CN107497059A - 一种质子ct精准控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种质子CT精准控制方法，其中包括：质子CT成像系统和治疗头控制系统：质子CT系统由一个塑料闪烁器、水当量材料和一个CCD照相机组成，在图像采集过程中，质子束穿过被采集的物体，之后质子束被塑料闪烁器阻止，CCD照相机对质子束沿线融合的闪烁器光进行成像，之后根据光照射范围表将测量出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统，治疗头包括扫描磁铁、真空窗、游离室、有机玻璃片、闪烁膜、镜片、CCD照相机。本发明具有优越的物理剂量分布，定位精准，降低射束在正常组织的损害；质子CT成像能够直接提供水当量图像，降低误差；治疗计划设计和实验过程精准简便，进一步促进质子治疗技术的广泛应用。

Description

一种质子CT精准控制方法

技术领域

本发明属于医疗器材质子治疗装备领域，涉及一种质子CT精准控制方法。

背景技术

一直以来，肿瘤严重威胁着人类的健康，是当今社会最难治疗的疾病之一。近年来，随着现代影像技术，尤其是分子水平的影像技术的发展，使得肿瘤定位的精度大为提高。另外，先进的多维适行治疗等技术方法的采用，可以大幅降低肿瘤周围正常组织及器官受到的照射剂量，使传统的X射线对某些肿瘤的治疗效果有了显著提高。但由于X射线进入人体时，剂量随射入深度的指数衰减使得病灶前后的正常组织或器官遭受不同程度的放射损伤，治疗效果欠佳。

而质子治疗的出现大大改善了这一状况，这是由于质子束在人体内具有不同的剂量衰减特性，质子束照射时在人体内的剂量分布曲线是先缓慢上升，然后突然变快，迅速增加到称之为博拉格峰的很高的峰值，而且一过峰值急速直线下降而趋于零值。正是这种特性，可以使质子非常精确的将照射最大剂量沉积在肿瘤上，而在肿瘤后部的正常细胞或敏感器官基本上不受辐射，治疗后容易恢复。

因此，质子CT成像与治疗头一体化是一种先进的、新兴的肿瘤精准治疗技术。质子在对活跃肿瘤实施全面、精确、致死性治疗的同时，可以最大限度地避免和降低对肿瘤周围正常组织及敏感器官的照射，避免正常组织的损伤和并发症，使癌症放射治疗治愈率和有效控制率明显提高。

质子CT成像有高的穿透功率、高的探测效率、较小的散射本底，能够获得的精准成像数据，而且加速器可以直接产生高能质子束，不需要另打靶转换，此外，质子CT装置改变成X射线CT装置如钨靶将质子能转换成X射线，具有多脉冲工作能力，有利于高速动态照相。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子CT精准控制方法，具有优越的物理剂量分布特点，能够定位精准，降低射束在正常组织的损害；质子CT成像能够直接提供水当量WEL图像，降低误差；治疗计划设计和实验过程精准简便，进一步促进质子治疗技术的广泛应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种质子CT精准控制方法，该方法包括下述过程：

将穿过被采集物体的质子束通过质子CT成像系统以获得精准成像数据；

将获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统以完成精准治疗。

所述质子CT成像系统由一塑料闪烁器、水当量材料和一CCD照相机组成；在图像采集过程中，质子束穿过被采集的物体。

回旋加速器产生的所述质子束经过光束监视器、准直器照射到旋转平台上的物体，确保束流横向横面与肿瘤截面相合而不伤害肿瘤周围正常细胞；质子束穿过旋转平台上被采集的物体，在这一过程中有能量损失。

穿过被采集物体的所述质子束被塑料闪烁器阻止，闪烁器光照射镜面反射，被CCD照相机接收。

所述CCD照相机对质子束沿线融合的闪烁器光进行成像，之后根据光照射范围转化表将测出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统。

所述治疗头控制系统包括扫描磁铁、真空窗、游离室、有机玻璃片、闪烁膜；能量和流强已调制好的束流进入两个扫描磁铁，一个是横向的快扫描，一个是纵向的慢扫描。

所述束流在真空窗中传输，已被扫描扩展的束流在运输末端穿过真空窗进入大气。

进入大气的所述束流先穿过一个可测强度和分布的游离室，再进入作为量程调节用的有机玻璃片，最后打在一块闪烁膜上，束流的轨迹就在膜上显示，通过镜面反射到CCD照相机记录，完成精准治疗。

本发明的有益效果：本发明主要采用质子束来代替X射线来实现CT成像，具有优越的物理剂量分布，能够定位精准，降低射束在正常组织的损害；质子 CT成像能够直接提供WEL图像，降低误差；治疗计划设计和实验过程精准简便，进一步促进质子治疗技术的广泛应用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种质子CT精准控制方法的流程图；

图2为本发明一种质子CT精准控制方法的质子CT成像系统原理图；

图3为本发明一种质子CT精准控制方法的治疗头控制系统原理图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，加速器产生质子束到质子CT成像系统，对待测物体提供精确的成像数据和治疗方案数据，并将数据传送到治疗头控制系统，治疗头根据提供的相关数据进一步测量、定标，做出精准治疗。

参见图2，质子CT成像系统由塑料闪烁器、水当量材料和CCD照相机组成，在图像采集的过程中，质子束穿过被采集的物体，之后质子被闪烁器阻止，CCD 照相机对质子束沿线融合的闪烁器光进行成像，之后根据光照射范围转化表将测量出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统。

