CN106772542B - 一种束流剂量分布测量检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种束流剂量分布测量检测的方法，包括以下步骤：S1：计算机检测一束流信号，并判断束流状态，如果处于开启状态，则进入步骤2，如果处于关闭状态，则进入步骤3；S2：探测器模块进行第二γ光子探测，并将探测到的第二γ光子信号传输至计算机；S3：探测器模块进行正电子模式探测，并将探测到的正电子模式信号传输至计算机；S4：计算机对探测得到的第二γ光子信号和正电子模式信号进行信号处理，并得到束流剂量的空间分布。本发明的束流剂量分布测量检测的方法，其能检测束流经过模拟人体后的束流剂量的分布，从而进一步检测出束流发射端的发射剂量，从而判断探测得到的剂量分布的准确性。

Description

一种束流剂量分布测量检测的方法
技术领域
本发明属于剂量验证设备技术领域，尤其涉及一种束流剂量分布测量检测的方法。
背景技术
术前剂量验证的原理是使用体模代替病人，在质子/重离子终端上采用设计好的治疗计划进行照射，实际测量质子束/重离子束的剂量在体模内的空间分布，并和期望的空间分布比对，验证是否存在偏差，以确保加速器工作在正常状态。
质子/重离子治癌的术中及术后剂量验证的基本技术路线是正电子断层成像(PET)。这一技术路线的原理如下：质子/重离子在入射人体后沉积剂量的地方，会与人体内的原子核反应，生成正电子衰变核素(如15O，11C，13N等)。这些核素衰变出的正电子在人体内浓度的分布代表了质子/重离子在人体内的剂量分布。正电子断层成像仪(PositronEmission Tomography,PET)是一种通过符合测量正电子湮灭光子从而对正电子成像的仪器，在临床上已有几十年的应用历史，可以用来测量正电子在人体内的浓度分布。这种剂量验证又分为两种，一种是线下测量，另一种是在线测量。线下测量是病人接受质子/重离子照射后，马上到PET上进行测量。这种测量属于术后验证，所用的PET机器就是做临床诊断用的PET机器。这种测量有三个主要的缺点：一是病人由于身体的移动，软的组织器官相比于治疗时已经会发生位移和形变，因此PET图像需要和治疗终端的CT图像进行复杂的配准处理，增加了测量结果处理的难度，同时降低了测量准确度。二是由于从治疗完毕到进行PET扫描需要一定的时间(约20分钟左右)，这时15O(半衰期2分钟)基本全部衰变，13N(半衰期10分钟)绝大部分衰变，所以只能测量到部分11C(半衰期20分钟)的信息，损失了宝贵的信息。三是临床PET所使用的重建算法都是针对注射正电子药物的情况(正电子活度在mCi量级)设计的，不能很好的适用于质子/重离子治疗后的低正电子活度的情况，成像的误差较大，降低了测量的准确度。这三个缺点限制了线下术后测量在质子重离子治癌剂量验证方面的应用。
在线测量是指研发专门的PET机器，安装在质子/重离子治疗终端上，在照射的同时进行测量。这种测量属于术中验证，可以避免前述线下术后测量的三个缺点。目前这种技术尚处于研究阶段，只有美国、日本、德国等国外少数研究机构进行了初步的测试，还面临很多技术问题，尚未进入临床应用。这种技术即使成熟后，成本也将非常昂贵。
目前术中验证所用的剂量测量仪器主要是在线PET，安装在质子/重离子治疗终端上，在照射的同时进行测量，需要建造大型环状探测器，体积庞大，价格昂贵，尚未得到广泛的临床应用。并且并非实时在线测量，做不到真正的同步，需要在治疗结束后进行PET扫描，耗费时间长。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种束流剂量分布测量检测的方法，其能解决测量和检测束流剂量分布的技术问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种束流剂量分布测量检测的方法，包括以下步骤：
S1：计算机检测一束流信号，并判断束流状态，如果处于开启状态，则进入步骤2，如果处于关闭状态，则进入步骤3；
S2：探测器模块进行第二γ光子探测，并将探测到的第二γ光子信号传输至计算机；
S3：探测器模块进行正电子模式探测，并将探测到的正电子模式信号传输至计算机；
S4：计算机对探测得到的第二γ光子信号和正电子模式信号进行信号处理，并得到束流剂量的空间分布。
优选地，还包括位于S1之后的S11：通过准直器来进行束流信号的反符合探测。
优选地，S2具体包括以下子步骤：
S21：通过第一层探测器探测得到X射线信号和第一γ光子信号；
S22：通过第二层探测器和第三层探测器探测得到第二γ光子信号，其中在第二层探测器探测得到的信号为第二一γ光子信号，在第三层探测器处探测得到的为第二二γ光子信号，并将第二γ光子信号传输至计算机。
优选地，S4具体包括以下子步骤：
S41：计算机判断第二γ光子信号的能量是否高于预设阈值；如果高于预设阈值，则执行步骤42；
S42：计算机根据康普顿散射方程计算得到第二γ光子信号的入射方向；
S43：计算机根据第二γ光子信号的入射方向得出第二γ光子信号与束流信号的交点；
