CN104739430A - 肿瘤x射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针 - Google Patents

肿瘤x射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针 Download PDF

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Abstract

肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，属于医疗器械技术领域。本发明为了解决现有的表面涂覆技术产生的荧光信号耦合进入光纤纤芯的比例低，敏感性差，以及探头尺寸大，难以用于体内辐射剂量测量的问题。方案一：光纤探针包括高分子材料光纤，高分子材料光纤的光纤纤芯的探入端端部微加工有微型孔，微型孔内嵌入X射线荧光材料，微型孔的端口采用封胶封住。方案二：光纤探针包括石英光纤，石英光纤的实芯光纤纤芯的探入端端部焊接有毛细管光纤，毛细管光纤内嵌入X射线荧光材料，毛细管光纤的端口采用封胶封住。本发明实现了体内X射线辐射剂量的实时监测，在提高疗效的同时尽可能降低放射治疗的副作用，并具有标定肿瘤位置的功能。

Description

肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针
技术领域
本发明涉及一种肿瘤X射线放射治疗过程中，采用嵌入式方法，制成可在体实时检测X射线辐射剂量、并同时能够在X射线下显像的光纤探针。应用于肿瘤放射治疗时，治疗区肿瘤吸收剂量检测与肿瘤位置活动的监测，另外还可以起到目标区位置的引导和标识作用，属于医疗器械技术领域。
背景技术
癌症是人类致死率最高的疾病之一。世界卫生组织统计全球癌症患者以每年1400万例的速度快速增加，而在治疗癌症的过程中会有高达50％以上的癌症患者会采用放射治疗，其中以X射线放射治疗为主。在X射线放疗过程中，高能量的X射线从不同的方向照射到肿瘤上，高能辐射及产生的次级电子会破坏肿瘤细胞的DNA以抑制其生长和分裂增殖。目前，在X射线放疗过程中由于我们缺乏对X射线的照射进行精准的位置及剂量控制，使得X射线会对肿瘤周围健康的组织造成过大的损伤。因此，X射线放射治疗的最优效果是能提供最佳剂量的辐射到指定的目标区域，同时使得周围邻近的健康组织受到最小化的辐射剂量。这就要求能够在实施放疗定位、摆位及照射过程中，实时监测肿瘤的位置移动，实时检测投照区肿瘤和肿瘤周围正常组织的受照射剂量及最终的累积剂量。
根据论文《放射治疗的物理质量控制与质量保证》(邓小武，中国肿瘤2008年第17卷第8期660-665页)，进入21世纪以来，X射线放疗技术发展到三维适形放疗、调强适形放疗和影像引导放疗阶段，可以为放射治疗提供精确到毫米量级的靶区定位和动态的四维计划设计及计量分布计算。但即使如此，目前辐射剂量控制还基本采用体外测量、体模标定等间接方式(论文：《针对患者调强放射治疗计划的剂量学验证》，作者戴建荣，胡逸民，张红志，关莹，张可，王闯，中华放射肿瘤学杂志，2004年9月，13卷3期229-233页)，缺乏直接在体内的测量手段和体内可重复利用的位置标定方法。
目前X射线强度标定的标准是电离室测量，也有便携式的半导体探测器等方法。近年来，国外开始研究将X射线荧光材料在去掉包层的光纤表面涂覆的X射线传感器，可以对X射线辐射剂量进行测量(Dan Sporea,Laura Mihai,Ion Tiseanu等,Multidisciplinaryevaluation of X-ray optical fiber sensors,Sensors and Actuators A,213:79–88,2014)。但这种表面涂覆技术产生的荧光信号耦合进入光纤纤芯的比例较低，敏感性差。另外，这种技术制成的探头尺寸较大，难以用于体内辐射剂量测量。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明提供了一种肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，以至少解决现有的表面涂覆技术产生的荧光信号耦合进入光纤纤芯的比例低，敏感性差，以及探头尺寸大，难以用于体内辐射剂量测量的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，该光纤探针包括高分子材料光纤，高分子材料光纤的光纤纤芯的探入端端部微加工有微型孔，微型孔内嵌入X射线荧光材料，微型孔的端口采用封胶封住。
这种设计在提高荧光耦合效率的同时，可以明显缩小探针外形尺寸，现有的电离池探头外部直径约为10mm，而本发明的光纤探针外形尺寸为1mm至2.2mm之间，使之可以进入人体，实现X射线放射治疗中在照射目标区检测荧光信号，反应出X射线强度等信息。
进一步地：所述高分子材料光纤可以为塑料光纤。光纤材料的选择取决于所采用荧光信号的波段。
进一步地：所述X射线荧光材料为有机荧光材料或无机荧光材料。二者均可嵌入光纤探针的微孔中。
进一步地：所述高分子材料光纤的探入端端部周向设置有金属标志物。人体在进行X射线放射治疗过程中，可能由于呼吸等运动，造成目标区的移动。为了指示放射治疗目标区的位置，本发明的光纤探针可以制作一个指示用的标志物，散射X射线信号，为X射线放疗设备实时跟踪目标区提供支持。
根据本发明的另一个方面，提供了一种肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，该光纤探针包括石英光纤，石英光纤的实芯光纤纤芯的探入端端部焊接有毛细管光纤，毛细管光纤内嵌入X射线荧光材料，毛细管光纤的端口采用封胶封住。
