專利名稱：用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重離子束治療腫瘤技術(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及Bragg曲線探測器及其使用 方法。
背景技術(shù)：
重離子束治療腫瘤技術(shù)是一種新的癌癥治療手段。其用于放射治療既有生物學(xué) 優(yōu)勢，又有劑量分布優(yōu)勢Bragg峰(離子能量大部分沉積在射程的末端)，能實現(xiàn)在臨床照 射治療中高精度(毫米量級)，高療效和高安全性。在重離子治癌臨床照射過程中，腫瘤 被分成若干斷層照射，我們通過改變束流的能量來改變照射深度以實現(xiàn)對各個腫瘤斷層的 照射。因此要確保束流能夠準(zhǔn)確安全地到達腫瘤所在的位置，就需要在照射之前準(zhǔn)確測量 輻照粒子的劑量深度分布，即Bragg曲線以確保照射治療計劃的可靠性或優(yōu)化照射治療計 劃。由于人體的主要成分為水，因此臨床上人體組織中照射劑量分布，既Bragg曲線 的確定是通過水中的Bragg曲線和一系列人體組織與水之間的等效參數(shù)來確定的。傳統(tǒng) 的Bragg曲線測試方法是采用水箱電離室系統(tǒng)，通過步進電機改變劑量電離室在水箱中 的位置以獲得入射粒子的Bragg曲線，該方法參見國際原子能機構(gòu)(IAEA，International Atomic Energy Agency) 398 號報告(Absorbed dose determination in external beam radiotherapy, IAEATechnical reports Serial No. 398, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000. 57-63)。該方法在每個位置測試點需要數(shù)秒鐘的時間，要獲得Bragg 曲線峰區(qū)位置精度為100 μ m的采樣則需要約最少10分鐘以上。同時，由于每個采樣點的 入射粒子強度的不同，該系統(tǒng)在水箱前壁還需配有一個用于刻度入射粒子強度的大面積參 考電離室。該系統(tǒng)的測試結(jié)果還會受束流剖面均勻性和束流強度穩(wěn)定性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探 測器及其使用方法。利用一種能和水等效的材料，通過改變其厚度來模擬不同深度的水。 同時在不同厚度的水等效材料中設(shè)置能夠測量照射劑量的探測裝置，從而實現(xiàn)對重離子 Bragg曲線的一次性測量。該探測器在臨床應(yīng)用中通過模擬實際重離子治療過程中的分層 照射，得到各個分層的Bragg曲線，將獲得的Bragg曲線疊加，可以得到整個照射區(qū)間的劑 量深度分布，從而直接和照射治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性或優(yōu)化照射治療計劃。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為.一種用于重離子治癌的快速測 量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電離室(2)，其主要特點是在單元電離室 (2)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框架(1)的前、后兩端分別設(shè)有入射窗 (1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗(1-5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板(1-2)、 信號引出板(1-3)，高壓輸入板(1-4)；所述的單元電離室(2)包括有與信號引出板(1-3)連接的信號極(2-1)，和與高壓輸入板(1-4)連接的高壓極(2-2)；所述的單元電離室(2) 及前方的水等效體(3)置于帶凹槽的支撐板(1-2)內(nèi)；所述的單元電離室(2)和水等效體 (3)的間距在0. lmm-5mm之間。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的單元電離室(2)的兩個 電極，信號極(2-1)為陽極，高壓極(2-2)為陰極，極間距離為l_20mm，電極由有效面積為 10X10mm2-300X300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度為 7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的水等效體(3)為與水的 質(zhì)量密度和電子密度都十分接近的有機玻璃，這種等效體在國際重離子治癌領(lǐng)域是認可 的。同時由于有機玻璃的價格便宜，可塑性強，其薄片的加工厚度可以小到Pm量級。這樣 就可以保證該方法測到的Bragg曲線的精度。通過不同厚度的有機玻璃模擬不同深度的 水，在有機玻璃之間插入測量照射劑量的單元電離室(2)來實現(xiàn)不同水深度下劑量分布， 即Bragg曲線的測量。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的水等效體(3)在探測器 中的分布為探測器的前端的若干水等效體(3)厚度為1.5-10mm，用于Bragg曲線的坪區(qū) 測量；探測器中部的水等效體(3)厚度為0. 1-1. 5mm，對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量；探測 器后端的水等效體(3)厚度為0.5-1. 5mm，用于Bragg曲線的峰后區(qū)測量。所述的水等效 體⑶在探測器前端的厚度，是根據(jù)入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)的大概位置改變的。