TWI696452B - 用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法 - Google Patents

用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法。步驟1：將偵測器放置於筆尖式質子束掃描系統的待掃描區域中；步驟2：將筆尖式質子束照射在第一偵測部和第二偵測部的重疊區域；步驟3：量測筆尖式質子束在第二感測元件上的強度而取得第一感測區段的各別第一一維強度數據；步驟4：量測筆尖式質子束在第一感測元件上的強度而取得第二感測區段的各別第二一維強度數據；步驟5：合併第一一維強度數據以及第二一維強度數據得到關聯於筆尖式質子束的二維強度數據。據此，本領域技術人士即可根據二維強度數據對筆尖式質子束掃描系統的劑量進校正或補償。

Description

用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法
本發明關於放射治療領域，尤指一種更具精準度的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法。
世紀更替，文明演進。千禧年後，可說人類文明已經邁向了全新紀元，舉凡資訊、生物、航太、以及醫療等科技，都有了長足的進步。其中，醫療科技的革新更是對人類生活有莫大貢獻，然而，即便目前的醫療科技大都能使常見的疾病輕易痊癒，卻仍有部分情況是較為棘手的，例如，癌症的併發。
醫療領域人士費盡心思找尋治癒癌症的方法，如腫瘤切除、化療、標靶治療等治療方法，近來，亦有採用放射治療法，即利用放射線對病灶進行照射，藉此抑制或殺死癌細胞，達到治療的效果。一般的放射治療，是於治療時利用放射治療機將高能射線或粒子來瞄準照射癌腫進行體外照射，主要包括X 光、伽傌射線(鈷60)、電子、質子和重粒子等。放射治療在殺死或破壞癌細胞的同時，也可能會對於周圍部位的正常細胞產生破壞，過強的放射量會影響正常細胞而使人體產生副作用，但過低的放射量則無法達到去除癌細胞之效果，因此在進行放射治療時，放射量的偵測與控制就成了非常重要的課題。
目前常見的放射治療裝置如中華民國專利公告第I489974號之「射程移位器及粒子束治療裝置」，該粒子束治療裝置包含有一產生粒子束的加速器、複數個治療室、複數個照射裝置以及複數個設置於該些照射裝置內的射程移位器，該粒子束由該加速器射入該些治療室，該些照射裝置係分別設於該些治療室，並將該粒子束照射在一照射對象的一照射區上，該射程移位器包含有一穿透板以及一維持該穿透板的保持部，藉由調整該穿透板的厚度，可以使該粒子束具有不同的衰減量，因此，可以對該粒子束的能量進行調整。
一般於使用時，還會搭配一偵測器來確認粒子束的參數及輻射劑量遞送的正確性。傳統的治療方式是使用大面積的輻射照射，再根據腫瘤大小製造特定的屏蔽來限制照射的範圍。所以一般使用為二維偵測器或小尺寸偵測器(單通道)做特定位置量測。但習知的偵測器因精準度不足或量測速度不夠快，而無法對掃描式離子束進行準確的量測。是以，如何提高偵測器檢測粒子束劑量的準確度，實為本領域技術人士的課題之一。
本發明的主要目的在於解決習知偵測器精準度不足的問題。
為達上述目的，本發明提供一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法，包括以下步驟：
步驟1：將一偵測器放置於一筆尖式質子束掃描系統的一待掃描區域中，該偵測器包括一第一偵測部以及一和該第一偵測部疊置的第二偵測部，該第一偵測部包括複數條沿一第一方向延伸且依序並列的第一感測元件，該第二偵測部包括複數條沿一和該第一方向相異的第二方向延伸且依序並列的第二感測元件，該第一感測元件包括X條且該第二感測元件包括Y條，將各條該第一感測元件與第1條至第Y條的該第二感測元件的重疊定義X條第一感測區段，將各條該第二感測元件與第1條至第X條的該第一感測元件的重疊定義Y條第二感測區段。
步驟2：將一筆尖式質子束照射在該第一偵測部和該第二偵測部的一重疊區域。
步驟3：量測該筆尖式質子束在該第二感測元件上的強度而取得X條第一感測區段的各別第一一維強度數據，該第一一維強度數據係顯示該筆尖式質子束沿該第一方向的一強度變化。
步驟4：量測該筆尖式質子束在該第一感測元件上的強度而取得Y條第二感測區段的各別第二一維強度數據，該第二一維強度數據係顯示該筆尖式質子束沿該第二方向的一強度變化。
