RU2811294C1 - Neutron capture therapy device - Google Patents
Neutron capture therapy device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811294C1 RU2811294C1 RU2022132095A RU2022132095A RU2811294C1 RU 2811294 C1 RU2811294 C1 RU 2811294C1 RU 2022132095 A RU2022132095 A RU 2022132095A RU 2022132095 A RU2022132095 A RU 2022132095A RU 2811294 C1 RU2811294 C1 RU 2811294C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- dose
- irradiation
- boron
- correction
- Prior art date
Links
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 title claims abstract description 70
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 131
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 131
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 119
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 91
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 52
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000002105 relative biological effectiveness Effects 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 11
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 26
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 25
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 24
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 19
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 17
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 13
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 12
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 12
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 6
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000012905 input function Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N Cobalt-60 Chemical compound [60Co] GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 201000010915 Glioblastoma multiforme Diseases 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000000376 autoradiography Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000009201 electron therapy Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000001730 gamma-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 208000005017 glioblastoma Diseases 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001616 ion spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- YAFKGUAJYKXPDI-UHFFFAOYSA-J lead tetrafluoride Chemical compound F[Pb](F)(F)F YAFKGUAJYKXPDI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 201000001441 melanoma Diseases 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013421 nuclear magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002727 particle therapy Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002661 proton therapy Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000002603 single-photon emission computed tomography Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002626 targeted therapy Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005676 thermoelectric effect Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0001] Изобретение относится к области облучения радиоактивными лучами, и, в частности, к устройству детектирования дозы нейтронов и устройству нейтронозахватной терапии.[0001] The invention relates to the field of irradiation with radioactive rays, and, in particular, to a neutron dose detection device and a neutron capture therapy device.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
[0002] С развитием ядерных технологий лучевая терапия, такая как Кобальт-60, линейный ускоритель, электронный пучок или подобные, стала одним из основных средств лечения рака. Однако традиционная фотонная или электронная терапия ограничена физическими условиями самих радиоактивных лучей, и, таким образом, также будет наносить вред большому количеству нормальных тканей на пути луча при уничтожении опухолевых клеток. При этом из-за различной чувствительности опухолевых клеток к радиоактивным лучам, традиционная лучевая терапия часто имеет слабый лечебный эффект на радиорезистентные злокачественные опухоли (например, мультиформную глиобластому и меланому) с радиорезистентностью.[0002] With the development of nuclear technology, radiation therapy such as Cobalt-60, linear accelerator, electron beam or the like has become one of the main means of treating cancer. However, traditional photon or electron therapy is limited by the physical conditions of the radioactive beams themselves, and thus will also harm a large amount of normal tissue in the beam's path as it kills tumor cells. However, due to the varying sensitivity of tumor cells to radioactive rays, traditional radiation therapy often has a weak therapeutic effect on radioresistant malignant tumors (for example, glioblastoma multiforme and melanoma) with radioresistance.
[0003] Для уменьшения радиационного поражения нормальных тканей вокруг опухолей, концепция целевой терапии в химиотерапии применяется к лучевой терапии. Что касается опухолевых клеток с высокой радиорезистентностью, источники излучения с высокой относительной биологической эффективностью (RBE), такие как протонная терапия, терапия тяжелыми частицами, нейтронозахватная терапия и т.п., также активно разрабатываются в настоящее время. Здесь нейтронозахватная терапия сочетает в себе два вышеупомянутых концепта, например, бор-нейтронозахватная терапия. Благодаря специфической агрегации борсодержащих лекарственных средств в опухолевых клетках и взаимодействию с точным контролем пучка нейтронов обеспечивается возможность выбора лечения рака лучше, чем традиционные радиоактивные лучи.[0003] To reduce radiation damage to normal tissues around tumors, the concept of targeted therapy in chemotherapy is applied to radiation therapy. Regarding tumor cells with high radioresistance, radiation sources with high relative biological effectiveness (RBE), such as proton therapy, heavy particle therapy, neutron capture therapy, etc., are also being actively developed at present. Here, neutron capture therapy combines the two above-mentioned concepts, such as boron neutron capture therapy. Due to the specific aggregation of boron-containing drugs in tumor cells and the interaction with precise control of the neutron beam, it provides cancer treatment options better than traditional radioactive rays.
[0004] Во время терапии захвата бора доза облучения, применяемая к пациенту, должна точно контролироваться за счет более сильных радиоактивных лучей пучка нейтронов, выполняющих лучевую терапию пациента. Однако при составлении плана терапии все еще существуют проблемы неточной установки предустановленных параметров облучения, таких как доза нейтронного облучения, и неточного определения фактической дозы облучения.[0004] During boron capture therapy, the radiation dose applied to the patient must be precisely controlled by the stronger radioactive beams of the neutron beam delivering radiation therapy to the patient. However, when formulating a treatment plan, there are still problems of inaccurately setting preset radiation parameters, such as neutron radiation dose, and inaccurately determining the actual radiation dose.
[0005] Кроме того, во время фактического облучения иногда происходит событие, когда команда вводится по ошибке или соответствующие команды и параметры облучения изменяются, в связи с тем, что оператор или врач случайно прикасается к панели управления по ошибке, так что увеличивается медицинский риск.[0005] In addition, during the actual irradiation, sometimes an event occurs where a command is entered by mistake, or the corresponding irradiation commands and parameters are changed, due to the operator or doctor accidentally touching the control panel by mistake, so that the medical risk increases.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
[0006] Для решения вышеуказанных проблем изобретение обеспечивает устройство нейтронозахватной терапии, способное применять точную дозу нейтронного облучения к подлежащему облучению телу, и содержащее систему облучения пучком нейтронов, выполненную с возможностью генерирования пучка нейтронов, систему детектирования, выполненную с возможностью детектирования параметров облучения во время терапии облучения пучком нейтронов, и систему коррекции, выполненную с возможностью коррекции предустановленной дозы нейтронов.[0006] To solve the above problems, the invention provides a neutron capture therapy device capable of applying a precise dose of neutron irradiation to a body to be irradiated, and comprising a neutron beam irradiation system configured to generate a neutron beam, a detection system configured to detect irradiation parameters during therapy irradiation with a neutron beam, and a correction system configured to correct a preset neutron dose.
[0007] Кроме того, система коррекции может корректировать предустановленную дозу нейтронов в соответствии с концентрацией бора в реальном времени и потоком нейтронов в подлежащем облучению теле.[0007] In addition, the correction system can adjust the preset neutron dose in accordance with the real-time boron concentration and neutron flux in the body to be irradiated.
[0008] Кроме того, устройство нейтронозахватной терапии может дополнительно содержать систему детектирования, которая включает в себя устройство детектирования дозы нейтронов, выполненное с возможностью детектирования дозы пучка нейтронов в реальном времени, и устройство детектирования концентрации бора, выполненное с возможностью детектирования концентрации бора в подлежащем облучении теле.[0008] In addition, the neutron capture therapy device may further comprise a detection system that includes a neutron dose detection device configured to detect the dose of the neutron beam in real time, and a boron concentration detection device configured to detect the boron concentration in the subject to irradiation body
[0009] Кроме того, коэффициенты коррекции, используемые системой коррекции, могут включать в себя коэффициент Ks коррекции эффекта самоэкранирования бора, вычисляемый с использованием формулы (3-6):[0009] In addition, the correction factors used by the correction system may include a bore self-shielding effect correction factor K s calculated using Formula (3-6):
[0010] [0010]
[0011] где ϕB - поток тепловых нейтронов в подлежащем облучению теле, когда распределение концентрации бора равно B, а ϕB0 - поток тепловых нейтронов в подлежащем облучению теле, когда распределение концентрации бора равно B0.[0011] where ϕ B is the thermal neutron flux in the body to be irradiated when the boron concentration distribution is B, and ϕ B0 is the thermal neutron flux in the body to be irradiated when the boron concentration distribution is B 0 .
[0012] Кроме того, коэффициенты коррекции могут дополнительно включать в себя коэффициент Kp коррекции позиционирования, вычисляемый с использованием формулы (3-2):[0012] In addition, the correction coefficients may further include a positioning correction coefficient K p calculated using Formula (3-2):
[0013] [0013]
[0014] где D - доза нейтронов в реальном времени, измеренная устройством детектирования дозы нейтронов, а D0 - нескорректированная предустановленная доза нейтронов.[0014] where D is the real-time neutron dose measured by the neutron dose detection device, and D 0 is the uncorrected preset neutron dose.
[0015] Кроме того, нескорректированная предустановленная доза D0 нейтронов может вычисляться с использованием формулы (3-7) следующим образом:[0015] In addition, the uncorrected preset neutron dose D 0 can be calculated using formula (3-7) as follows:
[0016] [0016]
[0017] где DB - доза при концентрации бора 1 ppm, Bcon - фактически измеренная концентрация бора, Df - доза быстрых нейтронов, Dth - доза тепловых нейтронов, RBEn - RBE нейтрона, Dr - доза гамма-излучения, а RBEr - RBE гамма-излучения.[0017] where D B is the dose at a boron concentration of 1 ppm, B con is the actual measured boron concentration, D f is the fast neutron dose, D th is the thermal neutron dose, RBE n is the neutron RBE, D r is the gamma radiation dose, and RBE r is the RBE of gamma radiation.
[0018] Кроме того, коэффициенты коррекции могут дополнительно включать в себя коэффициент Ki коррекции интенсивности нейтронного пучка, вычисляемый с использованием формулы (3-3):[0018] In addition, the correction factors may further include a neutron beam intensity correction factor K i calculated using Formula (3-3):
[0019] [0019]
[0020] где I - мощность дозы нейтронов в реальном времени, измеренная устройством детектирования дозы нейтронов, а I0 - теоретическая интенсивность пучка.[0020] where I is the real-time neutron dose rate measured by the neutron dose detection device, and I 0 is the theoretical beam intensity.
[0021] Кроме того, коэффициенты коррекции могут дополнительно включать в себя коэффициент Kb коррекции концентрации бора, вычисляемый с использованием формулы (3-5):[0021] In addition, the correction factors may further include a boron concentration correction factor K b calculated using Formula (3-5):
[0022] [0022]
[0023] где B - концентрация бора в реальном времени, детектируемая устройством детектирования концентрации бора, а B0 - установленное значение концентрации бора в плане терапии.[0023] where B is the real-time boron concentration detected by the boron concentration detection device, and B 0 is the set value of boron concentration in the therapy plan.
[0024] Кроме того, коэффициенты коррекции могут включать в себя коэффициент K1 коррекции нейтронов и коэффициент K2 коррекции бора, вычисляемые с использованием формулы (3-1) и формулы (3-4) соответственно:[0024] In addition, the correction factors may include a neutron correction factor K 1 and a boron correction factor K 2 calculated using Formula (3-1) and Formula (3-4), respectively:
[0025] [0025]
[0026] [0026]
[0027] где Kp - коэффициент коррекции позиционирования, Ki - коэффициент коррекции интенсивности нейтронного пучка, Kb - коэффициент коррекции концентрации бора, Ks - коэффициент коррекции эффекта самоэкранирования бора.[0027] where K p is the positioning correction factor, K i is the neutron beam intensity correction factor, K b is the boron concentration correction factor, K s is the boron self-shielding effect correction factor.
[0028] Кроме того, скорректированная предустановленная доза Dtotal нейтронов может вычисляться с использованием формулы (3-8) следующим образом:[0028] In addition, the adjusted preset neutron dose D total can be calculated using formula (3-8) as follows:
[0029] [0029]
[0030] где DB - доза при концентрации бора 1 ppm, имеет единицу измерения Гр, Bcon - фактически измеренная концентрация бора, имеет единицу измерения ppm, Df - доза быстрых нейтронов, имеет единицу измерения Гр, Dth - доза тепловых нейтронов, имеет единицу измерения Гр, RBEn - RBE нейтрона, Dr - доза гамма-излучения, имеет единицу измерения Гр, а RBEr - RBE гамма-излучения.[0030] where D B is the dose at a boron concentration of 1 ppm, has the unit of measurement Gr, B con is the actual measured boron concentration, has the unit ppm, D f is the dose of fast neutrons, has the unit Gr, D th is the dose of thermal neutrons , has a unit of measurement Gy, RBE n - RBE of a neutron, D r - dose of gamma radiation, has a unit of measurement Gy, and RBE r - RBE of gamma radiation.
[0031] Кроме того, первое значение концентрации бора в подлежащем облучении теле получают устройством детектирования концентрации бора, а первое значение коррекции эффекта самоэкранирования бора получают системой коррекции; второе значение концентрации бора в подлежащем облучении теле получают устройством детектирования концентрации бора, а второе значение коррекции эффекта самоэкранирования бора получают системой коррекции, при этом первое значение концентрации бора больше второго значения концентрации бора, а первое значение коррекции эффекта самоэкранирования бора меньше второго коэффициента коррекции эффекта самоэкранирования бора.[0031] In addition, the first boron concentration value in the body to be irradiated is obtained by the boron concentration detection device, and the first boron self-shielding effect correction value is obtained by the correction system; a second boron concentration value in the body to be irradiated is obtained by a boron concentration detection device, and a second boron self-shielding effect correction value is obtained by a correction system, wherein the first boron concentration value is greater than the second boron concentration value, and the first boron self-shielding effect correction value is less than the second self-shielding effect correction factor boron
[0032] Устройство нейтронозахватной терапии согласно изобретению снабжено системой коррекции, выполненной с возможностью коррекции предустановленной дозы нейтронов, так что точность дозы пучка нейтронов, облучаемого подлежащее облучению тело, обеспечивается от источника.[0032] The neutron capture therapy device according to the invention is equipped with a correction system configured to correct a predetermined neutron dose, so that the accuracy of the dose of the neutron beam irradiated to the body to be irradiated is ensured from the source.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0033] Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму системы облучения пучком нейтронов устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0033] FIG. 1 is a schematic diagram of the neutron beam irradiation system of a neutron capture therapy device according to the invention.
