CN112379401B - 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法 - Google Patents

一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112379401B
CN112379401B CN202011277951.5A CN202011277951A CN112379401B CN 112379401 B CN112379401 B CN 112379401B CN 202011277951 A CN202011277951 A CN 202011277951A CN 112379401 B CN112379401 B CN 112379401B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dose
treatment
information
heavy ion
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011277951.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112379401A (zh
Inventor
赵祖龙
徐治国
毛瑞士
胡正国
魏堃
李生鹏
刘新国
戴中颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Modern Physics of CAS
Original Assignee
Institute of Modern Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Modern Physics of CAS filed Critical Institute of Modern Physics of CAS
Priority to CN202011277951.5A priority Critical patent/CN112379401B/zh
Publication of CN112379401A publication Critical patent/CN112379401A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112379401B publication Critical patent/CN112379401B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1071—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the dose delivered by the treatment plan
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2907—Angle determination; Directional detectors; Telescopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/2935—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using ionisation detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1061—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1092—Details
    • A61N2005/1097—Means for immobilizing the patient

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法，包括：待检测重离子治疗装置、剂量及位置监测装置、治疗床、巡检分条电离室和上位机；待检测重离子治疗装置的治疗头设置在治疗床上方，用于固定终端探测器设备，其内设置加速器虚拟源点位置，加速器虚拟源点位置发射的束流照射到治疗床上的等中心点位置；剂量及位置监测装置包括两固定式分条电离室以及三个剂量电离室，用于对等中心点处的束流位置和剂量信息进行测量；巡检分条电离室放置在治疗床表面，用于对等中心点处的束流位置剖面信息进行测量；上位机根据接收到的各种测量信息，对束流位置和剂量信息实时评估。本发明可以广泛应用于重离子治疗领域。

Description

一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法
技术领域
本发明涉及放射治疗技术领域，尤其是涉及一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法。
背景技术
粒子束的放射治疗是治疗癌症的重要技术手段，精确放疗技术一直是放疗技术领域中的难点问题。在放疗过程中，为了实现以最大照射剂量杀死肿瘤组织的同时在最大程度上避免损伤周围正常器官组织，需要对肿瘤进行精确定位，并且对肿瘤所需照射剂量做出精确地评估。在传统的精确放疗技术中，一般是在放射治疗计划前利用均匀水和人体体模来进行照射剂量的验证，在放射治疗过程中进行患者肿瘤的位置定位。这种方式虽然可以在一定程度上通过确定肿瘤的位移来推算照射剂量的偏离，但是无法精确地对束流的照射位置和照射剂量分布做出实时的评估。
