疗技术在我国得到了广泛应用，该技术是利用医用加速器作为母体，配上多叶准直器和立体定位装置，配合治疗计划对肿瘤病灶实施照射，避免对正常组织的直接照射。为了保证患者的生命安全，真正达到精确放疗效果，需要对医用加速器及治疗计划进行剂量测量和剂量验证。国内外已有很多成熟的产品，例如美国sun nuclear的mapcheck，德国PTW的729，我国中国测试技术研究院的MD1600等。但是此类产品的测量值是否可靠及准确，需要一套先进的方法对其进行刻度来保证。而且此类产品属于面阵列测量，其探测器通道数多、面积大，其剂量测量值特别是绝对剂量测量值必须要准确可靠，这就需要一种刻度方法来克服面积大可能造成的测量不均匀性导致的误差。
目前常用刻度方法有三种：一种直接在大射野(射野范围300mm×300mm)下照射归一，该方法操作简单，一次性完成，但是由于大射野辐射场剂量分布不均匀，导致测量不准确；第二种方法是标准射野下(射野范围100mm×100mm)，对每个探测器进行单独的刻度，该刻度方法测量值准确可靠，但操作复杂，不易实施；第三种方法是采用大射野(射野范围260mm×260mm)下，分别在0°、90°、180°三个角度下进行照射，能够消除射野的不均匀性带来的误差，但是该方法不能消除大射野在边缘剂量值低带来的误差。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种二维探测器阵列刻度方法及系统，以解决大射野照射下辐射场剂量分布不均匀、剂量仪存在能量响应误差，从而导致剂量仪测量不准确的问题。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明首先涉及一种二维探测器阵列刻度系统，其包括辐射源、模体、探测器阵列、与探测器阵列连接的数据处理模块，所述辐射源、模体、探测器阵列从上至下依次设置，所述辐射源与探测器阵列之间的距离为100cm，所述模体的厚度为5cm，所述模体的长度大于探测器阵列的长度，所述探测器阵列由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，所述四个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm，所述数据处理模块包括用于存储探测器阵列当前象限的测量值的第一数据存储单元、用于存储探测器阵列在绕当前象限中心点水平旋转180°后的测量值的第二数据存储单元、用于求取第一数据存储单元数据和第二数据存储单元数据的平均值的取平均运算单元和用于对取平均运算单元的输出数据进行归一化处理的归一化单元，所述第一数据存储单元和第二数据存储单元分别与探测器阵列连接，所述取平均运算单元的输入端分别与第一数据存储单元和第二数据存储单元连接，所述归一化单元的输入端与取平均运算单元的输出端连接。
作为一种优选的实施方式，所述模体的长度至少比探测器阵列的长度大2cm。
作为另一种优选的实施方式，所述系统还包括铝板和治疗床，所述铝板设置在探测器阵列与模体之间，所述治疗床设置在探测器阵列的下方。
作为另一种优选的实施方式，所述辐射源为直线加速器，所述模体为固态水。
作为另一种优选的实施方式，所述探测器阵列的长度为28cm。
本发明还涉及一种二维探测器阵列刻度方法，该方法包括如下步骤：
步骤A：从上至下依次设置辐射源、模体和探测器阵列，所述辐射源与探测器阵列的距离为100cm，所述模体的厚度为5cm，所述模体的长度大于探测器阵列的长度，所述探测器阵列由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，所述四个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm；
步骤B：从所述探测器阵列的四个象限中选择一个象限作为当前象限，将辐射源的射野中心对准当前象限的中心点，探测器阵列进行测量并将测量数据保存至第一数据存储单元；
步骤C：将探测器阵列绕当前象限的中心点水平旋转180°后进行测量，将测量数据保存至第二数据存储单元；
步骤D：对第一数据存储单元和第二数据存储单元中的数据求平均；
步骤E：将步骤D中求平均后的数据归一化至当前象限中心点绝对剂量值，得到当前象限的刻度因子；
步骤F：重复步骤B至步骤E，直至完成探测器阵列所有象限刻度因子的测量。
作为一种优选的实施方式，所述步骤A采用直线加速器作为辐射源。
作为另一种优选的实施方式，所述直线加速器的出束条件为：射野范围300mm×300mm，射线能量6MV，出束跳数100MU。
作为另一种优选的实施方式，所述探测器阵列的长度为28cm。
作为另一种优选的实施方式，所述步骤A中采用固态水作为模体。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明中的二维探测器阵列的探测器在不同能量下具有不同的刻度因子，消除了能量响应带来的误差。
