本發(fā)明涉及一種X射線吸收劑量的確定。特別是涉及一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法和裝置
背景技術(shù):
放射治療是治療惡性腫瘤的常規(guī)手段。腫瘤患者中約有70%在治療的不同階段需要接受放射治療。而在放射治療的過程中,劑量的計(jì)算與控制是保障放射治療效果的關(guān)鍵技術(shù)。目前,放療過程中的劑量控制都是依據(jù)特定的劑量學(xué)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算治療時間和劑量后,對X射線機(jī)進(jìn)行編程控制,實(shí)施治療。然而,癌癥患者實(shí)際吸收劑量并沒有有效的檢測和評估方法及裝置。
近期研究表明,X射線脈沖能有效激勵生物組織聲波信號的產(chǎn)生,可以通過聲波信號確定腫瘤患者對X射線的吸收劑量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是,提供一種能夠?yàn)榉派渲委煹倪^程中,射線吸收劑量的評估提供數(shù)據(jù)的檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法和裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法,包括如下步驟:
1)將用于接收病灶組織X射線吸收劑量信息的聲換能器貼在患者靠近病灶組織部位的皮膚表面;
2)醫(yī)用直線加速器發(fā)射X射線到腫瘤患者病灶組織,病灶組織吸收入射的X射線能量后局部溫度升高,使病灶及周圍組織熱脹冷縮而激發(fā)出攜帶X射線吸收劑量信息的聲波;
3)聲換能器接收攜帶病灶組織X射線吸收劑量信息的聲波;
4)聲換能器將接收到的聲波送入前置濾波器進(jìn)行濾波,濾波后的信號送入放大器放大;
5)經(jīng)過放大器放大后的信號由采集卡采集,并由計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù);
6)利用圖像重建算法,將計(jì)算機(jī)采集記錄到的聲波數(shù)據(jù)重建出二維聲波信號分布圖像;
7)從二維聲波信號分布圖像中獲得X射線吸收劑量計(jì)算公式所需的數(shù)據(jù),通過X射線吸收劑量計(jì)算公式獲得X射線吸收劑量:
其中,A(r)是給定位置r在時間點(diǎn)t的X射線吸收量;k是由X射線的源點(diǎn)吸收性質(zhì)決定的參數(shù);Pd(ω)是采集記錄到的二維聲波信號Pd(t)的傅里葉變換;W(ω)是限制信號帶寬的窗函數(shù);Cp是比熱;vs是聲速;β是等壓體積膨脹系數(shù);r0是源點(diǎn)與聲換能器探測點(diǎn)的距離;P0(ω)是源點(diǎn)聲壓信號P0(t)的傅立葉變換。
步驟1)所述的聲換能器在腫瘤患者病灶組織附近放置的數(shù)量要滿足聲換能器接收聲波信息的范圍要全部覆蓋病灶組織,所有的換能器構(gòu)成換能器陣列。
所述的換能器陣列是貼合在涂有耦合劑的患者病灶部位表面上,并通過放療模具固定。
步驟6)所述的利用圖像重建算法,是采用圖像重建算法中的反投影算法或P變換算法或Radon變換算法對采集到的攜帶病灶組織X射線吸收劑量信息的聲波進(jìn)行聲源圖像重建,進(jìn)而求解得到二維聲波信號分布圖像。
一種用于檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法的裝置,包括有由放療裝置構(gòu)成的治療部分,由聲換能器、前置濾波器和放大器構(gòu)成的信號采集處理部分,以及由采集卡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的采集處理部分,用于采集聲信號的聲換能器、用于對所述的聲信號進(jìn)行濾波的前置濾波器、用于對濾波后的聲信號進(jìn)行放大的放大器、用于采集濾波放大后的聲信號的采集卡和用于記錄和處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)依次串聯(lián)連接,所述的聲換能器是由多數(shù)個聲換能器基元串聯(lián)構(gòu)成的聲換能器陣列,并設(shè)置在腫瘤患者靠近病灶組織部位的皮膚表面,并通過放療模具固定。
所述的聲換能器、前置濾波器和放大器設(shè)置在由屏蔽隔離層構(gòu)成的屏蔽室內(nèi)。
所述的聲換能器中聲換能器的數(shù)量要滿足聲換能器接收聲波信息的范圍全部覆蓋病灶組織。
本發(fā)明的一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法和裝置,可以檢測放療過程中患者X射線的吸收劑量,同時能根據(jù)重建出的X射線吸收劑量分布圖像推算X射線在患者體內(nèi)劑量的分布率,為放射治療的過程中,射線吸收劑量的評估提供了數(shù)據(jù)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法的流程圖;
圖2是本發(fā)明檢測放療過程中患者X射線吸收劑量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本發(fā)明裝置中聲換能器組設(shè)置位置的示意圖;
圖4是聲換能器組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:
1:計(jì)算機(jī) 2:采集卡
3:放大器 4:前置濾波器
5:聲換能器 6:放療裝置
7:屏蔽隔離層 8:屏蔽室
9:聲換能器基元 10:連接導(dǎo)線
11:操控室 12:病灶