为了解决上述问题，需要一个在放射性治疗过程中实时地对患者肿瘤位置进行定位，同时对束流照射位置和照射剂量分布进行实时评估的系统。现有放疗技术中对于治疗过程中的剂量实时评估系统基本上都是用于电子束和质子束的剂量验证系统。对于重离子束的剂量评估，目前基本是在采用均匀水或人体体模的放射治疗前进行剂量验证，无法保证治疗过程中的治疗剂量准确性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法，能够对放射性治疗过程中重离子治疗装置的束流照射位置和照射剂量进行实时评估。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其包括：待检测重离子治疗装置、一套剂量及位置监测装置、治疗床、巡检分条电离室和上位机；所述待检测重离子治疗装置的治疗头设置在所述治疗床上方，用于固定终端探测器设备，其内设置加速器虚拟源点位置，所述加速器虚拟源点位置发射的束流照射到所述治疗床上的等中心点位置；所述剂量及位置监测装置包括两固定式分条电离室以及三个剂量电离室，分别固定安装在待检测重离子治疗装置的治疗头支架上，各所述电离室用于对等中心点处的束流位置和剂量信息进行测量，并发送到所述上位机；所述巡检分条电离室放置在治疗床表面，用于对等中心点处的束流位置剖面信息进行测量，并发送到所述上位机；所述上位机用于根据接收到的各种测量信息，实现对等中心点处的束流位置信息以及照射剂量信息的实时评估。
进一步地，该系统还包括两数字化X射线成像设备，两所述数字化X射线成像设备正交设置在所述治疗床上，且两所述数字化X射线成像设备出射的射线交点位于等中心点，用于对等中心点处患者肿瘤的位置变化信息进行测量，并发送到所述上位机；所述上位机用于对接收到的位置变化信息与预设阈值信息进行比较，当超出预设阈值时进行报警。
进一步地，两个所述固定式分条电离室以及三个所述剂量电离室并排设置在所述治疗头的支架上，且两所述固定式分条电离室分别设置于三个所述剂量电离室的上下两侧。
进一步地，两所述固定式分条电离室结构相同，均包括第一电极部分、第一室体、前端电子学和第一数据采集设备，所述第一电极部分设置在第一室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；所述前端电子学用于对分条电极信号的前端读出，将分条电极上输出的电荷信号转换为差分电压信号输出；第一数据采集设备用于对所述前端电子学输出的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到上位机；所述第一电极部分包括第一高压极、分条电极和第一绝缘垫板；所述第一高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；所述分条电极为有效面积为250×250mm2、厚度为0.075mm的TU-752板材上印制200条宽度为0.85-1.05mm、厚度为18um的铜箔信号条组成，其中铜箔信号条的间距为0.2-0.4mm；所述第一绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
进一步地，三个所述剂量电离室结构相同，均包括第二电极部分、第二室体和第二数据采集设备；所述第二电极部分设置在所述第二室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；所述第二数据采集设备用于对所述第二电极部分采集的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到所述上位机；所述第二电极部分包括第二高压极、第二信号极和第二绝缘垫板；所述第二高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；所述第二信号极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；所述第二绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
进一步地，两套所述数字化X射线成像设备结构相同，均包括球管和平板探测器；两所述球管分别安装在所述治疗床斜下方的地板上，两所述平板探测器分别安装在正对两所述球管出射口的治疗床斜上方，且两所述数字化X射线成像设备出射的X射线的交叉点位于等中心点处。
本发明的第二个方面，是提供一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估方法，其包括以下步骤：
S1：治疗计划准备完成后进行放束；
S2：在治疗过程中，对剂量及位置监测装置和数字化X射线成像设备进行同步采集数据或图像，将采集到的数据上传到上位机并对数据进行计算分析，得到等中心点平面上束斑位置和剂量分布信息以及患者位置图像信息；
S3：将计算出的等中心点平面上束斑位置和剂量分布信息与患者位置图像信息进行重建，并将结果与TPS预设位置和剂量分布信息进行差值对比；如果差值在允许范围内则治疗流程继续，如果差值超过允许范围内则治疗结束；
S4：治疗结束后，输出剂量评估报表。
进一步地，所述步骤S2中，根据剂量及位置监测装置采集的数据计算等中心点平面上束斑位置和剂量分布信息的方法，包括：
S2.1：通过所述剂量及位置监测装置中的其中一所述固定式分条电离室和放置在等中心点位置的巡检分条电离室测量出加速器虚拟源点位置和束流的散射角度；
S2.2：通过所述剂量及位置监测装置中的两个所述固定式分条电离室测量出束流在以等中心点位置为原点的平面上的位置坐标信息；
S2.3：通过所述剂量及位置监测装置中的三个所述剂量电离室测量束流剂量，两个所述固定式分条电离室测量出束流在以等中心点位置为原点的平面上的位置坐标信息，同时计算出测量到的束斑范围内束流流强。
进一步地，所述步骤S2.1中，通过所述剂量及位置监测装置中的其中一所述固定式分条电离室和放置在等中心点位置的巡检分条电离室测量出加速器虚拟源点位置和束流的散射角度的方法，包括以下步骤：
S2.1.1:将巡检分条电离室放置在治疗床上，调节治疗床的位置，使得巡检分条电离室的刻度中心与等中心点位置点重合；
S2.1.2:启动设备，使固定式分条电离室和巡检分条电离室进行同步采集工作；
