[发明专利]实时动态质子成像和放疗的图像成像方法和图像重建优化算法以及使用该方法的成像系统

权利要求书

1.一种实时动态质子成像和放疗的图像成像方法，它是通过带碘化铯涂层的TFT非晶硅平板探测器采集质子射线的能量，再通过数模转化得到图像，其特征是进行两次质子射线的能量采集，第一次采集是在质子射线射入被探测物体前，第二次采集是在质子射线经过被探测物体后；然后通过处理两次采集得到的数据形成图像。

2.根据权利要求1所述的实时动态质子成像和放疗的图像成像方法，其特征是所述的质子射线源为移动的质子射线源，使得质子射线从三个不同的角度射入被探测物体，而所述的TFT非晶硅平板探测器的位置与质子射线的照射路径配合，并采集不同角度射入的质子射线能量，最终得到被测物体不同深度层的图像信息。

3.一种适用于如权利要求1所述的实时动态质子成像和放疗的图像成像方法的图像重建优化算法，其特征是利用采集得到的质子射线射入被测物体前后的能量衰减率以及位置信息，通过计算降低质子散射对成像的影响，最终得到质子束射入被测物体前后的能量分布二维图像以及待测物体的二维水等效射程(厚度)分布图像；所述的计算降低质子散射对成像的影响是，通过蒙特卡洛模拟计算得到质子的最大概率径迹，并最终将计算得到的最大概率径迹转化为二维图像。

4.根据权利要求3所述的图像重建优化算法，其特征是所述的最大概率径迹的计算步骤及公式如下：

深度(x1)最大概率径迹点：

y1(x1)=AE-BDAC-B2]]>

其中：

A=σy12det(Δ1)+σy22det(Δ2)]]>

B=-σθy12det(Δ1)+σθy22det(Δ2)]]>

C=σθ12det(Δ1)+σθ22det(Δ2)]]>

D=θσy22+y′σθy22det(Δ2)]]>

E=θσθy22+y′σθ22det(Δ2)]]>

σθ12=Θ02∫0x11β2p2dx′X0]]>

σy12=Θ02∫0x1(x1-x′)2β2p2dx′X0]]>

σθy12=Θ02∫0x1x1-x′β2p2dx′X0]]>

σθ22=Θ02∫x1x1β2p2dx′X0]]>

σy22=Θ02∫x1x(x1-x′)2β2p2dx′X0]]>

σθy22=-Θ02∫x1xx1-x′β2p2dx′X0]]>

Δ=σθ2σθy2σθy2σy2]]>

det(Δ1)=σθ12θy12-(σθy12)2]]>

det(Δ2)=σθ22θy22-(σθy22)2]]>

其中：y为出射点纵坐标；θ为出射角度，y1与θ1分别为待求的粒子在深度x1处的纵坐标和散射角度；X0为与穿过物质材料相关的辐射强度常量；β为相对论中定义的粒子运动速度与光速的比值；p为粒子动量。x′为积分参量；为一常量。其他参数均为计算用中间变量，无实际物理意义。

5.一种使用如权利要求1所述的实时动态质子成像和放疗的图像成像方法的成像系统，它主要包括带碘化铯涂层的TFT非晶硅平板探测器和模拟数字转换器，该系统具有间隔设置的两块TFT非晶硅平板探测器，两块TFT非晶硅平板探测器之间设置探测物放置空间，所述的模拟数字转换器与信号同步处理器连接，信号同步处理器再与图像系统连接。