CN116549872A - 粒子治疗混合离子束的监测方法、验证方法及装置 - Google Patents

粒子治疗混合离子束的监测方法、验证方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种粒子治疗混合离子束的监测方法、验证方法及对应的装置。该验证方法包括：向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，监测粒子与治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，监测粒子的射程范围大于治疗粒子；基于监测粒子穿过模体后的剩余射程范围和剂量分布重建模体内治疗粒子的三维图像；基于三维图像验证治疗计划是否符合预期。该监测方法包括：向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子；实时检测监测粒子穿过目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构治疗粒子在目标对象中的三维图像；比对三维图像和治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控治疗粒子和监测粒子的剂量和照射方位。

Description

粒子治疗混合离子束的监测方法、验证方法及装置
技术领域
本公开涉及放射治疗技术领域，尤其涉及一种粒子治疗混合离子束的监测方法、验证方法及装置。
背景技术
与传统光子束疗法相比，碳离子束疗法的优势就在于具有深度局部化高剂量沉积。LET剂量曲线是由低入射增加到最大值-Bragg峰一超过此剂量后沉积会急剧减少。而这末端的陡峭剂量梯度使离子束治疗对范围的不确定性高度敏感。为了提高治疗的精确，需要由医生和物理师制定个体治疗方案，确定辐照范围和剂量。剂量传递是个非常复杂的过程，在此过程中，如果定位有误差或某一环节出错，都不能按照原计划将剂量传递到患者病灶位置。为确保万无一失，放疗计划出来后，再由医生进行审核、验证，审核及验证通过后方可执行治疗计划。
然而在治疗过程中，受到人体摆位误差、患者体重或体形发生变化、肿瘤受呼吸律动等影响位置改变、组织肿胀等一系列引起患者解剖结构变化的因素会导致定位存在不确定性，导致肿瘤附近的健康组织收到辐射影响，进而导致实际应用于肿瘤的最大剂量受到限制。现有技术如呼吸门控技术(RG)、三维适形放疗技术(3D-CRT)、适形调强放射治疗(IMRT)、图像引导放射治疗(IGRT)等，都是为了能更好的把剂量集中在肿瘤靶区，更好的保护旁邻重要器官，但这些技术都只是保证在束流截面上照射到肿瘤上，无法保证束流方向上Bragg峰落在肿瘤上。现有的计划验证方式都是在人模体，三维水箱上进行的，这种验证方式检测的是理想计划中Bragg展宽位置和剂量，在情况多变的患者治疗中稳定性不高。即使有安全裕度，分次照射也可能导致严重的计划剂量下降或健康组织的剂量过大。因此，为了充分发挥离子束放射治疗的潜力，需要改进监测的方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种粒子治疗混合离子束实时监测方法及装置，以解决重离子束在治疗患者过程中由于体重、组织形状、密度等变化引起的Bragg位置变化造成照射方向上肿瘤前后健康组织剂量过量的问题。
本公开的第一个方面提供了一种粒子治疗混合离子束的验证方法，包括：依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；检测所述监测粒子穿过所述模体后的剩余射程范围和剂量分布；基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像；基于所述三维图像验证所述治疗计划是否符合预期。
根据本公开的实施例，所述基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像包括：基于所述监测粒子的剩余射程范围得到所述监测粒子的位置信息，并基于所述监测粒子的位置信息反推所述治疗粒子的位置信息；基于所述监测粒子的剂量分布和所述预定比例，得到所述治疗粒子在所述模体内的剂量分布；基于所述治疗粒子的位置信息和所述治疗粒子在所述模体内的剂量分布，重构所述三维图像。
根据本公开的实施例，所述方法包括：基于所述三维图像计算所述模体的综合相对阻止能力、厚度，以及，基于所述三维图像验证所述模体的各个组织的等效水深度。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：在所述治疗粒子和所述监测粒子的发射路径上设置一条弯转90°的低能线，基于所述低能线筛选和混合所述治疗粒子和所述监测粒子；监控所述治疗粒子和所述监测粒子的流量，基于治疗计划调节治疗粒子和所述监测粒子的比例。
本公开的第二个方面提供了一种粒子治疗混合离子束的监测方法，包括：基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；控制所述治疗粒子和所述监测粒子照射目标对象，实时检测所述监测粒子穿过所述目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像；比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位。