[0034] Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму корпуса формирования пучка устройства нейтронозахватной терапии согласно настоящему изобретению.[0034] FIG. 2 is a schematic diagram of a beam forming housing of a neutron capture therapy device according to the present invention.
[0035] Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму системы облучения пучком нейтронов и системы детектирования устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0035] FIG. 3 is a schematic diagram of a neutron beam irradiation system and detection system of a neutron capture therapy device according to the invention.
[0036] Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму устройства детектирования дозы нейтронов в первом варианте осуществления устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0036] FIG. 4 is a schematic diagram of a neutron dose detection device in a first embodiment of a neutron capture therapy device according to the invention.
[0037] Фиг. 5 представляет собой схематическую диаграмму устройства детектирования дозы нейтронов во втором варианте осуществления устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0037] FIG. 5 is a schematic diagram of a neutron dose detection device in a second embodiment of a neutron capture therapy device according to the invention.
[0038] Фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму системы мониторинга устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0038] FIG. 6 is a schematic diagram of a monitoring system for a neutron capture therapy device according to the invention.
[0039] Фиг. 7 представляет собой схематическую диаграмму системы предотвращения неправильной работы в комбинации с дисплейной частью и входной частью устройства нейтронозахватной терапии согласно изобретению.[0039] FIG. 7 is a schematic diagram of a malfunction prevention system in combination with a display part and an input part of a neutron capture therapy device according to the invention.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
[0040] Чтобы сделать назначение, технические решения и технические результаты изобретения более ясными и дать возможность специалистам в данной области техники реализовать их соответствующим образом, изобретение будет дополнительно подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи и варианты осуществления изобретения.[0040] To make the purpose, technical solutions and technical results of the invention clearer and to enable those skilled in the art to implement them accordingly, the invention will be further described in detail below with reference to the accompanying drawings and embodiments of the invention.
[0041] В следующем описании термины «первый», «второй» и т.п. могут быть использованы для описания различных элементов, однако эти элементы не ограничены этими терминами, и эти термины используются только для различения описанных объектов без какого-либо порядка или технического значения.[0041] In the following description, the terms “first”, “second” and the like. may be used to describe various elements, however, these elements are not limited to these terms, and these terms are used only to distinguish the objects described without any order or technical meaning.
[0042] Лучевая терапия является распространенным средством для лечения рака, причем бор-нейтронозахватная терапия (BNCT) является эффективным средством для лечения рака и все чаще используется в последние годы. Как показано на фиг. 1-7, устройство нейтронозахватной терапии, излучающее пучок нейтронов заданной дозы нейтронов на подлежащий облучению объект, такой как пациент S, для выполнения BNCT включает в себя систему 1 облучения пучком нейтронов, систему детектирования, систему 3 мониторинга, систему коррекции и систему предотвращения неправильной работы. Система 1 облучения пучком нейтронов выполнена с возможностью генерирования пучка нейтронов, подходящего для выполнения терапии нейтронного облучения на пациента S. Система детектирования выполнена с возможностью детектирования параметров облучения, таких как доза нейтронов или подобных, во время терапии нейтронного облучения. Система 3 мониторинга выполнена с возможностью управления всем процессом облучения пучком нейтронов. Система коррекции выполнена с возможностью коррекции предустановленной дозировки нейтронов. Система предотвращения неправильной работы выполнена с возможностью предотвращения ввода соответствующим персоналом ненадлежащих команд и информации в систему 3 мониторинга.[0042] Radiation therapy is a common treatment for cancer, with boron neutron capture therapy (BNCT) being an effective treatment for cancer and increasingly used in recent years. As shown in FIG. 1-7, a neutron capture therapy device emitting a neutron beam of a predetermined neutron dose onto a subject to be irradiated, such as a patient S, to perform BNCT includes a neutron beam irradiation system 1, a detection system, a monitoring system 3, a correction system, and a malfunction prevention system. . The neutron beam irradiation system 1 is configured to generate a neutron beam suitable for performing neutron irradiation therapy on patient S. The detection system is configured to detect irradiation parameters such as neutron dose or the like during neutron irradiation therapy. The monitoring system 3 is designed to control the entire process of irradiation with a neutron beam. The correction system is configured to correct the preset neutron dosage. The malfunction prevention system is configured to prevent relevant personnel from entering improper commands and information into the monitoring system 3.
[0043] BNCT производит две сильно заряженные частицы 4He и 7Li, используя характеристику борсодержащего (10B) лекарственного средства, имеющего участок высокого захвата для теплового нейтрона, и через захват нейтронов 10B(n,α)7Li и реакцию ядерного деления. Две сильно заряженные частицы имеют каждая среднюю энергию около 2,33 МэВ, а также характеристики высокой линейной передачи энергии (LET) и короткого диапазона. LET и диапазон частиц 4He составляют 150 кэВ/мкм и 8 мкм соответственно, LET и диапазон сильно заряженных частиц 7Li составляют 175 кэВ/мкм и 5 мкм соответственно, а общий диапазон двух сильно заряженных частиц примерно эквивалентен размеру клетки, так что радиационное повреждение организма может быть ограничено клеточным уровнем. Борсодержащее лекарственное средство избирательно собирается в опухолевые клетки. После того, как пучок нейтронов попадает в тело пациента S, он подвергается ядерной реакции с бором в теле пациента S, что приводит к образованию двух сильно заряженных частиц 4He и 7Li, и две сильно заряженные частицы 4He и 7Li локально уничтожают опухолевые клетки, не нанося слишком большого ущерба нормальным тканям.[0043] BNCT produces two highly charged particles 4 He and 7 Li using the characteristic of boron ( 10 B) drug having a high capture site for thermal neutron, and through the neutron capture of 10 B(n,α) 7 Li and nuclear fission reaction . The two highly charged particles each have an average energy of about 2.33 MeV, and have characteristics of high linear energy transfer (LET) and short range. The LET and range of the 4 He particles are 150 keV/µm and 8 µm respectively, the LET and range of the highly charged particles 7 Li are 175 keV/µm and 5 µm respectively, and the total range of the two highly charged particles is approximately equivalent to the size of a cell, so that radiation damage organism may be limited to the cellular level. The boron-containing drug selectively assembles into tumor cells. After the neutron beam enters the body of patient S, it undergoes a nuclear reaction with boron in the body of patient S, which leads to the formation of two highly charged particles 4 He and 7 Li, and the two highly charged particles 4 He and 7 Li locally destroy tumor cells cells without causing too much damage to normal tissues.
[0044] Как показано на фиг. 1, система 1 облучения пучком нейтронов содержит модуль 11 генерирования пучка нейтронов и модуль 12 регулировки пучка, выполненный с возможностью регулировки пучка нейтронов, генерируемого модулем 11 генерирования пучка нейтронов.[0044] As shown in FIG. 1, the neutron beam irradiation system 1 includes a neutron
[0045] Модуль 11 генерирования пучка нейтронов генерирует пучок нейтронов, облучающий пациента S, и содержит ускоритель 111, выполненный с возможностью ускорения пучка заряженных частиц, мишень 112, выполненную с возможностью взаимодействия с пучком заряженных частиц для генерирования пучка нейтронов, и часть 113 транспортировки пучка заряженных частиц, расположенную между ускорителем 111 и мишенью 112 и выполненную с возможностью транспортировки пучка заряженных частиц. Часть 113 транспортировки пучка заряженных частиц транспортирует пучок заряженных частиц к мишени 112 и имеет один конец, соединенный с ускорителем 111, а другой конец - соединенный с мишенью 112. При этом часть 113 транспортировки пучка заряженных частиц снабжена устройством управления пучком, таким как часть регулировки пучка (не показана), часть сканирования заряженных частиц (не показана) и т.п. Часть регулировки пучка управляет направлением перемещения и диаметром пучка заряженных частиц. Часть сканирования пучка заряженных частиц сканирует пучок заряженных частиц и управляет положением облучения пучка заряженных частиц относительно мишени 112.[0045] The neutron
[0046] Ускоритель 111 может представлять собой циклотрон, синхротрон, синхроциклотрон, линейный ускоритель и т.п. Обычно используемая мишень 112 включает мишень из лития (Li) и мишень из бериллия (Be). Пучок заряженных частиц ускоряется до энергии, достаточной для преодоления кулоновского отталкивания ядер мишени 112, и претерпевает ядерную реакцию 7Li(p, n)7Be с мишенью 112 для генерирования пучка нейтронов. Обычно обсуждаемая ядерная реакция включает 7Li(p, n)7Be и 9Be(p, n)9B. Как правило, мишень 112 содержит целевой слой и антиокислительный слой, расположенный на стороне целевого слоя и выполненный с возможностью предотвращения окисления целевого слоя, причем антиокислительный слой выполнен из алюминия или нержавеющей стали.[0046] The accelerator 111 may be a cyclotron, synchrotron, synchrocyclotron, linear accelerator, or the like. A commonly used
[0047] В вариантах осуществления изобретения ускоритель 111 ускоряет заряженные частицы, чтобы позволить им претерпевать ядерную реакцию с мишенью 112 для обеспечения источника нейтронов. В других вариантах источник нейтронов может быть обеспечен за счет использования ядерного реактора, генератора нейтронов D-T, генератора нейтронов D-D и т.п. Однако независимо от того, обеспечивается ли источник нейтронов за счет ускорения заряженных частиц, чтобы позволить им претерпевать ядерную реакцию с мишенью 112, как предусмотрено в изобретении, или источник нейтронов обеспечивается ядерным реактором, генератором нейтронов D-T, генератором нейтронов D-D и т.п., генерируется смешанное поле облучения, то есть генерируемый пучок включает в себя высокоскоростной пучок нейтронов, пучок надтепловых нейтронов, пучок тепловых нейтронов и гамма-луч. Во время BNCT, чем выше содержание остальных лучей облучения (в совокупности называемых загрязнением лучей облучения), за исключением надтеплового нейтрона, тем больше доля неселективного осаждения дозы в нормальных тканях, поэтому радиация, вызывающая ненужное осаждение дозы, может быть сведена к минимуму.[0047] In embodiments of the invention, accelerator 111 accelerates charged particles to allow them to undergo a nuclear reaction with
[0048] Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) вынесло пять рекомендаций по коэффициенту качества пучка воздуха для источника нейтронов, используемого в клинических BNCT. Пять рекомендаций могут сравнивать преимущества и недостатки различных источников нейтронов и служить в качестве справочного материала для выбора пути генерации нейтронов и проектирования корпуса 121 формирования пучка. Пять рекомендаций выглядят следующим образом:[0048] The International Atomic Energy Agency (IAEA) has made five recommendations on the air beam quality factor for a neutron source used in clinical BNCT. The five guidelines can compare the advantages and disadvantages of various neutron sources and serve as reference for selecting a neutron generation path and designing the beamforming housing 121. The five recommendations are as follows:
[0049] Поток надтепловых нейтронов >1 × 109 н/см2 с [0049] Epithermal neutron flux >1 × 10 9 n/cm 2 s
[0050] Быстрое нейтронное загрязнение <2 × 10-13 Гр-см2/н[0050] Fast neutron contamination <2 × 10 -13 Gy-cm 2 /n
[0051] Загрязнение фотонами <2 × 10-13 Гр-см2/н[0051] Photon contamination <2 × 10 -13 Gy-cm 2 /n
[0052] Соотношение потока тепловых и надтепловых нейтронов <0,05[0052] Thermal to epithermal neutron flux ratio <0.05
[0053] Отношение тока надтепловых нейтронов к потоку >0,7.[0053] Epithermal neutron current to flux ratio >0.7.
[0054] Примечание: надтепловой нейтрон имеет энергетическую область между 0,5 эВ и 40 кэВ, тепловой нейтрон имеет энергетическую область менее 0,5 эВ, а быстрый нейтрон имеет энергетическую область более 40 кэВ.[0054] Note: The epithermal neutron has an energy region between 0.5 eV and 40 keV, the thermal neutron has an energy region less than 0.5 eV, and the fast neutron has an energy region greater than 40 keV.