参见图3，质子CT提供精确的成像数据和治疗方案数据传送到治疗头控制系统，能量和流强已调制好的束流进入两个扫描磁铁，为了减少空气散射，束流在真空窗中传输，已被扫描扩展的束流在运输末端穿过真空窗进入大气，先穿过一个可测强度和分布的游离室，在进入作为量程调节用的有机玻璃片，最后打在一块闪烁膜上，束流的轨迹就在膜上显示，通过镜面反射到CCD照相机记录，治疗头根据提供的相关数据进一步测量、定标，质子治疗束流在患者肿瘤处产生的剂量要求刚好等于肿瘤区的要求剂量，在患者肿瘤的照射体积内形成均匀的剂量分布，杀死肿瘤体积内的癌细胞，在肿瘤外的健康细胞则基本不受伤害，完成精准治疗。

质子CT成像系统：由一个塑料闪烁器4、水当量材料(专门用于检测CT水当量的CT值，水当量是一种转换单位)和一个CCD照相机5组成在图像采集过程中，质子束穿过被采集的物体，之后质子被塑料闪烁器4阻止，CCD照相机5 对质子束沿线融合的闪烁器光进行成像，之后根据光照射范围表将测量出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统；

治疗头控制系统：能量和流强已调制好的束流进入两个扫描磁铁7，为了减少空气散射，束流在真空窗8中传输，已被扫描扩展的束流在运输末端穿过真空窗进入大气，先穿过一个可测强度和分布的游离室9，在进入作为量程调节用的有机玻璃片10，最后打在一块闪烁膜11上，束流的轨迹就在膜上显示，通过镜面6反射到CCD照相机记录5。

所述的回旋加速器产生的质子束经过光束监视器1(控制束流流量)、准直器2照射到旋转平台3上的物体，确保束流横向横面与肿瘤截面相合而不伤害肿瘤周围正常细胞。

所述的质子束穿过旋转平台3上被采集的物体，在这一过程中有能量损失。

所述的穿过被采集物体的质子束被塑料闪烁器4阻止，闪烁器光照射镜面6 反射，被CCD照相机5接收。

所述的CCD照相机5对质子束沿线融合的闪烁器4光进行成像，之后根据光照射范围转化表将测出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统。

所述的能量和强流已调制好的束流进入两个扫描磁铁7，一个是横向的快扫描。一个是纵向的慢扫描。

所述的束流经过扫描磁铁7，到达真空窗8中，为了减少空气散射，已被扫描扩展的束流在运输末端穿过真空窗进入大气。

所述的束流经过游离室9，目的是检测束流的强度和分布，在进入作为量程调节用的可调厚度的有机玻璃片10。

所述的从有机玻璃片10出来的束流到达闪烁膜11，束流的轨迹就在膜上显示，通过镜面6反射到CCD照相机5记录，完成精准治疗，并且CCD照相机5 具有良好的二维分辨率和重复精度率。

本发明具有优越的物理剂量分布，定位精准，降低射束在正常组织的损害；质子CT成像能够直接提供水当量(WEL)图像，降低误差；治疗计划设计和实验过程精准简便，进一步促进质子治疗技术的广泛应用。

本发明在质子治疗系统中采用质子CT成像和治疗头控制系统，具有高的穿透功率和高的探测效率，加速器可以直接产生高能质子束，不需要另打靶转换，使治疗计划设计和实验过程精准简便，在患者肿瘤的照射体积内形成均匀的剂量分布，杀死肿瘤体积内的癌细胞，在肿瘤外的健康细胞则基本不受伤害，提高治疗质量，对质子精准治疗技术的推广有着重要的意义。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种质子CT精准控制方法，其特征在于，该方法包括下述过程：

将穿过被采集物体的质子束通过质子CT成像系统以获得精准成像数据；

将获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统以完成精准治疗。

2.根据权利要求1所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，所述质子CT成像系统由一塑料闪烁器(4)、水当量材料和一CCD照相机(5)组成；在图像采集过程中，质子束穿过被采集的物体。

3.根据权利要求2所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，回旋加速器产生的所述质子束经过光束监视器(1)、准直器(2)照射到旋转平台(3)上的物体，确保束流横向横面与肿瘤截面相合而不伤害肿瘤周围正常细胞；质子束穿过旋转平台(3)上被采集的物体，在这一过程中有能量损失。

4.根据权利要求3所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，穿过被采集物体的所述质子束被塑料闪烁器(4)阻止，闪烁器光照射镜面(6)反射，被CCD照相机(5)接收。

5.根据权利要求4所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，所述CCD照相机(5)对质子束沿线融合的闪烁器(4)光进行成像，之后根据光照射范围转化表将测出的光的强度转换成照射范围，获得的精准成像数据传输到治疗头控制系统。

6.根据权利要求5所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，所述治疗头控制系统包括扫描磁铁(7)、真空窗(8)、游离室(9)、有机玻璃片(10)、闪烁膜(11)；能量和流强已调制好的束流进入两个扫描磁铁(7)，一个是横向的快扫描，一个是纵向的慢扫描。

7.根据权利要求6所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，所述束流在真空窗(8)中传输，已被扫描扩展的束流在运输末端穿过真空窗进入大气。

8.根据权利要求7所述的一种质子CT精准控制方法，其特征在于，进入大气的所述束流先穿过一个可测强度和分布的游离室(9)，再进入作为量程调节用的有机玻璃片(10)，最后打在一块闪烁膜(11)上，束流的轨迹就在膜上显示，通过镜面(6)反射到CCD照相机记录(5)，完成精准治疗。