根据本公开的实施例，在执行所述方法前，还包括：使用所述监测粒子对目标对象进行完整治疗计划照射，检测穿过所述目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建三维参考图；在每次实施治疗前，均使用所述监测粒子对所述目标对象分别进行一次水平方向照射和垂直方向照射，检测每次照射穿过所述目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建实际三维图；比较所述三维参考图和所述实际三维图，在实施治疗前将所述目标对象摆位调整正确。
根据本公开的实施例，所述基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像包括：基于所述监测粒子的剩余射程范围得到所述监测粒子的位置信息，并基于所述监测粒子的位置信息反推所述治疗粒子的位置信息；基于每个位置所述监测粒子的剂量和所述预定比例，得到所述治疗粒子在所述目标对象内的剂量分布；基于所述治疗粒子的位置信息和所述治疗粒子在所述目标对象内的剂量分布，重构所述三维图像。
根据本公开的实施例，所述比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位包括：当所述三维图像与所述预计划三维图像的比对结果不符合预期时，调整所述治疗粒子和所述监测粒子的发射路径上设置的的低能线，改变所述治疗粒子的发射方向，停止照射所述目标对象。
本公开的第三个方面提供了一种粒子治疗混合离子束的验证装置，包括：验证粒子添加模块，用于依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；验证检测模块，用于检测所述监测粒子穿过所述模体后的剩余射程范围和剂量分布；验证重构模块，用于基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像；验证分析模块，用于基于所述三维图像验证所述治疗计划是否符合预期。
本公开的第四个方面提供了一种粒子治疗混合离子束的监测装置，包括：监测粒子添加模块，用于基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；监测检测模块，用于控制所述治疗粒子和所述监测粒子照射目标对象，实时检测所述监测粒子穿过所述目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；监测重构模块，用于基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像；监测分析模块，用于比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位。
在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本公开实施例提供的粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法，向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，可实现患者治疗中监控，治疗时监控每个位置的剂量和位置，能节省大量人力、财力和时间，还可实现患者治疗时剂量的准确定位，并根据反馈情况，能随时关断和申请束流，保证健康组织不过量，治疗计划剂量够量，大大提高了患者定位的准确性；通过检测氦离子的剩余射程范围，可以确定患者的综合相对阻止能力和厚度，这些数据对物理师和医师来说非常主要，能设计出更精确治疗计划。该验证方法和监测方法的缩短了患者在粒子治疗、质子重离子放射治疗过程中在治疗室内的时间，提高了粒子治疗、质子重离子放射治疗设备使用效率。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了本公开实施例提供的一种放射治疗流程示意图；
图2示意性示出了本公开实施例提供的一种混合束工作示意图；
图3示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证方法的示意图；
图4示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的监测方法的示意图；
图5示意性示出了本公开实施例提供的一种混合离子束治疗流程示意图；
图6示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证装置的结构框图；
图7示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证装置的结构框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
图1示意性示出了本公开实施例提供的一种放射治疗流程示意图。
如图1所示，为了提高治疗的精确，医师会集体讨论每位患者的治疗方案，根据患者的临床反应、发病情况、身体状态、影像检查资料等，勾勒靶区，确定哪里是危及器官、哪里是肿瘤比较容易转移的部位、哪些组织和结构是必须和重点保护的、哪些组织是因为肿瘤的关系无可避免或可能要损伤的。然后，由医生制定个体治疗方案，医生会根据治疗需要标明辐照范围和剂量，确保肿瘤没有遗漏后，再交由物理师设计照射方案。