步驟5：合併該第一一維強度數據以及該第二一維強度數據得到一關聯於該筆尖式質子束的二維強度數據。
據上所述，本發明所提供的一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法，即是透過第一感測元件以及第二感測元件針對筆尖式質子束進行感測，並得到第一一維強度數據與第二一維強度數據後，再將第一一維強度數據與第二一維強度數據進行整合，而得到二維強度數據，依本發明所得的二維強度數據將可得知筆尖式質子束更具體且更詳盡的劑量分布，讓本領域技術人士可依照二維強度數據，對筆尖式質子束掃描系統進行相關的校正或補償。經由本發明，可使筆尖式質子束掃描系統所發出的筆尖式質子束劑量更加精準，大幅提高根除病灶的效率，亦保障了病患的安全。
有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
請先參閱『圖1』，本發明為一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法，包括以下步驟：
步驟1：將一偵測器10放置於一筆尖式質子束掃描系統20的一待掃描區域P中對該筆尖式質子束掃描系統20進行偵測，如『圖2』所示。請續參閱『圖3』。本發明中，該偵測器10包括一第一偵測部11以及一和該第一偵測部11疊置的第二偵測部12，該第一偵測部11包括複數條第一感測元件111，該第一感測元件111係呈一長條狀並沿一第一方向110延伸，該第一感測元件111彼此依序並列；該第二偵測部12包括複數條第二感測元件121，該第二感測元件121亦呈一長條狀並沿一第二方向120延伸，該第二方向120和該第一方向110相異，即彼此互不平行，該第二感測元件121亦依序並列，本實施例中，該第一方向110和該第二方向120為正交。本發明中，該第一感測元件111的數量包括X條，該第二感測元件121的數量包括Y條，其中X、Y為非零的正整數，在一實施例中，X和Y可以介於100至130之間，可為相同或相異，而『圖3』中關於X、Y的數量(即該第一感測元件111以及該第二感測元件121數量)僅為參考，本發明並不以此為限。
各條該第一感測元件111與第1條至第Y條的該第二感測元件121的重疊部分，分別定義出X條第一感測區段1110，如『圖4』所示；將各條該第二感測元件121與第1條至第X條的該第一感測元件111的重疊部分，分別定義出Y條第二感測區段1210，如『圖5』所示。請參閱『圖4』，舉例來說，若以其中一條的該第一感測元件111為例，該條第一感測元件111與第1條至第Y條的該第二感測元件121相互堆疊的部分即為該第一感測區段1110，依此類推地，即可得到對應該第一感測元件111的數量的X條該第一感測區段1110。請續參閱『圖5』，對於該第二感測元件121來說，亦是上述方式來定義Y條該第二感測區段1210，故不另行贅述。
步驟2：將一筆尖式質子束21照射在該第一偵測部11和該第二偵測部12的一重疊區域O，具體而言，即是透過該筆尖式質子束掃描系統20將該筆尖式質子束21照射在該第一偵測部11和該第二偵測部12的該重疊區域O上，如『圖2』所示。
步驟3：量測該筆尖式質子束21在該第二感測元件121上的強度而取得X條該第一感測區段1110的各別第一一維強度數據，該第一一維強度數據係顯示該筆尖式質子束21沿該第一方向110的一強度變化，對於本領域技術人士可以理解的是，該強度變化可以一維分布的方式呈現。
更詳細地，步驟3更包括步驟3-1、步驟3-2。步驟3-1：以第i條該第一感測元件111為基準，i為1至X之間的正整數，取得第i條該第一感測區段1110的該第一一維強度數據，亦即，取其中一條(即第i條)的第一感測元件111，步驟3-1即是透過該第二感測元件121量測該筆尖式質子束21對應在該條第一感測元件111的該第一感測區段1110上的強度；步驟3-2：重複步驟3-1直到取得第1至X條該第一感測區段1110的該第一一維強度數據，亦即，透過重複步驟3-1即能得到所有的該筆尖式質子束21對應全部的該第一感測區段1110的該第一一維強度數據。
其中，第i條該第一感測區段1110的該第一一維強度數據係由下(式1)取得：
Figure 02_image001
(式1)。
Figure 02_image003
