CN111973892B - 用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法。步骤1：将检测器放置在笔尖式质子束扫描系统的待扫描区域中；步骤2：将笔尖式质子束照射在第一检测部和第二检测部的重叠区域；步骤3：测量笔尖式质子束在第二感测组件上的强度而取得第一感测区段的各自的第一一维强度数据；步骤4：测量笔尖式质子束在第一感测组件上的强度而取得第二感测区段的各自的第二一维强度数据；步骤5：合并第一一维强度数据以及第二一维强度数据得到关联笔尖式质子束的二维强度数据。据此，本领域技术人员即可根据二维强度数据对笔尖式质子束扫描系统的剂量进校正或补偿。

Description

用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法
技术领域
本发明涉及放射治疗领域，尤其涉及一种更具精准度的笔尖式质子束扫描系统的剂量分布重建方法。
背景技术
世纪更替，文明演进。千禧年后，可说人类文明已经迈向了全新纪元，举凡信息、生物、航天、以及医疗等科技，都有了长足的进步。其中，医疗科技的革新更是对人类生活有莫大贡献，然而，即便目前的医疗科技大都能使常见的疾病轻易痊愈，却仍有部分情况是较为棘手的，例如，癌症的并发。
医疗领域人士费尽心思找寻治愈癌症的方法，如肿瘤切除、化疗、标靶治疗等治疗方法，近来，也有采用放射治疗法，即利用放射线对病灶进行照射，由此抑制或杀死癌细胞，达到治疗的效果。一般的放射治疗，是在治疗时利用放射治疗机将高能射线或粒子来瞄准照射癌肿进行体外照射，主要包括X光、伽马射线(钴60)、电子、质子和重粒子等。放射治疗在杀死或破坏癌细胞的同时，也可能会对周围部位的正常细胞产生破坏，过强的放射量会影响正常细胞而使人体产生副作用，但过低的放射量则无法达到去除癌细胞的效果，因此在进行放射治疗时，放射量的检测与控制就成了非常重要的课题。
目前常见的放射治疗装置如中国台湾专利公告第I489974号的「射程移位器及粒子束治疗装置」，该粒子束治疗装置包含有一产生粒子束的加速器、多个治疗室、多个照射装置以及多个设置在这些照射装置内的射程移位器，该粒子束由该加速器射入这些治疗室，这些照射装置是分别设在这些治疗室，并将该粒子束照射在一照射对象的一照射区上，该射程移位器包含有一穿透板以及一维持该穿透板的保持部，通过调整该穿透板的厚度，可以使该粒子束具有不同的衰减量，因此，可以对该粒子束的能量进行调整。
一般在使用时，还会搭配一检测器来确认粒子束的参数及辐射剂量递送的正确性。传统的治疗方式是使用大面积的辐射照射，再根据肿瘤大小制造特定的屏蔽来限制照射的范围。所以一般使用为二维检测器或小尺寸检测器(单信道)做特定位置测量。但现有的检测器因精准度不足或测量速度不够快，而无法对扫描式粒子束进行准确的测量。因此，如何提高检测器检测粒子束剂量的准确度，为本领域技术人员的课题之一。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有检测器精准度不足的问题。
为达上述目的，本发明提供一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法，包括以下步骤：
步骤1：将一检测器放置在一笔尖式质子束扫描系统的一待扫描区域中，该检测器包括一第一检测部以及一和该第一检测部重叠放置的第二检测部，该第一检测部包括多条沿一第一方向延伸且依序并列的第一感测组件，该第二检测部包括多条沿一和该第一方向不同的第二方向延伸且依序并列的第二感测组件，该第一感测组件包括X条且该第二感测组件包括Y条，将各条该第一感测组件与第1条至第Y条的该第二感测组件的重叠定义X条第一感测区段，将各条该第二感测组件与第1条至第X条的该第一感测组件的重叠定义Y条第二感测区段。
步骤2：将一笔尖式质子束照射在该第一检测部和该第二检测部的一重叠区域。
步骤3：测量该笔尖式质子束在该第二感测组件上的强度而取得X条第一感测区段的各自的第一一维强度数据，该第一一维强度数据显示该笔尖式质子束沿该第一方向的一强度变化。
步骤4：测量该笔尖式质子束在该第一感测组件上的强度而取得Y条第二感测区段的各自的第二一维强度数据，该第二一维强度数据显示该笔尖式质子束沿该第二方向的一强度变化。
步骤5：合并该第一一维强度数据以及该第二一维强度数据得到一关联该笔尖式质子束的二维强度数据。
据上所述，本发明所提供的一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法，即是通过第一感测组件以及第二感测组件针对笔尖式质子束进行感测，并得到第一一维强度数据与第二一维强度数据后，再将第一一维强度数据与第二一维强度数据进行整合，而得到二维强度数据，依本发明所得的二维强度数据将可得知笔尖式质子束更具体且更详尽的剂量分布，让本领域技术人员可依照二维强度数据，对笔尖式质子束扫描系统进行相关的校正或补偿。通过本发明，可使笔尖式质子束扫描系统所发出的笔尖式质子束剂量更加精准，大幅提高根除病灶的效率，也保障了病患的安全。
附图说明
图1为本发明一实施例的步骤流程示意图。