(2)本发明将二维探测器阵列的区域划分为4个象限，每个象限分别刻度，消除了辐射场不均匀带来的误差。
(3)本发明采用300mm×300mm的大照射野下的中间140mm×140mm区域作为均匀辐射场，能够消除大射野边缘不均匀带来的误差。
(4)本发明中的二维探测器阵列分别在0°和180°两个方向测量，并采用两个方向测量值的平均值作为最终测量值，进一步消除了辐射场不均匀带来的误差。
附图说明
图1为本发明的实施例一提供的二维探测器阵列刻度系统的结构示意图。
图2为本发明的实施例一提供的二维探测器阵列与数据处理模块的连接示意图。
图3为本发明的实施例二提供的二维探测器阵列刻度方法的流程图。
图4为本发明的实施例探测器阵列的象限划分示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例一提供的二维探测器阵列刻度系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括直线加速器1、固态水2、探测器阵列3、与探测器阵列3连接的数据处理模块6，直线加速器1、固态水2、探测器阵列3从上至下依次设置，铝板4设置在探测器阵列3与固态水2之间，治疗床5设置在探测器阵列3的下方，直线加速器1与探测器阵列3之间的距离为100cm，固态水2的厚度为5cm，固态水2的长度比探测器阵列3的长度大2cm。需要说明，本发明中的探测器阵列3为二维探测器阵列。
如图4所示，探测器阵列3由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，其中这四个象限中每个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm。
数据处理模块6包括用于存储探测器阵列当前象限的测量值的第一数据存储单元、用于存储探测器阵列在绕当前象限中心点水平旋转180°后的测量值的第二数据存储单元、用于求取第一数据存储单元数据和第二数据存储单元数据的平均值的取平均运算单元和用于对取平均运算单元的输出数据进行归一化处理的归一化单元，具体地，第一数据存储单元和第二数据存储单元分别与探测器阵列连接，取平均运算单元的输入端分别与第一数据存储单元和第二数据存储单元连接，归一化单元的输入端与取平均运算单元的输出端连接。在实际应用过程中，可以采用积分器作为取平均运算单元，采用乘法器作为归一化单元。
采用实施例一提供的系统进行二维探测器阵列刻度的方法可以参考下述具体方法实施例。
图3为本发明实施例二提供的二维探测器阵列刻度方法的流程图。如图3所示，该方法包括步骤S1至步骤S6，下面分别对上述步骤进行详细说明。
步骤S1：初始化二维探测器阵列系统。
具体参照实施例一，从上至下依次设置直线加速器、固态水和探测器阵列，其中直线加速器与探测器阵列的距离为100cm，固态水的厚度为5cm，固态水的长度大于探测器阵列的长度，探测器阵列由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，其中这四个象限中的每个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm。需要说明，在初始条件下，直线加速器和探测器阵列的中心点在同一竖直方向，即直线加速器的射野中心对准探测器阵列的中心点，在采用步骤S2和步骤S3进行刻度时，需要将直线加速器的射野中心对准各个象限的中心点，但是在进行实际测量时，则需要将直线加速器的射野中心对准探测器阵列的中心点。
步骤S2：0°测量。
具体地，从探测器阵列的四个象限中选择一个象限作为当前象限，将直线加速器的射野中心对准当前象限的中心点，直线加速器的出束条件为：射野范围300mm×300mm，射线能量6MV，出束跳数100MU，探测器阵列进行测量并将得到的当前象限的0°测量数据保存至第一数据存储单元。
步骤S3：180°测量。
具体地，将探测器阵列绕当前象限的中心点水平旋转180°后，将直线加速器的射野中心对准当前象限的中心点，直线加速器的出束条件为：射野范围300mm×300mm，射线能量6MV，出束跳数100MU，探测器阵列进行测量并将得到的当前象限的180°测量数据保存至第二数据存储单元。例如，如果步骤S2选择第一象限作为当前象限，则将探测器阵列绕第一象限的中心点水平旋转180°，旋转后第一象限的位置发生变化，此时需调整直线加速器的位置使直线加速器的射野中心对准第一象限。
步骤S4：求取0°测量数据和180°测量数据的平均值。
具体地，对第一数据存储单元中的当前象限的0°测量数据和第二数据存储单元中的当前象限的0°测量数据求平均，得到当前象限的平均测量数据。需要说明，可以采用积分器实现求平均运算。
步骤S5：对平均值进行归一化得到刻度因子，并记录当前直线加速器所发射射线的能量值。