[0055] Как показано в комбинации с фиг. 2 и 3, модуль 12 регулировки пучка выполнен с возможностью регулировки смешанных лучей облучения, генерируемых в модуле 11 генерирования пучка нейтронов, чтобы свести к минимуму загрязнение пучка облучения, в конечном итоге облучающего пациента S, и фокусировать надтепловой нейтрон для лечения пациента S на подлежащей облучению части пациента S. Модуль 12 регулировки пучка содержит корпус 121 формирования пучка, выполненный с возможностью замедления и экранирования пучка нейтронов, и коллиматор 122, выполненный с возможностью фокусировки надтеплового нейтрона на подлежащей облучению части пациента S. В частности, корпус 121 формирования пучка содержит замедлитель 1211, выполненный с возможностью замедления пучка нейтронов, генерируемого из мишени 112, в энергетическую область надтеплового нейтрона, отражатель 1212, выполненный с возможностью направления отклоненного нейтрона обратно в замедлитель 1211 для увеличения интенсивности пучка надтеплового нейтрона, поглотитель 1213 тепловых нейтронов, выполненный с возможностью поглощения теплового нейтрона для предотвращения чрезмерного осаждения дозы в поверхностных нормальных тканях во время терапии, и радиационный экран 1214, выполненный с возможностью экранирования утечек нейтронов и фотонов для уменьшения осаждения дозы в нормальных тканях в необлученной области. В других вариантах осуществления изобретения поглотитель тепловых нейтронов может быть не предусмотрен, вместо этого тепловой нейтрон поглощается веществами, содержащимися в замедлителе или отражателе, или может быть предусмотрено, что замедлитель и поглотитель тепловых нейтронов выполнены как одно целое. В других вариантах радиационный экран может быть не предусмотрен, вместо этого радиационный экран может быть изготовлен из того же материала, что и отражатель, или может быть предусмотрено, что отражатель и радиационный экран выполнены как одно целое.[0055] As shown in combination with FIG. 2 and 3, the
[0056] Замедлитель 1211 может быть сформирован путем укладки нескольких различных материалов. Материал замедлителя 1211 выбирают в соответствии с такими факторами, как энергия пучка заряженных частиц и т.п. Например, когда энергия пучка протонов из ускорителя 111 составляет 30 МэВ и используется мишень Be, материал замедлителя 1211 представляет собой свинец (Pb), железо, алюминий (Al) или фторид кальция. Когда энергия протонного пучка от ускорителя 111 составляет 11 МэВ и используется мишень Be, материал замедлителя 1211 представляет собой тяжелую воду (D2O), или фторид свинца, и т.п. В предпочтительном варианте осуществления изобретения замедлитель 1211 сформирован путем смешивания MgF2 и LiF, который составляет 4,6% MgF2 по весу, отражатель 1212 выполнен из Pb, а поглотитель тепловых нейтронов 1213 - из 6Li. Радиационный экран 1214 включает в себя фотонный экран и нейтронный экран. Здесь фотонный экран выполнен из Pb, а нейтронный экран выполнен из полиэтилена (PE). Замедлитель 1211 может быть выполнен в биконической форме, как раскрыто на фиг. 2, или в цилиндрической форме, как раскрыто на фиг. 3. Отражатель 1212 расположен вокруг замедлителя 1211 и имеет форму, адаптивно измененную в соответствии с формой замедлителя 1211.[0056] The
[0057] Как показано на фиг. 3, система детектирования содержит устройство 21 детектирования дозы нейтронов, выполненное с возможностью детектирования дозы нейтронов пучка нейтронов в режиме реального времени, устройство 22 детектирования температуры, выполненное с возможностью детектирования температуры мишени 112, устройство 23 детектирования смещения, выполненное с возможностью детектирования, создает ли пациент S смещение во время терапии, и устройство детектирования концентрации бора (не показано), выполненное с возможностью детектирования концентрации бора в организме пациента S.[0057] As shown in FIG. 3, the detection system includes a neutron
[0058] Как показано в комбинации с фиг. 4, устройство 21 детектирования дозы нейтронов содержит детектор 211, выполненный с возможностью приема нейтрона и вывода сигнала, блок 212 обработки сигнала, выполненный с возможностью обработки сигнала, выводимого из детектора 211, счетчик 213, выполненный с возможностью подсчета сигнала, выводимого из блока 212 обработки сигнала, для получения скорости счета, блок 214 преобразования, выполненный с возможностью преобразования скорости счета, записанной счетчиком 213, в плотность потока нейтронов или мощность дозы нейтронов, блок 215 интегрирования, выполненный с возможностью интегрирования плотности потока нейтронов или мощности дозы нейтронов для получения дозы нейтронов, и дисплей 218, выполненный с возможностью отображения дозы нейтронов. Детектор 211, блок 212 обработки сигнала и счетчик 213 образуют канал 20 скорости счета.[0058] As shown in combination with FIG. 4, the neutron
[0059] Детектор 211 может быть размещен в корпусе 121 формирования пучка, также может быть размещен в коллиматоре 122 или же может быть также расположен в любом положении вблизи корпуса 121 формирования пучка, при условии, что положение, в котором расположен детектор 211, может быть приспособлено для детектирования дозы нейтронов пучка нейтронов.[0059] The detector 211 may be located in the beam forming housing 121, may also be located in the collimator 122, or may also be located at any position adjacent to the beam forming housing 121, provided that the position in which the detector 211 is located may be adapted for detecting the neutron dose of a neutron beam.
[0060] Детектор 211, способный детектировать дозу нейтронов пучка нейтронов в реальном времени, снабжен ионизационной камерой и сцинтилляционным детектором. При этом в качестве подложки в пропорциональном счетчике He-3, в пропорциональном счетчике BF3, в камере деления и в борной ионизационной камере используется структура ионизационной камеры, а сцинтилляционный детектор содержит органический материал или неорганический материал. При детектировании теплового нейтрона сцинтилляционный детектор обычно добавляет элемент секции высокого захвата теплового нейтрона, такой как Li, или B и т.п. Определенный элемент в двух типах детекторов захватывает нейтрон, входящий в детектор, или претерпевает реакцию ядерного деления с нейтроном, входящим в детектор, для высвобождения сильно заряженных частиц и фрагментов ядерного деления, которые генерируют большое количество ионизационных пар в ионизационной камере или сцинтилляционном детекторе, и эти заряды собираются и образуют электрический сигнал. Блок 212 обработки сигналов выполняет обработку снижения шума, преобразования и разделения электрического сигнала, и электрический сигнал преобразуется в импульсный сигнал. Различают нейтронно-импульсный сигнал и γ-импульсный сигнал путем анализа величины импульса напряжения. Разделенный нейтронный импульсный сигнал непрерывно записывается счетчиком 213 для получения скорости счета (н/с) нейтрона. Блок 214 преобразования вычисляет и преобразует скорость счета посредством внутреннего программного обеспечения, программ или подобных средств для получения плотности потока нейтронов (см-2 с-1) и дополнительно вычисляет и преобразует плотность потока нейтронов для получения мощности дозы нейтронов (Гр/с). Наконец, часть интегрирования интегрирует мощность дозы нейтронов для получения дозы нейтронов в реальном времени.[0060] The detector 211, capable of detecting the neutron dose of a neutron beam in real time, is equipped with an ionization chamber and a scintillation detector. In this case, the He-3 proportional counter, the BF 3 proportional counter, the fission chamber and the boron ionization chamber use an ionization chamber structure as a substrate, and the scintillation detector contains an organic material or an inorganic material. When detecting a thermal neutron, the scintillation detector usually adds a high thermal neutron capture section element such as Li, or B, etc. A specific element in two types of detectors captures a neutron entering the detector or undergoes a nuclear fission reaction with a neutron entering the detector to release highly charged particles and nuclear fission fragments that generate a large number of ionization pairs in the ionization chamber or scintillation detector, and these the charges collect and form an electrical signal. The signal processing unit 212 performs noise reduction, conversion and division processing of the electrical signal, and the electrical signal is converted into a pulse signal. A distinction is made between a neutron pulse signal and a γ pulse signal by analyzing the magnitude of the voltage pulse. The separated neutron pulse signal is continuously recorded by counter 213 to obtain the neutron count rate (n/s). The
[0061] Ниже приведено краткое описание на примере камеры деления, детектора сцинтиллятора и детектора BF3.[0061] Below is a brief description using the example of a fission chamber, a scintillator detector and a BF 3 detector.
[0062] Когда пучок нейтронов проходит через камеру деления, он разделяется молекулами газа внутри камеры деления или стенкой камеры деления с образованием электрона и положительно заряженного иона, которые называются ионной парой, как описано выше. Из-за высокого напряжения электрического поля, приложенного в камере деления, электрон движется к центральному анодному проводу, а положительно заряженный ион движется к окружающей стенке катода, так что генерируется измеримый электрический сигнал.[0062] When a beam of neutrons passes through the fission chamber, it is separated by gas molecules inside the fission chamber or by the wall of the fission chamber to produce an electron and a positively charged ion, which are called an ion pair, as described above. Due to the high electric field voltage applied in the fission chamber, the electron moves towards the central anode wire and the positively charged ion moves towards the surrounding cathode wall so that a measurable electrical signal is generated.
[0063] Вещества, такие как оптическое волокно или тому подобное, в сцинтилляционном детекторе поглощают энергию, после чего генерируют видимый свет, который использует ионизирующее излучение для возбуждения электрона в кристалле или молекуле до возбужденного состояния. Флуоресценция, излучаемая, когда электрон возвращается в основное состояние, собирается, а затем служит для детектирования пучка нейтронов. Видимый свет, излучаемый при действии сцинтилляционного детектора и пучка нейтронов, преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоумножительной трубки и выводится.[0063] Substances, such as optical fiber or the like, in a scintillation detector absorb energy and then generate visible light, which uses ionizing radiation to excite an electron in a crystal or molecule to an excited state. The fluorescence emitted when the electron returns to the ground state is collected and then used to detect the neutron beam. Visible light emitted by a scintillation detector and a neutron beam is converted into an electrical signal using a photomultiplier tube and output.
[0064] Детектор BF3 размещен в корпусе 121 формирования пучка и выполнен с возможностью приема облучения пучка нейтронов, элемент B в детекторе BF3 претерпевает ядерную реакцию 10B(n, альфа)7Li с нейтроном, при этом альфа-частицы, генерируемые ядерной реакцией, и электрические частицы 7Li собираются высоковольтным электродом под действием напряжения для генерирования электрического сигнала. Электрический сигнал передается в блок 212 обработки сигнала через коаксиальный кабель, подлежит усилению сигнала, фильтрации и формированию, чтобы получить импульсный сигнал. Обработанный импульсный сигнал передается счетчику 213 для подсчета в нем импульсов, чтобы получить скорость (н/с) счета, с помощью которой интенсивность пучка нейтронов, то есть доза нейтронов, может быть измерена в реальном времени.[0064] The detector BF 3 is located in the beam forming housing 121 and is configured to receive irradiation of a beam of neutrons, the element B in the detector BF 3 undergoes a nuclear reaction of 10 B(n, alpha) 7 Li with a neutron, wherein the alpha particles generated by the nuclear reaction, and 7 Li electrical particles are collected by a high voltage electrode under voltage to generate an electrical signal. The electrical signal is transmitted to signal processing unit 212 through a coaxial cable and is subject to signal amplification, filtering, and conditioning to produce a pulse signal. The processed pulse signal is transmitted to the counter 213 for counting pulses therein to obtain a counting rate (n/s) with which the intensity of the neutron beam, that is, the neutron dose, can be measured in real time.
[0065] Устройство 22 детектирования температуры представляет собой термопару, причем два проводника с различными компонентами (называемыми проводами термопары или горячими электродами) соединены на обоих концах с образованием петли. Когда температура точки соединения отличается, в петле может создаваться электродвижущая сила. Это явление называется термоэлектрическим эффектом, а электродвижущая сила называется термоэлектрическим потенциалом. Термопара выполняет измерение температуры с использованием этого принципа, при этом один конец, непосредственно приспособленный для измерения температуры среды, называется рабочим концом (также известным как измерительный конец), а другой конец называется холодным концом (также известным как компенсационный конец). Холодный конец соединен с дисплейным инструментом или смешанным инструментом, при этом дисплейный инструмент может указывать термоэлектрический потенциал, создаваемый термопарой. Разумеется, как известно специалистам в данной области техники, устройство 22 детектирования температуры также может представлять собой любой детектор 211, способный детектировать температуру, такой как термометр сопротивления и т.п.[0065] The temperature detection device 22 is a thermocouple, with two wires with different components (called thermocouple wires or hot electrodes) connected at both ends to form a loop. When the temperature of the connection point is different, an electromotive force can be generated in the loop. This phenomenon is called the thermoelectric effect, and the electromotive force is called thermoelectric potential. A thermocouple performs temperature measurement using this principle, with one end directly adapted to measure the temperature of the medium being called the working end (also known as the measuring end) and the other end being called the cold end (also known as the compensation end). The cold end is connected to a display instrument or a mixed instrument, wherein the display instrument may indicate the thermoelectric potential generated by the thermocouple. Of course, as is known to those skilled in the art, the temperature detecting device 22 can also be any detector 211 capable of detecting temperature, such as a resistance thermometer or the like.
[0066] Устройство 23 детектирования смещения представляет собой детектор инфракрасного сигнала, причем инфракрасный детектор работает путем детектирования инфракрасных лучей, излучаемых человеческим телом. Инфракрасный детектор улавливает инфракрасное излучение снаружи, после чего собирает инфракрасное излучение на инфракрасном датчике. Инфракрасный датчик в общем случае использует пироэлектрический элемент, который выпускает заряды наружу при изменении температуры инфракрасного излучения, причем после детектирования и обработки зарядов генерируется сигнал тревоги. Детектор 211 предназначен для детектирования излучения человеческого тела. Поэтому чувствительный к излучению элемент должен быть очень чувствителен к инфракрасному излучению с длиной волны около 10 мкм. Разумеется, специалистам в данной области техники хорошо известно, что устройство 23 детектирования смещения может быть любым устройством детектирования, подходящим для детектирования изменения смещения подлежащего облучению объекта, таким как датчик смещения. Датчик смещения определяет, перемещается ли подлежащий облучению объект, в соответствии с изменением смещения подлежащего облучению объекта относительно определенного эталонного объекта. Специалистам в данной области техники также хорошо известно, что устройство 23 детектирования смещения не только может быть выполнено с возможностью детектирования изменения смещения подлежащего облучению объекта, но также и с возможностью детектирования изменения смещения опорного элемента и/или процедурного стола, фиксирующего подлежащий облучению объект, с определением тем самым косвенно изменения смещения подлежащего облучению объекта.[0066] The displacement detection device 23 is an infrared signal detector, wherein the infrared detector operates by detecting infrared rays emitted by the human body. An infrared detector detects infrared radiation from outside and then collects the infrared radiation on an infrared sensor. An infrared sensor generally uses a pyroelectric element that releases charges outward when the temperature of the infrared radiation changes, and once the charges are detected and processed, an alarm is generated. The detector 211 is designed to detect radiation from the human body. Therefore, the radiation-sensitive element must be very sensitive to infrared radiation with a wavelength of about 10 µm. Of course, it is well known to those skilled in the art that the displacement detection device 23 may be any detection device suitable for detecting a change in displacement of an object to be irradiated, such as a displacement sensor. The displacement sensor determines whether the object to be irradiated moves in accordance with a change in the displacement of the object to be irradiated relative to a certain reference object. It is also well known to those skilled in the art that the displacement detection device 23 can not only be configured to detect a change in displacement of the object to be irradiated, but also to detect a change in displacement of the support member and/or the treatment table fixing the object to be irradiated, with thereby indirectly determining the change in the displacement of the object to be irradiated.