S2.1.3:将调节好束斑大小的束流放到治疗终端，用Beam信号触发固定式分条电离室和巡检分条电离室进行束流信号的采集和保存；
S2.1.4:根据固定式分条电离室和巡检分条电离室采集到的数据，计算得到加速器虚拟源点位置距离等中心点的距离以及束流散射角度；
其中，束流的散射角度θ1为：
Figure BDA0002779746030000041
加速器虚拟源点位置到等中心点位置的距离L为:
Figure BDA0002779746030000042
式中，L1为加速器虚拟源点位置到固定式分条电离室刻度中心位置的距离；lbe为固定式分条电离室处束斑中心位置到束流中心线ad的距离；ldg为巡检分条电离室处束斑中心位置到束流中心线ad的距离；θ1为束流的散射角；lbd为固定式分条电离室刻度中心位置到等中心点位置的距离。
进一步地，所述步骤S2中，根据数字化X射线成像设备采集的图像数据计算得到患者位置图像信息的方法，包括以下步骤：
首先，启动设备，使两所述数字化X射线成像设备进行同步采集工作；
其次，将采集到的患者实时位置图像传入数据库，将这两个正交方向的实时位置图像投影到等中心点位置平面上进行校对并进行数据保存，进而计算得到患者在预设时间间隔T内的位置变化△L；
最后，根据患者在预设时间间隔T内的位置变化△L判断是否需要发出预警信号：如果△L超过治疗计划TPS预设允许的位置偏差，则上位机将发出报警信号；如果△L在治疗计划TPS预设允许的位置偏差范围内，则上位机不发生动作。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明所述的用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统实现了在重离子治疗过程中可以实时迅速地对患者的束流照射剂量和位置进行判断。
2、本发明所述的用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统的设备基于治疗室固有的位置及剂量监测系统和数字化X射线成像设备，没有另外增加设备，不会额外增加治疗室设备数量和成本。
3、本发明所述的用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统在患者治疗过程中运行时，不妨碍位置及剂量监测系统和数字化X射线成像设备本身所属的功能需求，仅仅调用上述系统在数据库中的实时数据即可实现本系统的设计功能。
附图说明
图1是重离子治疗装置的剂量评估系统的装置示意图；
图2是本发明中基于重离子治疗装置的剂量评估系统测量加速器靶点位置和束流散射角度的方法；
图3是本发明中基于重离子治疗装置的剂量评估系统测量等中心点平面上束流位置的方法；
图4是本发明中固定式分条电离室监测到的束斑位置和束斑在二维投影下的正态分布；
图5是本发明中基于重离子治疗装置的剂量评估系统测量等中心点平面上束流位置方法而建立的几何模型；
图6是本发明中基于重离子治疗装置的剂量评估系统测量等中心点平面上投影患者位置图像的方法；
图7是是本发明中基于重离子治疗装置的剂量评估系统的工作流程图；
图中各标记如下：1、加速器虚拟源点位置；2、剂量及位置监测装置；3、数字化X射线成像设备；4、治疗床；5、等中心点；6、巡检分条电离室；201、第一固定式分条电离室；202、第一剂量电离室；203、第二剂量电离室；204、第三剂量电离室；205、第二固定式分条电离室；301A、第一平板探测器；301B、第一球管；302A、第二平板探测器；302B、第二球管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例一
如图1所示，本发明提供的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其包括：待检测重离子治疗装置、一套剂量及位置监测装置2、两套数字化X射线成像设备3、治疗床4、巡检分条电离室6和上位机。其中，待检测重离子治疗装置的治疗头设置在治疗床4上方，用于固定终端探测器设备，其内设置加速器虚拟源点位置1，加速器虚拟源点位置1发射的束流照射到治疗床4上的等中心点5；剂量及位置监测装置2包括固定式分条电离室201、固定式分条电离室205以及三个剂量电离室202～204，分别固定安装在待检测重离子治疗装置的治疗头支架上，各电离室用于对等中心点5处的束流位置信息进行测量，并发送到上位机；两数字化X射线成像设备3正交设置在治疗床4上，且两数字化X射线成像设备3的交点位于等中心点5，用于对等中心点5处患者的位置变化信息进行测量，并发送到上位机；巡检分条电离室6放置在治疗床表面，用于对等中心点5处的束流位置剖面信息进行测量，并发送到上位机；上位机用于根据接收到的各种测量信息，实现对等中心点5处的束流位置信息以及照射剂量等信息的实时评估。其中，等中心点5为一个虚拟点，一般认为是机架、照射头和治疗床的三个旋转轴相交的点，属于本领域技术人员公知技术，本发明在此不再赘述。
作为一个优选的实施例，剂量及位置监测装置2中，各电离室按固定式分条电离室201、剂量电离室202、剂量电离室203、剂量电离室204和固定式分条电离室205的顺序依次固定安装在治疗头的支架上，各个电离室之间的距离可以根据不同的需求进行调整，在固定安装之后需要进行准直标定。其中，进行准直标定的方法为本领域技术人员公知技术，本发明在此不再赘述。
作为一个优选的实施例，固定式分条电离室201和固定式分条电离室205结构相同，均包括第一电极部分、第一室体、前端电子学和第一数据采集设备，可以测量束流的剂量和位置信息。其中，第一电极部分设置在第一室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；前端电子学用于对分条电极信号的前端读出，将分条电极上输出的电荷信号转换为差分电压信号输出；第一数据采集设备用于对前端电子学输出的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到上位机。
