[发明专利]质子智能在线监测系统

说明书

本发明提供一种质子智能在线监测系统及方法，包括沿束流路径布置的多个伽马射线探测器单元；在伽马射线探测器单元之前设有光栅。所述的伽马射线探测器单元包括阵列的闪烁晶体和一一对应的阵列的光电倍增管。通过在束流传输路径上放置稀疏分布的伽马射线探测器来探测质子治疗中由于核反应产生的两类γ光子：一类由正电子核素β+衰变湮灭产生，一类由处于激发态的原子核退激产生。然后将所探测到的γ光子的相空间信息输入到经过大样本数据库训练的前馈神经网络进行机器学习，从而重建出质子的射程。利用空间剂量卷积过滤方法，得到实际的剂量分布，最终实现质子束流射程和剂量的精确监测。

技术领域

本发明涉及一种质子射程和剂量在线监测领域，特别是一种质子智能在线监测系统。

背景技术

理想的肿瘤放射治疗的目的是给予肿瘤体积最大致死剂量的同时最大限度地减小周围正常器官的照射剂量。与传统的X射线治疗相比，质子束流具有的独特剂量学特性，即布拉格峰。这使得质子束在到达肿瘤组织之前的能量沉积大大减小，并且在布拉格峰之后的能量沉积迅速跌落，从而使得肿瘤组织周围的正常组织的照射剂量大大降低。因此，质子束可以给予肿瘤组织更高的照射剂量的同时更好的保护正常器官。

布拉格峰是质子束治疗的物理学优势，但同时也为质子治疗的临床应用带来了巨大挑战——质子治疗的射程不确定性。质子射程不确定性受束流品质、定位CT图像伪影、阻止本领转换、人体组织元素组成、治疗摆位、器官运动，以及治疗过程中肿瘤的变化等诸多因素的影响。其导致的剂量误差最大可达20-30%，尤其在肿瘤的边界区域剂量误差可达到50%以上。射程不确定性的问题如果不能很好的解决，极有可能会导致靶区“剂量不足”或正常器官“过度照射”。这将很大程度上增加肿瘤复发和正常组织并发症的风险，限制质子治疗的适应症范围，阻碍质子治疗技术的推广。因此，运用新的技术手段对质子射程进行在线监测，实现实时剂量引导的放射治疗，从而达到肿瘤的自适应治疗，这是精确医学的必要条件，也是近年来质子治疗领域的研究热点。

中国专利文献CN 103338819 A记载了粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的照射剂量设定方法，记载了通过指尖型传感器作为监视器，来调整照射剂量。并未给出质子射程不确定性的解决方案。

中国专利文献CN 102119586 B，记载了多场带电粒子癌症治疗方法和装置。将辐射经进入点输送到肿瘤中，并且将布拉格峰能量 (Bragg peak energy) 从入口点靶向到肿瘤的远端或远侧。从多个旋转方向重复从入口点向所述肿瘤的所述远端侧输送布拉格峰能量。系统允许肿瘤的多场和多轴带电粒子辐照，从而在于肿瘤周围分配有害辐照能量的情况下对所述肿瘤产生精确且准确的辐照剂量。其中记载了质子束冲击引出箔片，其中质子束中的质子损失能量，从而导致源于引出箔片中的次级电子的次级发射，次级电子产生用作反馈控制的电流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种质子智能在线监测系统及方法，能够实现对质子束流射程和剂量精确监测。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种质子智能在线监测系统，包括沿束流路径布置的多个伽马射线探测器单元；

在伽马射线探测器单元之前设有光栅。

优选的方案中，所述的伽马射线探测器单元包括阵列的闪烁晶体和一一对应的阵列的光电倍增管。

优选的方案中，所述的闪烁晶体为BGO或LSO闪烁晶体。

优选的方案中，所述的闪烁晶体为4×4阵列布置，尺寸为3ⅹ2ⅹ20毫米。

优选的方案中，所述的多个伽马射线探测器单元的排列路径与束流路径大致平行，在束流布拉格峰附近多个伽马射线探测器单元的排列较为紧密，在束流平台区域排置较为稀疏。

优选的方案中，多个伽马射线探测器单元与获取装置电连接。

优选的方案中，位于治疗头之前的束流监测装置与获取装置电连接。