具体地，将步骤S4中的当前象限的平均测量数据归一化至当前象限中心点绝对剂量值，得到当前象限的刻度因子，其中当前象限中心点绝对剂量值按照国家计量检定规程测量得到，另外，本步骤中的的归一化公式为RM(x,y)＝S/M(x,y)，式中RM(x,y)为第M(M＝1，2，3，4)象限、坐标为(x,y)的探测器的刻度因子，S为第M象限的中心点绝对剂量值，(x,y)表示第M象限内的探测器的坐标。得到当前象限的刻度因子后，记录当前直线加速器所发射射线的能量值，将该能量值与当前象限的刻度因子相对应。在应用时，可以调用该能量条件下的刻度因子通过公式DM(x,y)＝RM(x,y)×M(x,y)得到探测器在刻度后的测量值，式中DM(x,y)为第M(M＝1，2，3，4)象限内坐标为(x,y)的探测器的刻度后的测量值。另外需要说明，本步骤可以采用乘法器实现归一化运算。
步骤S6：重复步骤S2至步骤S5，直至完成探测器阵列所有象限刻度因子的测量。
具体地，重复步骤S2至步骤S5，完成第一象限、第二象限、第三象限和第四象限的象限刻度因子的测量，其中每个象限刻度因子包括该象限内所有探测器的刻度因子。
从以上实施例可以看出，本发明实施例中的二维探测器阵列的探测器在不同能量下具有不同的刻度因子，消除了能量响应带来的误差；本发明实施例将二维探测器阵列的区域划分为4个象限，每个象限分别刻度，消除了辐射场不均匀带来的误差；本发明实施例采用300mm×300mm的大照射野下中间140mm×140mm区域作为均匀辐射场，消除大照射野边缘不均匀带来的误差；本发明实施例中的二维探测器阵列分别在0°和180°两个方向测量，并采用两个方向测量值的平均值作为最终测量值，进一步消除了辐射场不均匀带来的误差。
Claims (8)
1.一种二维探测器阵列刻度系统，其特征在于包括辐射源、模体、探测器阵列、与探测器阵列连接的数据处理模块，所述辐射源、模体、探测器阵列从上至下依次设置，所述辐射源与探测器阵列之间的距离为100cm，所述模体的厚度为5cm，所述模体的长度大于探测器阵列的长度，所述探测器阵列由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，所述四个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm，所述数据处理模块包括用于存储探测器阵列当前象限的测量值的第一数据存储单元、用于存储探测器阵列在绕当前象限中心点水平旋转180°后的测量值的第二数据存储单元、用于求取第一数据存储单元数据和第二数据存储单元数据的平均值的取平均运算单元和用于对取平均运算单元的输出数据进行归一化处理的归一化单元，所述第一数据存储单元和第二数据存储单元分别与探测器阵列连接，所述取平均运算单元的输入端分别与第一数据存储单元和第二数据存储单元连接，所述归一化单元的输入端与取平均运算单元的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的二维探测器阵列刻度系统，其特征在于所述模体的长度至少比探测器阵列的长度大2cm。
3.根据权利要求1所述的二维探测器阵列刻度系统，其特征在于还包括铝板和治疗床，所述铝板设置在探测器阵列与模体之间，所述治疗床设置在探测器阵列的下方。
4.根据权利要求1至3中任一所述的二维探测器阵列刻度系统，其特征在于所述辐射源为直线加速器，所述模体为固态水。
5.一种二维探测器阵列刻度方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A：从上至下依次设置辐射源、模体和探测器阵列，所述辐射源与探测器阵列的距离为100cm，所述模体的厚度为5cm，所述模体的长度大于探测器阵列的长度，所述探测器阵列由其水平中轴线和垂直中轴线划分为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限共四个象限，所述四个象限的长度均为140mm、宽度均为140mm；
步骤B：从所述探测器阵列的四个象限中选择一个象限作为当前象限，将辐射源的射野中心对准当前象限的中心点，探测器阵列进行测量并将测量数据保存至第一数据存储单元；
步骤C：将探测器阵列绕当前象限的中心点水平旋转180°后进行测量，将测量数据保存至第二数据存储单元；
步骤D：对第一数据存储单元和第二数据存储单元中的数据求平均；
步骤E：将步骤D中求平均后的数据归一化至当前象限中心点绝对剂量值，得到当前象限的刻度因子，并记录当前辐射源所发射射线的能量值；
步骤F：重复步骤B至步骤E，直至完成探测器阵列所有象限刻度因子的测量。
6.根据权利要求5所述的二维探测器阵列刻度方法，其特征在于所述步骤A采用直线加速器作为辐射源。
7.根据权利要求6所述的二维探测器阵列刻度方法，其特征在于所述直线加速器的出束条件为：射野范围300mm×300mm，射线能量6MV，出束跳数100MU。
8.根据权利要求5所述的二维探测器阵列刻度方法，其特征在于所述步骤A中采用固态水作为模体。
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