[0067] В ходе терапии облучения пациента S пучком нейтронов бор непрерывно подается пациенту S по мере необходимости. Концентрация бора может быть детектирована с помощью спектроскопии с индуктивно связанной плазмой, α-авторентгенографии с высоким разрешением, спектроскопии заряженных ионов, камеры захвата нейтронов, ядерной магнитно-резонансной томографии и магнитно-резонансной томографии, позитивной электронно-эмиссионной томографии, спектроскопии быстрого γ-излучения и т.п., причем устройство, участвующее в вышеуказанном способе детектирования, называется устройством детектирования концентрации бора.[0067] During neutron beam irradiation therapy for patient S, boron is continuously supplied to patient S as needed. Boron concentration can be detected using inductively coupled plasma spectroscopy, high-resolution α-autoradiography, charged ion spectroscopy, neutron capture chamber, nuclear magnetic resonance imaging and magnetic resonance imaging, positive electron emission tomography, fast γ-ray spectroscopy and the like, wherein the device involved in the above detection method is called a boron concentration detection device.
[0068] Изобретение описано на примере вычисления концентрации бора в организме пациента S путем детектирования γ-луча, выпускаемого пациентом S. Пучок нейтронов попадает в организм пациента и вступает в реакцию с бором для генерирования γ-луча. Измеряя количество γ-луча, можно рассчитать количество бора, реагирующего с пучком нейтронов, тем самым вычисляя концентрацию бора в организме пациента S. Устройство детектирования концентрации бора выполнено с возможностью измерения концентрации бора в организме пациента S в реальном времени, когда система 1 облучения пучком нейтронов выполняет терапию облучения пучком нейтронов в отношении пациента S.[0068] The invention is described in terms of calculating the concentration of boron in the body of patient S by detecting a γ-ray emitted by patient S. A beam of neutrons enters the patient's body and reacts with boron to generate a γ-ray. By measuring the amount of γ-ray, it is possible to calculate the amount of boron reacting with the neutron beam, thereby calculating the concentration of boron in the body of the patient S. The boron concentration detection device is configured to measure the concentration of boron in the body of the patient S in real time when the neutron beam irradiation system 1 performs neutron beam irradiation therapy for patient S.
[0069] Устройство детектирования концентрации бора детектирует γ-излучение (478 кэВ), генерируемое реакцией между нейтроном и бором, для измерения концентрации бора, причем в качестве устройства детектирования концентрации бора используется система измерения распределения бора (PG (Prompt-γ)-SPECT), способная измерять одноэнергетическое γ-излучение для измерения распределения концентрации бора. Устройство детектирования концентрации бора включает в себя часть детектирования γ-излучения и часть вычисления концентрации бора. Часть детектирования γ-излучения детектирует информацию, относящуюся к γ-излучению, испускаемому из тела пациента S, а часть вычисления концентрации бора вычисляет концентрацию бора в теле пациента S в соответствии с информацией, относящейся к γ-излучению, детектируемому частью детектирования γ-излучения. Часть детектирования γ-излучения может использовать сцинтиллятор и различные другие устройства детектирования γ-излучения. При осуществлении изобретения часть детектирования γ-излучения расположена вблизи опухоли пациента S, например, на расстоянии около 30 см от опухоли пациента S.[0069] A boron concentration detection device detects γ-rays (478 keV) generated by the reaction between a neutron and boron to measure boron concentration, wherein a boron distribution measurement system (PG (Prompt-γ)-SPECT) is used as the boron concentration detection device. , capable of measuring single-energy γ-rays to measure the boron concentration distribution. The boron concentration detecting device includes a γ-ray detection part and a boron concentration calculation part. The γ-ray detection portion detects information related to γ-ray emitted from the body of the patient S, and the boron concentration calculation portion calculates the boron concentration in the body of the patient S according to the information related to the γ-ray detected by the γ-ray detection portion. The γ-ray detection portion may use a scintillator and various other γ-ray detection devices. In carrying out the invention, the γ-ray detection portion is located near the tumor of patient S, for example, at a distance of about 30 cm from the tumor of patient S.
[0070] Детектор 211 вышеуказанного устройства 21 детектирования дозы нейтронов, выполненный с возможностью детектирования дозы нейтронов пучка нейтронов, принадлежит к импульсному детектору, причем самый короткий интервал времени между двумя последовательно падающими нейтронами, различаемый детектором 211, определяется как время τ(s) разрешения импульса. Детектор 211 может не точно записывать другие падающие нейтроны в течение τ времени после падения нейтрона на детектор 211, которое поэтому также называется мертвым временем.[0070] The detector 211 of the above neutron
[0071] Чувствительность детектора 211, детектирующего нейтрон, представляет собой отношение суммарного выхода детектора 211 к соответствующему суммарному входу. Для детектора 211 устройства 21 детектирования дозы нейтронов, приведенного в качестве примера в изобретении, его входная физическая величина представляет собой пучок нейтронов, а его выходная физическая величина в общем случае представляет собой оптический сигнал или электрический сигнал. Чем выше отношение суммарного выхода к соответствующему суммарному входу, тем выше чувствительность детектора 211, детектирующего нейтрон. Чем выше чувствительность детектирования нейтрона, тем короче время τ разрешения импульса, соответствующее детектору 211. В общем случае для уменьшения статистической погрешности детектор 211 с высокой чувствительностью детектирования нейтрона детектирует пучок низкой плотности, а детектор 211 с низкой чувствительностью детектирования нейтрона детектирует пучок высокой плотности.[0071] The sensitivity of the neutron detector 211 is the ratio of the total output of the detector 211 to the corresponding total input. For the detector 211 of the neutron
[0072] Различные варианты осуществления изобретения подробно описаны ниже. Для простоты один и тот же компонент имеет одно и то же цифровое обозначение в различных вариантах осуществления, в то время как аналогичные компоненты различаются одним и тем же цифровым обозначением плюс ‘ ' ’ или ‘ '' ’ для различных вариантов осуществления.[0072] Various embodiments of the invention are described in detail below. For simplicity, the same component has the same numeral in different embodiments, while similar components are distinguished by the same numeral plus ‘ ' ’ or ‘ ‘’ ’ for different embodiments.
[0073] В первом варианте осуществления изобретения, раскрытом на фиг. 4, устройство 21 детектирования дозы нейтронов снабжено только каналом 20 скорости счета. Для точного детектирования доз нейтронов пучков нейтронов различных плотностей во втором варианте, раскрытом на фиг. 5, устройство 21' детектирования дозы нейтронов содержит по меньшей мере два канала 20' скорости счета. Детектор 211' каждого канала 20' скорости счета имеет различную чувствительность детектирования нейтрона. Кроме того, устройство 21' детектирования дозы нейтронов дополнительно содержит блок 216 выбора канала скорости счета, выполненный с возможностью выбора соответствующего канала 20' скорости счета в соответствии с текущей мощностью ускорителя 111 или потоком пучка нейтронов. В частности, во втором варианте осуществления, устройство 21' детектирования дозы нейтронов содержит по меньшей мере два канала 20' скорости счета, блок 216 выбора канала скорости счета, выполненный с возможностью выбора соответствующего канала 20' скорости счета из по меньшей мере двух каналов 20' скорости счета, блок 214 преобразования, выполненный с возможностью преобразования скорости счета, записанной каналом 20' скорости счета, выбранным блоком 216 выбора канала скорости счета, в плотность потока нейтронов или мощность дозы нейтронов, и блок 215 интегрирования, выполненный с возможностью интегрирования плотности потока нейтронов или мощности дозы нейтронов для получения дозы нейтронов.[0073] In the first embodiment of the invention disclosed in FIG. 4, the neutron
[0074] Два канала 20' скорости счета называются соответственно первым каналом 201 скорости счета и вторым каналом 202 скорости счета. Первый канал 201 скорости счета содержит первый детектор 2011, выполненный с возможностью приема нейтрона и вывода сигнала, первый блок 2012 обработки сигнала, выполненный с возможностью обработки сигнала, выводимого из первого детектора 2011, и первый счетчик 2013, выполненный с возможностью подсчета сигнала, выводимого из первого блока 2012 обработки сигнала. Второй канал 202 скорости счета содержит второй детектор 2021, выполненный с возможностью приема нейтрона и вывода сигнала, второй блок 2022 обработки сигнала, выполненный с возможностью обработки сигнала, выводимого из второго детектора 2021, и второй счетчик 2023, выполненный с возможностью подсчета сигнала, выводимого из второго блока 2022 обработки сигнала. Блок 216 выбора канала скорости счета выбирает соответствующий канал 20 скорости счета в соответствии с текущей мощностью ускорителя 111 или потоком нейтронного пучка. Блок 214 преобразования преобразует скорость счета, записанную каналом 20 скорости счета, выбранным блоком 216 выбора канала скорости счета, в плотность потока нейтронов или мощность дозы нейтронов. Блок 215 интегрирования интегрирует плотность потока нейтронов или мощность дозы нейтронов для получения дозы нейтронов.[0074] The two count rate channels 20' are referred to as the first count rate channel 201 and the second count rate channel 202, respectively. The first count rate channel 201 includes a
[0075] В общем случае поток нейтронов, который может генерироваться, когда ускоритель 111 находится на максимальной мощности, определяется как максимальный поток нейтронов. Когда детектируемый поток нейтронов в реальном времени составляет менее половины максимального потока нейтронов, он рассматривается как малый поток нейтронов. Когда детектируемый поток нейтронов в реальном времени больше или равен половине максимального потока нейтронов, он рассматривается как большой поток нейтронов.[0075] In general, the neutron flux that can be generated when the accelerator 111 is at maximum power is defined as the maximum neutron flux. When the real-time detected neutron flux is less than half of the maximum neutron flux, it is considered to be a low neutron flux. When the real-time detected neutron flux is greater than or equal to half the maximum neutron flux, it is considered to be a large neutron flux.
[0076] Чувствительность первого детектора 2011, детектирующего нейтрон, является первой чувствительностью, чувствительность второго детектора 2021, детектирующего нейтрон, является второй чувствительностью, причем первая чувствительность меньше, чем вторая чувствительность. В частности, первый детектор 2011 обернут большим количеством нейтрон-поглощающих материалов, таких как B4C, Cd, или заполнен рабочим газом низкого давления, или выполнен в малом размере, с понижением тем самым чувствительности детектирования нейтрона. Когда поток нейтронов большой, первый детектор 2011 используется для детектирования, так что потеря скорости счета, обусловленная временем разрешения импульса, может быть уменьшена. По сравнению с первым детектором 2011, второй детектор 2021 обернут небольшим количеством нейтрон-поглощающих материалов, или вообще не обернут материалом, или заполнен рабочим газом высокого давления, или выполнен в большом размере, так что вторая чувствительность больше, чем первая чувствительность. Когда поток нейтронов мал, второй детектор 2021 используется для детектирования, так что может быть уменьшена статистическая погрешность скорости счета, обусловленная низкой скоростью счета.[0076] The sensitivity of the first
[0077] Соответственно, чувствительность первого детектирующего нейтрон канала 201 скорости счета меньше, чем чувствительность второго детектирующего нейтрон канала 202 скорости счета. Блок выбора скорости счета выбирает соответствующий канал 20' скорости счета в соответствии с текущей мощностью ускорителя 111 или потоком нейтронов. Например, в случае, когда максимальная интенсивность пучка ускорителя 111 составляет 10 мА, когда интенсивность пучка ускорителя 111 превышает 5 мА, скорость счета, записываемая первым счетчиком 2013 первого канала 201 скорости счета с первой чувствительностью, выбирается для передачи в блок 214 преобразования для вычисления дозы; при этом когда интенсивность пучка ускорителя 111 составляет менее 5 мА, скорость счета, записываемая вторым счетчиком 2023 второго канала 202 скорости счета со второй чувствительностью, выбирается для передачи в блок 214 преобразования для вычисления дозы. Более точная скорость счета выбирается блоком выбора скорости счета для передачи блоку 214 преобразования для вычисления дозы, с получением тем самым точной дозы нейтронного облучения.[0077] Accordingly, the sensitivity of the first neutron detecting count rate channel 201 is less than the sensitivity of the second neutron detecting count rate channel 202. The count rate selector selects the appropriate count rate channel 20' in accordance with the current accelerator 111 power or neutron flux. For example, in a case where the maximum beam intensity of the accelerator 111 is 10 mA, when the beam intensity of the accelerator 111 exceeds 5 mA, the count rate recorded by the first counter 2013 of the first count rate channel 201 with a first sensitivity is selected to be transmitted to the
[0078] Устройство 21 детектирования дозы нейтронов снабжено по меньшей мере двумя каналами скорости счета с различной чувствительностью детектирования нейтрона, то есть первым каналом 201 скорости счета и вторым каналом 202 скорости счета, при этом блок 216 выбора канала скорости счета выбирает более точную скорость счета в соответствии с фактической ситуацией для вычисления дозы нейтронов, так что может быть уменьшена ошибка потери скорости счета, обусловленная временем разрешения импульса. При этом учитывается статистическая погрешность, обусловленная низкой скоростью счета, так что повышается точность детектирования дозы нейтронов в реальном времени, тем самым повышая точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S.[0078] The neutron
[0079] В других вариантах осуществления изобретения в отношении каналов 20 и 20' скорости счета предусмотрена возможность наличия любого количества каналов скорости счета, по мере необходимости.[0079] In other embodiments, the count rate channels 20 and 20' are provided with the ability to have any number of count rate channels as needed.
