[发明专利]一种基于硬件控制的辐照扫描装置及辐照扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学治疗领域的一种辐照装置及辐照扫描的方法，更具体地 涉及一种基于硬件的快速控制的辐照装置及辐照扫描方法。

背景技术

粒子自身的物理特性相比常规光子和电子有很多的优越性，因而使用粒 子进行放射治疗。重离子在贯穿物质时主要是通过与靶原子核外电子的碰撞 损失能量，随着离子能量的降低，这种碰撞的几率增大。在离子进入人体的 大部分射程里，巨大的初始能量使离子穿过组织速度很快，因而损失的能量 较小，形成一个相对低能量的坪区；在射程的末端，随着能量的损失，离子 运动速度减慢，与靶电子碰撞的几率增大，最终在射程末端形成一个陡峭的 高剂量(能量损失)峰，即Bragg峰，其后剂量迅速跌落。Bragg峰位的深 度可以通过改变入射离子的初始能量来调节。治疗时精确地调整展宽的 Bragg峰并套住整个肿瘤靶区，使周围正常的组织只受到很小剂量的照射。 粒子治疗即是利用粒子回旋加速器或同步加速器产生其特有的Bragg峰，最 大程度的实现肿瘤适形治疗，达到肿瘤放射学中病灶区域剂量最大的同时周 围正常组织所受到的剂量照射最小的目的。通常肿瘤的大小从几个厘米到几 十个厘米不等，加速器引出的粒子束流的尺寸一般在几个毫米，为了适应治 疗区域的大小，粒子束在引出之后进入病人身体之前需要通过治疗头进行束 流配送。

束流配送可以划分为被动束配系统和主动束配系统。被动束流配送方法 主要采用散射和降能的方法使加速器引出的粒子束流在空间上均匀分布，适 形于靶区(参见WTChu，BALudewigt，TRRenner等人的非专利文献 Instrumentationfortreatmentofcancerusingprotonandlight-ionbeams)；然而 被动束流配送方法在实现对肿瘤区域严格的三维适形以及减小对受侵袭的区 域周围的正常组织的影响方面存在着一定的限制。另外，用于束流适形的治 疗头设备由于长时间辐照会产生一定的活化作用而造成对人的辐照损伤；而 且用于个人的形状适形器在治疗辐照后作为辐射废物需要进行特殊处理。

于是一种更先进的主动束流配送方法应运而生，这种方法直接采用加速 器引出束流照射目标组织；通过扫描磁铁改变束流位置，实现在侧向扩展； 采用加速器直接调节束流能量，实现在深度方向扩展(参见专利US7,560, 715B2和CN103566488A)，这种方法通常称作扫描照射法，使用该方法具有 束流利用率高、半影区比较小等优点，但同时需要在短时间内实现快速的射 束能量和位置的变更控制以达到对目标组织的三维适形。

在专利CN103566488A所述的扫描照射法中，首先从治疗计划装置中将 包含治疗患者所需的照射条件的治疗计划信息从存储装置中读取到一个集中 的控制装置中，集中的控制装置再根据照射条件的设定信息从存储装置选择 照射所需的能量、各目标照射剂量和照射顺序以及与照射所需的能量对应的 控制数据，集中的控制装置同时向定时系统传输包含照射所需要能量信息、 照射顺序以及与该能量对应的定时信号的控制数据，集中的控制装置还向加 速器控制装置和照射控制装置传输包含照射所需的能量信息、照射顺序以及 与该能量对应的各设备的运转控制数据、与运转控制数据对应的定时信号的 控制数据等。这种方法存在的问题是所有的数据都由集中控制装置分派，集 中控制装置使用软件控制，来回读取时间长，并且所有的任务都需要集中的 控制装置处理，还需要等待任务处理的时间。而且从安全性考虑，集中的控 制器处理也需要有另外的监视器系统来确保其读写正确和安全。

另外，在现有的扫描照射法中，多种定时信号均由定时系统给出，通过 定时系统控制加速器束流工作的时序。在定时系统中，存储有能够进行与运 转控制数据同步的输出的定时数据。通常，定时系统与联锁系统、集中的控 制装置以及电源控制装置相连接，因此允许对患者照射离子束的出射允许指 令、根据照射到患者的离子束的照射经过信息来输出的能量变更指令、根据 构成粒子线治疗装置的设备的状态输出的减速控制指令以及表示照射完成的 照射指令等需要通过集中的控制装置获得信息，由定时系统和电源控制装置 在对当前更新的控制数据进行更新之后，再传递到联锁系统中，联锁系统再 将参数变更信息输出到定时系统。这样冗长的逻辑传递和验证并不有利于扫 描算法的快速实现和剂量率的提高。

发明内容