一種放射治療劑量測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于放射治療領域，具體涉及一種用于實時測量放射治療輻射劑量的裝置及方法。
技術背景
[0002]放射治療過程中解剖結構變化、放療設備輸出參數(shù)不準確和患者擺位誤差等因素都將會造成放療劑量不準確，從而影響放射治療效果或造成過量照射。ICRU 24號報告即指出，靶區(qū)劑量±5%的偏離就有可能使原發(fā)灶失控或增加正常器官并發(fā)癥的概率。放射治療劑量的實時測量技術能夠?qū)崟r驗證實際授予劑量與計劃劑量之間的偏差，便于及時發(fā)現(xiàn)計劃執(zhí)行問題并修改和用于后續(xù)療效評估，真正意義上做到劑量準確性的實時質(zhì)量保證，有效確保放射治療療效和保障患者輻射安全。然而，患者體內(nèi)劑量分布實時測量的難度和不確定性大，實時測量手段仍較單一并且尚未足夠“理想”，一直是制約放射治療進一步發(fā)展的瓶頸。因此，急需發(fā)展一種用于放射治療劑量實時測量的新裝置及新方法，能夠?qū)崿F(xiàn)患者體內(nèi)劑量分布的實時測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術缺陷，提供一種能夠獲得三維劑量分布、實時在線性好、測量簡單的放射治療劑量測量裝置及測量方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種放射治療劑量測量裝置，包括三個廣角鏡頭、三個EMCCD探測器、探測器旋轉(zhuǎn)裝置、多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊及計算機處理單元;所述廣角鏡頭與EMCCD探測器相連接，所述探測器旋轉(zhuǎn)裝置和EMCCD探測器分別與多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊相連接，多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊連接計算機處理單元。
[0005]所述廣角鏡頭為大光圈可調(diào)焦廣角鏡頭。
[0006]所述EMCXD探測器的光譜響應范圍應與切倫科夫光光譜匹配，所述EMCXD探測器的峰值量子效率應達到90%以上，讀出噪聲應盡可能低。
[0007]所述EMCXD探測器固定于探測器旋轉(zhuǎn)裝置上，可通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)探測器的360°全方位旋轉(zhuǎn)。
[0008]所述計算機處理單元可控制探測器旋轉(zhuǎn)裝置勻變數(shù)旋轉(zhuǎn)及定點停留，同時探測器旋轉(zhuǎn)裝置可將EMCCD探測器所處空間角度信息傳遞給多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊。
[0009]所述多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊能夠同時接收并整合三個EMCCD探測器的光學信號數(shù)據(jù)和EMCCD探測器測量時的空間角度信息，進而傳遞給計算機處理單元。
[0010]所述計算機處理單元具有實現(xiàn)背景數(shù)據(jù)扣除、光學斷層重建以及切倫科夫光光強分布轉(zhuǎn)換為劑量分布的功能。
[0011]本發(fā)明還提供了放射治療劑量測量裝置的測量方法，包含以下步驟:
1)根據(jù)腫瘤位置及大小，調(diào)整探測器旋轉(zhuǎn)裝置所在位置、EMCCD探測器的分布位置以及廣角鏡頭焦距大小。
[0012]2)在放射治療前，依據(jù)治療過程中裝置的測量參數(shù)設置，利用廣角鏡頭獲取單個角度的雜散輻射背景數(shù)據(jù)和環(huán)境光背景數(shù)據(jù)。
[0013]3)在放射治療過程中，計算機處理單元控制EMCXD探測器旋轉(zhuǎn)裝置勻變數(shù)旋轉(zhuǎn)及定點停留，多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊同時接收并整合三個EMCCD探測器的光學信號數(shù)據(jù)和EMCCD探測器測量時的空間角度信息，傳遞給計算機處理單元。該收集到的信息即為腫瘤及其周圍區(qū)域的多角度光學信號數(shù)據(jù)及相應的空間角度信息。
[0014]4)將各角度獲取的光學信號數(shù)據(jù)分別扣除雜散輻射背景數(shù)據(jù)及環(huán)境光背景數(shù)據(jù)，得到各角度的切倫科夫光光強數(shù)據(jù)。
[0015]5)利用各角度的切倫科夫光光強數(shù)據(jù)及相應的空間角度信息進行光學斷層重建，獲得腫瘤及其周圍區(qū)域的單位體積切倫科夫光光強分布N(x，y，z)。