通過 探測器前端水等效體(3)厚度的改變，實現(xiàn)入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)落在Bragg曲線探 測器中部。其中入射粒子的Bragg曲線峰區(qū)位置由入射粒子能量決定，可以由相應(yīng)計算軟 件獲得。所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體(3)厚度所對應(yīng)的Bragg 曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于探測器20-100組的不同厚度的水等效體(3)，其 中前端10-30組水等效體(3)的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑 量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部5-60組水等效體(3) 的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值 再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端5-10組水等效體(3)的總厚度對 應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng)的 水等效厚度。由于Bragg曲線是一個隨入射粒子能量變化的不對稱曲線，本發(fā)明的探測器 與其形狀相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)在保證Bragg峰區(qū)測量精度的前提下最大限度減小探測器 的結(jié)構(gòu)尺寸。實際應(yīng)用中探測器各個部分對應(yīng)的水等效厚度可以根據(jù)入射粒子能量和相應(yīng) 的模擬計算軟件獲得。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的數(shù)個單元電離室(2)為 縱向排列的20-100組。通過對每個單元電離室信號極(2-1)輸出信號的同步取樣，可以快 速獲得入射重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。一種快速測量Bragg曲線探測器的使用方法，其步驟如下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)根據(jù)入射粒子的能量，設(shè)置探測器前端水等效體厚度；
4
(3)將探測器與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室(2)信號極(2-1)上的劑量信號；(5)將得到的信號和不同水等效體厚度對應(yīng)，得到入射粒子的Bragg曲線；(6)根據(jù)測得的Bragg曲線峰位和半高寬，確認束流的照射深度；(7)按照治療計劃的設(shè)定進行各個腫瘤斷層的照射，取得各個斷層照射下的 Bragg曲線；(8)將得到的各個斷層照射時的Bragg曲線疊加，得到整個腫瘤照射的劑量深度 分布；(9)將測得的實際照射劑量分布于治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性；(10)在探測器測試結(jié)果與治療計劃偏差較大的情況下，相應(yīng)修正照射治療計劃。本發(fā)明的有益效果利用與水等效的有機玻璃材料與劑量探測器有機結(jié)合，在 ms量級的時間內(nèi)完成對入射重離子Bragg曲線的一次性測量，同時排除照射粒子強度和徑 向分布均勻性對測試結(jié)果的影響。實際照射中通過對腫瘤各個斷層照射的Bragg曲線測 量，得到整個腫瘤照射區(qū)間的劑量深度分布，從而直接和照射治療計劃對比，驗證治療計劃 的可行性或優(yōu)化照射治療計劃。由于人體的主要成分為水，且臨床上人體組織中照射劑量 分布的確定是通過水中的Bragg曲線和一系列人體組織與水之間的等效參數(shù)來確定的，這 樣探測器的測試結(jié)果可以轉(zhuǎn)化為人體組織中的Bragg曲線，從而指導(dǎo)重離子的臨床照射。


圖1是本發(fā)明的快速Bragg曲線探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-1為入射窗；1-5為出射窗；1-2為帶凹槽的支撐板；1_3為信號引出板；1_4 為高壓輸入板；2為單元電離室；3為水等效體；圖2是本發(fā)明探測器單元電離室的結(jié)構(gòu)示意圖；2-1為信號極；2-2為高壓極；圖3為Bragg曲線示意圖。圖4為實施例1測試結(jié)果圖5為實施例2測試結(jié)果，將快速Bragg曲線探測器對治療照射離子Bragg曲線 的測試結(jié)果與傳統(tǒng)水箱電離室系統(tǒng)測試結(jié)果的比較；□為快速Bragg曲線探測器的測試結(jié) 果，…· …為傳統(tǒng)水箱電離室系統(tǒng)測試結(jié)果；圖6為重離子治癌臨床試驗的照射過程中，按照治療計劃中的分層照射，由快速 Bragg曲線探測器測到的每層照射的Bragg曲線；圖7為利用快速Bragg曲線探測器得到總劑量分布和治療計劃照射劑量的對比。 Δ為快速Bragg曲線探測器測量到的多個腫瘤斷層照射區(qū)Bragg曲線相疊加的結(jié)果，—— 為治療計劃要求的照射劑量分布。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限 定本發(fā)明的范圍。