CN115137996A - 一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法，三维剂量实时探测系统包括控制模块、治疗床、集成电离室装置以及闪烁体阵列装置，集成电离室装置包括用于束流强度测量的第一平板电离室和用于束流位置及剖面测量的第二平板电离室，闪烁体阵列装置包括若干个用于次级射线以及离子计数分布测量的闪烁体单元，且集成电离室装置和闪烁体阵列装置同步测量并传输束流信息至控制模块。探测方法包括根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息进行三维剂量分布重建，以进行动态的剂量分布评价。本发明实现了碳离子治疗过程中照射深度的实时反馈功能，在一定程度上能够消除碳离子治疗的深度不确定性，进一步提高碳离子的治疗精度。

Description

一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法

技术领域

本发明涉及质子、碳离子治疗肿瘤技术领域，具体涉及一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法。

背景技术

放射治疗是当前癌症治疗的三大主要手段之一。由于布拉格尖峰(Bragg峰)的存在，质子、碳离子肿瘤治疗相比于传统的放射治疗方法更加精准，能够通过束流配送系统将主要剂量精确配送到肿瘤靶区。特别是在射程末端会产生一个高线性能量传递射线(HighLinearenergy transfer，高LET)的过程，可以保证在杀死癌细胞的同时对正常细胞造成很小的伤害。

在使用碳离子治疗肿瘤的过程中会发生一系列复杂的核反应，会在束流打靶的路上产生由光子、中子、电子、质子等多种射线和粒子构成的辐射场。辐射场强度分布与束流在靶区达到的深度存在一定的关联。对于放射性肿瘤治疗领域来说，目前存在一个世界性的难题——在治疗过程中无法实时测量离子或射线的照射深度，无法评估实际照射的准确性。虽然碳离子放射治疗技术是作为目前最先进的放射治疗手段之一，但是由于人体的呼吸、患者的摆位精度、个体的密度差异等因素引起的深度不确定性，是制约质子、碳离子治疗精度的主要因素。同时，束流参数的微弱变化同样会影响的治疗的精确性。因此实际照射剂量分布是用来评价单次治疗效果、修正后续治疗计划的直接依据，也是用于避免敏感器官受损、确保患者治疗疗效的直接手段。即在治疗过程中的束流监测是提高粒子治疗精度的关键措施，对分野照射来说更是如此。

目前实现治疗过程中三维剂量测量的探测系统有基于离子治疗过程中产生正电子衰变的束正电子发射断层成像(In-beam PET)、瞬发γ成像和次级带电粒子成像等几种方式。

In-beam PET通过测量离子治疗过程中产生的具有正电子衰变的核素，通过图像重建出相关核素的三维分布，最后利用产生这些核素的机理，重建出真实的三维剂量分布。但是由于In-beam PET的图像重建需要在治疗结束后20～170s才能完成,因此无法用来做实时的Bragg峰深度反馈。而且离子治疗过程中的物理过程十分复杂，产生的射线、离子种类较多，使得In-beam PET在无束流状态下的偶然符合率到达40％，而有束流状态下的数据很难用于重建。

为了实现碳离子治疗过程中的在束监测，实现快速反馈和治疗过程的直接评估，德国海德堡肿瘤研究中心的研究人员在海德堡粒子束治疗中心开展了基于混合束流(12C/4He)的治疗过程在束监测的初步研究。该监测系统的原理是：基于氦核和碳核在全剥离的状态下有相同的质量与电荷比(A/q)，可以被加速器一起产生并加速，两种粒子具有相同的单核子能量和束流参数。同时，具有相同单核子能量的氦束射程更远，在治疗过程中能够穿过患者到达后面的探测器系统被测量。但是，碳离子治疗过程中会产生弹核碎裂反应，产生比碳轻的粒子，会容易影响到后面的闪烁体测量束流参数。