这种设计在提高荧光耦合效率的同时，可以明显缩小探针外形尺寸，现有的X射线电离池探测器外形尺寸约为10mm，而本发明的光纤探针外形尺寸为1mm至2.2mm之间，使之可以进入人体，实现X射线放射治疗中在照射目标区检测荧光信号，反应出X射线强度等信息。
进一步地：所述X射线荧光材料为有机荧光材料或无机荧光材料。二者均可嵌入光纤探针的微孔中。
进一步地：所述石英光纤的探入端端部周向设置有金属标志物。人体在进行X射线放射治疗过程中，可能由于呼吸等运动，造成目标区的移动。为了指示放射治疗目标区的位置，本发明的光纤探针可以制作一个指示用的标志物，散射X射线信号，为X射线放疗设备实时跟踪目标区提供支持。
本发明提出的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针所达到的效果为：光纤探针采用了一种新的嵌入式结构，使用微加工技术，制作一种纤芯内部中空的光纤探头，并将X射线荧光材料嵌入其中，从而明显提高X射线激发的荧光信号耦合入光纤纤芯的效率，并显著降低光纤传感探头的外形尺度，适合将这种光纤探头导入人体。实现了体内X射线辐射剂量的实时监测，在提高疗效的同时尽可能降低放射治疗的副作用，并具有标定肿瘤位置的功能。
附图说明
图1是根据本发明的具体实施方式一的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针的结构示意图；
图2是根据本发明的具体实施方式二的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针的结构示意图；
图中：11-高分子材料光纤；12-光纤纤芯；13-X射线荧光材料；14-封胶；15-金属标志物；21-石英光纤；22-毛细管光纤；23-实芯光纤纤芯。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供了肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，该光纤探针包括高分子材料光纤11，高分子材料光纤11的光纤纤芯12的探入端端部微加工有微型孔，微型孔内嵌入X射线荧光材料13，微型孔的端口采用封胶14封住；
此外，根据一种实现方式，探针外形尺寸为1mm；
此外，根据一种实现方式，所述高分子材料光纤可以为塑料光纤；
另外，根据一种实现方式，所述X射线荧光材料为有机荧光材料；
再者，根据一种实现方式，所述高分子材料光纤的探入端端部周向设置有金属标志物15。
具体实施方式二：如图2所示，本实施方式提供了肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，该光纤探针包括石英光纤21，石英光纤21的实芯光纤纤芯23的探入端端部焊接有毛细管光纤22，毛细管光纤22内嵌入X射线荧光材料13，毛细管光纤22的端口采用封胶14封住；
此外，根据一种实现方式，探针外形尺寸为1.0-2.2mm；
另外，根据一种实现方式，所述X射线荧光材料为无机荧光材料；
再者，根据一种实现方式，所述石英光纤的探入端端部周向设置有金属标志物15。
通过以上描述可知，上述根据本发明的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，采用嵌入式方法，制成可实时在体检测X射线辐射剂量的光纤探针。这种光纤探针可以进入人体，实现体内照射目标区射线强度的实时检测。检测结束后可以移出人体。可以在光纤探针上设置标识物，起到目标区位置的引导和标识作用。采用塑料光纤作为传导光纤，光纤一端加工微孔，将荧光材料填充到微孔中；或者采用石英光纤，一端连接毛细管光纤或其它微孔光纤，将荧光材料填充到毛细管或微孔中。荧光材料可以采用无机或有机材料。

Claims (7)

1.肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：该光纤探针包括高分子材料光纤，高分子材料光纤的光纤纤芯的探入端端部微加工有微型孔，微型孔内嵌入X射线荧光材料，微型孔的端口采用封胶封住。
2.根据权利要求1所述的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：所述高分子材料光纤为塑料光纤。
3.根据权利要求1所述的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：所述X射线荧光材料为有机荧光材料或无机荧光材料。
4.根据权利要求1、2或3所述的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：所述高分子材料光纤的探入端端部周向设置有金属标志物。
5.一种肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：该光纤探针包括石英光纤，石英光纤的实芯光纤纤芯的探入端端部焊接有毛细管光纤，毛细管光纤内嵌入X射线荧光材料，毛细管光纤的端口采用封胶封住。
6.根据权利要求5所述的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：所述X射线荧光材料为有机荧光材料或无机荧光材料。
7.根据权利要求5或6所述的肿瘤X射线放射治疗中嵌入式辐射剂量检测光纤探针，其特征在于：所述石英光纤的探入端端部周向设置有金属标志物。
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