S44：计算机根据得到的第二γ光子信号与束流信号的交点和正电子模式信号以得到束流剂量的空间分布。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的束流剂量分布测量检测的方法，其能检测束流经过模拟人体后的束流剂量的分布，从而进一步检测出束流发射端的发射剂量，从而判断探测得到的剂量分布的准确性。
附图说明
图1为本发明一种束流剂量分布测量检测的方法的流程图；
图2为本发明一种束流剂量分布测量设备的结构框图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明的束流剂量分布测量检测的方法主要应用于束流剂量分布测量设备上，其主要包括以下步骤：
S1：计算机检测一束流信号，并判断束流状态，如果处于开启状态，则进入S11，如果处于关闭状态，则进入S3；
S11：通过准直器来进行束流信号的反符合探测；
S2：探测器模块进行第二γ光子探测，并将探测到的第二γ光子信号传输至计算机；S2具体包括以下子步骤：
S21：通过第一层探测器探测得到X射线信号和第一γ光子信号；
S22：通过第二层探测器和第三层探测器探测得到第二γ光子信号，其中在第二层探测器探测得到的信号为第二一γ光子信号，在第三层探测器处探测得到的为第二二γ光子信号，并将第二γ光子信号传输至计算机。
S3：探测器模块进行正电子模式探测，并将探测到的正电子模式信号传输至计算机；
S4：计算机对探测得到的第二γ光子信号和正电子模式信号进行信号处理，并得到束流剂量的空间分布；S4具体包括以下子步骤：
S41：计算机判断第二γ光子信号的能量是否高于预设阈值；如果高于预设阈值，则执行步骤42；
S42：计算机根据康普顿散射方程计算得到第二γ光子信号的入射方向；
S43：计算机根据第二γ光子信号的入射方向得出第二γ光子信号与束流信号的交点；
S44：计算机根据得到的第二γ光子信号与束流信号的交点和正电子模式信号以得到束流剂量的空间分布。
由于瞬发高能γ光子在时间上和空间上能最精确代表质子/重离子在人体内沉积剂量的分布，对于剂量分布的测量来说最为重要；正电子(实际上是正电子发出的湮没光子)在时间上有一定滞后，但空间上存在可以校正的差异，配合一定的方法，可以用于测量剂量的空间分布；X射线和低能γ光子在空间上和剂量分布差异较大，不能用于测量剂量分布，反而由于其过高的强度会成为测量瞬发高能γ光子和正电子的干扰源。通过本发明的束流剂量分布测量检测的方法，能够检测到束流打在模拟人体上的剂量分布，并且将得到的剂量分布与束流发射端的剂量分布进行对比，来检测该束流剂量分布测量设备检测的精确度。
所以本发明的束流剂量分布测量的方法主要目的在于：(1)从以上各种粒子中精确的测量出瞬发高能γ光子信号；也即是第二γ光子信号；(2)同时可以利用正电子信号来进行测量补正；(3)能够比较有效的检测该束流剂量分布测量设备的检测的准确性。
考虑到质子/重离子在人体类的路径基本是直线，质子/重离子束流的横截面分布可以术前通过成像式二维光学剂量仪精确的测量和验证来完全确定，那么术中在线监测的主要任务就可以简化为对质子/重离子束流射程的一维监测，而没有必要直接进行复杂的3D成像。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种束流剂量分布测量检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：计算机检测一束流信号，并判断束流状态，如果处于开启状态，则进入步骤S2，如果处于关闭状态，则进入步骤S3；
S2：探测器模块进行第二γ光子探测，并将探测到的第二γ光子信号传输至计算机；S2具体包括以下子步骤：
S21：通过第一层探测器探测得到X射线信号和第一γ光子信号；
S22：通过第二层探测器和第三层探测器探测得到第二γ光子信号，其中在第二层探测器探测得到的信号为第二一γ光子信号，在第三层探测器处探测得到的为第二二γ光子信号，并将第二γ光子信号传输至计算机；
S3：探测器模块进行正电子模式探测，并将探测到的正电子模式信号传输至计算机；
S4：计算机对探测得到的第二γ光子信号和正电子模式信号进行信号处理，并得到束流剂量的空间分布。
2.如权利要求1所述的束流剂量分布测量检测的方法，其特征在于，还包括位于S1之后的S11：通过准直器来进行束流信号的反符合探测。
3.如权利要求1所述的束流剂量分布测量检测的方法，其特征在于，S4具体包括以下子步骤：
S41：计算机判断第二γ光子信号的能量是否高于预设阈值；如果高于预设阈值，则执行步骤S42；
S42：计算机根据康普顿散射方程计算得到第二γ光子信号的入射方向；
S43：计算机根据第二γ光子信号的入射方向得出第二γ光子信号与束流信号的交点；
S44：计算机根据得到的第二γ光子信号与束流信号的交点和正电子模式信号以得到束流剂量的空间分布。
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