CN110270014A - 质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统，所述监测方法利用了高能质子或重离子放射治疗时产生的正电子核素的分布信息，根据质子或重离子的束流周期，在束流间歇时间内进行测量湮灭光子的位置和能量信息，以得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，从而实现对质子或重离子束剂量分布的监测。本方法相比于传统的瞬发伽马测量法具有更高的探测效率，且本方法有效的降低了统计噪声，提高了质子或重离子放射治疗剂量沉积的精确性；相比于传统的正电子发射断层成像方法，本发明通过沿束流方向对湮灭光子进行准直处理，然后再进行探测光子的位置和能量信息，能够实现更快的获取剂量沿束流方向的一维分布，有利于提高监测效率。

Description

质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统

技术领域

本发明涉及核医学影像技术领域，具体涉及一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统。

背景技术

肿瘤的放射治疗是用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法，常用的放射线包括钴-60产生的γ射线，加速器产生的X射线和电子束，以及近些年报道的有良好疗效的质子束和碳离子束。质子或重离子放射治疗时由于布拉格峰在射程终点处的剂量比入口处的剂量大三四倍，而射程终点后的剂量极小，这种特点不仅能使肿瘤处剂量最大，还能有效的保护肿瘤前后的正常组织。

单一能量的质子束流在相同的射程处传递最大剂量值，不同深度的肿瘤可以用不同能量的质子来治疗，这使得质子治疗可以适应不同大小和形状的肿瘤；质子在传输时，其前进轨迹不会偏离直线太远，质子具有较小的散射和本底，使得照射野边缘清晰，因此可以治疗距离敏感器官很近的肿瘤。

对质子或重离子放射治疗剂量的传统监测方法是采用瞬发伽马测量法或者正电子发射断层成像方法，但是传统监测方法监测过程复杂，且监测效率和监测的精确度较低。

质子或重离子在放射治疗时，会与靶核碰撞发生融合-削去反应，人体中元素含量较多的碳-12和氧-16会与高能质子或重离子发生核反应生成碳-11、氧-15等正电子核素。这些正电子核素分布在质子或重离子束流的路径上，且有着较短的半衰期，在衰变时会放出正电子，从而产生511keV的湮灭光子。已有研究表明，湮灭光子的出射位置与质子或重离子剂量沉积的空间分布具有较强的相关性，其联系可以通过数据拟合或机器学习等方法构建。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法，包括：

高能质子或重离子束流根据放射治疗计划设定的靶区放射治疗，在设定的束流周期的出束时间内，所述质子或重离子束流在束流路径上产生正电子核素，所述正电子核素衰变产生正电子，正电子湮灭产生湮灭光子；

对湮灭光子进行准直处理；

获取准直处理后光子的位置信息和能量信息；

当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

可选的，所述束流周期包括：出束时间和束流间歇时间；

所述对湮灭光子进行准直处理，包括：

在束流间歇期间，将所述湮灭光子通过准直器以实现对湮灭光子进行准直处理。

可选的，所述获取准直处理后光子的位置信息和能量信息是由探测器完成的；

所述光子的位置信息为湮灭光子在所述探测器上的坐标位置，根据所述坐标位置能够确定出湮灭光子的出射位置，从而得到束流的径迹；

所述探测器测量准直处理后光子的能量信息，具体包括：

预先设置一个能量区间；

所述探测器只获取位于该能量区间内的光子。

可选的，所述根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，包括：

根据光子的位置信息和能量信息确定出湮灭光子的出射位置；

根据束流的入射位置和方向计算出质子或重离子束流的直线运动轨迹；

通过质子或重离子束流的直线运动轨迹和光子的位置信息得到湮灭光子空间分布；

通过湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性，得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布。

可选的，所述湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性是通过：数据拟合或机器学习的方法构建的。

可选的，判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致，具体包括：将测量得到的布拉格峰值位置或峰值下降沿位置与放疗计划中预设的治疗位置进行对比，如果质子或重离子束布拉格峰值位置或峰值下降沿位置与放疗计划中预设的治疗位置的差值在预设误差范围内，则判断出质子或重离子束放射治疗准确；否则，判断出质子或重离子束放射治疗出现较大偏差；

