TWM610609U - 粒子線掃描安全系統 - Google Patents

Abstract

本案提供一種適用於粒子線照射裝置的粒子線掃描安全系統。粒子線照射裝置用以提供粒子線，並具有照射軸。粒子線掃描安全系統包含複數葉板、驅動模組以及感測模組。複數葉板彼此平行排列而定義出照射開口。驅動模組耦接於複數葉板。驅動模組用以根據驅動訊號沿正交於照射軸的水平軸移動複數葉板以調整照射開口。感測模組位於複數葉板上，並且具有複數感測位置。當粒子線照射至至少一感測位置時，感測模組產生感測訊號。

Description

粒子線掃描安全系統

本案是關於粒子線照射，特別是一種可感測粒子線之照射是否超出準直儀之照野範圍的粒子線掃描安全系統。

隨著醫療技術的發展，癌症治療的方式日益多元。近年來，尤以粒子線照射治療備受矚目。在治療過程中，粒子線照射治療是利用粒子線照射於患者之體內的病灶部（例如，腫瘤，即癌細胞）以抑制或殺死癌細胞，從而達到治療效果。

一般而言，在實際對患者進行粒子線照射治療之前，會先對已擬定的治療計畫及放射劑量進行品質保證（Quality Assurance，QA）作業。然而，品質保證作業僅是術前的驗證。現有技術無法在病患治療的過程當中，即時、準確地判斷粒子線的射束位置及照野大小。尤其是在發生緊急狀況，例如突發地震時，粒子線可能偏離計畫路徑，但醫療人員卻無從得知實際治療過程與治療計劃之間是否一致以及其偏離程度。

有鑑於此，本案提供一種適用於粒子線照射裝置的粒子線掃描安全系統。粒子線照射裝置用以提供粒子線，並具有照射軸。粒子線掃描安全系統包含複數葉板、驅動模組以及感測模組。複數葉板彼此平行排列而定義出照射開口。驅動模組耦接於複數葉板。驅動模組用以根據驅動訊號沿正交於照射軸的水平軸移動複數葉板以調整照射開口。感測模組位於複數葉板上，並且具有複數感測位置。當粒子線照射至至少一感測位置時，感測模組產生感測訊號。

在本案之一實施例中，前述的感測模組包含複數感測器。複數感測器設置複數葉板上，並且各感測器個別地對應於各感測位置。

在本案之一實施例中，前述的各感測器是設置於相應之葉板的入射面上，且前述的照射軸垂直於各葉板的入射面。

在本案之一實施例中，前述的各葉板沿水平軸延伸，並於水平軸上具有彼此相對的第一側部與第二側部，且前述的各葉板以其第一側部與另一葉板的第一側部彼此相對，以及前述各感測器是設置於相應之葉板的第一側部上。

在本案之一實施例中，前述的各葉板上設置有複數感測器中之一者。

在本案之一實施例中，前述的各感測器是一種針尖游離腔（Pinpoint Chamber）。

在本案之一實施例中，前述的各感測器是一種在本案之一實施例中，前述的各感測器是一種線游離腔（Wire Chamber）。

在本案之一實施例中，前述的驅動模組包含複數驅動器，各驅動器耦接於複數葉板中之一者，並用以沿水平軸移動相應之葉板。

綜上所述，本案實施例之粒子線掃描安全系統，其可透過位於葉板上的感測模組對粒子線進行感測，並於至少一感測位置感測到粒子線時產生感測訊號。在本案粒子線掃描安全系統之一應用實施例中，透過分析粒子線掃描安全系統之感測模組所產生的感測訊號，便可使得醫療人員得以於實際治療過程中得知粒子線是否偏移出照野範圍。此外，在本案粒子線掃描安全系統之另一應用實施例中，根據是否收到任一感測訊號，亦可使得醫療人員得以於實際治療過程中得知粒子線是否偏移出照野範圍。

以下在實施方式中詳細敘述本案之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本案相關之目的及優點。

為使本案之實施例之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參閱圖1至圖4，粒子線照射裝置200可用以對治療檯上的患者之體內的病灶部（例如，腫瘤，即癌細胞）提供粒子線P1，以進行照射治療。粒子線掃描安全系統100適用於粒子線照射裝置200中，並且粒子線掃描安全系統100可用以按照患者之病灶部的形狀來對粒子線P1進行塑形。在一些實施例中，粒子線掃描安全系統100可設置於粒子線照射裝置200的噴嘴（nozzle）前端中。