作为一个优选的实施例，第一电极部分包括第一高压极、分条电极和第一绝缘垫板。其中，第一高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；分条电极为有效面积为250×250mm2、厚度为0.075mm的TU-752板材上印制200条宽度为0.85-1.05mm、厚度为18um的铜箔信号条组成，其中铜箔信号条的间距为0.2-0.4mm；第一绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
作为一个优选的实施例，三个剂量电离室202～204结构相同，均包括第二电极部分、第二室体和第二数据采集设备，可以测量束流的剂量信息。其中，第二电极部分设置在第二室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；第二数据采集设备用于对第二电极部分采集的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到上位机。
作为一个优选的实施例，第二电极部分包括第二高压极、第二信号极和第二绝缘垫板。其中，第二高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；第二信号极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；第二绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
作为一个优选的实施例，两套数字化X射线成像设备3结构相同，分别包括球管301A(302A)和平板探测器301B(302B)。其中，球管301A和球管302A分别安装在治疗床4斜下方的地板上，平板探测器301B和平板探测器302B分别安装在正对球管301A出射口和球管302A出射口的治疗床4斜上方，且两套数字化X射线成像设备3出射的X射线的交叉点位于等中心点5处。将两套数字化X射线成像设备3的路径交差中心位置设置成在等中心点位置上，可以得到在等中心点5位置平面上的位置投影。
作为一个优选的实施例，治疗头可以是水平治疗头、垂直治疗头或45°治疗头，用于根据治疗计划需求分别提供不同能量点的点扫描方式或均匀扫描方式的束流进行治疗。
实施例二
基于实施例一提供的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，本实施例提供一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估方法，主要包括采用剂量及位置监测装置2中的固定式分条电离室201和放置在等中心点5位置的巡检分条电离室6测量出加速器虚拟源点1位置和束流的散射角度。具体的，包括以下步骤：
S1:将巡检分条电离室6放置在治疗床4上，调节治疗床4的位置，使得巡检分条电离室6的刻度中心与等中心点5位置点重合；
S2:启动设备，使固定式分条电离室201和巡检分条电离室6进行同步采集工作；
S3:将调节好束斑大小的束流(束流的偏转角度为0)放到治疗终端(也即等中心点5位置处所在等中心平面)，用Beam信号触发固定式分条电离室201和巡检分条电离室6进行束流信号的采集和保存；
S4:根据固定式分条电离室201和巡检分条电离室6采集到的数据，计算得到加速器虚拟源点位置1距离等中心点的距离以及束流散射角度。
如图2所示，a为加速器虚拟源点1；b为固定式分条电离室201处束斑中心位置点；d为巡检分条电离室6处束斑中心位置点也即等中心点5；e为固定式分条电离室201束斑中心位置；g为巡检分条电离室6处束斑中心位置点；lbe为固定式分条电离室201处束斑中心位置到束流中心线ad的距离；ldg为巡检分条电离室6处束斑中心位置到束流中心线ad的距离；θ1为束流的散射角；lbd为固定式分条电离室201刻度中心位置到等中心点5位置的距离。
①计算束流的散射角度θ1：
根据图2可知，由于△adg与△eig为相似直角三角形，因此有∠θ1＝∠θ2,lei＝lbd。通过计算θ2，可以得到束流的偏转角度θ1。有：
Figure BDA0002779746030000071
从而束流的偏转角度θ1为：
Figure BDA0002779746030000072
②计算加速器虚拟源点位置1到等中心点5位置的距离为L:
设加速器虚拟源点位置1到固定式分条电离室201刻度中心位置的距离为L1，则有：
L1＝lab (3)
由图2可知：
Figure BDA0002779746030000081
由式(3)和式(4)可得：
Figure BDA0002779746030000082
从而加速器虚拟源点位置1到等中心点5位置的长度L为：
Figure BDA0002779746030000083
实施例三
如图2所示，基于实施例一提供的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，本实施例提供一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估方法，通过剂量及位置监测装置2中的固定式分条电离室205和放置在等中心点5位置的巡检分条电离室6可以测量出加速器虚拟源点位置1到等中心点位置的距离和束流的散射角度的方法。其具体包括以下步骤：
S1:将巡检分条电离室6放置在治疗床4上，调节治疗床4的位置，使得巡检分条电离室6的刻度中心与等中心点5位置点重合；
S2:启动设备，使固定式分条电离室205和巡检分条电离室6进行同步采集工作；
S3:将调节好束斑大小的束流(束流的偏转角度为0)放到治疗终端，用Beam信号触发固定式分条电离室205和巡检分条电离室6进行束流信号的采集和保存；
S4:根据固定式分条电离室205和巡检分条电离室5采集到的数据，计算得到加速器虚拟源点位置1距离等中心点的距离以及束流散射角度。
