[發明專利]一種粒子治療裝置的三維劑量測量探測系統

有效

• 申請號: 202011038815.0
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112083467B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 徐治國;趙祖龍;毛瑞士;康新才
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所;惠州離子科學研究中心
• 主分類號: G01T1/02
• 分類號: G01T1/02;G01T1/08;G01T1/29;A61N5/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉美麗

本發明涉及一種粒子治療裝置的三維劑量測量探測系統，包括探測器主體、前端電子學系統、數據采集裝置及上位機；探測器主體，用于對粒子束流進行探測；前端電子學系統，用于對探測器本體產生的電離信號進行放大；數據采集裝置，用于采集經前端電子學系統放大的信號；上位機內設置有粒子照相系統和三維劑量重建系統；其中：粒子照相系統用于采用靶前和靶后同步采樣的數據通過預先訓練的機器網絡模型得到目標靶的成像結果；三維劑量重建系統根據目標靶成像結果和束流經過不同厚度靶的劑量分布信息，基于預先測量的束流參數劑量曲線模型進行三維劑量重建，得到束流經過目標靶的三維劑量分布。

技術領域

本發明涉及質子、碳離子治療腫瘤技術領域，特別是關于一種粒子治療裝置的三維劑量測量探測系統。

背景技術

采用質子、碳離子治療腫瘤的技術是一種療效顯著，且具有很大發展潛力的腫瘤治療手段。其用于放射治療既有生物學優勢，又有劑量分布優勢Bragg峰(離子能量大部分沉積在射程末端)，能夠確保在臨床照射治療中的高精度(毫米量級)，高療效和高安全性。目前在世界范圍內粒子治療裝置數量迅速增加，相關技術也日新月異。

粒子治療的優勢是能夠將粒子的劑量精確控制到腫瘤位置，在正常組織上沉積的劑量足夠小，對人體的傷害比起常規射線放療要小很多。要確保粒子治療精確定位的優勢，除了精確可靠的束流配送系統還需要高精度的劑量驗證系統。粒子治療裝置的束流配送方式一般采用點掃描或光柵掃描兩種方式。不論哪種配送方式，最終的目的都是希望最大限度地精確控制束流殺死癌細胞，保護正常組織器官。目前粒子治療中正在發展的超高劑量率的閃療技術和新的適形治療技術都需要更高精度的劑量控制和驗證。目前用于粒子治療的劑量驗證探測系統主要有矩陣電離室、醫用劑量膠片、筆形電離室等。但是上述探測系統都無法直接測量并重建出三維的劑量分布，只能得到粗略的二維劑量分布或特定點的劑量值。

目前基于閃爍體的熒光屏探測器研制的QA(治療計劃驗證和粒子治療裝置的日常質量保證)探測器能夠直接測量2D的劑量分布，在束流掃描均勻的前提下配合楔形體膜也可以測量縱向劑量的分布信息。例如基于ZnS或Al₂O₃:C的熒光屏探測器系統。但是所用的發光劑量測量系統光強和劑量的非線性比較明顯，都需要進行修正，這樣測量結果精度也會受到限制。另外，這一系統不能直接用于三維劑量分布測量，只能通過特定位置的驗證實現QA。IBA公司的MatriXX PT可以用來測量2D和3D劑量分布，但是3D的測量是在不同時間測量2D結果基礎上重建的，會受到束流掃描的均勻度，束流不同時間的參數變化的影響。

綜上所述，現有技術中目前沒有可以用于臨床的，通過實時采樣方式直接測量三維劑量的探測系統用于粒子治療裝置的QA探測系統。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠簡化劑量驗證過程，提高劑量驗證精度且能夠通過實時采樣方式直接獲得三維劑量分布的粒子治療裝置的三維劑量測量探測系統。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種粒子治療裝置的三維劑量測量探測系統，包括探測器主體、前端電子學系統、數據采集裝置及上位機；

探測器主體，用于對粒子束流進行探測；

前端電子學系統，用于對所述探測器本體產生的電離信號進行放大；

數據采集裝置，用于采集經所述前端電子學系統放大的信號；

所述上位機內設置有粒子照相系統和三維劑量重建系統；其中：

所述粒子照相系統用于采用靶前和靶后同步采樣的數據通過預先訓練的機器網絡模型得到目標靶的成像結果；所述三維劑量重建系統根據目標靶成像結果和束流經過不同厚度靶的劑量分布信息，基于預先測量建立的束流參數劑量曲線模型進行三維劑量重建，得到束流經過目標靶的三維劑量分布。