CN107102349A - 切伦科夫射线束扫描测量系统 - Google Patents

切伦科夫射线束扫描测量系统 Download PDF

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张伟
王冰清
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Abstract

本发明提供了一种切伦科夫射线束扫描测量系统，所述系统包括，一装有纯净水的透明水箱，置于直线加速器射线束下方中心位置；所述直线加速器，用以向所述水箱中发出所述射线束；采集设备，用以采集所述水箱中的辐射通量图；分析设备，用以分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数。

Description

切伦科夫射线束扫描测量系统
技术领域
本发明涉及射线束监测扫描领域，尤指一种切伦科夫射线束扫描测量系统。
背景技术
切伦科夫效应即带电粒子在非真空的透明介质中运行，当带电粒子的速度大于光在这种介质中的速度时，就会产生可见光和近红外光。切伦科夫效应是一种不同于荧光现象和韧致辐射发光机制的发光现象，它是具有连续能谱的平面偏振光，可用于光学成像。
肿瘤放射治疗是治疗和控制肿瘤的主要方法和手段之一，据世界卫生组织统计，肿瘤发病率有逐年上升的趋势，因此各医院纷纷购置用于肿瘤放射治疗的大型医用设备，如医用直线加速器，对这些设备必须有专门的专业人员进行严格的培训才能对病人实施按计划的准确治疗，从而提高治愈率和控制率。过去对它们的质量保证和质量控制大部分医院是用剂量仪和小水箱来进行的，不但费时费力而且准确性差，特别是在新安装机器验收或机器大修后的检测和为治疗计划系统采聚准备大量的物理数据时，此问题尤为突出。
目前对于医用直线加速器的监测，采用的是射线束监测扫描装置，通用的射线束监测扫描装置是采用三维水箱测量系统，三维水箱测量系统则是由计算机控制的扫描系统，它主要由大水箱、精密步进电机、电离室、控制盒、计算机和相应软件组成，结构较为复杂。三维水箱体积较大，每次摆位耗时较长，需要保证探测器的扫描面和水平面保持一致，保证水箱的垂直运动，扫描直流电机的位置精度，及扫描过程中水波纹都对扫描结果有较大的影响，三维水箱测量系统原理是采用在辐射场中，用专用的电离室探测器体积大小，几何形状，电离室得偏压，极化效应，方向等都对扫描结果有很大的影响，对于5cm以上的射野，半影区的扫描曲线和实际曲线都是有一定的差别，和蒙特卡洛模拟也是一定的差距。特别是近年来广泛开展SBRT的放疗，照射野都比较小，射野大小都小于1cm，用三维水箱扫描需要较多的数据修正。三维水箱扫描装置在采集治疗一整套计划需要的物理数据，需要耗时4-7天的时间，存在费时费力而且准确性差的问题。
发明内容
为了解决目前射线束监测扫描费时费力及准确性差的问题，本发明实施例提供一种切伦科夫射线束扫描测量系统，该系统包括，
一装有纯净水的透明水箱，置于直线加速器射线束下方中心位置；
所述直线加速器，用以向所述水箱中发出所述射线束；
采集设备，用以采集所述水箱中的辐射通量图；
分析设备，用以分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数。
本发明利用切伦科夫效应设计射线束扫描测量系统，即利用采集设备来采集切伦科夫辐射通量图，通过分析辐射通量图，可以得到射线束的相关参数。本发明能够使射线束监测扫描过程变得非常简易，并且更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种切伦科夫射线束扫描测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一种切伦科夫射线束扫描测量装置的结构示意图；
图3为本发明一具体实施例的射线束辐射通量图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种切伦科夫射线束扫描测量系统。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所述为本发明实施例一种切伦科夫射线束扫描测量系统的结构示意图，包括透明水箱101，装有纯净水，置于直线加速器射线束下方中心位置；
直线加速器102，用以向所述水箱中发出所述射线束；