物理师会根据确定后的放射范围和要求的剂量，设计放疗计划，即射线的入射角度和强度等。在这阶段，物理师和医生会反复讨论、比对CT、核磁共振、内镜检查和临床查体的情况，以求最大限度保证正常器官剂量不超标的情况下，满足肿瘤照射剂量要求。
放疗计划出来后，再由医生进行审核、验证。验证是在模拟治疗条件下进行，照射的是人体模型(或水箱)，通过定位位置、测量剂量拍摄验证片进行照射计划验证。照射计划验证包括位置验证和剂量验证，其中，位置验证是指患者躺在治疗床上治疗时，其位置与治疗计划设计的位置是否一致。使用CBCT(锥形束CT)进行DR投照获得三维图像，定位查看位置误差。剂量验证是在模拟放射治疗计划进行，只需将测量工具放到模体或水箱某一位置或者某一深度，测量该平面剂量是否与计划里的剂量一致即可。
在治疗计划的审核及验证通过后，才可以将治疗计划发送到加速器控制器上，执行治疗计划。
由于实际治疗的过程中存在患者体重增加或减轻、组织肿胀、肌肉收缩、呼吸和心跳等不确定性因素的影响，为了保证保证束流方向上Bragg峰落在肿瘤上且减少对健康组织的影响，需要改进治疗计划的验证方法和在实施治疗的过程中对粒子发射的位置和剂量进行实时监测。
磁刚度是表示运动粒子动量的量度。磁刚度越大，在相同磁场下越不易被“弯曲”。荷质比相同的粒子，可以在同一加速器上进行加速，且每核子获得的能量相同。而不同粒子即使能量相同，水等效射程也不一样，比如4He2+和12C6+静止质量电荷比为4.00236/2a.m.u.和12/6a.m.u(相对差≈0.065％)，具有相同的磁刚度，而且在相同的介质和相同的能量下，4He2+的射程范围大约是12C6+的三倍。这样就可以利用射程差异，利用主束进行治疗的同时利用混合束进行成像验证，其验证原理类似质子CT。
基于上述理论，本公开实施例提供了一种粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法，在碳离子治疗时，可以在加速器加速时碳离子中添加一定比例的相同荷质比的氦离子，让它们在加速器中一起加速，然后将混合后的离子束配送到患者处。这样混合离子束可以实现双重目标：治疗和监测。
图2示意性示出了本公开实施例提供的一种混合束工作示意图。
如图2所示，在碳离子中添加一定比例的相同荷质比的氦离子，碳离子Bragg作用于癌细胞用于杀死癌细胞，氦离子则会穿透患者身体被检测器捕捉到。而通过分析检测器捕捉到的数据，可以倒推治疗时所用的碳离子的信息，如根据氦的残留范围，推测碳离子的位置。
下面将结合图3～5详细介绍本公开实施例提供的粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法。
图3示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证方法的示意图。
如图3所示，本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证方法包括S310～S340。
S310，依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，监测粒子与治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，监测粒子的射程范围大于治疗粒子。
在本实施例中，具有相同荷质比的混合粒子均可以实现该验证方法，比如H2+粒子与12C6+粒子，比如4He2+粒子与12C6+粒子，比如6Li3+粒子与12C6+粒子，其中，碳离子作为主束流，用于治疗，其他粒子作为次束流，用于监测。下面本公开实施例将用4He2+粒子与12C6+粒子进行举例。
S320，检测监测粒子穿过模体后的剩余射程范围和剂量分布。
碳离子Bragg作用于癌细胞用于杀死癌细胞，氦离子则会穿透患者身体被检测器捕捉到。而通过分析检测器捕捉到的数据，可以倒推治疗时所用的碳离子的信息，如根据氦的残留范围，推测碳离子的位置。
S330，基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建模体内治疗粒子的三维图像。
具体的，S330包括S331～S333。
S331，基于监测粒子的剩余射程范围得到监测粒子的位置信息，并基于监测粒子的位置信息反推治疗粒子的位置信息。
S332，基于监测粒子的剂量分布和预定比例，得到治疗粒子在模体内的剂量分布。
S333，基于治疗粒子的位置信息和治疗粒子在模体内的剂量分布，重构三维图像。
S340，基于三维图像验证治疗计划是否符合预期。
根据本公开提供的粒子治疗混合离子束的验证方法，在治疗计划验证阶段，将Bragg峰位检测设备放到人体模体或水箱后方，只需一次完整治疗计划照射，即可检测模拟治疗时所有位置氦离子的剩余射程；然后计算机反向推导碳离子的位置。除此之外，添加在碳离子的氦比例是确定的，那就可以根据每个位置氦离子的剂量倒推出碳离子的剂量分布，完成治疗时的剂量重建，这样就同时进行了位置和剂量验证。而且把获得的所有数据再在计算机中“重组计算”，进而就获得了模体或水箱内部剂量的三维图像。基于该三维图像，医生和物理师调整治疗计划，直至离子束的照射方位和剂量符合预期为止。
在实际应用中，由于辐照目标对象的内部结构不同，例如每个人骨密度都不一样，导致其等效水深度也会有所不同。物理师在做治疗计划时，会根据CT拍摄的图像来计算皮肤到肿瘤细胞的等效水深度，用于确定使用多大的能量。现有技术无法验证目标对象的等效水深度，通过数据推断各个部位所使用的能量无法精准适配。