為感測元件所量測得到的強度，第一個下標1st或2nd表示該第一感測元件111或該第二感測元件121所量測得到，第二個下標表示第幾條的感測元件。因此，
Figure 02_image005
表示第i條該第一感測元件111所量測得到的強度，
Figure 02_image007
為第1至Y條該第二感測元件121所各別量測得到的強度，
Figure 02_image009
為第1至Y條該第二感測元件121所量測得到的總強度。(式1)所得到的結果將以矩陣呈現，以表第i條該第一感測區段1110的強度變化，並繪製成如『圖6』所示的強度變化。
簡言之，步驟3主要是透過該第二感測元件121量測該筆尖式質子束21對應該條第一感測元件111的強度，並重複步驟3-1，而取得第1至X條該第一感測區段1110的該第一一維強度數據。
步驟4：量測該筆尖式質子束21在該第一感測元件111上的強度而取得Y條該第二感測區段1210的各別第二一維強度數據，該第二一維強度數據係顯示該筆尖式質子束21沿該第二方向120的一強度變化。
步驟4亦包括步驟4-1、步驟4-2。步驟4-1：以第j條該第二感測元件121為基準，j為1至Y之間的正整數，取得第j條該第二感測區段1210的該第二一維強度數據，此步驟於操作上與步驟3-1大致相同，亦即，取其中一條(即第j條)的第二感測元件121，即是透過該第一感測元件111量測該筆尖式質子束21對應在該條第二感測元件121的該第二感測區段1210上的強度；步驟4-2：重複步驟4-1直到取得第1至Y條該第二感測區段1210的該第二一維強度數據，亦即，透過重複步驟4-1即能得到所有的該筆尖式質子束21對應全部的該第二感測區段1210的該第二一維強度數據。
其中，第j條該第二感測區段1210的該第二一維強度數據係由下(式2)取得：
Figure 02_image011
(式2)。
簡言之，步驟4的操作如步驟3，主要是透過在該第一感測元件111所量測到的該筆尖式質子束21的強度而取得Y條該第二感測區段1210的各別的第二一維強度數據，並重複步驟4-1，取得第1至Y條該第二感測區段1210的該第二一維強度數據。其中，(式2)在概念上與(式1)相似，故不贅述，而(式2)所得到的結果亦將以矩陣呈現，以表第j條該第二感測區段1210的強度變化，並繪製成類似『圖6』所示的強度變化。
本發明中，步驟3和步驟4的操作順序可彼此對調，即可先量測該第一一維強度數據，再量測該第二一維強度數據；也可先量測該第二一維強度數據，再量測該第一一維強度數據。
步驟5：合併該第一一維強度數據以及該第二一維強度數據得到一關聯於該筆尖式質子束21的二維強度數據。亦即，將前述步驟所得到的一維向度的第1至X條的該第一一維強度數據以及第1至Y條的該第二一維強度數據，整合成關聯於該筆尖式質子束21的該二維強度數據。呈現方式即如『圖7』所示的二維強度數據示意圖。
據上所述，本發明所提供的一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法，即是透過第一感測元件以及第二感測元件針對筆尖式質子束進行感測，並得到第一一維強度數據與第二一維強度數據後，再將第一一維強度數據與第二一維強度數據進行整合，而得到二維強度數據，依本發明所得的二維強度數據將可得知筆尖式質子束更具體且更詳盡的劑量分布，讓本領域技術人士可依照二維強度數據，對筆尖式質子束掃描系統進行相關的校正或補償。經由本發明，可使筆尖式質子束掃描系統所發出的筆尖式質子束劑量更加精準，大幅提高根除病灶的效率，亦保障了病患的安全。
步驟1~5:步驟
步驟3-1~4-2:步驟
10:偵測器
11:第一偵測部
110:第一方向
111:第一感測元件
1110:第一感測區段
12:第二偵測部
120:第二方向
121:第二感測元件
1210:第二感測區段
20:筆尖式質子束掃描系統
21:筆尖式質子束
P:待掃描區域
O:重疊區域
『圖1』，為本發明一實施例的步驟流程示意圖。 『圖2』，為本發明一實施例的實際操作示意圖。 『圖3』，為本發明一實施例的第一偵測部以及第二偵測部的結構示意圖。 『圖4』，為本發明一實施例的第一感測區段的形成示意圖。 『圖5』，為本發明一實施例的第二感測區段的形成示意圖。 『圖6』，為本發明一實施例的強度變化示意圖。 『圖7』，為本發明一實施例的二維強度數據示意圖。
步驟1~5:步驟
步驟3-1~4-2:步驟

