CN107589440B - 一种高分辨率自动束流探测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高分辨率自动束流探测装置和方法，其中该装置包括壳体，该壳体的两侧侧壁上分别设有相对的闪烁体荧光屏和束流阻止器；所述壳体内设有反射镜以及用于探测由所述闪烁体荧光屏发出并经所述反射镜反射的光线的CCD相机，所述束流阻止器中插入有指型电离室，且该指型电离室与一静电计相连。本发明通过一次束流照射即可自动获得用于临床治疗前的束流在等中心处的分布和剂量，高效地保证了临床治疗前日常QA数据的获取，同时还减少了残余束流对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。本发明可填补自动QA设备在小尺寸照射野上进行高分辨率成像和对束流及剂量验证防护四维一体的探测手段和方法。

Description

一种高分辨率自动束流探测装置及方法
技术领域
本发明涉及束流探测领域，更具体地涉及一种高分辨率自动束流探测装置及方法。
背景技术
众所周知，质子用于治疗眼部以及头部的肿瘤时具有特殊的优越性。由于其独特的布拉格峰型剂量分布，最终在射程末端形成一个陡峭的高剂量(能量损失)峰，使肿瘤边缘正常的组织只受到很小剂量的照射，因此大量用于眼部肿瘤以及头部肿瘤的治疗。通常在治疗前需要对治疗束线的参数进行采集并进行日常QA(质量保证)验证和分析。
通常，对于治疗眼睛或头部肿瘤的质子/重离子束线，会使用胶片的方式测量等中心处束流的分布和剂量。然而，此种方法只能用于定性的分析而不能用于定量的分析；而且由于胶片对粒子(质子/重离子)射线的响应在不同能量下并非线性的关系，因此实际胶片响应曲线不能准确的反应剂量的曲线；另外，胶片的使用需要显影的过程，需要扫描剂量到相关软件进行分析，还需要手动标记胶片的使用日期以及使用的方向等，即需要一系列人工干预并手动记录的过程，从而在日后进行日常QA数据分析的时候，还需要对存放的大量的胶片进行统计分析。因此，若能实现自动化数据的获取，将大大提高工作效率以及避免由于人工参与因素而导致的信息记录有误等问题，从而使得日常自动化QA成为可能。此外，束流通过胶片或其它成像材料时，对束流本身并无阻挡作用，无法减少残余束流对治疗室内的环境污染。
目前，市场上还尚未有一种方法可以通过一次束流照射即可自动获得用于临床治疗前的束流在等中心处的分布和剂量，以高效地保证临床治疗前日常QA数据的获取，同时还能减少残余束流对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高分辨率自动束流探测装置及方法，以成像的方式实现对束流的分布和剂量的精确自动探测。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高分辨率自动束流探测装置，包括壳体，该壳体的两侧侧壁上分别设有相对的闪烁体荧光屏和束流阻止器；所述壳体内设有反射镜以及用于探测由所述闪烁体荧光屏发出并经所述反射镜反射的光线的CCD相机，所述束流阻止器中插入有指型电离室，且该指型电离室与一静电计相连。
进一步地，所述闪烁体荧光屏与所述反射镜呈45度角。
进一步地，所述闪烁体荧光屏与所述CCD相机平行设置。
进一步地，所述反射镜的基底为K9光学玻璃，其表面镀铝或镀银。
进一步地，所述束流阻止器是由PMMA材料制成的具有一定厚度的平板。
进一步地，所述闪烁体荧光屏是由Ce：YAG材料制成的荧光屏。
进一步地，该装置还包括一安装在所述壳体上的悬挂支架。
进一步地，所述悬挂支架安装在所述束流阻止器的一侧。
本发明另一方面提供一种高分辨率自动束流探测方法，包括以下步骤：
S1，提供前述的高分辨率自动束流探测装置；
