[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像方法，特别是一种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。

背景技术

质子放射治疗技术是一种新的癌症治疗手段。由于能量大部分集中沉积在Bragg峰，质子放疗与传统的光子方式治疗相比，具有显著治疗精度优势：肿瘤照射剂量高；对入射表层到肿瘤间的近端组织辐射剂量低；对比肿瘤深层的远端组织无辐射剂量。为了确保质子放疗的高精度转化成高疗效，需要实时监测质子束能量的二维分布是否符合治疗计划系统对精度的要求。随着质子放射治疗癌症已日趋成熟，临床实践中对质子探测器的需求也逐渐增加。质子为带电粒子，因此在穿透人体及探测器过程中的散射比不带电的X射线显著。质子的散射影响图像的分辨率，因此在图像重建过程中需要对散射径迹进行修正以适用于临床应用，如质子图像引导放疗等。

现有质子成像技术主要是使用单层胶片，单层电离室矩阵扫描等方法。胶片法程序复杂，无法应用于实时图像采集及处理。电离室扫描方法是目前临床应用中使用较为广泛的方法，其缺陷为图像位置分辨率较差。而且，上述单层图像系统只能测量出质子射出待测物体后的位置信息，因此无法有效的对质子散射进行修正也无法优化提高分辨率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能实施图像采集处理，并有效修正质子散射，得到图像分辨率高，清晰可靠的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。

为了达到上述目的，本发明所设计的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。这种方法的特点在于，通过比对两次采集数据的偏差值，进而降低质子射线经过被测物体发生散射对成像带来的影响。

更进一步的方法是，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。

本发明所设计的适用于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，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。其中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：