采集设备103，用以采集所述水箱中的辐射通量图；
分析设备104，用以分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数。
其中，所述直线加速器可以为例如放射性医疗设备，所述采集设备可以为例如摄像头，当然本实施例中放射性医疗设备、摄像头只是一个举例，还可以有其他的直线加速器、采集设备。
作为本发明的一个实施例，所述系统还包括，所述采集设备与所述直线加速器连接。
在本实施例中，所述采集设备与所述直线加速器连接的目的在于保证采集设备与直线加速器同步，由此可以避免本底信号的干扰。
作为本发明的一个实施例，所述采集设备固定在所述直线加速器上方，与所述直线加速器等中心位置保持一定距离。
作为本发明的一个实施例，所述采集设备的景深及采集视野范围大于所述水箱。
在本实施例中，所述采集设备的景深及采集视野范围大于所述水箱的目的在于可以保证采集设备可以完整的采集到辐射通量图。
作为本发明的一个实施例，所述直线加速器的射野位于所述水箱内。
在本实施例中，所述直线加速器的射野位于所述水箱内的目的在于保证直线加速器的射线束可以在水中产生完整的辐射通量图。
作为本发明的一个实施例，所述分析设备还包括，对所述采集设备进行几何畸变修正。
在本实施例中，所述采集设备可以为例如高能频谱电荷耦合探测器(ChargeCoupled Device，CCD)摄像头，为了保证所述辐射通量图的采集精度，需要对高能频谱CCD摄像头进行几何畸变修正。几何畸变修正具体包括，确定所述直线加速器的等中心位置；将棋盘式校准模体放置在所述等中心位置，正对所述高能频谱CCD摄像头，所述校准模体的中心与所述等中心位置重合；通过高能频谱CCD摄像头采集所述校准模体图像，标定所述图像坐标原点与所述直线加速器等中心位置重合；在所述等中心位置的一定范围内(例如80cm)，任意放置所述校准模体，并采集其图像，标定所述图像的尺寸及形状。
作为本发明的一个实施例，所述分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数包括，将辐射通量图导入数据分析软件中，提取所述射线束的半宽高、半影、对称性、平坦度、最大剂量点深度。
在本实施例中，所述辐射通量图与所述相关参数以多种格式显示、输出及存储。
其中，所述辐射通量图与所述相关参数作为测量数据，对于所述测量数据的采集和分析可实现与windows办公软件进行数据共享，可输出图形、文本等多种方式显示、输出测量数据，可自动生成计划系统所需数据测量队列；所述测量数据可自动转换成计划系统要求的格式，方便的扫描队列编辑功能，实现扫描线的复制、修改，可自定义扫描系列，并以文件方式存储，随时改变测量间距和扫描速度、可根据水深调X设定扫描速度，提供2种以上TPS(Transaction Processing Systems)数据格式转换；具备实时计算机协议参数，可预置西门子、医科达、瓦里安、等全部业界测量参数协议，用户可自定义参数协议，并可设定检验、验收程序，具备数据拷贝、粘贴、数据重新归一化、平移、翻转、滤波平滑处理功能。可由百分深度剂量(Percentage Depth Dose，PDD)测量曲线计算组织最大比(Tissue MaximumRatio，TMR)、组织模体比(Tissue Phantom Ratio，TPR)，具备等剂量曲线的计算功能，采集速度快，可以一次性的采集一个射野的一个方向上的所有数据，大大提高了工作效率。
作为本发明的一个实施例，所述采集设备包括高能频谱电荷耦合探测器摄像头。
本发明利用切伦科夫效应设计射线束扫描测量系统，即利用采集设备来采集切伦科夫辐射通量图，通过分析辐射通量图，可以得到射线束的相关参数。本发明能够使射线束监测扫描过程变得非常简易，并且更加准确。
如图2所示为本发明实施例一种切伦科夫射线束扫描测量装置的结构示意图，图中，1为装有纯净水的透明水箱，即水模体，2为直线加速器床，3为直线加速器，4为高能频谱CCD摄像头，5为高能频谱CCD摄像头的视野，6为直线加速器的射野。
其中，所述水箱置于直线加速器射线束下方中心位置，水箱中避免气泡附着在水箱壁上，图中所述直线加速器配有直线加速器床，所述水箱可置于所述直线加速器床上。所述高能频谱CCD摄像头与所述直线加速器连接，保证两者同步工作。所述高能频谱CCD摄像头固定在专用的托架上，吊装在所述直线加速器上方的天花板上，距离所述直线加速器等中心位置3-4米。所述直线加速器的射野位于所述水箱内，保证直线加速器的射线束可以在水模体中产生完整的辐射通量图。高能频谱CCD摄像头的视野范围大于所述水箱，保证高能频谱CCD摄像头可以完整的采集到辐射通量图。