[0016]6)基于切倫科夫光光強和劑量沉積之間的定量比例關系，根據(jù)單位體積切倫科夫光光強分布N( X，y，z )得到放射治療劑量分布D( x，y，z )。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:利用射線與物質(zhì)相互作用過程中產(chǎn)生的切倫科夫光，利用多角度切倫科夫光光強數(shù)據(jù)重建得到腫瘤及其周圍區(qū)域的切倫科夫光光強分布；同時，基于切倫科夫光光強和劑量沉積之間的定量關系，進而能夠?qū)崟r得到放射治療過程中患者體內(nèi)的劑量分布，以確保放射治療的療效以及保障患者輻射安全。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明放射治療劑量測量裝置結構示意圖；
圖2為本發(fā)明放射治療劑量測量裝置的測量方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020]如圖1所示，本放射治療劑量測量裝置，包括探測器旋轉(zhuǎn)裝置1以及若干安裝有廣角鏡頭3的EMCCD探測器2，探測器旋轉(zhuǎn)裝置1和每個EMCCD探測器2均通過多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊4與計算機處理單元連接5;EMCCD探測器2固定于探測器旋轉(zhuǎn)裝置1上，探測器旋轉(zhuǎn)裝置1控制全部的EMCXD探測器2繞某一中心360°旋轉(zhuǎn)。
[0021]所述廣角鏡頭3為大光圈可調(diào)焦廣角鏡頭，可根據(jù)靶區(qū)和危及器官大小調(diào)整焦距。所述EMCCD探測器2的光譜響應范圍應與切倫科夫光光譜匹配，所述EMCCD探測器2的峰值量子效率應達到90%以上，讀出噪聲應盡可能低。所述EMCCD探測器2固定于探測器旋轉(zhuǎn)裝置1上，可通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)探測器的360°全方位旋轉(zhuǎn)，所述探測器旋轉(zhuǎn)裝置1通過兩個支撐桿固定于腫瘤部位正上方。所述計算機處理單元5可控制探測器旋轉(zhuǎn)裝置1勻變數(shù)旋轉(zhuǎn)及定點停留，同時可將EMCCD探測器2所處空間角度信息傳遞給多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊4。
[0022]所述多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊4能夠同時接收并整合三個EMCCD探測器的光學信號數(shù)據(jù)和EMCCD探測器測量時的空間角度信息，進而傳遞給計算機處理單元5。所述計算機處理單元5具有實現(xiàn)背景數(shù)據(jù)扣除、光學斷層重建以及切倫科夫光光強分布轉(zhuǎn)換為劑量分布的功能。
[0023]放射治療過程中，所述EMCCD探測器2將探測到的多角度光學信號經(jīng)多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊4處理后，將整合后的光學信號數(shù)據(jù)傳遞給計算機處理單元5。所述計算機處理單元5將光學信號數(shù)據(jù)扣除雜散輻射背景數(shù)據(jù)及環(huán)境光背景數(shù)據(jù)，并結合EMCCD探測器2的空間角度信息進行光學斷層重建，將得到的光學斷層圖像與原始CT解剖結構圖進行配準，獲得腫瘤及其周圍區(qū)域的單位體積切倫科夫光光強分布。根據(jù)切倫科夫光光強和劑量沉積的定量關系，最終得到放射治療劑量分布。
[0024]圖2為本發(fā)明放射治療劑量測量裝置的測量方法流程示意圖，具體過程為:
步驟1)根據(jù)腫瘤位置及大小，調(diào)整探測器旋轉(zhuǎn)裝置所在位置以及廣角鏡頭焦距大小，探測器旋轉(zhuǎn)裝置位置應充分考慮治療時醫(yī)用直線加速器機頭的旋轉(zhuǎn)；
步驟2)基于等效數(shù)字體模，結合TPS計劃設置的射束條件，利用蒙特卡羅工具包Geant4計算得到腫瘤及其周圍區(qū)域的切倫科夫光光強分布和劑量沉積分布，獲得腫瘤及其周圍區(qū)域任意位置處從切倫科夫光光強到劑量沉積的轉(zhuǎn)換系數(shù)；
步驟3)在放射治療前，依據(jù)治療過程中裝置的測量參數(shù)設置，蓋上廣角鏡頭3的鏡頭蓋，獲得相同射束條件照射下單個角度的雜散輻射背景數(shù)據(jù)；同時，在鏡頭蓋打開及未照射情況下獲取環(huán)境光背景數(shù)據(jù)；