目前中国科学院近代物理研究所自主研制的碳离子治疗装置的同步储存环采用了剥离注入的方式。没有完全剥离的氦和碳粒子经过剥离膜后会因为能量损失(ΔE)的差异，在后续的加速和传输中会加快损失，所以近代物理研究所的粒子治疗装置无法采用上述的束流监测方案。并且，使用两种粒子的加速器需要对现有装置的粒子源、直线和注入方式等进行升级，这会增加装置的复杂程度，大幅度增加成本，降低可靠性。

综上所述，要消除离子治疗过程中深度不确定性的影响，需要进一步提高离子治疗的精度、提高治疗效果，那么治疗过程中的照射深度实时监测和实际照射剂量在人体内的分布测量则是必不可少的条件。因此本发明在瞬发γ成像和In-beam PET的研究基础上，结合束流监测测量，提出了基于辐射场分布测量和深度学习算法的照射深度快速测量的系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法，以解决现有技术中离子治疗过程中深度探测存在不确定性的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，包括控制模块，所述三维剂量实时探测系统包括：

治疗床；

集成电离室装置，所述集成电离室装置于治疗床的一侧，沿加速器的等中心照射方向固定在等中心照射线的上游，其包括第一平板电离室和第二平板电离室，所述第一平板电离室和第二平板电离室集成设置在一密封腔体内，并供束流入射，且所述第一平板电离室为用于入射的质子或者碳离子束流强度测量的平行板电离室，所述第二平板电离室为用于束流位置及剖面测量的位置灵敏平板电离室；

闪烁体阵列装置，所述闪烁体阵列装置于所述治疗床的上方，通过移动式安装在与束流平行的位置，其包括若干个集成式固定的闪烁体单元，若干个闪烁体单元呈阵列分布，并用于束流与靶区相互作用产生的次级射线以及离子计数分布的测量；

所述集成电离室装置具有固接在所述密封腔体一侧，并用于束流信息上传的第一电子学模块，所述闪烁体阵列装置具有固接在若干所述闪烁体单元顶部，并用于束流信息上传的第二电子学模块，所述第一电子学模块和所述第二电子学模块通过同步传输束流信息的方式与所述控制模块通信连接。

进一步地，所述第一平板电离室包括用于束流强度测量的信号电极板和夹持在信号电极板两侧的第一高压电极板，所述第二平板电离室包括用于束流位置及剖面测量的条状电极板和夹持在条状电极板两侧的第二高压电极板，所述条状电极板上具有若干个平行设置的条形电极，所述第一平板电离室的电极板和所述第二平板电离室的电极板呈平行压合设置，其中，所述第二平板电离室包括若干个条状电极板，且相邻的两个条状电极板之间具有一个所述第二高压电极板，相邻条状电极板上条形电极的分布方向为垂直设置。

进一步地，所述第一电子学模块设置在一密封的第一屏蔽壳内，用于将第一平板电离室和第二平板电离室的电流信号转换成数字信号，且所述第一屏蔽壳固定在所述密封腔体的外侧壁上。

进一步地，所述密封腔体朝向等中心照射的一侧形成有开口，所述开口处设有密封窗进行气体密封，在所述密封腔体的外沿上固接有若干个环扣，并在所述治疗床的一侧设有支架，所述密封腔体通过环扣固定连接在所述支架上。

进一步地，所述集成电离室装置设置有两组，两组所述集成电离室装置沿加速器的等中心照射方向呈平行设置，且两组所述集成电离室装置的第一电子学模块通过同步传输束流信息的方式与所述控制模块通信连接，其中，所述第一电子学模块和所述第二电子学模块分别通过多个数字I/O接口与所述控制模块通信连接。

进一步地，所述闪烁体单元包括密封的外壳、和集成设置在外壳内的闪烁晶体、光导元件、光信号转换放大模块以及前端电子学模块，所述封装外壳包括上半部的探头壳体和下半部的封装壳体，所述闪烁晶体、光导元件、光信号转换放大模块以及前端电子学模块自下至上依次布置并连接，在所述外壳的上方设有同轴连接器，所述同轴连接器分别与前端电子学模块和第二电子学模块电性连接。

