CN114887238A - 一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测方法与装置，包括：一个用于获取切伦科夫光信号的CCD相机；相机被固定在治疗室的天花板上对准病人；一台用于实时处理切伦科夫光信号的高性能计算机。得到的实时切伦科夫光图像可以实时展示在显示屏上，将剂量分布及时反馈给放射治疗师。本发明具有响应精度高、实时成像的特点。
Description
技术领域
本发明涉及放射治疗与辐射成像领域，具体涉及一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测方法与装置。
背景技术
肿瘤放射治疗是利用放射线治疗恶性肿瘤的一种方法。许多肿瘤患者通过放疗得到治愈，获得长期生存，但放疗同样存在着不足之处，包括受限于放疗设备的机械特性、治疗计划的执行过程、束流参数变化，必然会对肿瘤周围的危及器官产生剂量沉积，增加了正常组织的放射性损伤概率。因此，新型的实时剂量检测系统亟需进一步开发。
切伦科夫辐射是介质中运动的物体速度超过光在该介质中速度时发出的一种以短波长为主的电磁辐射，其特征是蓝色辉光。直线加速器的X射线进入人体组织时就会出现切伦科夫辐射现象，Robertson 等首次将切伦科夫辐射应用于生物医学成像领域并提出切伦科夫光发光成像这一概念。切伦科夫光发光成像是一种新兴的成像技术,在生物医学领域有着广阔的应用前景，尤其是可以用来监测放疗过程中在组织中沉积的剂量。
由于直线加速器产生的高能X射线束会对人体正常组织造成一定的辐射损伤，并且在治疗过程中由于人为或非人为因素，必然会对肿瘤周围的正常组织造成不可忽略的辐射损伤，所以有必要病人进行放射治疗时进行实时在线剂量监测，以确保放射剂量正确投递到肿瘤靶区。但是现有的使用电离室剂量仪的剂量监测方法，存在着操作复杂、价格昂贵、无法实时获取剂量信息的缺点。另一方面，现有的图像引导放疗系统虽然可以实时监测患者的位置，但又无法获取沉积剂量信息。因此研发一种可以实时剂量监测的系统是亟待解决的一项关键技术问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测方法与装置，具有响应精度高、实时成像的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，包括：一个用于获取切伦科夫光信号的CCD相机；相机被固定在治疗室的天花板上对准病人；一台用于实时处理切伦科夫光信号的高性能计算机。
所述的CCD相机配备了一个50mm f/1.2的镜头，镜头有一个倾斜的焦平面，这个焦平面与病人表面匹配。
所述的CCD相机安装了光学滤镜来拒绝治疗中的特定光源，包括红色对准激光器和在直线加速器机头上的红外收发器。
所述的CCD相机图像增强器使用内部辐射触发单元(RTU)与直线加速器相连，只有在直线加速器输出脉冲的时间内，才会捕捉切伦科夫光信号，以便在室内照明的情况下，以合理的信噪比捕捉切伦科夫光信号。
所述的CCD相机使用一个混合铜纤维USB电缆连接高性能计算机，保证了高数据吞吐量。
一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测方法，包括以下步骤：
CCD相机被固定在治疗室的天花板上对准病人以获取切伦科夫光信号。
图像是以20的帧率在治疗过程中获得的，数据以16位RAW格式保存在计算机的滚动存储缓冲区中，再传输到中央处理器保存下来。
数据只有在治疗过程中才被保存，并且实时图像可以在监视器上显示给放射治疗师。
所述的数据传输是通过在整个放射治疗区建立的专用局域网，以避免通过医院网络传输大量数据。
每台计算机使用自动脚本将数据每夜复制到每个站点的中央网络附加存储(NAS)服务器，每台直线加速器的可用容量超过200TB。
这个过程允许临床医生在以病人为中心的工作流程中访问和审查数据，而不需要任何来自治疗团队的手工输入。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明的CCD相机使用内部辐射触发单元将图像增强器远程门控至直线加速器脉冲，可以在治疗室照明情况下捕捉到高信噪比的切伦科夫光信号；
(2)本发明提出的应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测方法具有实时性强和远程测量等优点，可以同时实现射野位置跟踪和实时检测剂量分布变化，有望解决现有技术的各种局限；
附图说明
图1为本发明提出的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测装置示意图。
图2为本发明提出的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线监测流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明。