[0080] Кроме того, в вариантах осуществления изобретения, как проиллюстрировано выше, канал 20 скорости счета выбирается в соответствии с мощностью ускорителя 111, потоком нейтронов и т.п. В других вариантах осуществления изобретения канал 20' скорости счета может быть выбран в соответствии с расстоянием между детектором 211 и источником нейтронов. Например, когда детектор 211 расположен в положении, близком к источнику нейтронов, выбирается второй канал 202 скорости счета со второй чувствительностью; при этом когда детектор 211 расположен в положении, удаленном от источника нейтронов, выбирается первый канал 201 скорости счета с первой чувствительностью.[0080] Moreover, in embodiments of the invention, as illustrated above, the count rate channel 20 is selected in accordance with the power of the accelerator 111, neutron flux, or the like. In other embodiments of the invention, the count rate channel 20' may be selected in accordance with the distance between the detector 211 and the neutron source. For example, when detector 211 is located in a position close to the neutron source, a second count rate channel 202 with a second sensitivity is selected; wherein, when the detector 211 is located at a position remote from the neutron source, the first count rate channel 201 with the first sensitivity is selected.
[0081] Детектор 211 вышеуказанного устройства 21 детектирования дозы нейтронов относится к импульсному детектору. В общем случае импульсный детектор имеет проблему временного разрешения. Падающий нейтрон вступает в реакцию с детектором 211, генерируя импульс сигнала, за которым может следовать временной интервал τ. Все другие импульсы сигнала, генерируемые в течение временного интервала, могут рассматриваться детектором 211 как один и тот же импульс сигнала. В этом случае при условии, что временной интервал между любыми двумя сигнальными импульсами меньше τ, второй импульс может не записываться. Следовательно, скорость счета, записанная счетчиком 213, имеет отклонение и должна быть скорректирована. Блок 214 преобразования получает точную плотность потока нейтронов в реальном времени и мощность дозы нейтронов Dt (Гр/с) в соответствии со скорректированной скоростью Ck счета в комбинации с коэффициентом преобразования дозы.[0081] The detector 211 of the above neutron
[0082] Как опять же показано в комбинации с фиг. 4 и 5, кроме того, устройство 21 детектирования дозы нейтронов дополнительно содержит блок 217 коррекции скорости счета, выполненный с возможностью коррекции скорости счета. Блок 217 коррекции скорости счета содержит часть вычисления коррекции скорости счета, часть вычисления коэффициента коррекции скорости счета и часть вычисления времени разрешения импульса.[0082] As again shown in combination with FIG. 4 and 5, in addition, the neutron
[0083] Часть вычисления коррекции скорости счета вычисляет скорректированную скорость Ck счета, используя формулу (1-1):[0083] The count rate correction calculation portion calculates the corrected count rate C k using Formula (1-1):
[0084] [0084]
[0085] где K - коэффициент коррекции скорости счета; и[0085] where K is the counting rate correction factor; And
[0086] Ct - скорость счета в реальном времени, записанная счетчиком 213.[0086] C t is the real-time count rate recorded by counter 213.
[0087] Часть вычисления коэффициента коррекции скорости счета вычисляет коэффициент K коррекции скорости счета по формуле (1-2):[0087] The calculation part of the count rate correction factor calculates the count rate correction factor K according to formula (1-2):
[0088] [0088]
[0089] где n - количество импульсов, записанных счетчиком 213 в единицу времени, то есть скорость счета в реальном времени (н/с) в единицу времени; и[0089] where n is the number of pulses recorded by the counter 213 per unit of time, that is, the real-time counting rate (n/s) per unit of time; And
[0090] m - количество импульсов сигнала, фактически генерируемых в детекторе 211 в единицу времени, то есть количество нейтронов (н/с), вступающих в реакцию с детектором 211 в единицу времени.[0090] m is the number of signal pulses actually generated in the detector 211 per unit time, that is, the number of neutrons (n/s) reacting with the detector 211 per unit time.
[0091] Когда количество нейтронов, поступающих в детектор 211 для реакции в единицу времени, составляет m, а количество импульсов, фактически записанных счетчиком 213 в единицу времени, равно n, время, когда счетная трубка может не работать, равно nτ, при этом общее количество нейтронов, которые поступают в счетную трубку в это время и не могут быть записаны, равно mnτ, то есть потеря счета составляет m-n, и формула (1-3) получается из:[0091] When the number of neutrons entering the detector 211 to react per unit time is m, and the number of pulses actually recorded by the counter 213 per unit time is n, the time that the counting tube may not operate is nτ, and the total the number of neutrons that enter the counting tube at this time and cannot be recorded is equal to mnτ, that is, the counting loss is m-n, and formula (1-3) is obtained from:
[0092] [0092]
[0093] Формулу (1-3) подставляют в формулу (1-2) с получением формулы (1-4):[0093] Formula (1-3) is substituted into formula (1-2) to obtain formula (1-4):
[0094] [0094]
[0095] Из приведенной выше формулы может быть определено, что, когда известно время τ разрешения импульса, коэффициент коррекции скорости счета может быть вычислен с помощью комбинации количества импульсов, записанных счетчиком 213, и формулы (1-4), причем коэффициент коррекции скорости счета может быть подставлен в формулу (1-1) для вычисления скорректированной скорости счета.[0095] From the above formula, it can be determined that when the pulse resolution time τ is known, the count rate correction factor can be calculated by a combination of the number of pulses recorded by the counter 213 and formula (1-4), wherein the count rate correction factor can be substituted into formula (1-1) to calculate the adjusted count rate.
[0096] Традиционные методы вычисления времени разрешения импульса включают метод двойного источника и метод мощности реактора. Эти два метода требуют двух естественных источников нейтронов или реакторов для вычисления и имеют относительно высокую стоимость. Варианты осуществления изобретения предусматривают вычисление временного разрешения импульса на основе системы мониторинга устройства нейтронозахватной терапии, что позволяет в полной мере использовать существующие устройства и ресурсы для снижения стоимости.[0096] Traditional methods for calculating pulse resolution time include the dual source method and the reactor power method. These two methods require two natural neutron sources or reactors to calculate and are relatively expensive. Embodiments of the invention provide for computing pulse time resolution based on a neutron capture therapy device monitoring system, allowing full use of existing devices and resources to reduce cost.
[0097] В частности, во-первых, ускоритель 111 работает в состоянии низкого потока, и в это время поток пучка нейтронов представляет собой поток первого пучка нейтронов I1, а скорость счета, записанная счетчиком 213, представляет собой C1. Теоретически, из-за состояния низкого потока на детектор 211 не влияет время разрешения импульса, и существуют сигнальные импульсы, которые могут не записываться. Затем ускоритель 111 переводят в состояние высокого потока, и в это время поток пучка нейтронов представляет собой поток второго пучка нейтронов I2, а скорость счета, записанная счетчиком 213, представляет собой C2. При этом на скорость счета влияет время разрешения импульса, так что часть импульсов сигнала не записывается, и часть вычисления времени разрешения импульса вычисляет время τ разрешения импульса по формуле (1-5):[0097] Specifically, first, the accelerator 111 operates in a low flux state, and at this time, the neutron beam flux is the first neutron beam flux I 1 , and the count rate recorded by the counter 213 is C 1 . Theoretically, due to the low flow condition, the detector 211 is not affected by the pulse resolution time, and there are signal pulses that may not be recorded. Then, the accelerator 111 is put into a high flux state, at which time the neutron beam flux is the second neutron beam flux I 2 and the count rate recorded by the counter 213 is C 2 . In this case, the counting rate is affected by the pulse resolution time, so that some of the signal pulses are not recorded, and the pulse resolution time calculation part calculates the pulse resolution time τ using formula (1-5):
[0098] [0098]
[0099] Когда положение детектора 211 не изменяется, не требуется вычислять время разрешения импульса каждый раз во время работы устройства. Однако после продолжительной работы детектора 211 рабочие параметры детектора 211 могут изменяться, приводя к изменению времени разрешения импульса, поэтому требуется периодически вычислять время разрешения импульса.[0099] When the position of the detector 211 does not change, it is not necessary to calculate the pulse resolution time each time the device is operated. However, after operating the detector 211 for a long time, the operating parameters of the detector 211 may change, causing the pulse resolution time to change, so it is necessary to periodically calculate the pulse resolution time.
[00100] Часть 217 коррекции скорости счета может вычислять время разрешения импульса детектора 211 и может вычислять коэффициент коррекции скорости счета в соответствии с временем разрешения импульса, так что корректируется ошибка скорости счета, вызванная временем разрешения импульса, дополнительно улучшается точность детектирования дозы нейтронов в реальном времени, и дополнительно улучшается точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S.[00100] The count
[00101] Перед лучевой терапией общую дозу нейтронов, которая должна быть доставлена пациенту S, плотность потока нейтронов или мощность дозы нейтронов или ток во время облучения, и требуемое время облучения, угол облучения и другие параметры облучения во время облучения получают посредством моделирования, вычисления и т.п. Для удобства описания вышеуказанные параметры в совокупности называют предустановленными параметрами облучения. В других вариантах осуществления изобретения часть или более неупомянутых параметров, включая вышеуказанные параметры, могут пониматься как предустановленные параметры облучения, называемые предустановленной дозой нейтронов (Гр), предустановленной плотностью потока нейтронов (см-2 с-1), предустановленной мощностью дозы нейтронов (Гр с-1), предустановленным током (А), предустановленным временем облучения (с) и т.п. соответственно. Во время облучения, из-за изменения некоторых коэффициентов, параметры облучения необходимо периодически регулировать в соответствии с релевантными параметрами, детектируемыми системой детектирования. Параметр облучения, детектируемый системой детектирования, называется параметром облучения в реальном времени, а отрегулированный параметр облучения - скорректированным параметром облучения. Отрегулированный параметр облучения может быть предустановленным параметром облучения или скорректированным параметром облучения.[00101] Before radiation therapy, the total neutron dose to be delivered to the patient S, the neutron flux density or neutron dose rate or current during irradiation, and the required irradiation time, irradiation angle and other irradiation parameters during irradiation are obtained through simulation, calculation and etc. For convenience of description, the above parameters are collectively called preset irradiation parameters. In other embodiments of the invention, part or more of the unmentioned parameters, including the above parameters, can be understood as preset irradiation parameters called preset neutron dose (Gy), preset neutron flux density (cm -2 s -1 ), preset neutron dose rate (Gy s -1 ), preset current (A), preset irradiation time (s), etc. respectively. During irradiation, due to changes in certain coefficients, the irradiation parameters must be periodically adjusted in accordance with the relevant parameters detected by the detection system. The irradiation parameter detected by the detection system is called the real-time irradiation parameter, and the adjusted irradiation parameter is called the adjusted irradiation parameter. The adjusted irradiation parameter may be a preset irradiation parameter or an adjusted irradiation parameter.
[00102] Как показано на фиг. 6, система 3 мониторинга содержит входную часть 31, выполненную с возможностью ввода предустановленных параметров облучения, часть 32 хранения, выполненную с возможностью хранения параметров облучения, часть 33 управления, выполненную с возможностью выполнения плана лечения в соответствии с параметрами облучения, хранящимися в части 32 хранения, часть 34 считывания, выполненную с возможностью считывания параметров облучения в реальном времени, детектированных системой детектирования, часть 35 вычисления, выполненную с возможностью вычисления параметров облучения в реальном времени и предустановленных параметров облучения/скорректированных параметров облучения, хранящихся в части 32 хранения, часть 36 определения, выполненную с возможностью определения, в соответствии с результатом вычисления частью 35 вычисления, того, требуется ли коррекция параметров облучения, часть 37 коррекции, выполненную с возможностью коррекции части параметров облучения, хранящихся в части 32 хранения, когда часть 36 определения определяет, что необходимо корректировать параметры облучения, и дисплейную часть 38, выполненную с возможностью отображения оставшегося времени облучения или оставшегося время облучения и других параметров облучения в реальном времени.[00102] As shown in FIG. 6, the monitoring system 3 contains an
[00103] Перед коррекцией предустановленных параметров облучения параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения, являются предустановленными параметрами облучения, параметры облучения, скорректированные частью 37 коррекции, также являются предустановленными параметрами облучения, оставшееся время облучения, отображаемое дисплейной частью 38, представляет собой разницу между предустановленным временем облучения и временем облучения в реальном времени, а время облучения, отображаемое дисплейной частью 38, представляет собой предустановленное время облучения. После коррекции предустановленных параметров облучения, параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения, являются скорректированными параметрами облучения, параметры облучения, скорректированные частью 37 коррекции, также являются скорректированными параметрами облучения, оставшееся время облучения, отображаемое дисплейной частью 38, является скорректированным оставшимся временем облучения, а параметры облучения, отображаемые дисплейной частью 38, являются скорректированными параметрами облучения. Разумеется, предустановленные параметры облучения и скорректированные параметры облучения также могут отображаться одновременно.[00103] Before correcting the preset irradiation parameters, the irradiation parameters stored in the
[00104] В других вариантах осуществления изобретения входная часть 31, часть 32 хранения и т.п. могут быть не предусмотрены.[00104] In other embodiments of the invention, the
[00105] Система 3 мониторинга электрически соединена с системой детектирования, так что соответствующая информация, детектируемая системой детектирования, может быть передана в систему 3 мониторинга. Дисплей 218 устройства 21 детектирования дозы нейтронов в системе детектирования и дисплейная часть 38 системы 3 мониторинга могут быть одним и тем же устройством, в общем случае - экраном дисплея.[00105] The monitoring system 3 is electrically coupled to the detection system so that relevant information detected by the detection system can be transmitted to the monitoring system 3. The
[00106] Процесс работы системы 3 мониторинга показан на фиг. 6, конкретные детали описаны ниже.[00106] The operation process of the monitoring system 3 is shown in FIG. 6, specific details are described below.
