[發明專利]一種粒子放射治療射束實時監測方法

有效

• 申請號: 201910197460.0
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109893778B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 耿長冉;舒迪昀;湯曉斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種粒子放射治療射束實時監測方法，其特征在于包括以下步驟：

1）通過治療計劃系統獲得治療過程中射束任意時間點的能量E (T)、照射位置P (T)，并獲取不同能量質子束的束斑大小 R (E)、均勻性U (E)和半高寬FWHM (E)，其中E為質子束的能量，T為照射過程中的任意時間點，照射位置P為照射到患者體表射野中心點的空間坐標（X,Y, Z）；

2）在最優探測條件下利用EMCCD探測器獲得不同能量質子束照射時的雜散輻射背景數據S (E, N_x, N_y) ，其中S為每一像素的光學計數，E為質子束能量，N_x和N_y分別為每一像素在EMCCD探測器X和Y方向上的陣列序號；述的最優探測條件確定過程如下：基于等效數字體模和質子束流源項，利用蒙特卡羅工具包Geant4計算EMCCD探測器位于不同角度和位置時的切倫科夫光光強分布，確定EMCCD探測器的最佳探測位置和角度；同時，通過實驗驗證該最佳探測位置和角度，并進一步確定EMCCD探測器的探測參數設置，最終確定包括EMCCD探測器位置及角度、探測參數在內的最優探測條件；

3）在質子放射治療前，設置最優探測條件，利用EMCCD探測器獲取質子束照射位置處的環境光背景數據B (N_x, N_y)；

4）在質子放射治療過程中，保持最優探測條件不變，利用光學探測器對質子束照射位置進行實時二維光學成像，實時測量照射位置處的單位面積光強二維分布V (T, E, N_x,N_y)；

5）將不同時間點的光強二維分布減去環境光背景數據和雜散輻射背景數據，然后根據切倫科夫光光強與總光強之間的比例關系，得到單位面積切倫科夫光光強二維分布V_c(T,E, N_x, N_y)；所述切倫科夫光光強與總光強之間的比例關系可由以下步驟獲得：在不同能量質子束實際照射輻射仿真人體體模條件下，利用EMCCD探測器在最優探測條件下對體模近體表產生的光學光子光譜進行測量，通過光譜分析建立不同能量質子束照射下切倫科夫光光強與總光強之間的比例關系；

6）切倫科夫光光強二維分布區域的位置、大小、均勻性和半高寬即反映質子射束相關信息；同時，基于切倫科夫光光強和質子束能量之間的定量關系，由切倫科夫光光強得到射束能量；最終，可得到任一時間點射束的能量E_a(T)、照射位置P_a (T)、大小R_a (T)、均勻性U_a(T)和半高寬FWHM_a (T)；所述切倫科夫光光強和質子束能量之間的定量關系可由以下步驟獲得：基于等效數字體模和特定質子放射治療設備的射束源項，將EMCCD探測器設置為最優探測條件，利用蒙特卡羅方法計算不同能量質子束照射時光學探測器得到的切倫科夫光光強分布，建立切倫科夫光光強和射束能量之間的定量關系式；同時，在不同能量質子束實際照射輻射仿真人體體模條件下，利用光學探測器在最優探測條件下對光學光強分布進行探測，并根據切倫科夫光光強與總光強之間的比例關系，基于實驗數據對切倫科夫光光強和射束能量之間的定量關系進行標定校正；

7）將根據切倫科夫光光強二維分布獲得的實際射束信息和步驟1）中的理想射束信息進行對比分析，得到任一時間點射束各個特性的偏差百分比；同時，基于蒙特卡羅方法計算患者腫瘤區域和正常組織的劑量偏差值。