将各装置放置并连接好之后，所述直线加速器开始发出射线束，所述高能频谱CCD摄像头同步开始采集，所述射线束在水模体中会发出微弱的蓝光，在所述直线加速器射线束稳定之后，所述高能频谱CCD摄像头可以采集到水模体中的射线束辐射通量图。
本发明利用切伦科夫效应设计射线束扫描测量装置，即利用采集设备来采集切伦科夫辐射通量图，通过分析辐射通量图，可以得到射线束的相关参数。本发明能够使射线束监测扫描过程变得非常简易，并且更加准确。
如图3所述为本发明一具体实施例的射线束辐射通量图，从图中可以看出，在水模体中的不同深度的光强度不同，由此从图中纵向中心轴可计算得出百分深度剂量PDD，横向可计算得出射野离轴比OAR。
在本实施例中，辐射通量是一个辐射度学概念，是一个描述光源辐射强弱程度的客观物理量，从辐射通量图中可以分析得出射野剂量分布情况。
其中，百分深度剂量PDD被定义为膜体内射线中心轴上某一深度d处的吸收剂量Dd与参考深度d0处吸收剂量D0之比的百分数，是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。辐射离轴比OAR是射野等剂量曲线分布的另一种表示方法。
在本实施例中，还可以得到射线束的半宽高、半影、对称性、平坦度、最大剂量点深度等相关参数。其中，射野平坦度和对称性是描述射野剂量分布特效的重要指标，射野平坦度通常被定义为在等中心处或标称源皮距下10cm模体深度处，最大射野的80％宽度内最大、最小剂量偏离中心轴剂量的相对百分数；射野对称性被定义为在80％射野范围内，取偏离中心轴对称的两点的剂量率的差值与中心轴上剂量率的比值的百分数。根据这些射线束的相关参数，可以描述射线束在水模体中的射野剂量分布情况，从而可以完成射线束的监测扫描测量。
通过上述本发明的具体实施例中的方法，利用切伦科夫效应设计射线束扫描测量系统，即利用采集设备来采集切伦科夫辐射通量图，通过分析辐射通量图，可以得到射线束的相关参数。本发明能够使射线束监测扫描过程变得非常简易，并且更加准确。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种切伦科夫射线束扫描测量系统，其特征在于，所述系统包括，
一装有纯净水的透明水箱，置于直线加速器射线束下方中心位置；
所述直线加速器，用以向所述水箱中发出所述射线束；
采集设备，用以采集所述水箱中的辐射通量图；
分析设备，用以分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括，所述采集设备与所述直线加速器连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集设备固定在所述直线加速器上方，与所述直线加速器等中心位置保持一定距离。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集设备的景深及采集视野范围大于所述水箱。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直线加速器的射野位于所述水箱内。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析设备还包括，对所述采集设备进行几何畸变修正。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析所述辐射通量图，获得所述直线加速器射线的相关参数包括，将辐射通量图导入数据分析软件中，提取所述射线束的半宽高、半影、对称性、平坦度、最大剂量点深度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述辐射通量图与所述相关参数以多种格式显示、输出及存储。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集设备包括高能频谱电荷耦合探测器摄像头。
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