在本实施例中，在治疗计划的验证阶段，基于该三维图像，可以验证重离子模体(模体可以为人体模型)中各个组织的等效水深度，以作为物理师调节照射预定区域的重离子能量的重要参考。在本实施例中，为了保证离子束在人体真实的照射深度与计划相同，在治疗计划初步制定后，可以对患者进行一次完整治疗计划的氦离子束照射，检测透射出的氦离子，通过计算机得到三维图像。物理师和医师就可以确定患者的综合相对阻止能力和厚度，再将这些数据、验证得到三维图像和治疗计划等对比分析，重新修改治疗计划。这样不仅提高治疗的精确度，还能节省大量人力、财力和时间。
4He2+和12C6+具有相同的磁刚度，无法通过偏转将分离它们，设计离子源的时需考虑到这一问题。在本实施例中，涉及两个离子源，分别进入氦气和碳，得到治疗粒子12C6+和监测粒子4He2+；在治疗粒子和监测粒子的发射路径上设置一条弯转90°的低能线，基于低能线筛选和混合治疗粒子和监测粒子。
进一步的，在本实施例中，可设计监测模块，监控治疗粒子和监测粒子的流量。在粒子治疗混合离子束的验证过程和监测过程中，基于治疗计划的需求，通过监测模块监控治疗粒子和监测粒子的流量，并通过调节低能线和加速器调节治疗粒子和监测粒子的比例，以使治疗计划实施的更精确。
在治疗计划验证通过后，可实施治疗计划。由于治疗期间患者体重、体脂率、组织肿胀、肠道的充盈等一系列变化都会导致重离子峰位的位置发生变化。为了解决此类问题，在实施治疗计划之前，可以先执行S401～S403调整计划。
S401，使用监测粒子对目标对象进行完整治疗计划照射，检测穿过目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建三维参考图。
S402，在每次实施治疗前，均使用监测粒子对目标对象分别进行一次水平方向照射和垂直方向照射，检测每次照射穿过目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建实际三维图。
S403，比较三维参考图和实际三维图，在实施治疗前将目标对象摆位调整正确。
根据上述方法，物理师和医师将三维参考图和实际三维图、CT进行对比，不仅能确认患者摆位是否正确，还能查看肿瘤是否有变化，分析Bragg峰位是否移动，这样就可以根据患者一系列变化临时调整计划，使治疗计划更加精确。
图4示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的监测方法的示意图。
如图4所示，本公开实施例提供了一种粒子治疗混合离子束的监测方法包括S410～S440。
S410，基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，监测粒子与治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，监测粒子的射程范围大于治疗粒子。
S420，控制治疗粒子和监测粒子照射目标对象，实时检测监测粒子穿过目标对象后的剩余射程范围和剂量分布。
S430，基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构治疗粒子在目标对象中的三维图像。
S430包括S431～S433。
S431，基于监测粒子的剩余射程范围得到监测粒子的位置信息，并基于监测粒子的位置信息反推治疗粒子的位置信息。
S432，基于每个位置监测粒子的剂量和预定比例，得到治疗粒子在目标对象内的剂量分布。
S433，基于治疗粒子的位置信息和治疗粒子在目标对象内的剂量分布，重构三维图像。
S440，比对三维图像和治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控治疗粒子和监测粒子的剂量和照射方位。
在本实施例中，治疗前将预计划三维图像发送到加速器控制器；在治疗中氦离子束是持续照射的，患者后方的检测器将实时监测数据输送给计算机，计算机会将推算的碳离子数据和预计划三维图像的数据相互印证；当三维图像与预计划三维图像的比对结果不符合预期时，调整治疗粒子和监测粒子的发射路径上设置的的低能线，改变治疗粒子的发射方向，停止照射目标对象，保证健康组织不过量，病灶剂量够量。
图5示意性示出了本公开实施例提供的一种混合离子束治疗流程示意图。
如图5所示，基于本公开实施例提供的粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法，医师根据患者的临床反应、发病情况、身体状态、影像检查资料等，勾勒靶区，制定个体治疗方案，医生会根据治疗需要标明辐照范围和剂量，确保肿瘤没有遗漏后，再交由物理师设计照射方案。物理师根据确定后的放射范围和要求的剂量，设计放疗计划，即射线的入射角度和强度等。为确保万无一失，放疗计划出来后，再由医生进行审核、验证。
在验证阶段，检测监测粒子穿过模体后的剩余射程范围和剂量分布，并通过计算机基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建模体内治疗粒子的实际剂量三维图像，并与设计三维图像对比，以判断治疗计划是否符合预期。当治疗粒子的位置或剂量有偏差时，物理师修改治疗计划中的照射方案，重新经过医生审核和模体验证后，并执行照射。重复该过程，直至治疗粒子的位置或剂量符合医生的预期为止。