如图2所示，a为加速器虚拟源点1；c为固定式分条电离室205处束斑中心位置点；d为巡检分条电离室6处束斑中心位置点也即等中心点5；e为固定式分条电离室201束斑中心位置；g为巡检分条电离室6处束斑中心位置点；f为固定式分条电离室205处束斑中心位置点；lcf为固定式分条电离室205处束斑中心位置到束流中心线ad的距离，ldg为巡检分条电离室6处束斑中心位置到束流中心线ad的距离；θ1为束流的偏转角；lcd为固定式分条电离室205刻度中心位置到等中心点5位置的距离。
①计算束流的偏转角度θ1：
由于△adg与△fgh为相似直角三角形，因此∠θ1＝∠θ3,lfh＝lcd。通过计算θ3，便可以得到束流的偏转角度θ1。根据图2可知，有：
Figure BDA0002779746030000091
从而束流的偏转角度θ1为：
Figure BDA0002779746030000092
②计算加速器虚拟源点位置1相对于等中心点5位置的距离为L:
设束流的靶点位置到固定式分条电离室205刻度中心位置的距离为L2,则有：
L2＝lac (9)
由图2可知：
Figure BDA0002779746030000093
由式(9)和式(10)可得：
Figure BDA0002779746030000094
从而得到加速器虚拟源点位置1到等中心点5位置的长度L为：
Figure BDA0002779746030000095
实施例二和实施例三计算得到的束流散射角度和靶点位置结果可以进行相互验证对比。
实施例四
如图3所示，本实施例中，通过剂量及位置监测装置2中的两个固定式分条电离室201、205可以测量出束流在以等中心点位置为原点的平面(以下简称“等中心面”)上的位置坐标信息。具体的，包括以下步骤：
S1:启动设备，使固定式分条电离室201和固定式分条电离室205进行同步采集工作；
S2:将调整好束斑大小的束流以一个固定偏转角度θ放到治疗终端，用Beam信号触发固定式分条电离室201和固定式分条电离室205进行束流信号的采集和保存；
S3:如图3所示，根据固定式分条电离室201和固定式分条电离室205采集的数据，计算出加速器虚拟源点位置1发射的束流在等中心面上的位置坐标信息，包括束斑中心位置g、f和半高宽。
如图4所示，两固定式分条电离室测量到的束流实际上是在X方向和Y方向上的二维投影，而且束流分布的二维投影是一个正态分布。通过计算分析可以得到束流正态分布在X方向和Y方向上的中心位置g和f、半高宽度FWHM和面积Sx和Sy。
如图5所示，建立一个几何模型，通过三角形关系计算，可以计算出束流在等中心点位置的坐标系平面中的坐标以及半高宽度，从而得到束流在等中心平面上的束斑位置和大小。具体计算步骤如下：
由图5可知，lij为固定式分条电离室201和固定式分条电离室205的刻度中心之间的距离；lio为固定式分条电离室205的刻度中心到等中心点位置的距离；lgj和lfi分别为从固定式分条电离室201和固定式分条电离室205监测结果计算得到各自束流的中心位置到中心Z轴的距离。
在Rt△aoe中，有以下关系:
Figure BDA0002779746030000101
从而得到：
等中心点位置处束流的位置为：
Figure BDA0002779746030000102
同理，也可以推算出等中心点位置处束流的半高宽度FWHM。
实施例五
如图3所示，本实施例通过剂量及位置监测装置2中的三个剂量电离室202～204可以测量束流剂量，两个固定式分条电离室201、205可以测量出束流在以等中心点位置为原点的平面上的位置坐标信息，也可以计算出测量到的束斑范围内束流剂量。具体的，包括以下步骤：
S1:启动设备，使固定式分条电离室201、剂量电离室202、剂量电离室203、剂量电离室204和固定式分条电离室205进行同步采集工作；
S2:将调整好束斑大小的束流以一个固定偏转角度θ放到治疗终端，用Beam信号触发两个固定式分条电离室和三个剂量电离室进行束流信号的采集和保存；
S3:如图3所示，按实施例四中描述内容，可以得到束流分别在固定式分条电离室201、固定式分条电离室205和等中心点位置平面上的束斑中心位置和半高宽的信息，同时也可以测量得到束流在剂量电离室202～204处的束流剂量大小，分别表示为I202、I203和I204。其中，I202、I203和I204之间存在固定的比例关系，通过剂量标定后可用于对束流剂量的实时监测。
另一方面，通过蒙特卡洛建立模型可以计算出，束流在经过三个剂量电离室和两个固定式分条电离室以及空气后到达等中心平面时的束流剂量损失大小。我们也可以得到每个能量值下经过每个固定点路径后的束流剂量损失值。
S4:如图4所示，固定式分条电离室201和固定式分条电离室205测量到的束流实际上是在X方向和Y方向上的二维投影，而且束流分布的二维投影是一个正态分布。通过计算分析得到束流正态分布在X方向和Y方向上的中心位置g和f、半高宽度FWHM和面积Sx和Sy。其中，面积Sx、Sy与束流剂量存在固定的比例关系。每个电极条上的幅值V可以通过剂量标定，表示束流在该电极条上的剂量值。因而，束流的二维投影上的正态分布也是一个剂量分布。等中心点位置处的束流剂量可以经过监测到的已知剂量减去固定的损失剂量值计算得到。
由实施例四和实施例五描述可知，我们可以通过用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统中的剂量及位置监测装置，推导出束流在等中心点位置平面上的束斑位置和该束斑范围内的剂量值。
实施例六
如图1和图6所示，本实施例通过2套数字化X射线成像设备被设置成在正交方向上各自的X射线路径交差，路径交差中心位置设置成在等中心点上,可以得到患者肿瘤处附近器官在等中心点位置平面上的位置投影。具体的，包括以下步骤：
S1:启动设备，使数字化X射线成像设备301和302进行同步采集工作；