實施例1 見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，包括 外框架1、數(shù)個單元電離室2，在單元電離室2的前方設(shè)有不同厚度的水等效體3 ；所述的外框架1的前、后兩端分別設(shè)有入射窗1-1和出射窗1-5 ；在入射窗1-1和出射窗1-5之間設(shè) 有帶凹槽的支撐板1-2、信號引出板1-3，高壓輸入板1-4 ；所述的單元電離室2包括有與信 號引出板1-3連接的信號極2-1，和與高壓輸入板1-4連接的高壓極2-2 ；所述的單元電離 室2及前方的水等效體3置于帶凹槽的支撐板1-2內(nèi)。所述的單元電離室2與前方的水等 效體3之間的距離為5mm。所述的單元電離室2的兩個電極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距 離為20mm，電極由有效面積為IOXlOmm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電 薄膜為厚度25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。單元電離室工作在一個大氣壓的空氣中，工作時高 壓極接300V負高壓，信號極經(jīng)大電阻接地，這樣通過測量電阻兩端的電壓可以得到入射粒 子在該單元電離室內(nèi)的能量損失信號，從而得到對應(yīng)水等效厚度下的照射劑量。所述的水等效體3為與水的質(zhì)量密度和電子密度都十分接近的有機破璃。見圖3 所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例1，所述探測器共有20組的不同 厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即 入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部5組水 等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變 化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端5組水等效體3的總厚度 對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng) 的水等效厚度。由于Bragg曲線是一個隨入射粒子能量變化的不對稱曲線，本發(fā)明專利的 探測器與其形狀相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)在保證Bragg峰區(qū)測量精度的前提下最大限度減小 探測器的結(jié)構(gòu)尺寸。實際應(yīng)用中探測器各個部分對應(yīng)的水等效厚度可以根據(jù)入射粒子能量 和相應(yīng)的模擬計算軟件獲得。所述的20組水等效體3在探測器中的分布為探測器的前端10組水等效體3厚 度均為1.5mm，共15mm對應(yīng)Bragg曲線的坪區(qū)測量；探測器中部5組水等效體3厚度均 為1. 5mm，共7. 5mm對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量；探測器后端5組水等效體3厚度均為 1. 5mm，共7. 5mm對應(yīng)Bragg曲線的峰后區(qū)測量。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，所述的數(shù)個單元電離室2為縱 向排列的20組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入 射重離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。圖4為入射粒子能量為lOOMeV/u條件下，本實施例1設(shè)計的快速Bragg曲線探測 器的測試結(jié)果。實施例2 見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器。所述 的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為3mm。所述的單元電離室2的兩個電極， 信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為15mm，電極由有效面積為100X IOOmm2的 導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度7μπι的鍍鋁聚酰亞胺膜。單元 電離室工作在一個大氣壓的空氣中，工作時高壓極接300V負高壓，信號極經(jīng)大電阻接地， 這樣通過測量電阻兩端的電壓可以得到入射粒子在該單元電離室內(nèi)的能量損失信號，從而 得到對應(yīng)水等效厚度下的照射劑量見圖3 所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例2，所述的用于重粒子治癌的快 速Bragg曲線探測器共有45組的不同厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3的總 厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所 對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部30組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰 區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體 厚度；探測器后端5組水等效體3的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子 的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚度。 