CN118244331A - 治疗计划的自动验证装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中子辐射测试技术领域，具体提供一种治疗计划的自动验证装置及方法，旨在解决硼中子俘获治疗，采用电离室法在线测量中子束流剂量不准确的问题。为此目的，本发明的验证装置包括水箱、监测单元及设置在水箱上的探测单元，其中水箱和探测单元均设置在中子辐射场内，探测单元设置在水箱内，探测单元包括支架单元、第一探测器及第二探测器，第一探测器和第二探测器间隔且可活动设置在支架单元上以使第一探测器和第二探测器可以互换位置，第一探测器和第二探测器可沿中子辐射场的辐射方向移动。通过上述方案，在排除外界干扰的情况下，第一探测器和第二探测器可以认为是在相同的位置，检测同一中子束流，所得数据更加准确。

Description

治疗计划的自动验证装置及方法

技术领域

本发明涉及中子辐射测试技术领域，具体提供一种治疗计划的自动验证装置及方法。

背景技术

在硼中子俘获治疗领域，治疗计划系统的验证实验，通常是利用一些测量方法获取数据、离线分析和治疗计划系统作对比。这一点和常规放疗方法没有太多差别。

其中，测量方法有些特别，用的是中子领域常用的方法，一般都采用如下三种方法：电离室法、热释光法、活化法。其中热释光法和活化法都是离线测量(不能实时得到数据)；电离室法为在线测量(能够得到实时数据)。目前治疗计划系统的验证都是经过一系列水模体模试验(将电离室放进水模或者体模中进行测量)，人为处理数据，处理时间较长。

由于目前的技术限制，使用电离室法时，通常选用两个探头，一个测量伽马剂量，一个测量中子和伽马剂量，两个探头位置需隔开一段距离同时测量，如果采用单次的数据，则两数据实质不在同一位置；若采用分次测量，则无法证明两者数据是同一中子束，存在外界干扰因素。目前的两种电离室测量方法均会导致测量数据不精确。

相应地，本领域需要一种新的测量装置及方法来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即解决现有技术中硼中子俘获治疗，采用电离室法在线测量中子束流剂量不准确的问题。为此目的，本发明提供了一种治疗计划的自动验证装置，该验证装置包括水箱、监测单元及设置在所述水箱上的探测单元，其中所述水箱和所述探测单元均设置在中子辐射场内，所述探测单元设置在所述水箱内，所述探测单元包括支架单元、第一探测器及第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器间隔且可活动设置在所述支架单元上以使所述第一探测器和所述第二探测器可以互换位置，所述第一探测器和所述第二探测器可沿中子辐射场的辐射方向移动。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述验证装置还包括采集模块和处理模块，所述采集模块与所述第一探测器和所述第二探测器连接，所述处理模块与所述第一探测器和所述第二探测器连接。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述验证装置还包括控制模块，所述控制模块与所述处理模块连接，所述控制模块与中子辐射场的治疗头连接。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述验证装置还包括旋转单元及旋转臂，所述旋转单元设置在所述支架单元上，所述旋转臂的中部设置在所述旋转单元的旋转端上，所述第一探测器和所述第二探测器分别设置在所述旋转臂的两端。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述旋转臂的两端为圆环，所述第一探测器和所述第二探测器分别插接于所述圆环内，所述旋转臂的两侧为伸缩结构。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述支架单元包括第一支架和第二支架，所述第一支架设置在所述水箱上，所述第二支架设置在所述第一支架，所述旋转单元设置在所述第二支架的下方以使所述第一探测器和所述第二探测器悬于所述水箱内。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述第二支架为伸缩结构，所述旋转单元设置在所述第二支架端部的下方。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述第二支架移动设置在所述第一支架上，所述第二支架沿所述第一支架移动的方向和所述第二支架伸缩的方向互相垂直。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述第一支架为U型结构，所述第一支架的开口朝向所述水箱。