在治疗计划执行阶段，检测检测粒子穿过治疗的目标对象后的剩余射程范围和剂量分布，并通过计算机重构治疗粒子在目标对象中的三维图像；比对三维图像和治疗计划的预计划三维图像，将比对结果反馈给加速器，调控治疗粒子和监测粒子的剂量和照射方位，以保证辐照精度。
需要注意的是，检测器必须能够在存在二次碳碎片的情况下测量氦残留范围，二次碳碎片不可避免地撞击检测器并产生不需要的信号。因此，要引入的He离子的比例必须足够大，但又要足够小，以防总剂量超标。在2018年，Graeff等人已经展示了使用混合氦/碳束作为碳离子治疗的范围探针的潜力，调查使用基于4D治疗计划治疗肺部的患者。假设在计划中碳离子束中氦的比例是固定的，他们表明，混合束中10％的氦离子而产生的RBE剂量在目标剂量仅占比不到0.5％。这源于氦离子在平台区和碳离子布拉格峰之间的物理剂量差异，以及RBE的差异。此外，与碳离子二次碎片剂量沉积相比，氦离子在肿瘤远的沉积端剂量也较小。
Mazzucconi等人则进行了蒙特卡罗模拟，其中，他们在构建布拉格峰碳离子束中添加了10％的He粒子，首次通过实验探索了，用混合束进行治疗监测的可能性，并证明了穿过人体的氦离子信号尽管受到碳二次碎片的影响，闪烁检测器仍可以检测氦离子剩余射程范围。该实验证明了本公开实施例提供的粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法在实际应用中可以实施。
本公开实施例提供的粒子治疗混合离子束的验证方法和监测方法，向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，可实现患者治疗中监控，治疗时监控每个位置的剂量和位置，能节省大量人力、财力和时间，还可实现患者治疗时剂量的准确定位，并根据反馈情况，能随时关断和申请束流，保证健康组织不过量，治疗计划剂量够量，大大提高了患者定位的准确性；通过检测氦离子的剩余射程范围，可以确定患者的综合相对阻止能力和厚度，这些数据对物理师和医师来说非常主要，能设计出更精确治疗计划。该验证方法和监测方法的缩短了患者在粒子治疗、质子重离子放射治疗过程中在治疗室内的时间，提高了粒子治疗、质子重离子放射治疗设备使用效率。
图6示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证装置的结构框图。
如图6所示，本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证装置包括：验证粒子添加模块610、验证检测模块620、验证重构模块630和验证分析模块640。
验证粒子添加模块610用于依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，监测粒子与治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，监测粒子的射程范围大于治疗粒子。
验证检测模块620用于检测监测粒子穿过模体后的剩余射程范围和剂量分布。
验证重构模块630用于基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建模体内治疗粒子的三维图像。
验证分析模块640用于基于三维图像验证治疗计划是否符合预期。
本公开的一种粒子治疗混合离子束的验证装置与本公开提供的粒子治疗混合离子束的验证方法具有相同的细节技术特征，因而可以实现相同的技术效果，在此不做赘述。
图7示意性示出了本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的验证装置的结构框图。
如图7所示，本公开实施例提供的一种粒子治疗混合离子束的监测装置包括：监测粒子添加模块710、监测检测模块720、监测重构模块730和监测分析模块740。
监测粒子添加模块710用于基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，监测粒子与治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，监测粒子的射程范围大于治疗粒子；
监测检测模块720用于控制治疗粒子和监测粒子照射目标对象，实时检测监测粒子穿过目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；
监测重构模块730用于基于监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构治疗粒子在目标对象中的三维图像；
监测分析模块740用于比对三维图像和治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控治疗粒子和监测粒子的剂量和照射方位。
本公开的一种粒子治疗混合离子束的监测装置与本公开提供的粒子治疗混合离子束的监测方法具有相同的细节技术特征，因而可以实现相同的技术效果，在此不做赘述。
可以理解的是，验证粒子添加模块610、验证检测模块620、验证重构模块630、验证分析模块640、监测粒子添加模块710、监测检测模块720、监测重构模块730和监测分析模块740可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，验证粒子添加模块610、验证检测模块620、验证重构模块630、验证分析模块640、监测粒子添加模块710、监测检测模块720、监测重构模块730和监测分析模块740中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，验证粒子添加模块610、验证检测模块620、验证重构模块630、验证分析模块640、监测粒子添加模块710、监测检测模块720、监测重构模块730和监测分析模块740中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (10)