所述的45組水等效體3在探測器中的分布為探測器的前端10組水等效體3厚度 均為2mm，共20mm對應(yīng)Bragg曲線的坪區(qū)測量；探測器中部5組水等效體3厚度均為0. 2mm, 共6mm對應(yīng)于Bragg曲線的峰區(qū)測量；探測器后端5組水等效體3厚度均為1mm，共5mm對 應(yīng)Bragg曲線的峰后區(qū)測量。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排 列的45組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射重 離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。圖5為入射粒子能量為200MeV/u條件下，本實施例2設(shè)計的快速Bragg曲線探測 器的測試結(jié)果，與傳統(tǒng)的水箱電離室測試結(jié)果比較，兩者基本一致。此次測量，水箱電離室 系統(tǒng)的測試時間為54分鐘。但快速Bragg探測器的測試時間僅為10ms。實施例3 見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，所述 的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為1mm。所述的單元電離室2的兩個電極， 信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為10mm，電極由有效面積為200X200mm2 的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。見圖3 所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例3，所述的用于重粒子治癌的快 速Bragg曲線探測器共有60組的不同厚度的水等效體3，其中前端10組水等效體3的厚度 均為5mm，共50mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到 峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部40組水等效體3的厚度均為0. 1mm，共4mm 對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到 峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度均為0. 5mm，共5mm 對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng) 的水等效厚度。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排 列的60組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射重 離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線測 試精度的要求，所以其測試結(jié)果與實施例2類似。實施例4 見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，所述 的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為0. 5mm。所述的單元電離室2的兩個電 極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為5mm，電極由有效面積為250 X 250mm2
7的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。見圖3 所述探測器的前端、中部和后端是根據(jù)若干組水等效體3厚度所對應(yīng)的 Bragg曲線的坪區(qū)、峰區(qū)和峰后區(qū)來劃分的。對于本實施例4，所述的用于重粒子治癌的快 速Bragg曲線探測器共有80組的不同厚度的水等效體3，其中前端20組水等效體3的厚 度均為6mm，共120mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變 化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部50組水等效體3的厚度均為0. 1mm，共 5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回 落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度均為0. 5mm，共 5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0 對應(yīng)的水等效厚度。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排 列的80組。通過對每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射重 離子束流的Bragg曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。所述的探測器其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線測 試精度的要求，所以其測試結(jié)果與實施例2類似。實施例5 見圖1、圖2，一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，所述 的單元電離室2與前方的水等效體3之間的距離為0. 1mm。