Claims (6)

  1. 一種用於放射治療的筆尖式質子束掃描系統的劑量分布重建方法，包括以下步驟：步驟1：將一偵測器放置於一筆尖式質子束掃描系統的一待掃描區域中，該偵測器包括一第一偵測部以及一和該第一偵測部疊置的第二偵測部，該第一偵測部包括複數條沿一第一方向延伸且依序並列的第一感測元件，該第二偵測部包括複數條沿一和該第一方向相異的第二方向延伸且依序並列的第二感測元件，該第一感測元件包括X條且該第二感測元件包括Y條，將各條該第一感測元件與第1條至第Y條的該第二感測元件的重疊定義X條第一感測區段，將各條該第二感測元件與第1條至第X條的該第一感測元件的重疊定義Y條第二感測區段；步驟2：將一筆尖式質子束照射在該第一偵測部和該第二偵測部的一重疊區域；步驟3：量測該筆尖式質子束在該第二感測元件上的強度而取得X條第一感測區段的各別第一一維強度數據，該第一一維強度數據係顯示該筆尖式質子束沿該第一方向的一強度變化；步驟4：量測該筆尖式質子束在該第一感測元件上的強度而取得Y條第二感測區段的各別第二一維強度數據，該第二一維強度數據係顯示該筆尖式質子束沿該第二方向的一強度變化；以及步驟5：合併該第一一維強度數據以及該第二一維強度數據得到一關聯於該筆尖式質子束的二維強度數據。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的重建方法，其中，該第一方向和該第二方向為正交。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的重建方法，其中，步驟3包括以下步驟：步驟3-1：以第i條該第一感測元件為基準，i為1至X之間的正整數，取得第i條該第一感測區段的該第一一維強度數據；以及步驟3-2：重複步驟3-1直到取得第1至X條該第一感測區段的該第一一維強度數據。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的重建方法，其中，第i條該第一感測區段的該第一一維強度數據係由下(式1)取得：
    Figure 108115885-A0305-02-0011-1
     其中，I 1st,i表示第i條該第一感測元件所量測得到的強度，I 2nd,1~Y表示第1至Y條該第二感測元件所各別量測得到的強度，I 2nd,total表示第1至Y條該第二感測元件所量測得到的總強度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的重建方法，其中，步驟4包括以下步驟：步驟4-1：以第j條該第二感測元件為基準，j為1至Y之間的正整數，取得第j條該第二感測區段的該第二一維強度數據；以及步驟4-2：重複步驟4-1直到取得第1至Y條該第二感測區段的該第二一維強度數據。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的重建方法，其中，第j條該第二感測區段的該第二一維強度數據係由下(式2)取得：
    Figure 108115885-A0305-02-0011-2
     其中，I 2nd,j表示第j條該第二感測元件所量測得到的強度，I 1st,1~X表示第1至X條該第一感測元件所各別量測得到的強度，I 1st,total表示第1至X條該第一感測元件所量測得到的總強度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004070420A2 (fr) * 2003-01-07 2004-08-19 Centre National De La Recherche Scientifique -Cnrs- Dosimetre temps reel radio-transparent pour les procedures radiologiques interventionnelles

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WO2004070420A2 (fr) * 2003-01-07 2004-08-19 Centre National De La Recherche Scientifique -Cnrs- Dosimetre temps reel radio-transparent pour les procedures radiologiques interventionnelles

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