[00107] На этапе S1 предустановленные параметры облучения, такие как предустановленная плотность потока нейтронов или предустановленная мощность дозы нейтронов или предустановленный ток, предустановленная доза нейтронов, предустановленное время облучения, предустановленная концентрация бора и другие параметры облучения, вводятся входной частью 31.[00107] In step S1, preset irradiation parameters such as preset neutron flux density or preset neutron dose rate or preset current, preset neutron dose, preset irradiation time, preset boron concentration and other irradiation parameters are input by the
[00108] На этапе S2 параметры облучения хранятся в части 32 хранения.[00108] In step S2, the irradiation parameters are stored in the
[00109] На этапе S3 план лечения выполняется частью 33 управления в соответствии с параметрами облучения, сохраненными в части 32 хранения.[00109] In step S3, the treatment plan is executed by the
[00110] На этапе S4 параметры облучения в реальном времени, детектируемые системой детектирования, считываются считывающей частью 34.[00110] In step S4, the real-time irradiation parameters detected by the detection system are read by the reading
[00111] На этапе S5 параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения, и параметры облучения в реальном времени, считанные считывающей частью 34, вычисляются частью 35 вычисления.[00111] In step S5, the irradiation parameters stored in the
[00112] На этапе S6, требуется ли корректировка параметров облучения, хранящихся в части хранения, определяется частью 36 определения в соответствии с результатом вычисления частью 35 вычисления.[00112] In step S6, whether adjustment of the irradiation parameters stored in the storage part is required is determined by the
[00113] На этапе S7 последние параметры облучения в части 32 хранения корректируются частью 37 коррекции в ответ на определение частью 36 определения, что параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения, должны быть скорректированы; и[00113] In step S7, the last irradiation parameters in the
[00114] корректирующее действие не выполняется частью 37 коррекции, в ответ на определение частью 36 определения того, что параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения, не нуждаются в корректировке.[00114] The corrective action is not performed by the
[00115] На этапе S8 оставшееся время облучения или оставшееся время облучения и другие параметры облучения отображаются дисплейной частью 38 в реальном времени в соответствии с параметрами облучения, хранящимися в части 32 хранения.[00115] In step S8, the remaining irradiation time or remaining irradiation time and other irradiation parameters are displayed by the
[00116] Во время работы системы 3 мониторинга считывающая часть 34 периодически считывает параметры облучения в реальном времени, например, считывает параметры облучения в реальном времени каждые 5 минут и передает параметры облучения в реальном времени в часть 35 вычисления для соответствующего вычисления. В ответ на разницу между параметром облучения в реальном времени и предустановленным параметром облучения, вычисленным частью 35 вычисления, которая больше, чем первое пороговое значение, или в ответ на параметр облучения в реальном времени, который больше, чем второе пороговое значение, или меньше, чем третье пороговое значение, часть 36 определения может давать команду, что параметры облучения должны быть скорректированы. Затем часть 37 коррекции корректирует параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения. Напротив, часть 36 определения дает команду о том, что параметры облучения не нуждаются в корректировке. В это время часть 37 коррекции не корректирует параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения. Например, в ответ на разницу между мощностью дозы нейтронов и предустановленной мощностью дозы нейтронов, вычисленную частью 35 вычисления, превышающую предустановленное первое пороговое значение, или в ответ на разницу между плотностью потока нейтронов в реальном времени и заданной плотностью потока нейтронов, вычисленную частью 35 вычисления, превышающую предустановленное первое пороговое значение, или в ответ на разницу между концентрацией бора в реальном времени и предустановленной концентрацией бора, вычисленную частью 35 вычисления, превышающую предустановленное первое пороговое значение, или в ответ на разницу между скорректированным оставшимся временем облучения и оставшимся временем облучения (разницу между предустановленным временем облучения и фактически реализованным временем облучения или последним скорректированным оставшимся временем облучения), вычисленную частью 35 вычисления, превышающую предустановленное первое пороговое значение, или в ответ на получение частью 35 вычисления путем сравнения, что мощность дозы нейтронов в реальном времени или плотность потока нейтронов в реальном времени или концентрация бора в реальном времени превышает предустановленное второе пороговое значение или меньше предустановленного третьего порогового значения.[00116] During operation of the monitoring system 3, the reading
[00117] Перед коррекцией предустановленных параметров облучения часть 32 хранения сохраняет предустановленные параметры облучения, а дисплейная часть 38 отображает оставшееся время облучения и другие предустановленные параметры облучения в реальном времени. После коррекции предустановленных параметров облучения часть 32 хранения сохраняет последний набор скорректированных параметров облучения, а дисплейная часть 38 отображает скорректированное оставшееся время облучения и последний набор других скорректированных параметров облучения в реальном времени. Дисплейная часть 38 также, в частности, отображает, какие параметры облучения, помимо оставшегося времени облучения, могут быть выбраны в соответствии с фактическими потребностями. Дисплейная часть 38 может отображать все параметры облучения, а также может отображать часть параметров облучения. В общем случае дисплейная часть 38 отображает такую информацию, как оставшееся время облучения, дозу облучения в реальном времени, концентрацию бора и т.п.[00117] Before adjusting the preset irradiation parameters, the
[00118] В вариантах осуществления, раскрытых в изобретении, часть 35 вычисления объединяет дозу Dr нейтронов в реальном времени, детектированную устройством 21 детектирования дозы нейтронов, и предустановленную дозу Dtotal нейтронов, введенную входной частью 31, для получения скорректированного оставшегося времени tr облучения путем вычисления. Здесь t0 - предустановленное время облучения, t - время облучения в реальном времени, детектируемое системой детектирования, то есть реализованное время облучения, - среднее значение дозы нейтронов в период t, а P - процент дозы нейтронов в реальном времени относительно предустановленной дозы нейтронов. P вычисляют по формуле (2-1):[00118] In the embodiments disclosed in the invention, the
[00119] [00119]
[00120] Когда P меньше 97%, скорректированное оставшееся время tr облучения вычисляют по формуле (2-2) и формуле (2-3):[00120] When P is less than 97%, the adjusted remaining irradiation time t r is calculated by Formula (2-2) and Formula (2-3):
[00121] [00121]
[00122] [00122]
[00123] В это время часть 37 коррекции требуется для коррекции только предустановленного времени облучения или скорректированного оставшегося времени облучения, хранящегося в части 32 хранения.[00123] At this time, the
[00124] Когда P больше или равно 97%, часть 37 коррекции регулирует мощность дозы нейтронов до первой мощности дозы нейтронов меньшей, чем предустановленная мощность дозы нейтронов, и соответственно увеличивает время облучения, чтобы предотвратить поглощение пациентом S избыточных нейтронов. Первая мощность дозы нейтронов составляет от 1/7 до 1/2 от предустановленной мощности дозы нейтронов. Предпочтительно мощность дозы нейтронов регулируется до 1/5 от предустановленной мощности Id дозы нейтронов, то есть, мощность первой дозы нейтронов равна Id/5, при этом скорректированное оставшееся время tr облучения вычисляется по формуле (2-4):[00124] When P is greater than or equal to 97%, the
[00125] [00125]
[00126] В это время от части 37 коррекции требуется изменение оставшегося времени облучения и предустановленной мощности дозы нейтронов в части 32 хранения до скорректированного оставшегося времени tr облучения и скорректированной мощности дозы нейтронов, соответственно, при этом часть 33 управления осуществляет план терапии в соответствии со скорректированными параметрами облучения. В других вариантах осуществления мощность дозы нейтронов может быть скорректирована до других коэффициентов, таких как 1/3, 1/4, 1/6, 1/7 и т.п. предустановленной мощности дозы нейтронов, чтобы предотвратить поглощение пациентом S избыточных нейтронов при облучении пучком нейтронов с высокой мощностью дозы нейтронов. Кроме того, часть 37 коррекции может регулировать мощность дозы нейтронов, когда P больше или равно 90%, или больше или равно 95%, или больше или равно другим соотношениям, причем конкретное соотношение может быть предустановлено в соответствии с реальными ситуациями. Разумеется, требуется ли регулировка мощности дозы нейтронов до первой мощности дозы нейтронов, меньшей, чем предустановленная мощность дозы нейтронов, также может быть определено без значения P, вычисленного частью 35 вычисления, вместо этого после условия, при котором мощность дозы нейтронов должна быть скорректирована на какой-либо процент от дозы нейтронов в реальном времени до предустановленной дозы нейтронов на основании предустановленной дозы нейтронов, пороговое значение устанавливают вручную и вводят в часть 32 хранения через входную часть 31 для хранения. Когда детектированная доза нейтронов в реальном времени больше или равна пороговому значению, часть 36 определения определяет, что параметры облучения требуется скорректировать, при этом часть 37 коррекции приспособлена для регулировки мощности дозы нейтронов, чтобы она была первой мощностью дозы нейтронов, меньшей, чем предустановленная мощность дозы нейтронов.[00126] At this time, the
[00127] В вышеуказанных вариантах осуществления изобретения, когда P меньше 97%, блок 35 вычисления вычисляет время облучения, необходимое для завершения облучения с предустановленной дозой нейтронов, исходя из условия сохранения неизменной мощности дозы нейтронов в реальном времени. В других вариантах осуществления изобретения цель завершения облучения с предустановленной дозой в течение предустановленного времени облучения достигается путем изменения мощности дозы нейтронов или концентрации бора при сохранении времени облучения неизменным. Способы изменения мощности дозы нейтронов включают изменение мощности ускорителя, изменение толщины целевого слоя мишени 112 и т.п. Скорректированную мощность дозы нейтронов Ir рассчитывают по формуле (2-5):[00127] In the above embodiments, when P is less than 97%, the
[00128] [00128]
[00129] Поскольку мощность дозы нейтронов вычисляют из плотности потока нейтронов через коэффициент преобразования, и плотность потока нейтронов получают путем интегрирования скорости счета нейтронов, скорректированная мощность дозы нейтронов эквивалентна скорректированной плотности потока нейтронов и скорости счета нейтронов.[00129] Since the neutron dose rate is calculated from the neutron flux density through a conversion factor, and the neutron flux density is obtained by integrating the neutron count rate, the adjusted neutron dose rate is equivalent to the corrected neutron flux density and the neutron count rate.
[00130] При осуществлении, когда Р больше или равно 97%, для предотвращения поглощения пациентом S избыточных нейтронов при облучении пучка нейтронов с высокой мощностью дозы нейтронов мощность дозы нейтронов все еще регулируют до 1/5 от предустановленной мощности дозы нейтронов, а скорректированное оставшееся время tr облучения вычисляют по формуле (2-4).[00130] When implemented, when P is greater than or equal to 97%, to prevent the patient S from absorbing excess neutrons when irradiating a neutron beam with a high neutron dose rate, the neutron dose rate is still adjusted to 1/5 of the preset neutron dose rate, and the adjusted remaining time t r of irradiation is calculated using formula (2-4).
[00131] Когда фактически реализованное время облучения достигает предустановленного времени облучения или когда фактически облученная доза нейтронов достигает предустановленной дозы нейтронов, часть управления отправляет в устройство нейтронозахватной терапии команду на прекращение облучения.[00131] When the actual realized irradiation time reaches the preset irradiation time or when the actual irradiated neutron dose reaches the preset neutron dose, the control part sends a command to the neutron capture therapy device to stop irradiation.
[00132] Система 3 мониторинга снабжена частью 37 коррекции, которая корректирует параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения и конфигурированные для выполнения плана терапии, поэтому обеспечено, что доза нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента, в основном согласуется с предустановленной дозой нейтронов, и дополнительно повышается точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S. При этом, когда процент дозы нейтронов в реальном времени к предустановленной дозе нейтронов больше или равен 97%, мощность дозы нейтронов уменьшается и время облучения соответственно увеличивается, чтобы предотвратить поглощение пациентом S избыточных нейтронов при облучении пучком нейтронов с высокой мощностью дозы нейтронов, что также имеет эффект повышения точности дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S.[00132] The monitoring system 3 is provided with a
[00133] В перечисленных выше вариантах осуществления изобретения может быть определено, в соответствии с дозой нейтронов в реальном времени, полученной устройством 21 детектирования дозы нейтронов, требуется ли корректировка предустановленных параметров облучения, и скорректированные параметры облучения вычисляют в соответствии с параметрами облучения в реальном времени и предустановленными параметрами облучения. В других вариантах осуществления изобретения может быть определено, в соответствии с параметрами облучения в реальном времени, детектируемыми устройством 22 детектирования температуры, устройством 23 детектирования смещения или устройством детектирования концентрации бора, требуется ли коррекция предустановленных параметров, и скорректированные параметры облучения вычисляют в соответствии с параметрами облучения в реальном времени, детектируемыми этими устройствами детектирования. Например, когда устройство детектирования концентрации бора детектирует, что концентрация бора в организме пациента S не соответствует предустановленной концентрации бора или не попадает в предустановленный диапазон, часть 37 коррекции корректирует оставшееся время облучения или корректирует интенсивность доставки бора в организм пациента. В общем случае трудно скорректировать концентрацию бора в организме пациента S за короткий промежуток времени, когда лучевая терапия подходит ближе к концу. В это время в общем случае оставшееся время облучения выбирают для его коррекции.[00133] In the above embodiments, it can be determined, according to the real-time neutron dose received by the neutron
[00134] Точность дозы облучения пучка нейтронов имеет решающее значение в практической терапии. Чрезмерные дозы облучения могут нанести потенциальный вред пациенту S, а слишком малые дозы облучения могут снизить качество терапии. Как ошибка вычисления при вычислении предустановленной дозы нейтронов, так и отклонение между параметром облучения в реальном времени и предустановленным параметром облучения во время фактического облучения могут вызвать неточную дозировку облучения нейтронами. Следовательно, в дополнение к параметрам облучения, скорректированным в режиме реального времени, вычисление предустановленных параметров облучения также имеет решающее значение во время фактического облучения. Таким образом, система коррекции необходима для коррекции предустановленной дозы нейтронов, чтобы обеспечить, что доза нейтронного облучения, применяемая к пациенту S, является более точной. При коррекции предустановленной дозы нейтронного пучка следует учитывать влияние таких факторов, как отклонение позиционирования пациента S, отклонение мощности дозы нейтронов в реальном времени, концентрация бора в организме пациента, поток нейтронов и т.п.[00134] The accuracy of the neutron beam radiation dose is critical in practical therapy. Excessive doses of radiation can cause potential harm to patient S, and too low doses of radiation can reduce the quality of therapy. Both calculation error in calculating the preset neutron dose and the deviation between the real-time irradiation parameter and the preset irradiation parameter during actual irradiation can cause inaccurate neutron irradiation dosage. Therefore, in addition to irradiation parameters adjusted in real time, the calculation of preset irradiation parameters is also critical during actual irradiation. Thus, a correction system is needed to correct the preset neutron dose to ensure that the neutron dose administered to patient S is more accurate. When adjusting the preset neutron beam dose, the influence of factors such as patient positioning deviation S, real-time neutron dose rate deviation, boron concentration in the patient's body, neutron flux, etc. should be taken into account.