在具有上述治疗计划的自动验证装置的具体实施方式中，所述第一探测器为Mg/Ar电离室，所述第二探测器为组织等效电离室。

本发明还提出一种治疗计划的自动验证方法，所述自动验证方法应用于上述方案中任一项所述的验证装置，所述验证方法包括：

根据治疗计划控制中子辐射场保持运行；

在中子辐射场的辐射方向至少一点获取第一探测器的第一测试值，获取第二探测器的第二测试值；

使第一探测器和第二探测器互换位置；

判断中子辐射场内的束流波动是否在阈值范围内，如果不在阈值范围内，则重复监测；

如果在阈值范围内，在相同位置获取第一探测器的第三测试值，获取第二探测器的第四测试值；

根据至少一组第一测试值、第二测试值、第三测试值、第四测试值获取中子剂量，将中子剂量与治疗计划对比并输出对比结果；

根据治疗计划控制中子辐射场运行至结束。

在具有上述治疗计划的自动验证方法的具体实施方式中，步骤“根据至少一组第一测试值、第二测试值、第三测试值、第四测试值获取中子剂量”具体为：

第一中子剂量＝第四测试值-第一测试值；

第二中子剂量＝第二测试值-第三测试值；

中子剂量至少包括第一中子剂量和第二中子剂量。

在采用上述技术方案的情况下，本发明提出一种治疗计划的自动验证装置，以水箱作为介质，通过支架单元将第一探测器和第二探测器浸入到水箱内，其中第一探测器和第二探测器是活动设置在支架单元上的，能够互换测试位置，还可以沿着中子辐射场内的中子束流方向发生移动，同时在中子辐射场内还设置有监测单元，监测单元能够监测中子束流的稳定性，那么在测试过程中，首先可以满足在线测量中子束流的剂量，实时获得数据；其次，第一探测器和第二探测器可以互换监测位置，并通过监测单元来监测中子束流的稳定性，从而在排除外界干扰的情况下，第一探测器和第二探测器可以认为是在相同的位置，检测同一中子束流，所得数据更加准确，并且第一探测器和第二探测器可以沿着中子辐射场的辐射方向移动，能够检测不同深度的中子束流的剂量，上述方案相结合，能够进一步提高中子束流剂量检测的准确度。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明中的验证装置的结构示意图，其中示出了探测单元与水箱之间的位置关系；

图2是本发明中的验证装置的探测部分的结构示意图，其中示出了支架单元及探测器的结构；

图3是本发明中的验证装置使用时的结构示意图，其中示出了验证装置的整体布局；

图4是本发明中的验证方法步骤示意图。

图中：1、水箱，2、监测单元，3、探测单元，4、支架单元，5、第一探测器，6、第二探测器，7、采集模块，8、处理模块，9、控制模块，10、旋转单元，11、旋转臂，12、圆环，13、第一支架，14、第二支架。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示相关装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，序数词“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

再者，为了更清楚地展示本发明的核心技术方案，下面的描述中省略了对硼中子俘获治疗设备公知结构的描述，但是，这种省略仅仅是为了方便描述，并不意味着硼中子俘获治疗设备可以没有这些结构。

如图1-3所示，本发明提出了一种治疗计划的自动验证装置，该验证装置包括水箱1、监测单元2及设置在所述水箱1上的探测单元3，其中所述水箱1和所述探测单元均设置在中子辐射场内，所述探测单元3设置在所述水箱1内，所述探测单元3包括支架单元4、第一探测器5及第二探测器6，所述第一探测器5和所述第二探测器6间隔且可活动设置在所述支架单元4上以使所述第一探测器5和所述第二探测器6可以互换位置，所述第一探测器5和所述第二探测器6可沿中子辐射场的辐射方向移动。

本实施例中，以硼中子俘获治疗的辐射场为例进行描述，通过治疗头发出中子束流形成辐射场，在辐射场内设置水箱1作为模拟人体的环境，在水箱1上安装支架单元4，为第一探测器5和第二探测器6提供安装位置，通过支架单元4可以将第一探测器5和第二探测器6悬设在水箱1内，使第一探测器5和第二探测器6浸入到水面以下，水箱1可以设计为方形，两个探测器间隔设置，二者的连线与水箱1的其中一侧面平行，辐射场内的中子束流与两个探测器连线的方向垂直，也与水箱1上平行于两个探测器连线对应的侧面垂直，在辐射场内选取合适的监测位置安装监测单元2，监测单元2优选无遮挡且距离水箱1位置较近的位置，以便能更准确地监测中子束流的稳定性；第一探测器5和第二探测器6活动连接在支架单元4上，并且可以沿着中子束流的辐射方向移动位置，能够想到的是，第一探测器5和第二探测器6在支架单元4上可以为移动、转动等方式，只要能够使二者互换位置即可。