进一步地，所述第二电子学模块设置在一密封的第二屏蔽壳内，用于将若干个所述闪烁体单元的电平信号转换成数字信号，在所述治疗床的一侧安放有可移动转臂，所述可移动转臂的执行端与所述第二屏蔽壳的顶部相连接，并在所述第二屏蔽壳的底部固接有水平设置的基板，若干个所述闪烁体单元固接在所述基板的底面上，其中，所述探头壳体上开设有用于连接的螺纹孔。

进一步地，所述闪烁晶体为溴化铈晶体、溴化镧晶体、硅酸钇镥闪烁晶体或钆铝镓石榴石晶体。

基于上述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，本发明还提供一种探测方法，包括：

确定治疗床位置，校准集成电离室装置与加速器等中心照射位置，通过可移动转臂将闪烁体阵列装置移动至患者的侧面，且与束流平行的位置；

控制集成电离室装置的第一平板电离室和第二平板电离室同步测量等中心照射的束流信息，包括束流的强度、位置及剖面σ值，并根据测量的束流位置信息，经过计算得出束流角度，确定束流进入靶区的位置方向；

在电离室测量的同时，控制闪烁体阵列装置的闪烁体单元同步测量质子、碳离子治疗过程中与靶区相互作用产生的次级光子及其他射线、离子在靶区侧面的分布信息，经算法反演，转换成束流的深度信息，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，实时判断束流在每个照射位置的剂量准确性并连锁；

预先对不同参数束流靶区活化产物产生的辐射场分布进行测量，存入数据库，并建立束流三维剂量分布数据库，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，代入束流三维剂量分布数据库进行三维剂量分布重建，生成实际治疗的三维剂量分布模型；

根据重建的三维剂量分布模型，进行动态的剂量分布评价，并确定碳离子治疗的深度。

进一步地，束流的深度信息测量还包括：

在同步加速器的等中心照射引出间隙，记录束流离子活化分布参数，根据集成电离室装置测量并确定不同位置的束流强度信息建立指数衰减的活化模型，并根据指数衰减的活化模型修正闪烁体阵列装置测量的分布信息数据，消除靶区活化对深度测量的影响。

本发明由于采取以上技术方案，其具备以下有益效果：

通过设置集成电离室装置和闪烁体阵列装置，由集成电离室装置的两个电离室同步测量束流的强度、位置及剖面σ值，以便于能够根据测量的束流位置信息，经过计算得出束流角度，同时通过闪烁体阵列装置的若干个闪烁体单元同步测量次级射线和离子的分布信息，以便于经算法反演获取束流的深度信息，从而能够根据同步测量入射束流的强度、角度和剖面信息，结合深度信息实现三维剂量的直接重建，该方案实现了碳离子治疗过程中照射深度的实时反馈功能，并能够与呼吸监测同步工作，实现4D剂量分布的评价，进而在一定程度上能够消除碳离子治疗的深度不确定性，进一步提高碳离子的治疗精度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的集成电离室装置的外部结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的集成电离室装置的内部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的第一平板电离室和第二平板电离室的装配结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的闪烁体单元的内部结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种三维剂量实时探测系统的第一屏蔽壳的内部结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种探测方法的束流在匀质靶内的三维剂量分布示意图；

图8是本发明实施例提供的一种探测方法的靶区活化产物强度随时间变化建模图。

附图中各标记表示如下：

1、治疗床；2、第一平板电离室；21、信号电极板；22、第一高压电极板；3、第二平板电离室；31、条状电极板；32、第二高压电极板；4、闪烁体单元；41、闪烁晶体；42、光导元件；43、光信号转换放大模块；44、前端电子学模块；45、探头壳体；46、封装壳体；47、同轴连接器；48、密封窗；49、环扣；5、第一电子学模块；51、第一屏蔽壳；6、支架；7、第二电子学模块；71、第二屏蔽壳；8、可移动转臂；9、密封腔体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