S2:在两套数字化X射线成像设备301和302同步采集患者位置图像时设置一个固定时间间隔T。将采集患者实时位置图像传入数据库，然后将这两个正交方向的图像投影到等中心点位置平面上进行校对并进行数据保存，由此来判断患者在时间间隔T内的位置变化△L。
S3:对于患者在时间间隔T内的位置变化△L，如果△L超过治疗计划TPS预设允许的位置偏差，则实时剂量评估系统将发出报警信号；如果△L在治疗计划TPS预设允许的位置偏差范围内，则实时剂量评估系统将不发生动作。
实施例七
如图1和图7所示，一种用于重离子治疗装置的治疗剂量评估方法，其具体步骤如下：
S1：进行放射性治疗前进行治疗计划准备，治疗计划准备完成后进行放束，本步骤中涉及到的正常治疗计划的流程非本发明的关键内容，因而不在此处进行详述；
S2：在治疗过程中，对剂量及位置监测装置和数字化X射线成像设备进行同步采集数据或图像，将采集到的数据上传到数据库并对数据进行计算分析；
S3：将计算出等中心点平面上束斑位置和剂量分布信息与投影出患者位置图像进行重建，并将结果与TPS预设位置和剂量分布信息进行差值对比。如果差值在允许范围内则治疗流程继续，如果差值超过允许范围内则治疗结束；
S4：治疗结束后，系统输出剂量评估报表，可以用于治疗师决定下一步的治疗计划。
本发明所列举的用于重离子治疗装置的治疗剂量评估方法适应在水平治疗头，垂直治疗头和45°治疗头上的点扫描方式或均匀扫描方式的治疗计划应用。
本发明未详细公开的技术内容均采用本领域的公开技术。
提供以上实施例仅为了描述本发明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围是由所附的权利要求书限定的，凡是利用本发明的说明书和附图内容所作的等效结构或等效流程变化，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其特征在于，包括：
待检测重离子治疗装置、一套剂量及位置监测装置、治疗床、巡检分条电离室和上位机；
所述待检测重离子治疗装置的治疗头设置在所述治疗床上方，用于固定终端探测器设备，其内设置加速器虚拟源点位置，所述加速器虚拟源点位置发射的束流照射到所述治疗床上的等中心点位置；
所述剂量及位置监测装置包括两固定式分条电离室以及三个剂量电离室，分别固定安装在待检测重离子治疗装置的治疗头支架上，两所述固定式分条电离室和三个所述剂量电离室用于对等中心点处的束流位置和剂量信息进行测量，并发送到所述上位机；
所述巡检分条电离室放置在治疗床表面，用于对等中心点处的束流位置剖面信息进行测量，并发送到所述上位机；
所述上位机用于根据接收到的各种测量信息，实现对等中心点处的束流位置信息以及照射剂量信息的实时评估；
该系统还包括两数字化X射线成像设备，两所述数字化X射线成像设备正交设置在所述治疗床上，且两所述数字化X射线成像设备出射的射线交点位于等中心点，用于对等中心点处患者肿瘤的位置变化信息进行测量，并发送到所述上位机；所述上位机用于对接收到的位置变化信息与预设阈值信息进行比较，当超出预设阈值时进行报警。
2.如权利要求1所述的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其特征在于，两个所述固定式分条电离室以及三个所述剂量电离室并排设置在所述治疗头的支架上，且两所述固定式分条电离室分别设置于三个所述剂量电离室的上下两侧。
3.如权利要求1所述的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其特征在于，两所述固定式分条电离室结构相同，均包括第一电极部分、第一室体、前端电子学和第一数据采集设备，所述第一电极部分设置在第一室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；所述前端电子学用于对分条电极信号的前端读出，将分条电极上输出的电荷信号转换为差分电压信号输出；第一数据采集设备用于对所述前端电子学输出的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到上位机；
所述第一电极部分包括第一高压极、分条电极和第一绝缘垫板；
所述第一高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；
所述分条电极为有效面积为250×250mm2、厚度为0.075mm的TU-752板材上印制200条宽度为0.85-1.05mm、厚度为18um的铜箔信号条组成，其中铜箔信号条的间距为0.2-0.4mm；
所述第一绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
4.如权利要求1所述的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其特征在于，三个所述剂量电离室结构相同，均包括第二电极部分、第二室体和第二数据采集设备；所述第二电极部分设置在所述第二室体内，用于对束流剂量和位置信息进行测量；所述第二数据采集设备用于对所述第二电极部分采集的束流剂量和位置信息进行采集处理后发送到所述上位机；
所述第二电极部分包括第二高压极、第二信号极和第二绝缘垫板；
所述第二高压极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；
所述第二信号极为有效面积为252×252mm2、厚度为2μm的双面镀铝聚酰亚胺膜和带有导电极的TU-752板材框架组成的镀铝膜框；
所述第二绝缘垫板为有效面积为252×252mm2、厚度为2mm、电阻阻值大于1016Ω的TU-752板材框架。
5.如权利要求1所述的一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统，其特征在于，两套所述数字化X射线成像设备结构相同，均包括球管和平板探测器；两所述球管分别安装在所述治疗床斜下方的地板上，两所述平板探测器分别安装在正对两所述球管出射口的治疗床斜上方，且两所述数字化X射线成像设备出射的X射线的交叉点位于等中心点处。