进一步，所述验证装置还包括采集模块7和处理模块8，所述采集模块7与所述第一探测器5和所述第二探测器6连接，所述处理模块8与所述第一探测器5和所述第二探测器6连接。

本实施例中，第一探测器5和第二探测器6采集到的数据可以传输到采集模块7，将数据进行记录，采集模块7将记录好的数据传输给处理模块8，处理模块8会对数据进行分析计算，获得目标监测数值。

进一步，所述验证装置还包括控制模块9，所述控制模块9与所述处理模块8连接，所述控制模块9与中子辐射场的治疗头连接。

本实施例中，通过控制模块9控制治疗头按照治疗计划辐射中子束流，控制模块9与处理模块8连接，处理模块8在获得相应中子束流数据后，与治疗计划进行比对，处理模块8得到比对的结果，以作为治疗验证的参考。

进一步，所述验证装置还包括旋转单元10及旋转臂11，所述旋转单元10设置在所述支架单元4上，所述旋转臂11的中部设置在所述旋转单元10的旋转端上，所述第一探测器5和所述第二探测器6分别设置在所述旋转臂11的两端。

本实施例中，第一探测器5和第二探测器6以绕着二者连线中点旋转的方式安装在支架单元4上，从而实现在其中一个位置检测完成后，两个探测器互相交换位置；具体而言，第一探测器5和第二探测器6通过旋转单元10和旋转臂11连接在支架单元4上，旋转臂11的中部设置在旋转单元10的输出旋转轴上，第一探测器5和第二探测器6分别设置在旋转臂11的两端；示例性的，旋转单元10可以采用伺服电机，控制精度高，旋转平稳。

进一步，所述旋转臂11的两端为圆环12，所述第一探测器5和所述第二探测器6分别插接于所述圆环12内，所述旋转臂11的两侧为伸缩结构。

本实施例中，旋转臂11的两端为了便于安装第一探测器5和第二探测器6，设置圆环12结构，第二探测器6和第二探测器6插接至圆环12内，操作方便快捷。

能够想到的是，圆环12可以为具有一定锥形内孔的结构，安装时能够提高第一探测器5和第二探测器6的竖直度，也能提高旋转时两个探测器的稳定性；圆环12还可以为侧面具有开口缝隙的具有弹性的结构，第一探测器5和第二探测器6插入圆环12内，圆环12通过弹力实现对两个探测器的稳定安装。

旋转臂11的两端为伸缩结构，调节第一探测器5和第二探测器6之间的间距，旋转臂11两侧均可以调节，需要使两侧的探测器距离中心位置相等，这样才可以保证第一探测器5和第二探测器6互换位置后，所检测的点位置相同，进而确保是同一中子束流；旋转臂11的两端伸缩可以采取电机驱动齿轮，齿轮带动齿条伸缩，也可以采取电缸，电缸的输出端调节伸缩长度。

进一步，所述支架单元4包括第一支架13和第二支架14，所述第一支架13设置在所述水箱1上，所述第二支架14设置在所述第一支架13，所述旋转单元10设置在所述第二支架14的下方以使所述第一探测器5和所述第二探测器6悬于所述水箱1内。

本实施例中，支架单元4采取分体式结构，其中第一支架13固定在水箱1上，其固定方式不限制，可以采取螺栓连接也可以为焊接连接，第二支架14安装在第一支架13上，第一支架13一端安装在第二支架14上，安装端以外的部分悬在水箱1的上方，旋转单元10安装在第二支架14悬于水箱1上面的部分，可以选择安装在支架的下方，再通过旋转臂11将第一探测器5和第二探测器6浸入到水箱1内部。