由于传统离子治疗过程中深度探测存在不确定性。本发明提供基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法，通过设置集成电离室装置和闪烁体阵列装置，由集成电离室装置的两个电离室同步测量束流的强度、位置及剖面σ值，以便于经过计算得出束流角度，同时通过闪烁体阵列装置的若干个闪烁体单元同步测量次级射线和离子的分布信息，以便于经算法反演获取束流的深度信息，从而能够实现三维剂量的直接重建，进而在一定程度上能够消除碳离子治疗的深度不确定性，进一步提高碳离子的治疗精度。

下面通过实施例对本发明的方案进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，包括控制模块、治疗床1、集成电离室装置以及闪烁体阵列装置，具体设置如下：

治疗床1用于供患者摆位。结合图2-图4所示，集成电离室装置于治疗床1的一侧，沿加速器的等中心照射方向固定在等中心照射线的上游，其包括第一平板电离室2和第二平板电离室3。第一平板电离室2和第二平板电离室3集成设置在一密封腔体9内，并供束流入射，且第一平板电离室2为用于入射的质子或者碳离子束流强度测量的平行板电离室，第二平板电离室3为用于束流位置及剖面测量的位置灵敏平板电离室。

具体地，第一平板电离室2包括用于束流强度测量的信号电极板21和夹持在信号电极板21两侧的第一高压电极板22。第二平板电离室3包括用于束流位置及剖面测量的条状电极板31和夹持在条状电极板31两侧的第二高压电极板32。条状电极板31上具有若干个平行设置的条形电极，且第一平板电离室2的电极板和第二平板电离室3的电极板呈平行压合设置。优选地，第二平板电离室3包括若干个条状电极板31，且相邻的两个条状电极板31之间具有一个第二高压电极板32，且相邻条状电极板31上条形电极的分布方向为垂直设置。

如上所述，集成电离室装置具有固接在密封腔体9一侧，并用于束流信息上传的第一电子学模块5。第一电子学模块5设置在一密封的第一屏蔽壳51内，用于将第一平板电离室2和第二平板电离室3的电流信号转换成数字信号，且第一屏蔽壳51固定在密封腔体9的外侧壁上。利用第一屏蔽壳51的设置可减小信号传输距离，减小噪声。

进一步地，密封腔体9朝向等中心照射的一侧形成有开口，开口处设有密封窗48进行气体密封。在密封腔体9的外沿上固接有若干个环扣49，并在治疗床的一侧设有支架6，密封腔体9通过环扣固定连接在支架6上。优选地，集成电离室装置设置有两组，两组集成电离室装置沿加速器的等中心照射方向呈平行设置，且两组集成电离室装置的第一电子学模块5通过同步传输束流信息的方式与控制模块通信连接。

结合图5和图6所示，闪烁体阵列装置于治疗床1的上方，通过移动式安装在与束流平行的位置，其包括若干个集成式固定的闪烁体单元4，若干个闪烁体单元4呈阵列分布，并用于束流与靶区相互作用产生的次级射线以及离子计数分布的测量。具体地，闪烁体单元4包括密封的外壳、和集成设置在外壳内的闪烁晶体41、光导元件42、光信号转换放大模块43以及前端电子学模块44。封装外壳包括上半部的探头壳体45和下半部的封装壳体46。闪烁晶体41、光导元件42、光信号转换放大模块43以及前端电子学模块44自下至上依次布置并连接。其中，闪烁体阵列装置具有固接在若干闪烁体单元4顶部，并用于束流信息上传的第二电子学模块7。

其中，闪烁晶体41优选为直径20mm，厚度5mm的晶体，可以为溴化铈晶体、溴化镧晶体、硅酸钇镥闪烁晶体(LYSO)或钆铝镓石榴石晶体，由于闪烁晶体41易潮解，因此需要安装在特定的封装壳体46内。光信号转换放大模块43为基于硅光电倍增管(Siliconphotomultiplier，SiPM)的放大模块，该结构通过闪烁晶体探测质子、碳离子治疗过程中与靶区相互作用产生的次级光子及其他射线、离子，并通过前端电子学模块44对SiPM信号进行放大、成形和甄别，并输出标准的TTL信号。在外壳的上方设有LEMO系列的同轴连接器47，且同轴连接器47分别与前端电子学模块44和第二电子学模块7电性连接。使用同轴连接器47将信号输出到闪烁体阵列装置的第二电子学模块7，一致的使用50Ω特性阻抗，可确保脉冲形状不发生变化。