在一些實施例中，粒子線照射裝置200可包含粒子線產生器210與控制器220。控制器220耦接於粒子線產生器210。粒子線產生器210可用以產生粒子線P1，並且控制器220可用以對粒子線產生器210進行控制。舉例而言，控制器220可控制粒子線產生器210是否輸出粒子線P1、粒子線P1的強度分佈、粒子線P1的粒子種類等等，但本案並非以此為限。

在一些實施態樣中，粒子線產生器210可利用迴旋加速器、掃描電磁鐵（wobbling magnets）、散射器（scatterer）、脊形過濾器（ridge filter）、擋塊式準直儀、劑量監測器（profile monitor、dose monitor、flatness monitor）、旋轉支架（gantry）等組合來實現。由於如何透過相應的元件、裝置、儀器等之組合來產生所需的粒子線P1已為本領域技術人員所熟知，故以下不再贅述。

在一些實施態樣中，控制器220可利用系統單晶片（SoC）、中央處理器（CPU）、微控制器（MCU）、特殊應用積體電路（ASIC）、應用處理器（Application Processor，AP）、或數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）等來實現，但本案並非以此為限。

粒子線照射裝置200具有照射軸V1，並且粒子線照射裝置200可沿照射軸V1提供粒子線P1。而粒子線掃描安全系統100可在與照射軸V1正交的水平軸V2上對粒子線P1的形狀（即平面形狀，於此是指粒子線P1在通過水平軸V2之水平面上的平面形狀）進行調整，以使粒子線P1於通過粒子線掃描安全系統100後可大致上僅照射於患者的病灶部，從而降低或避免損傷到患者的其他正常組織。

在一些實施例中，粒子線P1可包含質子線、重粒子線（例如，碳離子）或中子線，但本案並非以此為限，粒子線P1亦可為任何其他合適用於照射治療領域的粒子線。

粒子線掃描安全系統100可包含複數個葉板110、驅動模組120以及感測模組130。複數葉板110彼此平行排列以定義出一照射開口H1。各葉板110於照射軸V1上具有彼此相對的入射面110a與出射面，並且粒子線照射裝置200的照射軸V1會垂直於各葉板110的入射面110a以及出射面。於此，複數葉板110可稱為一種多葉式準直儀（multi-leaf collimator，MLC）。

在一些實施例中，各葉板110之長度方向可沿水平軸V2延伸。此外，此些葉板110大致上可分為左右兩群（以下分別稱之為左葉板群與右葉板群）。左葉板群中的葉板110彼此平行排列，右葉板群的葉板110彼此平行排列，且左葉板群中的每一葉板110可和右葉板群的某一葉板110彼此相對。

在一些實施態樣中，葉板110可呈矩形板狀，但本案並非以此為限，葉板110亦可根據設計而呈其他特殊形狀，以防範粒子線P1的部分粒子直接穿過葉板110之間的間隙（即，輻射滲漏）。舉例而言，在一實施態樣中，葉板110的末端可設計成圓弧形狀態樣。在另一實施態樣中，複數葉板110之間亦可設計成凹下與凸起交插相錯的組合態樣（tongue-and-groove），但本案並非以此為限。

驅動模組120耦接於複數葉板110。驅動模組120可用以根據驅動訊號D1沿著水平軸V2移動葉板110，以調整照射開口H1成所需的開口形狀及大小。在一些實施例中，驅動訊號D1可由控制器220提供。

在一些實施例中，驅動模組120可包含複數驅動器121。各驅動器121耦接於複數葉板110中之一者，並且可用以沿著水平軸V2移動所耦接的葉板110。換言之，驅動器121和葉板110之間是以一對一之方式連接。在一些實施態樣中，驅動器121可以步進馬達來實現，並透過連桿來帶動相應之葉板110，但本案並非以此為限。

感測模組130位於複數葉板110上。感測模組130具有複數個感測位置，並且可用以感測是否有粒子線P1照射至此些感測位置上。當感測模組130於至少一個感測位置上感測到有粒子線P1照射到時，感測模組130可產生相應的感測訊號S1。

在一些實施例中，感測模組130可耦接至控制器220，並可將產生的感測訊號S1輸出至控制器220，以交由控制器220根據感測訊號S1進行後續控制。

在一些實施態樣中，如圖2所示，感測模組130可利用線游離腔（Wire Chamber）來鋪設於複數葉板110上來實現。於此，感測模組130可大略將複數葉板110及照射開口H1覆蓋於下。此時，感測模組130的感測位置除落於葉板110，更落於照射開口H1之中。

在一些實施例中，如圖3或圖4所示，感測模組130可包含複數感測器131。複數感測器131配置於葉板110上，且各感測器131個別地對應於各感測位置。換言之，各感測器131的所在位置即為所述的感測位置。於此，各感測器131是設置於相應之葉板110的入射面110a上。