进一步，所述第二支架14为伸缩结构，所述旋转单元10设置在所述第二支架14端部的下方。

本实施例中，第二支架14可以采取伸缩结构，旋转单元10安装在第二支架14远离第一支架13的端部的下方，当第二支架14伸缩时，能够使第一探测器5和第二探测器6有最大的行程范围，同时，第一探测器5和第二探测器6在沿辐射方向的任意个点均可以检测，在上述实施例通过交换位置来提高检测准确度以外，还具有纵向更广的覆盖面，能够检测到不同深度的中子束流的剂量，能够更好地指导治疗计划，掌握中子束流辐射的深度。

第二支架14可以为伸缩结构，示例性的，可以采用伸缩驱动装置，伸缩驱动装置安装在第二支架14上，伸缩驱动装置的伸缩端连接第二支架14，伸缩驱动装置伸缩即可带动着第二支架14移动，也可以采用伸缩驱动装置的伸缩端直接作为第二支架14来使用。

进一步，所述第二支架14移动设置在所述第一支架13上，所述第二支架14沿所述第一支架13移动的方向和所述第二支架14伸缩的方向互相垂直。

本实施例中，第二支架14也可以沿着第一支架13移动，移动的方向与第二支架14可伸缩的方向互相垂直，示例性的，可以在第一支架13上安装滑轨，第二支架14可以与滑轨连接，在第一支架13上可以通过安装伸缩单元带动第二支架14沿着滑轨移动。当然这并不是限制性的，也可以采取其他结构使第二支架14沿第一支架13移动。

进一步，所述第一支架13为U型结构，所述第一支架13的开口朝向所述水箱1。

本实施例中，第一支架13为U型结构，第一支架13的开口方向朝向水箱1，第一支架13的两个竖向的支脚连接在水箱1上，第二支架14移动安装在第一支架13的横梁的部分上，U型的第一支架13结构具有更大的安装空间，便于安装其他功能性部件。

进一步，第一探测器5为Mg/Ar电离室，只检测伽马剂量的数值，第二探测器6为组织等效电离室，测量中子和伽马的剂量；需要说明的是，在本实施例中第一探测器5和第二探测器6采取上述具体电离室，实际可根据需要选取其他等效电离室进行探测。

如图4所示，本发明还提出一种治疗计划的自动验证方法，该验证方法包括以下步骤：

S100：根据治疗计划控制中子辐射场保持运行；

S200：在中子辐射场的辐射方向至少一点获取第一探测器5的第一测试值，获取第二探测器6的第二测试值；

S300：使第一探测器5和第二探测器6互换位置；

S400：判断中子辐射场内的束流波动是否在阈值范围内；

S410：如果不在阈值范围内，则重复监测；

S420：如果在阈值范围内，在相同位置获取第一探测器5的第三测试值，获取第二探测器6的第四测试值；

S500：根据至少一组第一测试值、第二测试值、第三测试值、第四测试值获取中子剂量，将中子剂量与治疗计划对比并输出对比结果；

S600：根据治疗计划控制中子辐射场运行至结束。

本实施例中，提出一种治疗计划的自动验证方法，应用于上述实施例中的验证装置，首先根据治疗计划，控制模块9会控制治疗头发射中子束流形成辐射场，以第一探测器5为Mg/Ar电离室，第二探测器6为组织等效电离室，为例进行说明，测量方式为沿着中子束流的方向选取两点作为测试点，实际可以选取多个点，其中γ代表伽马剂量，β代表中子剂量，在第一点测试首先通过第一探测器5获得第一测试值γ₁，通过第二探测器获得第二测试值γ₁+β₁，然后第一探测器5和第二探测器6交换位置，通过监测单元2监测中子束流的稳定性，在±5％内视为稳定，否则重复测量，波动时间超过等待时间则排查设备故障，交换位置后，依然在第一测试点首先通过第一探测器5获得数据γ₁`，通过第二探测器获得(γ<sub>1</sub>+β<sub>1</sub>)`，同理，第一探测器和第二探测器可以在第二测试点获取数据，与第一位置测试顺序相同，首先通过第一探测器获得数据γ₂，通过第二探测器获得γ₂+β₂，交换位置且中子束流稳定情况下，通过第一探测器获得数据γ₂`，通过第二探测器获得(γ<sub>2</sub>+β<sub>2</sub>)`；然后通过处理模块处理数据，可以得到四组中子剂量数据，第一中子剂量＝(γ₁+β₁)`-γ<sub>1</sub>；第二中子剂量＝γ<sub>1</sub>+β<sub>1</sub>-γ<sub>1</sub>`；第三中子剂量＝(γ₂+β₂)`-γ<sub>2</sub>；第四中子剂量＝γ<sub>2</sub>+β<sub>2</sub>-γ<sub>2</sub>`；通过上述四组获得的中子剂量可以与治疗计划进行比对，为治疗及研究提供指导，需要说明的是，以上数据采集不限于四组数据，实际可以为多组数据。