当质子或重离子束放射治疗准确时，继续按照现有的质子或重离子束出束参数进行放射治疗，直到治疗结束；

否则，停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数，以使调整后的质子或重离子束准确的放射治疗。

本发明还提供了一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统，包括：

仿真模块，用于对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性；

探测模块，用于对湮灭光子进行准直处理，并探测准直处理后光子的位置信息和能量信息；

处理模块，用于当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息，并结合质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

计算模块，用于判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

可选的，所述探测模块包括：准直器和探测器；

其中，所述准直器为条形状或孔型，所述准直器的材料包括各种对湮灭光子有准直能力的材料；

所述探测器为对511keV的湮灭光子有探测能力的探测器，所述探测器以平板或环形的排布方式分布在所述准直器的输出端。

可选的，所述计算模块包括：

选取模块，用于从所述质子或重离子束剂量分布中选取剂量最大值的位置作为布拉格峰位置；

检测模块，用于检测所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

可选的，所述计算模块还包括：

反馈模块，用于将检测结果反馈给放射治疗设备，以实现当所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置与放疗计划预计的位置不一致时，所述放射治疗设备停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数。

本发明采用以上技术方案，所述质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法，包括：高能质子或重离子束流根据放射治疗计划设定的靶区放射治疗，在设定的束流周期的出束时间内，所述质子或重离子束流在束流路径上产生正电子核素，所述正电子核素衰变产生正电子，正电子湮灭产生湮灭光子；对湮灭光子进行准直处理；获取准直处理后光子的位置信息和能量信息；当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；判断质子或重离子束剂量分布是否与放疗计划预计的位置一致。本发明所述的对放射治疗剂量实时监测方法有效的利用了高能质子或重离子放射治疗时产生的湮灭光子空间分布信息；根据质子或重离子的束流周期，在束流间歇时间内进行测量湮灭光子的位置和能量信息，以得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，从而实现对质子或重离子束剂量分布的监测。本方法相比于传统的瞬发伽马测量法有着更高的探测效率，且本方法有效的降低了统计噪声，提高了质子或重离子放射治疗剂量沉积的精确性；相比于传统的正电子发射断层成像方法，本发明通过沿束流方向对湮灭光子进行准直处理，然后再进行探测光子的位置和能量信息，能够实现更快的获取剂量沿束流方向的一维分布，有利于提高监测效率。

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，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法实施例一提供的流程示意图；

图2是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统实施例一提供的结构示意图；

图3是探测到的质子或重离子放射治疗产生的湮灭光子分布以及对应的剂量一维分布图；

图4是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统实施例二提供的结构示意图。

图中：1、仿真模块；2、探测模块；201、准直器；202、探测器；3、处理模块；4、计算模块；401、选取模块；402、检测模块；403、反馈模块；5、质子或重离子放射治疗设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法实施例一提供的流程示意图。

如图1所示，本实施例的方法包括：

S1：高能质子或重离子束流根据放射治疗计划设定的靶区放射治疗，在设定的束流周期的出束时间内，所述质子或重离子束流在束流路径上产生正电子核素，所述正电子核素衰变产生正电子，正电子湮灭产生湮灭光子；

具体的，高能质子或重离子束流根据设定的靶区范围进行治疗，在此过程中所述质子或重离子束流在运动径迹上与治疗靶体发生核反应产生各种正电子核素(例如碳-11，氧-15等)，上述正电子核素会衰变生成正电子，然后正电子与电子发生湮灭产生511keV的伽马光子。

S2：对湮灭光子进行准直处理；

进一步的，所述束流周期包括：出束时间和束流间歇时间；

所述对湮灭光子进行准直处理，包括：

在束流间歇期间，将所述湮灭光子通过准直器以实现对湮灭光子进行准直处理。

对所述湮灭光子进行准直，使某一方向发射的湮灭光子通过准直器，屏蔽其它方向发射的湮灭光子。例如让准直器沿束流方向排列，空隙与束流垂直，这样探测器沿束流方向探测到的湮灭光子位置就代表湮灭光子的发射位置。

该步骤在实际执行时，要先确定放射治疗和探测湮灭光子的时间，根据放疗计划设定质子或重离子的束流周期，本方法在束流间歇时间内对湮灭光子进行测量，该步骤能够避免瞬发伽马以及中子对湮灭光子测量的影响。所述的束流周期指的是根据放疗计划以及人体的呼吸运动，放射治疗设备每隔固定时间周期性的产生质子或重离子束流来治疗肿瘤，以减小器官运动产生的误差。