所述的單元電離室2的兩個電 極，信號極2-1為陽極，高壓極2-2為陰極，極間距離為1mm，電極由有效面積為300 X 300mm2 的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。其中導(dǎo)電薄膜為厚度15 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。對于本實施例5，所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器共有100組的不 同厚度的水等效體3，其中前端30組水等效體3的厚度均為10mm，共300mm對應(yīng)入射粒子 Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰值50%所對應(yīng)的水等效體厚 度；探測器中部60組水等效體3的厚度均為0. Imm,共6mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的峰 區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對應(yīng)的水等效體 厚度；探測器后端10組水等效體3的厚度均為0. 5mm，共5mm對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的 峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚度。所述的用于 重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其數(shù)個單元電離室2為縱向排列的100組。通過對 每個單元電離室信號極2-1輸出信號的同步取樣，可以快速獲得入射重離子束流的Bragg 曲線信息，而不用考慮入射粒子強度和軸向分布均勻性的影響。其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。由于探測器精度已經(jīng)滿足Bragg曲線測試精度的要求， 所以其測試結(jié)果與實施例2類似。實施例6 —種快速測量Bragg曲線探測器的使用方法，其步驟如下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)根據(jù)入射粒子的能量，設(shè)置探測器前端水等效體厚度；(3)將探測器與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室2信號極2-1上的劑量信號；(5)將得到的信號和不同水等效體厚度對應(yīng)，得到入射粒子的Bragg曲線；(6)根據(jù)測得的Bragg曲線峰位和半高寬，確認束流的照射深度；(7)按照治療計劃的設(shè)定進行各個腫瘤斷層的照射，取得各個斷層照射下的
8Bragg曲線；(8)將得到的各個斷層照射時的Bragg曲線疊加，得到整個腫瘤照射的劑量深度 分布；(9)將測得的實際照射劑量分布于治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性；(10)在探測器測試結(jié)果與治療計劃偏差較大的情況下，相應(yīng)修正照射治療計劃。應(yīng)用例1 實際照射治療時，根據(jù)腫瘤的深度和厚度，將其分為不同照射層。通過改變照射 粒子能量，實現(xiàn)對腫瘤不同照射層的治療。通過快速Bragg曲線探測器測得的不同腫瘤照 射層對應(yīng)的入射粒子的Bragg曲線，可以得到各層Bragg曲線疊加后得到的總劑量，即為整 個重離子照射治療過程的劑量深度分布。在腫瘤的分層照射條件下，入射粒子的能量不同， 導(dǎo)致Bragg曲線的峰位不同，因此對探測器前端的水等效體厚度的設(shè)計也不同。整個探測 器的前端水等效體厚度可以在0. I-IOmm范圍內(nèi)變化，根據(jù)理論計算得出入射粒子Bragg曲 線峰位范圍，可以選取合適的水等效體厚度使得Bragg曲線峰位落在探測器中部以保證所 測得的Bragg曲線峰區(qū)的精度。本應(yīng)用例中，快速Bragg曲線探測器的水等效體3為縱向排列的45組前端10 組，中部30組，后端5組。中部的水等效體厚度設(shè)為0. 2mm，探測器后端的水等效體厚度設(shè) 為1mm。探測器前端的水等效體厚度隨腫瘤照射層的變化而變化，見表1。表1探測器前端的水等效體厚度隨腫瘤照射層的變化 探測器中單元電離室2的信號極2-1和高壓極2-2極間距離5mm，均由有效面積 為100X IOOmm2的7um厚鍍鋁聚酰亞胺膜和帶有導(dǎo)電極的PCB框架組成。單元電離室工作 在一個大氣壓的空氣中，工作時高壓極接300V負高壓，信號極經(jīng)大電阻接地，這樣通過測 量電阻兩端的電壓可以得到入射粒子在該單元電離室內(nèi)的能量損失信號，從而得到對應(yīng)水 等效厚度下的照射劑量。圖6為重離子治癌臨床試驗的照射過程中，按照治療計劃中的分層照射，由快速 Bragg曲線探測器測到的每層照射的Bragg曲線。治療計劃給出的4cm厚的腫瘤區(qū)域分9 層照射。不同腫瘤照射層的照射粒子能量不同(見表1)，相應(yīng)的快速Bragg曲線探測器前 端10組水等效體的厚度不同。利用快速Bragg曲線探測器測得的每個腫瘤照射層照射離 子的Bragg曲線，可以得到各層Bragg曲線疊加后在整個腫瘤照射區(qū)間的總劑量，即為整個 重離子照射治療過程的劑量深度分布。圖7為利用快速Bragg曲線探測器得到總劑量分布和治療計劃照射劑量的對比。治療計劃要求在4cm厚的腫瘤區(qū)域內(nèi)達到2Gy的照射劑量。圖中Δ為快速Bragg曲線探 測器測量到的多個腫瘤斷層照射區(qū)Bragg曲線相疊加的結(jié)果，一為治療計劃要求的照射 劑量分布。由快速Bragg曲線探測器的測試結(jié)果表明該治療計劃和實際照射結(jié)果吻合，即 該治療計劃準(zhǔn)確可靠。 