在一些實施例中，各葉板110的於水平軸V2上具有彼此相對的第一側部與第二側部。其中，左葉板群中的各葉板110是以其第一側部與右葉板群的某一葉板110之第一側部相對。並且，各感測器131可設置於相應之葉板110的第一側部上，以鄰近於照射開口H1。

在一些實施例中，各葉板110之入射面110a上設有複數感測器131中之一者。換言之，感測器131可設置於每一個葉板110。但本案並非以此為限。在另一些實施例中，感測器131亦可以間隔方式裝設於葉板110之入射面110a上。

在一些實施態樣中，感測器131可透過針尖游離腔（Pinpoint Chamber）來實現。此外，感測器131可透過於葉板110上挖槽或穿孔等方式裝設於其上。

請參閱圖5，以下，將先說明如何透過鋪設於粒子線掃描安全系統100之葉板110上的感測模組130（例如，線游離腔）來感測出粒子線P1是否超出照野範圍。

在根據治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS）所執行的分層照射程序中，首先，控制器220可輸出驅動訊號D1至驅動模組120，以致使驅動模組120根據驅動訊號D1去移動葉板110，從而使得照射開口H1的形狀可調整成為對應所需第一分層的開口形狀（步驟S11）。於調整完後，控制器220可更進一步確認各葉板110是否在設定的位置上。倘若控制器220判定有葉板110未移動至設定的位置上，控制器220可重新輸出驅動訊號D1，以再次對照射開口H1進行調整。於判定各葉板110皆位在設定的位置上後，控制器220可更確認感測模組130的各感測位置之座標是否已定義（步驟S12）。於確認感測模組130的各感測位置之座標皆已定義後，控制器220可先將粒子線產生器210的參數設定為使粒子線P1的能量成為對應所要照設之第一分層的能量。之後，控制器220可致使粒子線產生器210開始執行第一分層的粒子線照射（即，N為1）（步驟S13）。並且，控制器220可致使感測模組130進行感測，並將有電流出現的座標記錄下來（步驟S14）。例如，控制器220可根據感測模組130於此次感測中所產生的至少一感測訊號S1生成一記錄檔案。於完成第一分層的粒子線照射後，控制器220可致使粒子線產生器210停止提供粒子線P1，並致使感測模組130停止感測。接續，控制器220可根據記錄檔案分析其是否符合預定的治療計劃系統（步驟S15）。

當控制器220的判定結果為不符合時，表示粒子線P1的照射恐超出了照野範圍，因此，控制器220將會結束整個程序。在一些實施例中，此時控制器220更可發送出警示訊息給粒子線照射裝置200的醫療人員，以提示醫療人員去做進一步的檢測與維修。反之，當控制器220的判定結果為符合時，控制器220可更進一步確認是否已執行到最後一層的粒子線照射（步驟S16）。當控制器220確認尚未執行到最後一層的粒子線照射時，控制器220可返回步驟S11以接續執行下一層的粒子線照射。依此類推，直至控制器220確認已執行到最後一層的粒子線照射（即，N為M）時，控制器便可結束整個分層照射程序。

請參閱圖6，以下，將說明如何透過裝設於粒子線掃描安全系統100之葉板110上的複數感測器131（例如，針尖游離腔）來感測出粒子線P1是否超出照野範圍。

在根據治療計劃系統所執行的分層照射程序中，首先，控制器220可輸出驅動訊號D1至驅動模組120，以致使驅動模組120根據驅動訊號D1去移動葉板110，從而使得照射開口H1的形狀可調整成為對應所需第一分層的開口形狀（步驟S21）。於調整完後，控制器220可更進一步確認各葉板110是否在設定的位置上。倘若控制器220判定有葉板110未移動至設定的位置上，控制器220可重新輸出驅動訊號D1，以再次對照射開口H1進行調整。於判定各葉板110皆位在設定的位置上後，控制器220可先將粒子線產生器210的參數設定為使粒子線P1的能量成為對應所要照設之第一分層的能量。之後，控制器220可致使粒子線產生器210開始執行第一分層的粒子線照射（即N為1）（步驟S22）。並且，控制器220可致使感測器131進行感測，且控制器220可判斷是否有任一感測器131感測到粒子線P1（步驟S23）。其中，感測器131可在感測到有粒子線P1照射至其感測位置時產生感測訊號S1。因此，在第一分層的粒子線照射之過程中，若控制器220接收到來自任一感測器131的感測訊號S1時，表示粒子線P1的照射恐超出了照野範圍，因此，控制器220將會致使粒子線產生器210停止提供粒子線P1、致使感測模組130停止感測並且結束整個程序。在一些實施例中，此時控制器220更可發送出警示訊息給粒子線照射裝置200的醫療人員，以提示醫療人員去做進一步的檢測與維修。反之，在完成第一分層的粒子線照射之過程中，控制器220並未接收到來自任一感測器131的感測訊號S1時，控制器220可致使粒子線產生器210停止提供粒子線P1，並致使感測模組130停止感測。接續，控制器220可更進一步確認是否已執行到最後一層的粒子線照射（步驟S24）。當控制器220確認尚未執行到最後一層的粒子線照射時，控制器220可返回步驟S21以接續執行下一層的粒子線照射。依此類推，直至控制器220確認已執行到最後一層的粒子線照射時，控制器便可結束整個分層照射程序。