需要说明的是，对于采用连续扫描方式进行质子或重离子放射治疗的情况，即在没有束流间歇时间情况下，湮灭光子的测量可以在束流扫描结束后进行。

S3：获取准直处理后光子的位置信息和能量信息；

进一步的，所述获取准直处理后光子的位置信息和能量信息是由探测器完成的；

所述光子的位置信息为湮灭光子在所述探测器上的坐标位置，根据所述坐标位置能够确定出湮灭光子的出射位置，从而得到束流的径迹；

所述探测器测量准直处理后光子的能量信息，具体包括：

预先设置一个能量区间；

所述探测器只获取位于该能量区间内的光子。

例如，预先设置的能量区间为(350keV-650keV)，但不限于这个能量区间，只保留511keV能量附近的光子，其目的是为了去除噪声，能量区间越大，噪声越大，能量区间越小信噪比越高，但是探测效率会降低，应该综合考虑

对所述湮灭光子进行探测，得到其到达探测器上的位置和能量，探测位置是为了得到湮灭光子的分布，预设的能量区间是为了去除无用的噪声，提高信噪比。

S4：判断探测器是否探测到足够数量的光子信息(是否探测到足够数量是通过判断探测到的光子信息数量是否达到预设数值，达到预设数值时，则认为是探测器已经探测到足够数量的光子信息)，如果探测器没有探测到足够数量的光子信息，则在该束流周期完成后进入下一个束流周期，跳转到步骤S1继续执行步骤S1-S3，直到探测器探测到足够数量的光子信息；

S5：当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

进一步的，所述根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，包括：

根据光子的位置信息和能量信息确定出湮灭光子的出射位置；

根据束流的入射位置和方向计算出质子或重离子束流的直线运动轨迹；

通过质子或重离子束流的直线运动轨迹和光子的位置信息得到湮灭光子空间分布；

通过湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性，得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布。

进一步的，所述湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性是通过：数据拟合或机器学习的方法构建的。具体包括：1)利用最小二乘法数据拟合的方法得到质子或重离子放射治疗时布拉格峰位置与测量到的湮灭光子分布的峰值位置的关系，或峰值下降沿50％高度位置；2)或者通过机器学习的方法得到质子或重离子放射治疗时剂量的一维空间分布与测量到的湮灭光子的一维空间分布的关系。

S6：判断质子或重离子束剂量分布是否与放疗计划预计的位置一致；

具体包括：将测量得到的质子或重离子束剂量或布拉格峰位置与放疗计划预计的位置进行对比，如果质子或重离子束剂量分布区域或布拉格峰位置与放疗计划预计的位置的差值在预设误差范围内，则判断出质子或重离子束放射治疗准确；否则，判断出质子或重离子束放射治疗出现较大误差；

S7：当质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置与放疗计划预计的位置一致时，继续按照现有的质子或重离子束出束参数进行放射治疗，直到治疗结束；

S8：当质子或重离子束剂量分布或布拉格峰位置与放疗计划预计的位置误差较大时，停止放射治疗，和/或，调整所述质子或重离子束的出束参数，以使调整后的质子或重离子束剂量分布与放疗计划预计的位置一致。

本实施例所述的质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法，有效的利用了高能质子或重离子放射治疗时产生的各种正电子核素的分布信息，及正电子核素只在质子或重离子束流的直线运动径迹附近产生，而且湮灭光子的出射位置就在正电子核素的衰变位置附近；并根据质子或重离子的束流周期，在束流间歇期间内对511keV的湮灭光子进行测量，可以有效的避免瞬发伽马以及中子的影响。本方法相比于传统的瞬发伽马测量法有着更高的探测效率，且本方法有效的降低了统计噪声，提高了质子或重离子放射治疗剂量沉积的精确性；相比于传统的正电子发射断层成像方法，本发明通过沿束流方向对湮灭光子进行准直处理，然后再进行探测光子的位置和能量信息，能够实现更快的获取剂量沿束流方向的一维分布，有利于提高监测效率。此外，本监测方法完全可以独立运行，不需要对现有质子或重离子放射治疗设备进行改进。

图2是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统实施例一提供的结构示意图。

如图2所示，本实施例所述的监测系统包括：

仿真模块1，用于对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性；

探测模块2，用于对湮灭光子进行准直处理，并探测准直处理后光子的位置信息和能量信息；

处理模块3，用于当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息，并结合质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