1.一种粒子治疗混合离子束的验证方法，其特征在于，包括：
依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；
检测所述监测粒子穿过所述模体后的剩余射程范围和剂量分布；
基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像；
基于所述三维图像验证所述治疗计划是否符合预期。
2.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像包括：
基于所述监测粒子的剩余射程范围得到所述监测粒子的位置信息，并基于所述监测粒子的位置信息反推所述治疗粒子的位置信息；
基于所述监测粒子的剂量分布和所述预定比例，得到所述治疗粒子在所述模体内的剂量分布；
基于所述治疗粒子的位置信息和所述治疗粒子在所述模体内的剂量分布，重构所述三维图像。
3.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述三维图像计算所述模体的综合相对阻止能力、厚度，以及，基于所述三维图像验证所述模体的各个组织的等效水深度。
4.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述治疗粒子和所述监测粒子的发射路径上设置一条弯转90°的低能线，基于所述低能线筛选和混合所述治疗粒子和所述监测粒子；
监控所述治疗粒子和所述监测粒子的流量，基于治疗计划调节治疗粒子和所述监测粒子的比例。
5.一种粒子治疗混合离子束的监测方法，其特征在于，包括：
基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；
控制所述治疗粒子和所述监测粒子照射目标对象，实时检测所述监测粒子穿过所述目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；
基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像；
比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在执行所述方法前，还包括：
使用所述监测粒子对目标对象进行完整治疗计划照射，检测穿过所述目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建三维参考图；
在每次实施治疗前，均使用所述监测粒子对所述目标对象分别进行一次水平方向照射和垂直方向照射，检测每次照射穿过所述目标对象的监测粒子，并基于检测结果构建实际三维图；
比较所述三维参考图和所述实际三维图，在实施治疗前将所述目标对象摆位调整正确。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像包括：
基于所述监测粒子的剩余射程范围得到所述监测粒子的位置信息，并基于所述监测粒子的位置信息反推所述治疗粒子的位置信息；
基于每个位置所述监测粒子的剂量和所述预定比例，得到所述治疗粒子在所述目标对象内的剂量分布；
基于所述治疗粒子的位置信息和所述治疗粒子在所述目标对象内的剂量分布，重构所述三维图像。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位包括：
当所述三维图像与所述预计划三维图像的比对结果不符合预期时，调整所述治疗粒子和所述监测粒子的发射路径上设置的的低能线，改变所述治疗粒子的发射方向，停止照射所述目标对象。
9.一种粒子治疗混合离子束的验证装置，其特征在于，包括：
验证粒子添加模块，用于依据治疗计划向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；
验证检测模块，用于检测所述监测粒子穿过所述模体后的剩余射程范围和剂量分布；
验证重构模块，用于基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布，重建所述模体内所述治疗粒子的三维图像；
验证分析模块，用于基于所述三维图像验证所述治疗计划是否符合预期。
10.一种粒子治疗混合离子束的监测装置，其特征在于，包括：
监测粒子添加模块，用于基于治疗计划控制向治疗粒子中添加预定比例的监测粒子，所述监测粒子与所述治疗粒子的荷质比相同，且在相同的介质和能量下，所述监测粒子的射程范围大于所述治疗粒子；
监测检测模块，用于控制所述治疗粒子和所述监测粒子照射目标对象，实时检测所述监测粒子穿过所述目标对象后的剩余射程范围和剂量分布；
监测重构模块，用于基于所述监测粒子的剩余射程范围和剂量分布重构所述治疗粒子在所述目标对象中的三维图像；
监测分析模块，用于比对所述三维图像和所述治疗计划的预计划三维图像，基于比对结果调控所述治疗粒子和所述监测粒子的剂量和照射方位。
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