綜上所述，本案實施例之粒子線掃描安全系統，其可透過位於葉板上的感測模組對粒子線進行感測，並於至少一感測位置感測到粒子線時產生感測訊號。在本案粒子線掃描安全系統之一應用實施例中，透過分析粒子線掃描安全系統之感測模組所產生的感測訊號，便可使得醫療人員得以於實際治療過程中得知粒子線是否偏移出照野範圍。此外，在本案粒子線掃描安全系統之另一應用實施例中，根據是否收到任一感測訊號，亦可使得醫療人員得以於實際治療過程中得知粒子線是否偏移出照野範圍。

雖然本案的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本案的範疇內，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:粒子線掃描安全系統 110:葉板 110a:入射面 120:驅動模組 121:驅動器 130:感測模組 131:感測器 200:粒子線照射裝置 210:粒子線產生器 220:控制器 D1:驅動訊號 H1:照射開口 P1:粒子線 S1:感測訊號 S11~S16:步驟 S21~S24:步驟 V1:照射軸 V2:水平軸

圖1為本案一實施例之粒子線掃描安全系統與粒子線照射裝置的方塊示意圖。 圖2為本案一實施例之粒子線掃描安全系統的概要示意圖。 圖3為本案一實施例之粒子線掃描安全系統的概要示意圖。 圖4為本案一實施例之粒子線掃描安全系統的概要示意圖。 圖5為適用於本案一實施例之粒子線掃描安全系統與粒子線照射裝置的控制流程圖。 圖6為適用於本案一實施例之粒子線掃描安全系統與粒子線照射裝置的控制流程圖。

100:粒子線掃描安全系統

110:葉板

120:驅動模組

121:驅動器

130:感測模組

131:感測器

200:粒子線照射裝置

210:粒子線產生器

220:控制器

D1:驅動訊號

P1:粒子線

S1:感測訊號

V1:照射軸

V2:水平軸

Claims (8)

1. 一種粒子線掃描安全系統，適用於提供一粒子線的一粒子線照射裝置，該粒子線照射裝置具有一照射軸，該粒子線掃描安全系統包含： 複數葉板，彼此平行排列而定義一照射開口； 一驅動模組，耦接於該些葉板，並用以根據一驅動訊號沿一水平軸移動該些葉板，以調整該照射開口，該水平軸正交於該照射軸；及 一感測模組，位於該些葉板上，具有複數感測位置，當該粒子線照射至至少一該感測位置時，該感測模組產生一感測訊號。
2. 如請求項1所述的粒子線掃描安全系統，其中該感測模組包含複數感測器，該些感測器設置於該些葉板上，且各該感測器個別地對應於各該感測位置。
3. 如請求項2所述的粒子線掃描安全系統，其中各該感測器係設置於相應之該葉板的一入射面上，且該照射軸係垂直於各該葉板的該入射面。
4. 如請求項3所述的粒子線掃描安全系統，其中各該葉板沿該水平軸延伸並於該水平軸上具有彼此相對的一第一側部與一第二側部，且各該葉板以該第一側部與另一該葉板之該第一側部彼此相對，以及其中各該感測器係設置於相應之該葉板的該第一側部上。
5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的粒子線掃描安全系統，其中各該葉板上設置有該些感測器中之一者。
6. 如請求項5所述的粒子線掃描安全系統，其中各該感測器係為一種針尖游離腔（Pinpoint Chamber）。
7. 如請求項1所述的粒子線掃描安全系統，其中該感測模組係為一種線游離腔（Wire Chamber）。
8. 如請求項5所述的粒子線掃描安全系統，其中該驅動模組包含複數驅動器，各該驅動器耦接於該些葉板中之一者，並用以沿該水平軸移動相應之該葉板。

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