通过上述验证方法，可以保证测试所得的中子束流为同一中子束流，因为电离室交换位置后，所处的测试点相同，而且交换位置后获取两个中子剂量数据，消除一定误差；同时，测试可以沿着中子束流辐射方向测试多组数据，能够为不同深度的测试提供参考，进一步完善了测试的全面覆盖性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述验证装置包括水箱、监测单元及设置在所述水箱上的探测单元，其中所述水箱和所述探测单元均设置在中子辐射场内，所述探测单元设置在所述水箱内，所述探测单元包括支架单元、第一探测器及第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器间隔且可活动设置在所述支架单元上以使所述第一探测器和所述第二探测器可以互换位置，所述第一探测器和所述第二探测器可沿中子辐射场的辐射方向移动。

2.根据权利要求1所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述验证装置还包括采集模块和处理模块，所述采集模块与所述第一探测器和所述第二探测器连接，所述处理模块与所述第一探测器和所述第二探测器连接。

3.根据权利要求2所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述验证装置还包括控制模块，所述控制模块与所述处理模块连接，所述控制模块与中子辐射场的治疗头连接。

4.根据权利要求1或3所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述验证装置还包括旋转单元及旋转臂，所述旋转单元设置在所述支架单元上，所述旋转臂的中部设置在所述旋转单元的旋转端上，所述第一探测器和所述第二探测器分别设置在所述旋转臂的两端。

5.根据权利要求4所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述旋转臂的两端为圆环，所述第一探测器和所述第二探测器分别插接于所述圆环内，所述旋转臂的两侧为伸缩结构。

6.根据权利要求5所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述支架单元包括第一支架和第二支架，所述第一支架设置在所述水箱上，所述第二支架设置在所述第一支架，所述旋转单元设置在所述第二支架的下方以使所述第一探测器和所述第二探测器悬于所述水箱内。

7.根据权利要求6所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述第二支架为伸缩结构，所述旋转单元设置在所述第二支架端部的下方。

8.根据权利要求7所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述第二支架移动设置在所述第一支架上，所述第二支架沿所述第一支架移动的方向和所述第二支架伸缩的方向互相垂直。

9.根据权利要求8所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述第一支架为U型结构，所述第一支架的开口朝向所述水箱。

10.根据权利要求9所述的治疗计划的自动验证装置，其特征在于，所述第一探测器为Mg/Ar电离室，所述第二探测器为组织等效电离室。

11.一种治疗计划的自动验证方法，其特征在于，所述自动验证方法应用于权利要求1至10中任一项所述的验证装置，所述验证方法包括：

根据治疗计划控制中子辐射场保持运行；

在中子辐射场的辐射方向至少一点获取第一探测器的第一测试值，获取第二探测器的第二测试值；

使第一探测器和第二探测器互换位置；

判断中子辐射场内的束流波动是否在阈值范围内，如果不在阈值范围内，则重复监测；

如果在阈值范围内，在相同位置获取第一探测器的第三测试值，获取第二探测器的第四测试值；

根据至少一组第一测试值、第二测试值、第三测试值、第四测试值获取中子剂量，将中子剂量与治疗计划对比并输出对比结果；

根据治疗计划控制中子辐射场运行至结束。

12.根据权利要求11所述的治疗计划的自动验证方法，其特征在于，步骤“根据至少一组第一测试值、第二测试值、第三测试值、第四测试值获取中子剂量”具体为：

第一中子剂量＝第四测试值-第一测试值；

第二中子剂量＝第二测试值-第三测试值；

中子剂量至少包括第一中子剂量和第二中子剂量。