如图1,2,所示，一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，包括：一个用于获取切伦科夫光信号的CCD相机；相机被固定在治疗室的天花板上对准病人；一台用于实时处理切伦科夫光信号的高性能计算机。
所述的CCD相机配备了一个50mm f/1.2的镜头，镜头有一个倾斜的焦平面，这个焦平面与病人表面匹配。
所述的CCD相机安装了光学滤镜来拒绝治疗中的特定光源，包括红色对准激光器和在直线加速器机头上的红外收发器。
所述的CCD相机图像增强器使用内部辐射触发单元(RTU)与直线加速器相连，只有在直线加速器输出脉冲的时间内，才会捕捉切伦科夫光信号，以便在室内照明的情况下，以合理的信噪比捕捉切伦科夫光信号。
所述的CCD相机使用一个混合铜纤维USB电缆连接高性能计算机，保证了高数据吞吐量。
一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测方法，包括以下步骤：
CCD相机被固定在治疗室的天花板上对准病人以获取切伦科夫光信号。
图像是以20的帧率在治疗过程中获得的，数据以16位RAW格式保存在计算机的滚动存储缓冲区中，再传输到中央处理器保存下来。
数据只有在治疗过程中才被保存，并且实时图像可以在监视器上显示给放射治疗师。
所述的数据传输是通过在整个放射治疗区建立的专用局域网，以避免通过医院网络传输大量数据。
在本实施例中切伦科夫辐射成像是通过安装在治疗室屋顶的 CCD相机完成的。这个相机与直线加速器输出脉冲同步，只在直线加速器的3.5微秒脉冲期间捕捉切伦科夫光信号。该增强器具有纳秒级时间分辨率的短栅极，允许仅在脉冲开启时捕获信号。单个脉冲被 CCD相机拍摄大约20-40张照片，然后读出为一张图像。直线加速器的脉冲频率为360赫兹，来自相机的帧速率为每秒6-20帧。在这个采集过程中，水和组织的切伦科夫强度都很强，平均横向辐照度约为几毫瓦/厘米。
当带电粒子在人体组织中传播时，就会发出切伦科夫光信号，从而被CCD相机捕获，实时获取人体表面的剂量分布情况。这种剂量分布情况一方面可以实时展示在显示屏上反馈给放射治疗师来调整放疗计划，另一方面可以通过专用局域网传输到中央处理器中存储起来，以便日后审查。
Claims (8)
1.一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，包括一个用于获取切伦科夫光信号的CCD相机；相机被固定在治疗室的天花板上对准病人；一台用于实时处理切伦科夫光信号的高性能计算机。
2.根据权利要求1所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，所述的CCD相机配备了一个50mm f/1.2的镜头，镜头有一个倾斜的焦平面，这个焦平面与病人表面匹配。
3.根据权利要求1所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，所述的CCD相机安装了光学滤镜来拒绝治疗中的特定光源，包括红色对准激光器和在直线加速器机头上的红外收发器。
4.根据权利要求1所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，所述的CCD相机图像增强器使用内部辐射触发单元(RTU)与直线加速器相连，只有在直线加速器输出脉冲的时间内，才会捕捉切伦科夫光信号，以便在室内照明的情况下，以合理的信噪比捕捉切伦科夫光信号。
5.根据权利要求1所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，所述的CCD相机使用一个混合铜纤维USB电缆连接高性能计算机，保证了高数据吞吐量。
6.根据权利要求1所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测装置，其特征在于，所述的高性能计算机包括信号传输系统、处理器、非瞬时性计算机存储介质和数据存储系统。
7.一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
图像是以20的帧率在治疗过程中获得的，数据以16位RAW格式保存在计算机的滚动存储缓冲区中，再传输到中央处理器保存下来,
数据只有在治疗过程中才被保存，并且实时图像可以在监视器上显示给放射治疗师。
8.根据权利要求7所述的一种应用切伦科夫光的外照射放射治疗在线检测方法，其特征在于，所述的数据传输是通过在整个放射治疗区建立的专用局域网。
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