S2，将束流垂直照射至所述闪烁体荧光屏，以使所述闪烁体荧光屏吸收的粒子能量转换为可见光；
S3，通过所述CCD相机采集自所述闪烁体荧光屏发出并经所述反射镜反射的可见光，以获取束流分布；同时通过所述静电计采集所述指型电离室中形成的电离电流，并根据所述电离电流获取所述束流的剂量；
S4，通过所述束流阻止器阻挡束流沿照射方向传输。
通过采用上述技术方案，本发明通过一次束流照射即可获得用于临床治疗的束流在等中心的分布和剂量，高效地保证了临床治疗前照射数据的获取；同时，还减少了残余束流对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。
附图说明
图1为本发明一种高分辨率自动束流探测装置的结构示意图；
图2为图1中高分辨率自动束流探测装置的另一个角度的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
本发明的高分辨率自动束流探测装置的一个实施例如图1所示，其包括壳体5，该壳体5的两侧侧壁上分别设有相对的闪烁体荧光屏4和束流阻止器6，且束流阻止器6的一侧壁上还设有电离室插孔8，壳体5的侧壁上还有悬挂支架7，该悬挂支架7位于束流阻止器6的6的同一侧，以使探测装置可以通过悬挂支架7直接固定在治疗椅上，通过调节并移动治疗椅，将闪烁体荧光屏4定位到束流等中心处即可进行束流等中心分布形态的数据测量。此外，壳体1内设有CCD相机1和反射镜，CCD相机1通过其高分辨镜头2可以探测由闪烁体荧光屏4发出并经反射镜3反射的光线，从而得到束流分布；在束流阻止器6的电离室插孔8中插入有标准指型电离室(未示出)，且该指型电离室与一静电计(未示出)相连，通过静电计即可采集束流通过指型电离室形成的电离电流，从而得到束流沿照射方向通过束流中心位置的剂量。
在本实施例中，反射镜3的基底材料为K9光学玻璃，厚度为10mm，表面镀铝或镀银，且镀铝或镀银面冲光路，从而使得所成的像不会重像或模糊。闪烁体荧光屏4选用由Ce：YAG材料或等同材料制成的圆形荧光屏，其直径为60mm，厚度为0.5mm，荧光特征波长为550nm，此波长对应相机的光子探测量子效率约为70％，荧光产额为11000(Ph/MeV)，发光时间70ns。当束流打到闪烁体荧光屏4上时，被闪烁体吸收的离子能量转换为可见光，其所发出的荧光波长处于CCD相机1的光谱响应曲线量子效率最高的区域，从而使得CCD相机1可观察反射镜1中的束流分布的等大虚像,通过光强度分布的测量实现对离子(质子和重离子)束流分布的图像采集，从而判断束流分布的形态是否均匀且满足治疗的要求；同时，由于闪烁体荧光屏4由束流高通过率材料制成，因此在束流通过闪烁体荧光屏4之后并在到达束流阻止器6时通过在电离室插孔8中插入的指型电离室和远端的静电计即可获得用于临床治疗的沿束流等中心方向照射的剂量强度；当束流通过束流阻止器6时，束流阻止器6将束流沿等中心方向照射的剂量完全阻档，从而减少了残余束流对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。
在本实施例中，闪烁体荧光屏4与反射镜3呈45度角。同时，为避免高能束流损伤CCD相机，CCD相机优选设置为与入射束流垂直，即与闪烁体荧光屏4相互平行。闪烁体荧光屏4发出的可见光经过反射镜3进入CCD相机1前的镜头2。为确保对CCD相机1与镜头2的辐射防护，从而延长CCD相机1与镜头2的使用寿命，反射镜3的大小与CCD沿束流切面方向的沿线不相交。
在本实施例中，壳体5和束流阻止器6共同构成屏蔽系统，用于起到辐射防护作用。其中，壳体5由铝合金制成，其内、外表面均作发黑处理，外形尺寸为160mm*220mm*350mm。束流阻止器6由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料制成，且形成为厚度10cm左右的方形平板，其中设有插入指型电离室的孔，从而便于测量束流剂量。