优选地，闪烁体阵列装置由四十个闪烁体单元4构成，以便于测量质子、碳离子治疗过程中与靶区相互作用产生的次级光子及其他射线、离子在靶区侧面的分布信息。

进一步地，第二电子学模块7设置在一密封的第二屏蔽壳71内，用于将若干个闪烁体单元4的电平信号转换成数字信号。利用第二屏蔽壳71的设置可减小信号传输距离，减小噪声。在治疗床1的一侧安放有高精度的可移动转臂8。可移动转臂8的执行端与第二屏蔽壳71的顶部相连接，并在第二屏蔽壳71的底部固接有水平设置的基板，若干个闪烁体单元4固接在基板的底面上。其中，闪烁体单元4的探头壳体45上开设有用于连接的螺纹孔。利用高精度的可移动转臂8设置，可根据患者在治疗床1上的姿态(患者可以为卧姿，也可以为坐姿)，将闪烁体阵列装置移动至任意位置，使闪烁体阵列装置的闪烁体单元4正对患者的正面，以便于精准的进行测量。

如上所述，第一电子学模块5和第二电子学模块7通过同步传输束流信息的方式与控制模块通信连接。具体地，第一电子学模块5和第二电子学模块7分别通过多个数字I/O接口与控制模块通信连接。即第一电子学模块5和第二电子学模块7同步工作，单次测量可在50μs内完成。闪烁体阵列装置在一段时间内测量的计数分布就代表着这段时间内辐射场的分布信息。根据事先测量好的不同能量束流与靶相互作用辐射场的分布信息进行反演就能计算出束流照射的深度。本发明10ms内深度测量精度好于1.5mm，1ms内深度测量精度好于2.5mm。

上述的三维剂量实时探测系统在质子、碳离子治疗过程中既用于束流强度、位置和深度的实时测量，在相关参数超出阈值时发出连锁信号；还能用于治疗后实际照射剂量分布的评价。其束流强度、位置、角度和深度的测量需要严格同步，同步精度需要控制在测量周期的5％以内。其中束流入射的角度测量不是该系统的必要参数，因此可以在系统中只是用一套集成电离室系统。在治疗计划确定时，无论采用点扫描还是光栅扫描方式，在每个不同的照射位置的预期照射深度都是确定的。通过同步探测并计算得到束流强度、位置、角度和深度，实时判断束流在每个照射位置的剂量准确性并连锁的方法是本发明的核心之一。在匀质靶区内，质子、碳离子束发射度、剖面和能量确定时，在靶内的剂量分布就可以确定。利用这一特性，根据建立剂量分布模型在照射后可以实现快速的三维剂量重建是本发明的另一个核心方法。不同于In-beam PET，伽马相机，本发明通过束流参数调用模型进行剂量重建，可以实现动态的剂量分布评价。在同步采集呼吸、心跳等参数时可以实现动态的剂量评价。

基于上述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，本发明还提供一种探测方法，包括：

确定治疗床1位置，校准集成电离室装置与加速器等中心照射位置，通过可移动转臂8将闪烁体阵列装置移动至患者的侧面，且与束流平行的位置；

控制集成电离室装置的第一平板电离室2和第二平板电离室3同步测量等中心照射的束流信息，包括束流的强度、位置及剖面σ值，并根据测量的束流位置信息，经过计算得出束流角度，确定束流进入靶区的位置方向；

在电离室测量的同时，控制闪烁体阵列装置的闪烁体单元4同步测量质子、碳离子治疗过程中与靶区相互作用产生的次级光子及其他射线、离子在靶区侧面的分布信息，经算法反演，转换成束流的深度信息，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，实时判断束流在每个照射位置的剂量准确性并连锁；