[00135] Коэффициенты коррекции, используемые системой коррекции, включают в себя коэффициент K1 коррекции нейтронов и коэффициент K2 коррекции бора. Здесь коэффициент K1 коррекции нейтронов связан с коэффициентом Kp коррекции позиционирования и коэффициентом Ki коррекции интенсивности пучка нейтронов. Коэффициент K2 коррекции бора связан с коэффициентом Kb коррекции концентрации бора и коэффициентом Ks коррекции эффекта самоэкранирования бора.[00135] The correction factors used by the correction system include the neutron correction factor K 1 and the boron correction factor K 2 . Here, the neutron correction coefficient K 1 is related to the positioning correction coefficient K p and the neutron beam intensity correction coefficient K i . The boron correction coefficient K 2 is related to the boron concentration correction coefficient K b and the boron self-shielding effect correction coefficient K s .
[00136] Отклонение между мощностью дозы нейтронов в реальном времени и предустановленной мощностью дозы нейтронов может непосредственно привести к отклонению дозы нейтронов, окончательно облучающей пациента. Поэтому для коррекции дозы нейтронного облучения вводят коэффициент Kp коррекции положения и коэффициент Ki коррекции интенсивности пучка нейтронов.[00136] A deviation between the real-time neutron dose rate and the preset neutron dose rate can directly result in a deviation in the neutron dose ultimately irradiated to the patient. Therefore, to correct the dose of neutron irradiation, the position correction coefficient K p and the neutron beam intensity correction coefficient K i are introduced.
[00137] Под эффектом самоэкранирования подразумевается, что при различной концентрации бора также различается траектория пучка нейтронов, облучающего часть опухоли. В частности, чем выше концентрация бора в организме пациента S, тем меньше проникающая способность пучка нейтронов, тем короче путь пучка нейтронов, облучаемого опухоль, и, таким образом, пучок нейтронов может реагировать с бором в менее глубоком пути. Напротив, чем длиннее путь пучка нейтронов, облучаемого опухоль, тем глубже путь, в котором пучок нейтронов может реагировать с бором. В частности, первое значение концентрации бора в организме пациента получают с помощью устройства детектирования концентрации бора, обеспечивают первый путь пучка нейтронов, облучающего часть опухоли, и с помощью системы коррекции получают первый коэффициент коррекции бора. Второе значение концентрации бора в организме пациента получают с помощью устройства детектирования концентрации бора, обеспечивают второй путь пучка нейтронов, облучающего часть опухоли, и с помощью системы коррекции получают второй коэффициент коррекции бора. В этом случае первое значение концентрации бора больше второго значения концентрации бора, первый путь меньше второго пути, а первый коэффициент коррекции бора меньше второго коэффициента коррекции бора. Поэтому при вычислении дозы нейтронного облучения следует учитывать влияние эффекта самоэкранирования на фактический эффект облучения пучка нейтронов и его пути облучения, для коррекции дозы нейтронного облучения вводят коэффициент Kb коррекции концентрации бора и коэффициент Ks коррекции эффекта самоэкранирования бора.[00137] The self-shielding effect means that with different boron concentrations, the trajectory of the neutron beam irradiating part of the tumor also differs. In particular, the higher the concentration of boron in the body of patient S, the lower the penetrating power of the neutron beam, the shorter the path of the neutron beam irradiated to the tumor, and thus the neutron beam can react with boron in a less deep path. On the contrary, the longer the path of the neutron beam irradiating the tumor, the deeper the path in which the neutron beam can react with boron. Specifically, a first boron concentration value in a patient's body is obtained by a boron concentration detection device, a first neutron beam path irradiating a tumor portion is provided, and a first boron correction factor is obtained by a correction system. A second boron concentration value in the patient's body is obtained using a boron concentration detection device, a second neutron beam path is provided to irradiate a portion of the tumor, and a second boron correction factor is obtained using a correction system. In this case, the first boron concentration value is greater than the second boron concentration value, the first path is less than the second path, and the first boron correction factor is less than the second boron correction factor. Therefore, when calculating the neutron irradiation dose, the influence of the self-shielding effect on the actual irradiation effect of the neutron beam and its irradiation path should be taken into account; to correct the neutron irradiation dose, the boron concentration correction coefficient K b and the boron self-shielding effect correction coefficient K s are introduced.
[00138] В частности, вычисляют коэффициент K1 нейтронной коррекции, коэффициент Kp коррекции позиционирования и коэффициент Ki коррекции интенсивности пучка нейтронов по формуле (3-1), формуле (3-2) и формуле (3-3), соответственно, при этом соответствующие формулы выглядят следующим образом.[00138] Specifically, the neutron correction coefficient K 1 , the positioning correction coefficient K p and the neutron beam intensity correction coefficient K i are calculated according to Formula (3-1), Formula (3-2) and Formula (3-3), respectively, the corresponding formulas look as follows.
[00139] [00139]
[00140] [00140]
[00141] [00141]
[00142] где D - фактическая доза терапии, то есть доза Dr нейтронов в реальном времени, измеренную устройством 21 детектирования дозы нейтронов;[00142] where D is the actual therapy dose, that is, the real-time neutron dose D r measured by the neutron
[00143] D0 - нескорректированная предустановленная доза нейтронов;[00143] D 0 - unadjusted preset neutron dose;
[00144] I - фактическая интенсивность пучка нейтронов, то есть мощность дозы нейтронов в реальном времени, измеренная устройством 21 детектирования дозы нейтронов; и[00144] I is the actual intensity of the neutron beam, that is, the real-time neutron dose rate measured by the neutron
[00145] I0 - теоретическая интенсивность пучка, то есть предустановленная мощность дозы нейтронов, вводимая входной частью 31.[00145] I 0 is the theoretical beam intensity, that is, the preset neutron dose rate introduced by the
[00146] Коэффициент K2 коррекции бора, коэффициент Kb коррекции концентрации бора и коэффициент Ks коррекции самозащитного эффекта бора вычисляют по формуле (3-4), формуле (3-5) и формуле (3-6) соответственно, при этом соответствующие формулы выглядят следующим образом.[00146] The boron correction coefficient K 2 , the boron concentration correction coefficient K b , and the boron self-protective effect correction coefficient K s are calculated using formula (3-4), formula (3-5) and formula (3-6), respectively, and the corresponding the formulas look like this.
[00147] [00147]
[00148] [00148]
[00149] [00149]
[00150] где B - фактическая концентрация бора в организме пациента S, то есть концентрация бора в реальном времени, детектируемая устройством детектирования концентрации бора;[00150] where B is the actual boron concentration in the body of patient S, that is, the real-time boron concentration detected by the boron concentration detection device;
[00151] B0 - установленное значение концентрации бора в плане терапии, то есть предустановленная концентрация бора, вводимая с помощью входной части 31;[00151] B 0 is the set value of boron concentration in the therapy plan, that is, the preset boron concentration introduced by the
[00152] ϕB - поток тепловых нейтронов в теле пациента S, когда распределение концентрации бора равно B; и[00152] ϕ B is the thermal neutron flux in the body of patient S when the boron concentration distribution is B; And
[00153] ϕB0 - поток тепловых нейтронов в организме пациента S, когда распределение концентрации бора равно B0.[00153] ϕ B0 is the flux of thermal neutrons in the body of patient S, when the distribution of boron concentration is equal to B 0 .
[00154] Нескорректированную предустановленную D0 дозу нейтронов вычисляют по формуле (3-7) следующим образом.[00154] The uncorrected preset D 0 neutron dose is calculated using formula (3-7) as follows.
[00155] [00155]
[00156] Скорректированную предустановленную дозу Dtotal нейтронов в плане терапии вычисляют по формуле (3-8) следующим образом.[00156] The adjusted preset neutron dose D total in the therapy plan is calculated using formula (3-8) as follows.
[00157] [00157]
[00158] где DB - доза при концентрации бора 1 ppm, имеет единицу измерения Гр;[00158] where D B is the dose at a boron concentration of 1 ppm, has a unit of measurement Gy;
[00159] Bcon - фактически измеренная концентрацию бора, имеет единицу измерения ppm;[00159] B con is the actual measured boron concentration, has a unit of measurement ppm;
[00160] Df - доза быстрых нейтронов, имеет единицу измерения Гр;[00160] D f - dose of fast neutrons, has a unit of measurement Gy;
[00161] Dth - доза тепловых нейтронов, имеет единицу измерения Гр;[00161] D th - dose of thermal neutrons, has a unit of measurement Gy;
[00162] RBEn - относительная биологическая эффективность (RBE) нейтрона;[00162] RBE n is the relative biological effectiveness (RBE) of the neutron;
[00163] Dr - доза гамма-излучения, имеет единицу измерения Гр; и[00163] D r - dose of gamma radiation, has a unit of measurement Gy; And
[00164] RBEr - RBE гамма-излучения.[00164] RBE r - RBE of gamma radiation.
[00165] Во время фактической терапии система коррекции корректирует предустановленную дозу нейтронов в предварительно составленном плане терапии, чтобы предотвратить применение неточной дозы нейтронов к пациенту S.[00165] During actual therapy, the correction system adjusts the preset neutron dose in the preset therapy plan to prevent an inaccurate neutron dose from being applied to patient S.
[00166] Система коррекции всесторонне учитывает влияние таких факторов, как отклонение позиционирования пациента S, отклонение мощности дозы нейтронов в реальном времени, концентрация бора в реальном времени и т.п. на предустановленную дозу нейтронов, и вводит коэффициент K1 коррекции нейтронов и коэффициент K2 коррекции бора для коррекции предустановленной дозы нейтронов, так что обеспечивается точность дозы нейтронов, излучаемых на пациента S от источника.[00166] The correction system comprehensively takes into account the influence of factors such as patient positioning deviation S, real-time neutron dose rate deviation, real-time boron concentration, and the like. to the preset neutron dose, and introduces a neutron correction factor K 1 and a boron correction factor K 2 to correct the preset neutron dose, so that the accuracy of the neutron dose emitted to the patient S from the source is ensured.