计算模块4，用于判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

进一步的，所述计算模块4包括：

选取模块401，用于从所述质子或重离子束剂量分布中选取剂量最大值的位置作为布拉格峰位置；

检测模块402，用于检测所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

进一步的，所述计算模块4还包括：

反馈模块403，用于将检测结果反馈给放射治疗设备，以实现当所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置与放疗计划预计的位置不一致时，所述放射治疗设备停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数。

本实施例所述监测系统的工作原理与上文所述监测方法的工作原理相同，在此不再赘述。

本监测系统在实际使用中，当定好放疗计划后，首先通过所述仿真模块1对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行GATE蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，以得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性，如图3所示为仿真结果，选取峰值50％下降沿位置进行最小二乘法拟合，剂量位置为Y，探测伽马光子分布位置为X，可以得到公式Y＝F*X，F为质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的关系。

根据放疗计划预先设定好束流周期T，其中出束时间为T1，束流间歇时间为T2，按照上述所述监测方法的流程通过所述探测模块2、所述处理模块3和所述计算模块4完成对质子或重离子放射治疗剂量的实时监测。

本实施例所述的监测系统对质子或重离子放射治疗剂量监测具有较高的精确度，并且该监测系统能够实现更快的获取剂量沿束流方向的一维分布，有利于提高监测效率。

图4是本发明质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统实施例二提供的结构示意图。

如图4所示，本实施例所述的监测系统包括：

仿真模块1、探测模块2、处理模块3和计算模块4；

其中，所述仿真模块1用于对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性；

所述探测模块2用于对湮灭光子进行准直处理，并探测准直处理后光子的位置信息和能量信息；

进一步的，所述探测模块2包括：准直器201和探测器202；

其中，所述准直器201为条形状或孔型，所述准直器201的材料包括各种对湮灭光子有准直能力的材料；

所述探测器202为对511keV的湮灭光子有探测能力的探测器202，所述探测器202以平板或环形的排布方式分布在所述准直器201的输出端。

所述处理模块3用于当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息，并结合质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

所述计算模块4用于判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

进一步的，所述计算模块4包括：

选取模块401，用于从所述质子或重离子束剂量分布中选取剂量最大值的位置作为布拉格峰位置；

检测模块402，用于检测所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致；

反馈模块403，用于将检测结果反馈给放射治疗设备，以实现当所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置与放疗计划预计的位置不一致时，所述放射治疗设备停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数。

本监测系统在实际使用中，(1)当定好放疗计划后，首先通过所述仿真模块1对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行GATE蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，以得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性，如图3所示为仿真结果，选取峰值50％下降沿位置进行最小二乘法拟合，剂量位置为Y，探测伽马光子分布位置为X，可以得到公式Y＝F*X，F为质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的关系；

(2)根据放疗计划预先设定束流周期T，其中出束时间为T1，束流间歇时间为T2；

(3)根据所述肿瘤病灶区域，放置好准直器201和探测器202；

(4)高能质子或重离子束流根据设定的靶区范围进行治疗，质子或重离子放射治疗器产生高能质子或重离子束流，该束流根据放射治疗计划治疗肿瘤靶区，在此过程中所述质子或重离子束流在其轨迹上与人体原子核发生核反应产生正电子核素，随即正电子核素由于不稳定发生衰变产生正电子，然后正电子湮灭产生511keV的湮灭光子；具体的，所述的高能质子或重离子束流，束流形状大小不受限制，可以是笔型束，也可以是其它类型的束流；

(5)束流在T1时间完成后，所述探测模块2立即在束流间歇时间开启进行测量，垂直于准直器201的湮灭光子将通过准直器201后，由探测器202测量其位置和能量信息，其它方向的湮灭光子由于准直器201的阻挡无法到达探测器202；

(6)探测到的信号经由所述处理模块3处理后保存到计算模块4，所述计算模块4对数据进行统计计算。一个束流周期结束，进入下一个束流周期，重复(4)-(6)步骤；

(7)多个(如三个)束流周期后，在所述计算模块4统计结果比较精确的情况下，通过所述选取模块401获取探测到的布拉格峰的位置，然后通过所述检测模块402，将所述布拉格峰位置与放疗计划中预设位置进行对比，得到对比结果，再通过所述反馈模块403将该结果反馈到质子或重离子放射治疗设备5，如果误差超出允许范围则停止放射治疗或修改束流参数，如果误差在允许范围内则继续进行放射治疗，直到放射治疗结束。