图2为本发明一实施例的实际操作示意图。
图3为本发明一实施例的第一检测部以及第二检测部的结构示意图。
图4为本发明一实施例的第一感测区段的形成示意图。
图5为本发明一实施例的第二感测区段的形成示意图。
图6为本发明一实施例的强度变化示意图。
图7为本发明一实施例的二维强度数据示意图。
具体实施方式
涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请先参阅图1，本发明为一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法，包括以下步骤：
步骤1：将一检测器10放置在一笔尖式质子束扫描系统20的一待扫描区域P中对该笔尖式质子束扫描系统20进行检测，如图2所示。请接着参阅图3。本发明中，该检测器10包括一第一检测部11以及一和该第一检测部11重叠放置的第二检测部12，该第一检测部11包括多条第一感测组件111，该第一感测组件111是呈一长条状并沿一第一方向110延伸，该第一感测组件111彼此依序并列；该第二检测部12包括多条第二感测组件121，该第二感测组件121也呈一长条状并沿一第二方向120延伸，该第二方向120和该第一方向110不同，即彼此互不平行，该第二感测组件121也依序并列，本实施例中，该第一方向110和该第二方向120为正交。本发明中，该第一感测组件111的数量包括X条，该第二感测组件121的数量包括Y条，其中X、Y为非零的正整数，在一实施例中，X和Y可以介于100至130之间，可为相同或不同，而图3中X、Y的数量(即该第一感测组件111以及该第二感测组件121数量)仅为参考，本发明并不以此为限。
各条该第一感测组件111与第1条至第Y条的该第二感测组件121的重叠部分，分别定义出X条第一感测区段1110，如图4所示；将各条该第二感测组件121与第1条至第X条的该第一感测组件111的重叠部分，分别定义出Y条第二感测区段1210，如图5所示。请参阅图4，举例来说，若以其中一条的该第一感测组件111为例，该条第一感测组件111与第1条至第Y条的该第二感测组件121相互堆叠的部分即为该第一感测区段1110，依此类推地，即可得到对应该第一感测组件111的数量的X条该第一感测区段1110。请接着参阅图5，对该第二感测组件121来说，也是上述方式来定义Y条该第二感测区段1210，因此不另行赘述。
步骤2：将一笔尖式质子束21照射在该第一检测部11和该第二检测部12的一重叠区域O，具体而言，即是通过该笔尖式质子束扫描系统20将该笔尖式质子束21照射在该第一检测部11和该第二检测部12的该重叠区域O上，如图2所示。
步骤3：测量该笔尖式质子束21在该第二感测组件121上的强度而取得X条该第一感测区段1110的各自的第一一维强度数据，该第一一维强度数据显示该笔尖式质子束21沿该第一方向110的一强度变化，对本领域技术人员可以理解的是，该强度变化可以一维分布的方式呈现。
更详细地，步骤3还包括步骤3-1、步骤3-2。步骤3-1：以第i条该第一感测组件111为基准，i为1至X之间的正整数，取得第i条该第一感测区段1110的该第一一维强度数据，即，取其中一条(即第i条)的第一感测组件111，步骤3-1即是通过该第二感测组件121测量该笔尖式质子束21对应在该条第一感测组件111的该第一感测区段1110上的强度；步骤3-2：重复步骤3-1直到取得第1至X条该第一感测区段1110的该第一一维强度数据，即，通过重复步骤3-1即能得到所有的该笔尖式质子束21对应全部的该第一感测区段1110的该第一一维强度数据。
其中，第i条该第一感测区段1110的该第一一维强度数据是由下(式1)取得：
Figure BDA0002069871420000061
I为感测组件所测量得到的强度，第一个下标1st或2nd表示该第一感测组件111或该第二感测组件121所测量得到，第二个下标表示第几条的感测组件。因此，I1st,i表示第i条该第一感测组件111所测量得到的强度，I2nd,1～Y为第1至Y条该第二感测组件121所分布测量得到的强度，I2nd,total为第1至Y条该第二感测组件121所测量得到的总强度。(式1)所得到的结果将以矩阵呈现，以表示第i条该第一感测区段1110的强度变化，并绘制成如图6所示的强度变化。
简而言之，步骤3主要是通过该第二感测组件121测量该笔尖式质子束21对应该条第一感测组件111的强度，并重复步骤3-1，而取得第1至X条该第一感测区段1110的该第一一维强度数据。
步骤4：测量该笔尖式质子束21在该第一感测组件111上的强度而取得Y条该第二感测区段1210的各自的第二一维强度数据，该第二一维强度数据显示该笔尖式质子束21沿该第二方向120的一强度变化。
步骤4也包括步骤4-1、步骤4-2。步骤4-1：以第j条该第二感测组件121为基准，j为1至Y之间的正整数，取得第j条该第二感测区段1210的该第二一维强度数据，此步骤在操作上与步骤3-1大致相同，即，取其中一条(即第j条)的第二感测组件121，即是通过该第一感测组件111测量该笔尖式质子束21对应在该条第二感测组件121的该第二感测区段1210上的强度；步骤4-2：重复步骤4-1直到取得第1至Y条该第二感测区段1210的该第二一维强度数据，即，通过重复步骤4-1即能得到所有的该笔尖式质子束21对应全部的该第二感测区段1210的该第二一维强度数据。