[00167] Во время фактической терапии после того, как входная часть 31 завершает ввод предустановленных параметров облучения, оператор запускает устройство нейтронозахватной терапии для проведения лучевой терапии. После начала облучения входная функция входной части 31 блокируется, и соответствующие параметры облучения не могут быть введены снова, таким образом можно гарантировать, что может быть предотвращена ситуация, когда неправильные параметры и команды введены из-за случайного прикосновения или операционной ошибки при облучении. Однако когда процесс терапии несколько не согласуется с идеальным состоянием, облучение может быть остановлено или продолжено в соответствии с ненормальным состоянием, и параметры могут быть не скорректированы вовремя или команды могут быть не изменены вовремя во время облучения. Однако когда рабочий интерфейс просто настроен на работу в режиме реального времени, параметры облучения и команды управления все еще могут вводиться входной частью 31 после начала облучения, таким образом можно обеспечить, что правильные параметры облучения и команды могут вводиться в режиме реального времени во время облучения. Тем не менее, все еще существует риск того, что на результат облучения влияет ввод неправильных параметров и команд или повторный ввод команд по эксплуатации из-за ошибочной операции во время облучения.[00167] During the actual therapy, after the
[00168] Как показано на фиг. 7, устройство нейтронозахватной терапии снабжено интерфейсом управления. Интерфейс управления состоит из вышеуказанной входной части 31, дисплейной части 38, кнопки 51 подтверждения безошибочности информации, кнопки 52 начала облучения, кнопки 53 паузы облучения, кнопки 54 отмены облучения и кнопки 55 формирования отчета. Оператор активирует кнопку 51 подтверждения безошибочности информации для передачи в систему 3 мониторинга сигнала, что вся информация подтверждена как безошибочная. После получения системой 3 мониторинга сигнала, что вся информация подтверждена как безошибочная, выполняется необходимое условие для запуска устройства нейтронозахватной терапии для облучения пучком нейтронов. После того, как система 3 мониторинга получает сигнал, что вся информация подтверждена как безошибочная, активируется кнопка 52 начала облучения, и выполняется достаточное условие для запуска устройства нейтронозахватной терапии для облучения пучком нейтронов. После запуска устройства нейтронозахватной терапии облучение пучком нейтронов может быть приостановлено кнопкой 53 паузы облучения, при этом облучение пучком нейтронов может быть отменено кнопкой 54 отмены облучения. После завершения облучения кнопка 55 формирования отчета может быть активирована для автоматического формирования отчета, относящегося к лучевой терапии. Когда облучение пучком нейтронов приостанавливается, это означает, что все параметры облучения и команды остаются неизменными. Когда снова активируется кнопка 52 начала облучения, облучение пучком нейтронов выполняется с исходными параметрами облучения и командами. Когда облучение пучком нейтронов отменяется, это означает, что очищаются все параметры облучения и команды. Когда облучение пучком нейтронов выполняется снова, параметры облучения и команды должны быть введены снова, и последовательно активируются кнопка 51 подтверждения безошибочности информации и кнопка 52 начала облучения.[00168] As shown in FIG. 7, the neutron capture therapy device is equipped with a control interface. The control interface consists of the
[00169] Система предотвращения неправильной работы всесторонне учитывает два фактора работоспособности и безопасности и снабжена вторичной частью подтверждения и защитной частью для обеспечения безопасного и точного облучения, в то время как система не лишена работоспособности в режиме реального времени. До того, как оператор активирует вторичную часть подтверждения для передачи в устройство нейтронозахватной терапии сигнала, что вся информация подтверждена как безошибочная, устройство нейтронозахватной терапии не может быть запущено для выполнения плана лучевой терапии, то есть, не может быть активирована кнопка 52 начала облучения. Во время запуска защитной части блокируются входная часть 31, которая может изменять и вводить параметры и команды облучения, и кнопка 55 формирования отчета.[00169] The malfunction prevention system comprehensively considers the two factors of performance and safety, and is provided with a secondary confirmation part and a protection part to ensure safe and accurate irradiation while the system is not deprived of real-time performance. Before the operator activates the secondary confirmation portion to signal to the neutron capture therapy device that all information has been confirmed as error-free, the neutron capture therapy device cannot be started to execute the radiation therapy plan, that is, the irradiation start button 52 cannot be activated. During the launch of the protective part, the
[00170] В вариантах осуществления изобретения вторичной частью подтверждения является кнопка 51 подтверждения безошибочности информации на интерфейсе управления. Прежде, чем врач запустит программу для выполнения плана терапии, соответствующая информация должна быть подтверждена дважды. После того как оператор подтверждает, что ввод является безошибочным, и нажимает кнопку 51 подтверждения безошибочности информации для ввода в систему 3 мониторинга команды, что информация подтверждена как безошибочная, устройство может быть запущено для выполнения плана терапии, чем снижается риск ошибочного ввода неправильных команд управления из-за ошибочной операции. Например, перед проведением лучевой терапии на пациенте S врач должен проверить информацию о пациенте (такую как имя, пол, возраст и т.п.), параметры облучения (такие как доза облучения, номер коллиматора или т.п.) или т.п. После проверки, что вся информация верна, функция начала облучения может быть активирована только нажатием кнопки 51 подтверждения безошибочности информации на интерфейсе управления. В противном случае, даже если врач нажимает кнопку 52 начала облучения, устройство отказывается начинать облучение пучком нейтронов и выдает подсказку о том, что информация не подтверждена.[00170] In embodiments of the invention, the secondary confirmation part is a confirmation button 51 on the control interface. Before the physician runs the program to execute the therapy plan, the relevant information must be confirmed twice. After the operator confirms that the input is error-free and presses the error-free information confirmation button 51 to input commands into the monitoring system 3 that the information is confirmed as error-free, the device can be started to execute the therapy plan, thereby reducing the risk of erroneously entering incorrect control commands from -for an erroneous operation. For example, before performing radiation therapy on patient S, the doctor must check the patient's information (such as name, gender, age, etc.), radiation parameters (such as radiation dose, collimator number, etc.), or the like. . After checking that all information is correct, the irradiation start function can only be activated by pressing the information accuracy confirmation button 51 on the control interface. Otherwise, even if the doctor presses the irradiation start button 52, the device refuses to start irradiation with a neutron beam and gives a prompt that the information is not confirmed.
[00171] В вариантах осуществления изобретения защитной частью является кнопка 52 начала облучения. После того, как кнопка 52 начала облучения запускает план терапии, входная функция входной части 31 блокируется, и никакая информация не может быть введена. В частности, перед лучевой терапией соответствующие команды и параметры облучения вводятся с помощью входной части 31. После ввода соответствующих параметров и команд облучения в систему 3 мониторинга оператор проверяет правильность соответствующих параметров и команд облучения. После подтверждения, что соответствующие параметры и команды облучения являются правильными, оператор активирует кнопку 51 подтверждения безошибочности информации, после чего входная часть 31 может быть заблокирована, и соответствующие параметры и команды облучения не могут быть изменены или добавлены через входную часть 31, чтобы предотвратить неправильный ввод. Соответствующие параметры и команды облучения могут быть снова введены только после разблокировки входной части 31. В вариантах осуществления изобретения после нажатия кнопки 53 паузы облучения или кнопки 54 отмены облучения лучевая терапия прекращается. В то же время разблокируется входная часть 31, выполненная с возможностью ввода соответствующей информации, после чего посредством входной части 31 может быть изменена или добавлена соответствующая информация. Разумеется, входная часть может быть автоматически разблокирована после завершения лучевой терапии. Таким образом, предотвращается неправильный ввод, при этом обеспечивается работоспособность системы. Например, после проверки, что информация о пациенте S, параметры облучения и другая информация верны, медицинский персонал нажимает кнопку 51 подтверждения безошибочности информации на интерфейсе управления, а затем нажимает кнопку 52 начала облучения. Затем система начинает лучевую терапию. В это время блокируется входная часть 31, выполненная с возможностью ввода соответствующей информации, и ввод информации не может выполняться.[00171] In embodiments of the invention, the protective part is the irradiation start button 52. After the irradiation start button 52 starts the therapy plan, the input function of the
[00172] До завершения лучевой терапии также блокируется кнопка 55 формирования отчета, причем кнопка 55 формирования отчета может быть автоматически разблокирована только после завершения лучевой терапии, то есть может быть включена функция формирования отчета о терапии.[00172] Until the completion of radiation therapy, the report generation button 55 is also locked, and the report generation button 55 can be automatically unlocked only after the completion of radiation therapy, that is, the therapy report generation function can be turned on.
[00173] Защитная часть не ограничена применением в кнопке 52 начала облучения как в приведенном выше варианте осуществления, она также применима для других важных кнопок и окон ввода параметров. Кроме того, средством для реализации вторичного подтверждения и защиты кнопки может быть программное или аппаратное обеспечение, например, защитная часть также может быть ключом или переключателем на панели управления. Перед включением ключа или переключателя некоторые операции могут не выполняться, и соответствующие операции могут выполняться только при включении ключа или переключателя.[00173] The protective part is not limited to application to the irradiation start button 52 as in the above embodiment, but is also applicable to other important buttons and parameter input windows. In addition, the means for implementing the secondary confirmation and protection of the button may be software or hardware, for example, the security part may also be a key or switch on the control panel. Before turning on the key or switch, some operations may not be performed, and the corresponding operations can only be performed when the key or switch is turned on.
[00174] В вариантах осуществления изобретения команды и параметры облучения вводят посредством сенсорного экрана. В других вариантах осуществления для ввода может использоваться ключ (например, механический ключ).[00174] In embodiments of the invention, commands and radiation parameters are entered via a touch screen. In other embodiments, a key (eg, a mechanical key) may be used for entry.
[00175] Система предотвращения неправильной работы может не только обеспечивать функции настройки параметров и ввода команд управления, если это необходимо, но и уменьшать неправильный ввод параметров или повторный ввод команд из-за ошибки работы или по другим причинам, что снижает риск в работе устройства.[00175] The incorrect operation prevention system can not only provide functions for setting parameters and inputting control commands if necessary, but also reduce the incorrect input of parameters or repeated input of commands due to operation error or other reasons, which reduces the risk in the operation of the device.
[00176] В устройстве нейтронозахватной терапии согласно изобретению устройство 21 детектирования дозы нейтронов снабжено по меньшей мере двумя каналами скорости счета с различной чувствительностью детектирования нейтрона, то есть первым каналом 201 скорости счета и вторым каналом 202 скорости счета, и блоком 216 выбора канала скорости счета, который выбирает более точную скорость счета в соответствии с фактической ситуацией, для вычисления дозы нейтронов, так что можно избежать ошибки потери скорости счета, вызванной временем разрешения импульса. При этом учитывается статистическая погрешность, обусловленная низкой скоростью счета, так что повышается точность детектирования дозы нейтронов в реальном времени, тем самым повышается точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S. Кроме того, устройство 21 детектирования дозы нейтронов также снабжено блоком 217 коррекции скорости счета, который может вычислять время разрешения импульсов детектора 211 и может вычислять коэффициент коррекции скорости счета в соответствии с временем разрешения импульса, так что корректируется ошибка скорости счета, вызванная временем разрешения импульсов, дополнительно повышается точность детектирования дозы нейтронов в реальном времени и дополнительно повышается точность дозы пучка нейтронов, облучающего пациента S.[00176] In the neutron capture therapy device according to the invention, the neutron
[00177] Устройство нейтронозахватной терапии согласно изобретению также снабжено системой 3 мониторинга. Система 3 мониторинга снабжена частью 37 коррекции, которая периодически корректирует параметры облучения, хранящиеся в части 32 хранения и выполненные с возможностью выполнения плана терапии, поэтому гарантируется, что доза нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S, в основном согласуется с предустановленной дозой нейтронов, и точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S, дополнительно повышается. Кроме того, когда процент дозы нейтронов в реальном времени к предустановленной дозе нейтронов больше или равен 97%, мощность дозы нейтронов уменьшается и время облучения соответственно увеличивается, чтобы предотвратить поглощение пациентом S избыточных нейтронов при облучении пучком нейтронов с высокой мощностью дозы нейтронов, что также имеет эффект повышения точности дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S.[00177] The neutron capture therapy device according to the invention is also provided with a monitoring system 3. The monitoring system 3 is provided with a
[00178] Устройство нейтронозахватной терапии согласно изобретению также снабжено системой коррекции. Система коррекции всесторонне учитывает влияние таких факторов, как отклонение позиционирования пациента S, отклонение мощности дозы нейтронов в реальном времени, концентрация бора в реальном времени или тому подобное на предустановленную дозу нейтронов, и вводит коэффициент K1 коррекции нейтронов и коэффициент K2 коррекции бора для коррекции предустановленной дозы нейтронов, так что от источника обеспечивается точность дозы нейтронов пучка нейтронов, облучающего пациента S.[00178] The neutron capture therapy device according to the invention is also provided with a correction system. The correction system comprehensively takes into account the influence of factors such as patient positioning deviation S, real-time neutron dose rate deviation, real-time boron concentration or the like on the preset neutron dose, and introduces the neutron correction coefficient K 1 and the boron correction coefficient K 2 to correct a predetermined neutron dose such that the source provides an accurate neutron dose to the neutron beam irradiating patient S.
[00179] Наконец, устройство нейтронозахватной терапии согласно изобретению может применять точную дозу облучения пучком нейтронов к пациенту и снижать риск, обусловленный ошибочной работой устройства, при условии обеспечения работоспособности устройства.[00179] Finally, the neutron capture therapy device of the invention can apply a precise dose of neutron beam radiation to a patient and reduce the risk caused by erroneous operation of the device while ensuring the operability of the device.
[00180] Устройство нейтронозахватной терапии согласно изобретению не ограничивается решением, описанным выше на примерах вариантов его осуществления, и конструкциями, показанными на чертежах. Очевидные изменения, замены или модификации материалов, форм и положений компонентов в них на основе изобретения входят в объем правовой охраны изобретения.[00180] The neutron capture therapy device according to the invention is not limited to the solution described above in terms of embodiments and the structures shown in the drawings. Obvious changes, substitutions or modifications of materials, shapes and positions of components therein based on the invention are included within the scope of legal protection of the invention.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010631538.8 | 2020-07-03 | ||
CN202011060387.1 | 2020-09-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2811294C1 true RU2811294C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212260C2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-09-20 | Медицинский радиологический научный центр РАМН | Method for planning neutron capture therapy |
WO2014156245A1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 住友重機械工業株式会社 | Neutron capture therapy device |
CN108744320A (en) * | 2018-09-03 | 2018-11-06 | 东莞东阳光高能医疗设备有限公司 | A kind of the boron neutron capture therapy system and its operating method of guided by magnetic resonance |
RU2697763C1 (en) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and method of radiation detection |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212260C2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-09-20 | Медицинский радиологический научный центр РАМН | Method for planning neutron capture therapy |
WO2014156245A1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 住友重機械工業株式会社 | Neutron capture therapy device |
RU2697763C1 (en) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and method of radiation detection |
CN108744320A (en) * | 2018-09-03 | 2018-11-06 | 东莞东阳光高能医疗设备有限公司 | A kind of the boron neutron capture therapy system and its operating method of guided by magnetic resonance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP4176927A1 (en) | Neutron capture therapy apparatus and operation steps of monitoring system therefor | |
RU2811294C1 (en) | Neutron capture therapy device | |
RU2821705C1 (en) | Neutron dose measuring device and neutron capture treatment device | |
RU2810811C1 (en) | Neutron capture therapy device and operation stages of its monitoring system | |
JPWO2022002231A5 (en) | ||
US20230211186A1 (en) | Neutron capture therapy apparatus and operation method of monitoring system thereof |