13:放療模具 14:X射線
15:治療床 16:耦合劑
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法和裝置做出詳細(xì)說明。
本發(fā)明的一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法和裝置,是通過檢測X射線脈沖激勵出的聲波信號反映腫瘤患者對X射線的吸收劑量。
X射線激發(fā)光聲成像技術(shù)檢測放療過程中腫瘤患者X射線吸收劑量的方法原理為:X射線源作為光聲信號激勵源,腫瘤組織受到X射線照射,組織內(nèi)部的內(nèi)核電子受激發(fā)產(chǎn)生光電子,激發(fā)的光電子碰撞達(dá)到熱平衡,使腫瘤組織溫度升高,從而產(chǎn)生壓力波,即X射線激發(fā)的攜帶病灶組織X射線吸收劑量信息的X射線吸收劑量分布圖像。通過X射線吸收劑量計(jì)算公式計(jì)算出腫瘤患者對X射線的吸收劑量。
圖1是本發(fā)明一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法的流程圖,主要給出了放療過程中檢測患者對X射線吸收劑量的方法的流程及產(chǎn)生的聲波信號的傳輸路徑,包括屏蔽室內(nèi)部分流程及操作室內(nèi)部分流程。其中屏蔽室內(nèi)部分流程包括:放療裝置中的醫(yī)用直線加速器發(fā)射X射線到患者病灶部位激發(fā)病灶部位及周圍組織產(chǎn)生聲波→聲換能器接收聲波→前置濾波器濾波→放大器放大;操作室內(nèi)流程包括:采集卡采集聲波數(shù)據(jù)→計(jì)算機(jī)顯示波形。
如圖1所示,本發(fā)明的一種檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法,包括如下步驟:
1)將用于接收病灶組織X射線吸收劑量信息的聲換能器貼在患者靠近病灶組織部位的皮膚表面,所述的聲換能器在腫瘤患者病灶組織附近放置的數(shù)量要滿足聲換能器接收聲波信息的范圍要全部覆蓋病灶組織,所有的換能器構(gòu)成換能器陣列。并且,所述的換能器陣列是貼合在涂有耦合劑的患者病灶部位表面上,并通過放療模具固定;
2)醫(yī)用直線加速器發(fā)射X射線到腫瘤患者病灶組織,病灶組織吸收入射的X射線能量后局部溫度升高,使病灶及周圍組織熱脹冷縮而激發(fā)出攜帶X射線吸收劑量信息的聲波;
3)聲換能器接收攜帶病灶組織X射線吸收劑量信息的聲波;
4)聲換能器將接收到的聲波送入前置濾波器進(jìn)行濾波,濾波后的信號送入放大器放大;
5)經(jīng)過放大器放大后的信號由采集卡采集,并由計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù);
6)利用圖像重建算法,將計(jì)算機(jī)采集記錄到的聲波數(shù)據(jù)重建出二維聲波信號分布圖像。所述的利用圖像重建算法,是采用圖像重建算法中的反投影算法或P變換算法或Radon變換算法對采集到的攜帶病灶組織X射線吸收劑量信息的聲波進(jìn)行聲源圖像重建,進(jìn)而求解得到二維聲波信號分布圖像;
7)從二維聲波信號分布圖像中獲得X射線吸收劑量計(jì)算公式所需的數(shù)據(jù),通過如下X射線吸收劑量計(jì)算公式獲得X射線吸收劑量:
其中,A(r)是給定位置r在時間點(diǎn)t的X射線吸收量;k是由X射線的源點(diǎn)吸收性質(zhì)決定的參數(shù);Pd(ω)是采集記錄到的二維聲波信號Pd(t)的傅里葉變換;W(ω)是限制信號帶寬的窗函數(shù);Cp是比熱vs是聲速;β是等壓體積膨脹系數(shù);r0是源點(diǎn)與聲換能器探測點(diǎn)的距離;P0(ω)是源點(diǎn)聲壓信號P0(t)的傅立葉變換。
如圖2所示,本發(fā)明的用于檢測放療過程中患者X射線吸收劑量的方法的裝置,包括有由放療裝置構(gòu)成的治療部分,由聲換能器5、前置濾波器4和放大器3構(gòu)成的信號采集處理部分,以及由采集卡2和計(jì)算機(jī)1構(gòu)成的采集處理部分,其中,用于采集聲信號的聲換能器5、用于對所述的聲信號進(jìn)行濾波的前置濾波器4、用于對濾波后的聲信號進(jìn)行放大的放大器3、用于采集濾波放大后的聲信號的采集卡2和用于記錄和處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)1依次串聯(lián)連接,如圖4所示,所述的聲換能器5是由多數(shù)個聲換能器基元9串聯(lián)構(gòu)成的聲換能器陣列。所述聲換能器陣列設(shè)置在腫瘤患者靠近病灶組織部位的皮膚表面,并通過放療模具13固定。所述的聲換能器5、前置濾波器4和放大器3設(shè)置在由屏蔽隔離層7構(gòu)成的屏蔽室8內(nèi)。
如圖3所示,由多數(shù)個聲換能器構(gòu)成的聲換能器陣列設(shè)置在腫瘤患者靠近病灶組織部位的皮膚表面,并通過放療模具固定。圖3為仰臥位治療,病灶位于腹部,所以,換能器陣列擺放在腫瘤患者腹部附近,X射線由正面入射,為避免耦合劑對X射線的吸收,將聲換能器陣列貼在皮膚側(cè)面。若改變治療體位,則聲換能器擺放的位置也應(yīng)有相應(yīng)的改變。
所述的聲換能器5中聲換能器的數(shù)量要滿足聲換能器5接收聲波信息的范圍全部覆蓋病灶組織。
如圖4所示,多個聲換能器基元a通過連接導(dǎo)線10采取串聯(lián)方式連接構(gòu)成聲換能器陣列,其中聲換能器基元9的個數(shù)由檢測部位大小及位置決定,連接多個聲換能器基元9的連接導(dǎo)線10具有可任意彎曲的性質(zhì),以保證聲換能器陣列可以無縫隙的貼在患者皮膚表面。