其中，第j条该第二感测区段1210的该第二一维强度数据是由下(式2)取得：
Figure BDA0002069871420000071
简而言之，步骤4的操作如步骤3，主要是通过在该第一感测组件111所测量到的该笔尖式质子束21的强度而取得Y条该第二感测区段1210的各自的第二一维强度数据，并重复步骤4-1，取得第1至Y条该第二感测区段1210的该第二一维强度数据。其中，(式2)在概念上与(式1)相似，故不赘述，而(式2)所得到的结果也将以矩阵呈现，以表示第j条该第二感测区段1210的强度变化，并绘制成类似图6所示的强度变化。
本发明中，步骤3和步骤4的操作顺序可彼此对调，即可先测量该第一一维强度数据，再测量该第二一维强度数据；也可先测量该第二一维强度数据，再测量该第一一维强度数据。
步骤5：合并该第一一维强度数据以及该第二一维强度数据得到一关联该笔尖式质子束21的二维强度数据。即，将前述步骤所得到的一维强度的第1至X条的该第一一维强度数据以及第1至Y条的该第二一维强度数据，整合成关联该笔尖式质子束21的该二维强度数据。呈现方式即如图7所示的二维强度数据示意图。
据上所述，本发明所提供的一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法，即是通过第一感测组件以及第二感测组件针对笔尖式质子束进行感测，并得到第一一维强度数据与第二一维强度数据后，再将第一一维强度数据与第二一维强度数据进行整合，而得到二维强度数据，依本发明所得的二维强度数据将可得知笔尖式质子束更具体且更详尽的剂量分布，让本领域技术人员可依照二维强度数据，对笔尖式质子束扫描系统进行相关的校正或补偿。通过本发明，可使笔尖式质子束扫描系统所发出的笔尖式质子束剂量更加精准，大幅提高根除病灶的效率，也保障了病患的安全。

Claims (2)

1.一种用于放射治疗的笔尖式质子束扫描系统剂量分布重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将一检测器放置在一笔尖式质子束扫描系统的一待扫描区域中，该检测器包括一第一检测部以及一和该第一检测部重叠放置的第二检测部，该第一检测部包括多条沿一第一方向延伸且依序并列的第一感测组件，该第二检测部包括多条沿一和该第一方向不同的第二方向延伸且依序并列的第二感测组件，该第一感测组件包括X条且该第二感测组件包括Y条，将各条该第一感测组件与第1条至第Y条的该第二感测组件的重叠定义X条第一感测区段，将各条该第二感测组件与第1条至第X条的该第一感测组件的重叠定义Y条第二感测区段；
步骤2：将一笔尖式质子束照射在该第一检测部和该第二检测部的一重叠区域；
步骤3：测量该笔尖式质子束在该第二感测组件上的强度而取得X条第一感测区段的各自的第一一维强度数据，该第一一维强度数据显示该笔尖式质子束沿该第一方向的一强度变化；
其中，步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：以第i条该第一感测组件为基准，i为1至X之间的正整数，取得第i条该第一感测区段的该第一一维强度数据；且第i条该第一感测区段的该第一一维强度数据是由下式1取得：
Figure FDA0003648774210000011
其中，I1st,i表示第i条该第一感测组件所测量得到的强度，I2nd,1～Y表示第1至Y条该第二感测组件所各自的测量得到的强度，I2nd,total表示第1至Y条该第二感测组件所测量得到的总强度；
以及步骤3-2：重复步骤3-1直到取得第1至X条该第一感测区段的该第一一维强度数据
步骤4：测量该笔尖式质子束在该第一感测组件上的强度而取得Y条第二感测区段的各自的第二一维强度数据，该第二一维强度数据显示该笔尖式质子束沿该第二方向的一强度变化；
其中，步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：以第j条该第二感测组件为基准，j为1至Y之间的正整数，取得第j条该第二感测区段的该第二一维强度数据；且第j条该第二感测区段的该第二一维强度数据是由下式2取得：
Figure FDA0003648774210000021
其中，I2nd,j表示第j条该第二感测组件所测量得到的强度，I1st,1～X表示第1至X条该第一感测组件所各自的测量得到的强度，I1st,total表示第1至X条该第一感测组件所测量得到的总强度；以及
步骤4-2：重复步骤4-1直到取得第1至Y条该第二感测区段的该第二一维强度数据；以及
步骤5：合并该第一一维强度数据以及该第二一维强度数据得到一关联该笔尖式质子束的二维强度数据。
2.根据权利要求1所述的重建方法，其特征在于，该第一方向和该第二方向为正交。
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