需要说明的是，所述探测器202可以在质子或重离子放射治疗束流的布拉格峰处设置较密，而在其它区域设置稀疏一些，这样不仅可以节省材料，降低成本，还能够保证布拉格峰的定位精度。

需要进一步说明的是，由于湮灭光子的出射角度在空间上是随机的，为了得到湮灭光子的出射位置，需要用准直器201对湮灭光子进行准直，然后用探测器202进行测量，使用不同的准直器201和探测器202，利用成像技术可以得到正负电子湮灭位置的一维或三维分布。

由于质子或重离子放射治疗时会产生大量的瞬发伽马射线以及中子，这些粒子都是瞬时的，对探测湮灭光子造成影响，因此本系统只在束流间歇时间进行测量。当质子重离子放射治疗束流是连续扫描时，可以用本系统在质子或重离子放射治疗束流结束后立即进行测量的方式进行治疗剂量监测，也可以得到监测结果。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法，其特征在于，包括：

高能质子或重离子束流根据放射治疗计划设定的靶区放射治疗，在设定的束流周期的出束时间内，所述质子或重离子束流在束流路径上产生正电子核素，所述正电子核素衰变产生正电子，正电子湮灭产生湮灭光子；

对湮灭光子进行准直处理；

获取准直处理后光子的位置信息和能量信息；

当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预设的位置一致。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述束流周期包括：出束时间和束流间歇时间；

所述对湮灭光子进行准直处理，包括：

在束流间歇期间，将所述湮灭光子通过准直器以实现对湮灭光子进行准直处理。

3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述获取准直处理后光子的位置信息和能量信息是由探测器完成的；

所述光子的位置信息为湮灭光子在所述探测器上的坐标位置，根据所述坐标位置能够确定出湮灭光子的出射位置，从而得到束流的径迹；

所述探测器测量准直处理后光子的能量信息，具体包括：

预先设置一个能量区间；

所述探测器只获取位于该能量区间内的光子。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，包括：

根据光子的位置信息和能量信息确定出湮灭光子的出射位置；

根据束流的入射位置和方向计算出质子或重离子束流的直线运动轨迹；

通过质子或重离子束流的直线运动轨迹和光子的位置信息得到湮灭光子空间分布；

通过湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性，得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述湮灭光子空间分布与质子或重离子剂量沉积空间分布的相关性是通过：数据拟合或机器学习的方法构建的。

6.根据权利要求1至5任一项所述的监测方法，其特征在于，判断质子或重离子束剂量分布是否与放疗计划预计的位置一致，具体包括：将质子或重离子束剂量分布区域与肿瘤病灶区域进行对比，如果质子或重离子束剂量分布区域与肿瘤病灶区域的差值在预设误差范围内，则判断出质子或重离子束放射治疗与放疗计划预计的位置一致；否则，判断出质子或重离子放射治疗与放疗计划预计的位置不一致；

当质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置均与放疗计划预计的位置一致时，继续按照现有的质子或重离子束出束参数进行放射治疗，直到治疗结束；

否则，停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数，以使调整后的质子或重离子束剂量分布与放疗计划预计的位置一致。

7.一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测系统，其特征在于，包括：

仿真模块，用于对放疗计划中病人的CT图像确定好的肿瘤区域进行蒙特卡罗模拟质子或重离子放射治疗，得到质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性；

探测模块，用于对湮灭光子进行准直处理，并探测准直处理后光子的位置信息和能量信息；

处理模块，用于当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息，并结合质子或重离子剂量沉积空间分布和湮灭光子空间分布的相关性计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

计算模块，用于判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述探测模块包括：准直器和探测器；

其中，所述准直器为条形状或孔型，所述准直器的材料包括各种对湮灭光子有准直能力的材料；

所述探测器为对511keV的湮灭光子有探测能力的探测器，所述探测器以平板或环形的排布方式分布在所述准直器的输出端。

9.根据权利要求7或8所述的监测系统，其特征在于，所述计算模块包括：

选取模块，用于从所述质子或重离子束剂量分布中选取剂量最大值的位置作为布拉格峰位置；

检测模块，用于检测所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于，所述计算模块还包括：

反馈模块，用于将检测结果反馈给放射治疗设备，以实现当所述质子或重离子束剂量分布和所述布拉格峰位置与放疗计划预计的位置不一致时，所述放射治疗设备停止放射治疗，和/或调整所述质子或重离子束的出束参数。