上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電離室(2)，其特征是在單元電離室(2)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框架(1)的前、后兩端分別設(shè)有入射窗(1 1)和出射窗(1 5)；在入射窗(1 1)和出射窗(1 5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板(1 2)、信號引出板(1 3)，高壓輸入板(1 4)；所述的單元電離室(2)包括有與信號引出板(1 3)連接的信號極(2 1)，和與高壓輸入板(1 4)連接的高壓極(2 2)；所述的單元電離室(2)及前方的水等效體(3)置于帶凹槽的支撐板(1 2)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述 的單元電離室(2)的兩個電極，信號極(2-1)為陽極，高壓極(2-2)為陰極，極間距離為 l-20mm,電極由有效面積為10X 10mm2-300X300mm2的導(dǎo)電薄膜和帶有導(dǎo)電極的框架組成。
3.如權(quán)利要求2所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 單元電離室(2)兩個電極的導(dǎo)電薄膜為厚度7-25 μ m的鍍鋁聚酰亞胺膜。
4.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 單元電離室⑵和水等效體⑶的間距在0. lmm-5mm之間。
5.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 水等效體(3)為有機玻璃板。
6.如權(quán)利要求1所述的用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，其特征所述的 水等效體⑶在探測器中的分布為探測器的前端的水等效體⑶厚度為1.5-10mm，探測 器中部的水等效體厚度為0. 1-1. 5mm，探測器的后端的水等效體厚度為0. 5-1. 5mm。
7.如權(quán)利要求1所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其特征所述的數(shù)個 單元電離室(2)為縱向排列的20-100組。
8.如權(quán)利要求6所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲線探測器，其特征是所述的 20-100組探測器的前端、中部和后端，水等效體(3)的厚度，其前端為10-30組，水等效體(3)的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的坪區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從起始點變化到峰 值50%所對應(yīng)的水等效體厚度；探測器中部5-60組水等效體(3)的總厚度對應(yīng)入射粒子 Bragg曲線的峰區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到峰值再回落到峰值50%所對 應(yīng)的水等效體厚度；探測器后端5-10組水等效體(3)的總厚度對應(yīng)入射粒子Bragg曲線的 峰后區(qū)，即入射粒子的劑量沉積從峰值50%變化到接近0對應(yīng)的水等效厚度。
9.一種快速測量Bragg曲線探測器的使用方法，其特征步驟如下(1)將探測器垂直放置于束流照射方向；(2)根據(jù)入射粒子的能量，設(shè)置探測器前端水等效體厚度；(3)將探測器與后續(xù)獲取系統(tǒng)連接；(4)同步獲取探測器單元電離室(2)信號極(2-1)上的劑量信號；(5)將得到的信號和不同水等效體厚度對應(yīng)，得到入射粒子的Bragg曲線；(6)根據(jù)測得的Bragg曲線峰位和半高寬，確認束流的照射深度；(7)按照治療計劃的設(shè)定進行各個腫瘤斷層的照射，取得各個斷層照射下的Bragg曲線.一入 ，(8)將得到的各個斷層照射時的Bragg曲線疊加，得到整個腫瘤照射的劑量深度分布；(9)將測得的實際照射劑量分布于治療計劃對比，驗證治療計劃的可行性；(10)在探測器測試結(jié)果與治療計劃偏差較大的情況下，相應(yīng)修正照射治療計劃。
全文摘要
本發(fā)明涉及重離子束治療腫瘤技術(shù)的領(lǐng)域，尤其涉及Bragg曲線探測器及其使用方法。一種用于重離子治癌的快速測量Bragg曲線探測器，包括外框架(1)、數(shù)個單元電離室(2)，其主要特點是在單元電離室(2)的前方設(shè)有不同厚度的水等效體(3)；所述的外框架(1)的前、后兩端分別設(shè)有入射窗(1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗(1-5)之間設(shè)有帶凹槽的支撐板(1-2)、信號引出板(1-3)，高壓輸入板(1-4)；所述的單元電離室(2)包括有與信號引出板(1-3)連接的信號極(2-1)，和與高壓輸入板(1-4)連接的高壓極(2-2)；所述的單元電離室(2)及前方的水等效體(3)置于帶凹槽的支撐板(1-2)內(nèi)。該探測器能在ms量級的時間內(nèi)實現(xiàn)對入射粒子的Bragg曲線測量。
文檔編號G01T1/02GK101907718SQ20101016928
公開日2010年12月8日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者唐彬, 孫志宇, 徐治國, 徐瑚珊, 戎欣娟, 段利敏, 毛瑞士, 王建松, 肖國青, 胡正國, 趙鐵成, 郭忠言, 陳金達 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所