预先对不同参数束流靶区活化产物产生的辐射场分布进行测量，存入数据库，并建立束流三维剂量分布数据库，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，代入束流三维剂量分布数据库进行三维剂量分布重建，生成实际治疗的三维剂量分布模型；

根据重建的三维剂量分布模型，进行动态的剂量分布评价，并确定碳离子治疗的深度。

基于上述探测方法，使用本发明的三维剂量实时探测系统工作在点扫描的治疗模式下，可以对治疗计划确定的每个点的剂量值、位置、深度进行实时测量，在误差超过阈值时发出连锁信号。剂量和位置的反馈在50μs内完成，深度的反馈需要累积500μs的数据进行判断才能完成。在治疗完成后，利用事先测量好的束流三维剂量分布数据库进行三维剂量分布重建，就能得到实际治疗的三维剂量分布。图7所示为兰州碳离子治疗装置190MeV/u束流的三维分布数据，其中，箭头方向为束流方向。

使用本发明的三维剂量实时探测系统在光栅扫描模式下，可以对不同位置的治疗深度、均匀性进行监测及连锁。因为本发明的测量周期可在50μs内完成，所以与呼吸监测配合使用就能够实现动态的剂量分布重建，实现真正的4D测量。

进一步地，束流的深度信息测量还包括：在同步加速器的等中心照射引出间隙，记录束流离子活化分布参数，根据集成电离室装置测量并确定不同位置的束流强度信息建立指数衰减的活化模型，并根据指数衰减的活化模型修正闪烁体阵列装置测量的分布信息数据，消除靶区活化对深度测量的影响。靶区靶区活化产物强度随时间变化如图8所示。

本发明的基于离子治疗的三维剂量实时探测系统及其探测方法，通过设置集成电离室装置和闪烁体阵列装置，由集成电离室装置的两个电离室同步测量束流的强度、位置及剖面σ值，以便于能够根据测量的束流位置信息，经过计算得出束流角度，同时通过闪烁体阵列装置的若干个闪烁体单元4同步测量次级射线和离子的分布信息，以便于经算法反演获取束流的深度信息，从而能够根据同步测量入射束流的强度、角度和剖面信息，结合深度信息实现三维剂量的直接重建，该方案实现了碳离子治疗过程中照射深度的实时反馈功能，并能够与呼吸监测同步工作，实现4D剂量分布的评价，进而在一定程度上能够消除碳离子治疗的深度不确定性，进一步提高碳离子的治疗精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，包括控制模块，其特征在于，所述三维剂量实时探测系统包括：

治疗床；

集成电离室装置，所述集成电离室装置于治疗床的一侧，沿加速器的等中心照射方向固定在等中心照射线的上游，其包括第一平板电离室和第二平板电离室，所述第一平板电离室和第二平板电离室集成设置在一密封腔体内，并供束流入射，且所述第一平板电离室为用于入射的质子或者碳离子束流强度测量的平行板电离室，所述第二平板电离室为用于束流位置及剖面测量的位置灵敏平板电离室；

闪烁体阵列装置，所述闪烁体阵列装置于所述治疗床的上方，通过移动式安装在与束流平行的位置，其包括若干个集成式固定的闪烁体单元，若干个闪烁体单元呈阵列分布，并用于束流与靶区相互作用产生的次级射线以及离子计数分布的测量；