步驟4)在放射治療過程中，通過計算機處理單元5控制探測器旋轉(zhuǎn)裝置1進行多角度定點測量，同時將空間角度信息和探測到的光學信號傳遞給多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊4進行處理，最終將數(shù)據(jù)傳遞給計算機處理單元5;
步驟5)計算機處理單元5將每個角度獲取的光學信號數(shù)據(jù)扣除雜散輻射背景數(shù)據(jù)以及環(huán)境光背景數(shù)據(jù)，并結合獲得的角度信息進行光學斷層重建，將得到的光學斷層圖像與原始CT解剖結構圖進行配準，獲得腫瘤及其周圍區(qū)域的單位體積切倫科夫光光強分布N(x，y，z)；
步驟6)結合步驟2中獲得的轉(zhuǎn)換系數(shù)，根據(jù)單位體積切倫科夫光光強分布N(x，y，z)轉(zhuǎn)換得到放射治療劑量分布D( X，y，z )。
[0025]本實施例以三個EMCCD探測器和三個廣角鏡頭對本發(fā)明技術方案進行了講解，可根據(jù)實際需要及經(jīng)濟條件增加探測器及廣角鏡頭的數(shù)目，在此不再進行贅述。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種放射治療劑量測量裝置，其特征在于:包括探測器旋轉(zhuǎn)裝置(1)以及若干安裝有廣角鏡頭(3)的EMCXD探測器(2)，探測器旋轉(zhuǎn)裝置(1)和每個EMCXD探測器(2)均通過多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊(4)與計算機處理單元連接(5);EMCCD探測器(2)固定于探測器旋轉(zhuǎn)裝置(1)上，探測器旋轉(zhuǎn)裝置(1)控制全部的EMCXD探測器(2)繞某一中心旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權利要求1所述的放射治療劑量測量裝置，其特征在于:所述廣角鏡頭(3)為大光圈可調(diào)焦廣角鏡頭。3.權利要求1所述的放射治療劑量測量裝置，其特征在于:所述EMCCD探測器(2)的光譜響應范圍應與切倫科夫光光譜匹配，所述EMCCD探測器(2)的峰值量子效率應大于90%。4.根據(jù)權利要求3所述的放射治療劑量測量裝置，其特征在于:所述探測器旋轉(zhuǎn)裝置(1)控制全部的EMCXD探測器(2)繞某一中心進行360°旋轉(zhuǎn)。5.—種權利要求1-4任一項所述放射治療劑量測量裝置的測量方法，其特征在于包括以下步驟: 1)根據(jù)腫瘤位置及大小，調(diào)整探測器旋轉(zhuǎn)裝置所在位置、EMCCD探測器的分布位置以及廣角鏡頭焦距大??； 2)在放射治療前，依據(jù)治療過程中裝置的測量參數(shù)設置，利用廣角鏡頭獲取單個角度的雜散輻射背景數(shù)據(jù)和環(huán)境光背景數(shù)據(jù)； 3)在放射治療過程中，計算機處理單元控制EMCCD探測器旋轉(zhuǎn)裝置勻變數(shù)旋轉(zhuǎn)及定點停留，多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊同時接收并整合三個EMCCD探測器的光學信號數(shù)據(jù)和EMCCD探測器測量時的空間角度信息，傳遞給計算機處理單元； 4)將各角度獲取的光學信號數(shù)據(jù)分別扣除雜散輻射背景數(shù)據(jù)及環(huán)境光背景數(shù)據(jù)，得到各角度的切倫科夫光光強數(shù)據(jù)； 5)利用各角度的切倫科夫光光強數(shù)據(jù)及相應的空間角度信息進行光學斷層重建，獲得腫瘤及其周圍區(qū)域的單位體積切倫科夫光光強分布N(x，y，z); 6)基于切倫科夫光光強和劑量沉積之間的定量比例關系，根據(jù)單位體積切倫科夫光光強分布N( X，y，z )得到放射治療劑量分布D( x，y，z )。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種放射治療劑量測量裝置及測量方法，屬于放射治療領域。該裝置包括三個廣角鏡頭、三個EMCCD探測器、探測器旋轉(zhuǎn)裝置、多通道數(shù)據(jù)配準收集模塊及計算機處理單元。本發(fā)明基于多角度采集放射治療過程中產(chǎn)生的切倫科夫光光強數(shù)據(jù)，通過光學斷層重建得到腫瘤及其周圍區(qū)域的切倫科夫光光強分布，依據(jù)切倫科夫光光強和劑量沉積之間的定量關系，最終得到放射治療劑量分布。本發(fā)明提供了一種能夠獲得三維劑量分布、實時在線性好、測量簡單的放射治療劑量測量裝置及測量方法，可有效確保放射治療的療效及保障患者輻射安全。
【IPC分類】A61N5/10
【公開號】CN105435377
【申請?zhí)枴緾N201510863610
【發(fā)明人】湯曉斌, 舒迪昀, 龔頻, 耿長冉, 陳達
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月1日