CN202011277951.5A 2020-11-16 2020-11-16 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法 Active CN112379401B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011277951.5A CN112379401B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011277951.5A CN112379401B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112379401A CN112379401A (zh) 2021-02-19
CN112379401B true CN112379401B (zh) 2022-09-16

Family

ID=74584688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011277951.5A Active CN112379401B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112379401B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113406686A (zh) * 2021-06-16 2021-09-17 中国科学院近代物理研究所 一种离子束三维剂量分布探测装置及方法
JP2023071440A (ja) * 2021-11-11 2023-05-23 株式会社日立製作所 粒子線治療システム、照射制御装置及び照射制御方法
CN115040792B (zh) * 2022-03-25 2023-03-07 中国原子能科学研究院 一种质子治疗电离室信号发生装置
CN114796890B (zh) * 2022-03-25 2023-03-14 中国原子能科学研究院 一种质子治疗电离室信号发生方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105288871A (zh) * 2015-11-06 2016-02-03 上海艾普强粒子设备有限公司 一种粒子照射装置和粒子治疗系统
CN110353796A (zh) * 2018-04-28 2019-10-22 北京铭杰医疗科技有限公司 肿瘤治疗设备及其使用方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123056A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd イオン注入装置とそのイオン注入制御方法
CN201058045Y (zh) * 2006-12-12 2008-05-14 中国科学院近代物理研究所 重离子束对肿瘤靶区的三维适形照射装置
CN101285887B (zh) * 2008-05-24 2011-04-13 中国科学院近代物理研究所 重离子束治癌当中剂量监测探测器标定和校准的方法
JP5687265B2 (ja) * 2009-03-20 2015-03-18 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー ハドロンビームの線量測定モニタリング用のデバイス及びハドロンビームをモニタリングするための方法
JP5002612B2 (ja) * 2009-03-31 2012-08-15 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム照射装置
CN101900826B (zh) * 2010-06-13 2012-10-03 中国科学院近代物理研究所 重离子束流横向剂量分布测量探测器及其二维成像方法
JP5673811B2 (ja) * 2011-05-13 2015-02-18 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
CN103353605A (zh) * 2013-07-02 2013-10-16 中国科学院近代物理研究所 三维点扫描束流配送中在线束流监测探测器的交叉标定方法
US9739892B2 (en) * 2014-04-09 2017-08-22 Phenix Medical Llc Fast, high-rate, position-sensitive absolute dosimeter for ion beam therapy
CN104700698B (zh) * 2015-03-20 2017-03-22 四川林大全科技有限公司 一种基于辐射检测的仿真人体模型的制作方法
CN104857639B (zh) * 2015-04-23 2018-03-23 中国科学院近代物理研究所 三维剂量验证装置及其方法
CN104888364B (zh) * 2015-04-23 2018-07-06 中国科学院近代物理研究所 基于水等效系数的离子束放射治疗剂量验证方法
CN110270014B (zh) * 2019-05-07 2022-01-04 彭浩 质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105288871A (zh) * 2015-11-06 2016-02-03 上海艾普强粒子设备有限公司 一种粒子照射装置和粒子治疗系统