所述集成电离室装置具有固接在所述密封腔体一侧，并用于束流信息上传的第一电子学模块，所述闪烁体阵列装置具有固接在若干所述闪烁体单元顶部，并用于束流信息上传的第二电子学模块，所述第一电子学模块和所述第二电子学模块通过同步传输束流信息的方式与所述控制模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述第一平板电离室包括用于束流强度测量的信号电极板和夹持在信号电极板两侧的第一高压电极板，所述第二平板电离室包括用于束流位置及剖面测量的条状电极板和夹持在条状电极板两侧的第二高压电极板，所述条状电极板上具有若干个平行设置的条形电极，所述第一平板电离室的电极板和所述第二平板电离室的电极板呈平行压合设置，其中，所述第二平板电离室包括若干个条状电极板，且相邻的两个条状电极板之间具有一个所述第二高压电极板，相邻条状电极板上条形电极的分布方向为垂直设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述第一电子学模块设置在一密封的第一屏蔽壳内，用于将第一平板电离室和第二平板电离室的电流信号转换成数字信号，且所述第一屏蔽壳固定在所述密封腔体的外侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述密封腔体朝向等中心照射的一侧形成有开口，所述开口处设有密封窗进行气体密封，在所述密封腔体的外沿上固接有若干个环扣，并在所述治疗床的一侧设有支架，所述密封腔体通过环扣固定连接在所述支架上。

5.根据权利要求1所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述集成电离室装置设置有两组，两组所述集成电离室装置沿加速器的等中心照射方向呈平行设置，且两组所述集成电离室装置的第一电子学模块通过同步传输束流信息的方式与所述控制模块通信连接，其中，所述第一电子学模块和所述第二电子学模块分别通过多个数字I/O接口与所述控制模块通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述闪烁体单元包括密封的外壳、和集成设置在外壳内的闪烁晶体、光导元件、光信号转换放大模块以及前端电子学模块，所述封装外壳包括上半部的探头壳体和下半部的封装壳体，所述闪烁晶体、光导元件、光信号转换放大模块以及前端电子学模块自下至上依次布置并连接，在所述外壳的上方设有同轴连接器，所述同轴连接器分别与前端电子学模块和第二电子学模块电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述第二电子学模块设置在一密封的第二屏蔽壳内，用于将若干个所述闪烁体单元的电平信号转换成数字信号，在所述治疗床的一侧安放有可移动转臂，所述可移动转臂的执行端与所述第二屏蔽壳的顶部相连接，并在所述第二屏蔽壳的底部固接有水平设置的基板，若干个所述闪烁体单元固接在所述基板的底面上，其中，所述探头壳体上开设有用于连接的螺纹孔。

8.根据权利要求6所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于：所述闪烁晶体为溴化铈晶体、溴化镧晶体、硅酸钇镥闪烁晶体或钆铝镓石榴石晶体。

9.一种探测方法，采用权利要求1-8任意一项所述的一种基于离子治疗的三维剂量实时探测系统，其特征在于，所述探测方法包括：

确定治疗床位置，校准集成电离室装置与加速器等中心照射位置，通过可移动转臂将闪烁体阵列装置移动至患者的侧面，且与束流平行的位置；

控制集成电离室装置的第一平板电离室和第二平板电离室同步测量等中心照射的束流信息，包括束流的强度、位置及剖面σ值，并根据测量的束流位置信息，经过计算得出束流角度，确定束流进入靶区的位置方向；

在电离室测量的同时，控制闪烁体阵列装置的闪烁体单元4同步测量质子、碳离子治疗过程中与靶区相互作用产生的次级光子及其他射线、离子在靶区侧面的分布信息，经算法反演，转换成束流的深度信息，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，实时判断束流在每个照射位置的剂量准确性并连锁；

预先对不同参数束流靶区活化产物产生的辐射场分布进行测量，存入数据库，并建立束流三维剂量分布数据库，根据测量确定的束流强度、位置、角度以及深度信息，代入束流三维剂量分布数据库进行三维剂量分布重建，生成实际治疗的三维剂量分布模型；

根据重建的三维剂量分布模型，进行动态的剂量分布评价，并确定碳离子治疗的深度。

10.根据权利要求9所述的一种探测方法，其特征在于，束流的深度信息测量还包括：

在同步加速器的等中心照射引出间隙，记录束流离子活化分布参数，根据集成电离室装置测量并确定不同位置的束流强度信息建立指数衰减的活化模型，并根据指数衰减的活化模型修正闪烁体阵列装置测量的分布信息数据，消除靶区活化对深度测量的影响。

Images