基于前述高分辨率自动束流探测装置，本发明另一方面提供一种高分辨率自动束流探测方法，通过以下步骤实现：
首先，提供如图1所示的探测装置，并将悬挂支架7固定在治疗椅上，通过激光定位仪(未示出)和治疗椅调节装置(未示出)将闪烁体荧光屏4和束流阻止器6置于束流的光路中，将指型电离室安装于电离室插孔8中并使其与静电计相连。
其次，将束流垂直照射至闪烁体荧光屏4，使被闪烁体吸收的粒子能量转换为可见光。然后，将由闪烁体荧光屏4发出的可见光经过一个45度的反射镜3反射后进入CCD相机1进行自动的图像采集，从而得到束流在等中心处的分布状态；同时，束流通过壳体5后端紧靠的指型电离室，并通过远端连接的静电计进行束流电离电流的采集，并根据电离电流的强度获取束流的剂量。其中，壳体5在此提供屏蔽外部可见光的屏蔽罩功能以消除杂散光的影响。
最后，束流通过束流阻止器6，束流阻止器6将束流沿等中心方向照射的剂量完全阻档，从而减少对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。
可见，本发明通过一次束流照射即可自动获得用于临床治疗前的束流在等中心处的分布和剂量，高效地保证了临床治疗前日常QA数据的获取，同时还减少了残余束流对治疗室内环境的污染，从而起到辐射防护的作用。本发明可填补自动QA设备在小尺寸照射野上进行高分辨率成像和对束流及剂量验证防护四维一体的探测手段和方法。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (3)

1.一种高分辨率自动束流探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供一种高分辨率自动束流探测装置，包括壳体，该壳体的两侧侧壁上分别设有相对的闪烁体荧光屏和束流阻止器，所述束流阻止器是由PMMA材料制成的具有10cm厚度的平板；所述壳体内设有反射镜以及用于探测由所述闪烁体荧光屏发出并经所述反射镜反射的光线的CCD相机，所述束流阻止器的一侧壁上还设有电离室插孔，该电离室插孔中插入有紧靠壳体的指型电离室，且该指型电离室与一静电计相连，该高分辨率自动束流探测装置还包括一安装在所述壳体上的悬挂支架，该悬挂支架位于束流阻止器的同一侧，高分辨率自动束流探测装置通过悬挂支架直接固定在治疗椅上；
S2，通过调节并移动治疗椅将闪烁体荧光屏定位到束流等中心处，使束流垂直照射至所述闪烁体荧光屏，以使所述闪烁体荧光屏吸收的粒子能量转换为可见光，其中，所述闪烁体荧光屏是由Ce：YAG材料制成的荧光屏；
S3，通过所述CCD相机采集自所述闪烁体荧光屏发出并经所述反射镜反射的可见光，以获取束流在等中心处的分布状态，其中，所述反射镜的基底为K9光学玻璃，所述反射镜的面对可见光的表面镀铝或镀银，其中，所述闪烁体荧光屏发出的荧光波长处于所述CCD相机的光谱响应曲线量子效率最高的区域，使得所述CCD相机观察所述反射镜中的束流分布的等大虚像，通过光强度分布的测量实现束流分布的图像采集，从而判断束流分布的形态是否均匀且满足治疗的要求；同时通过所述静电计采集所述指型电离室中形成的电离电流，并根据所述电离电流获取所述束流在等中心处的剂量；
S4，通过所述束流阻止器阻挡束流沿照射方向传输。
2.根据权利要求1所述的高分辨率自动束流探测方法，其特征在于，所述闪烁体荧光屏与所述反射镜呈45度角。
3.根据权利要求1所述的高分辨率自动束流探测方法，其特征在于，所述闪烁体荧光屏与所述CCD相机平行设置。
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