CN110353796A (zh) * 2018-04-28 2019-10-22 北京铭杰医疗科技有限公司 肿瘤治疗设备及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112379401A (zh) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112379401B (zh) 一种用于重离子治疗装置的实时剂量评估系统及方法
US11691031B2 (en) Systems, methods, and devices for radiation beam asymmetry measurements using electronic portal imaging devices
US6904125B2 (en) Phantom for evaluating nondosimetric functions in a multi-leaf collimated radiation treatment planning system
US8044359B2 (en) Three dimensional dosimetry using solid array geometry
US8552731B2 (en) Dose profile measurement system for clinical proton fields
JP2009518079A (ja) 放射線治療装置において標的容積を位置決めするための装置および方法
US8218725B2 (en) Method and device for online IMRT verification
Mao et al. Development of a QA phantom and automated analysis tool for geometric quality assurance of on‐board MV and kV x‐ray imaging systems
EP2186542A1 (en) Method and device for determining a radiation isocenter in a particle therapy room
Mittauer et al. Characterization of positional accuracy of a double‐focused and double‐stack multileaf collimator on an MR‐guided radiotherapy (MRgRT) Linac using an IC‐profiler array
JP2015520362A (ja) ハドロンビーム検証用の装置及び方法
Hamilton et al. Comparison between electromagnetic transponders and radiographic imaging for prostate localization: A pelvic phantom study with rotations and translations
CN213491591U (zh) 一种用于x射线图像引导系统中的校准模体
Yang et al. Using the volumetric effect of a finite‐sized detector for routine quality assurance of multileaf collimator leaf positioning
Létourneau et al. Quality control methods for linear accelerator radiation and mechanical axes alignment
Liu et al. The linear accelerator mechanical and radiation isocentre assessment with an electronic portal imaging device (EPID)
US10702717B2 (en) One dimensional transmission detector for radiotherapy
Mastella et al. Validation of a pretreatment delivery quality assurance method for the CyberKnife Synchrony system
CN216366351U (zh) 探测装置及放疗验证系统
CN113143302A (zh) 一种狭缝成像焦点测量卡及测量方法
WO2023219370A1 (ko) 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법 및 시스템
RU2797781C1 (ru) Адаптивный алгоритм валидации дозиметрической модели тонкого сканирующего протонного пучка в области протонной терапии онкологических заболеваний
CN117959626A (zh) 一种用于立体定向放射治疗的三维剂量验证模体
US20240115228A1 (en) Detection device for determining a position of a phantom
Takagi et al. Clinical usefulness of a newly developed body surface navigation and monitoring system in radiotherapy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant