[发明专利]一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统及方法，系统包括：人体器官物理模型、相机测量系统和剂量重建系统，人体器官物理模型包括：人体组织等效的外壳，所述外壳内部填充有人体组织等效的闪烁体。本发明所提供的系统及方法，闪烁体材料不仅能够作为探测器，而且还扮演了模体的角色，避免了在模型中引入探测器而导致的剂量扰动问题，使得3D剂量测量更为准确；通过相机测量系统对闪烁体内产生的光以每秒好几帧甚至几十帧的速率进行采集以及剂量重建算法，能够实时地重建出三维剂量分布。

技术领域

本发明涉及放射治疗与剂量验证技术领域，具体涉及一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统及方法。

背景技术

现阶段，核工业领域许多方面，诸如研究辐射损伤、辐射对人体造成的效应等等，都需要提供人体内部全面的三维剂量分布数据，传统的方法是通过人体组织等效的物理模型，在其内部进行打孔插入热释光剂量计(TLD)等方式进行剂量的测量，这样得到的剂量数据是不连续的，并且剂量计的插入也会对剂量产生扰动。

另外，在放射治疗领域，作为质量保证和控制的关键部分，治疗前的放射剂量验证工作不仅能够有效地降低放疗过程中出错风险，还有助于放疗方案的精确有效地制定、实施以及减少放疗副作用和降低复发率，具有重要的意义。传统的放射剂量验证通常采用在选定的点或平面处使用胶片，热释光剂量计(TLD)，二极管和电离室进行低取样的剂量测量方法。这些方法由于取样点有限，无法提供相关体积内高空间分辨率的3D剂量验证，故很难满足精准放射治疗新技术的剂量验证需求。随着如IMRT和VMAT等动态放射治疗技术的普及，使得治疗过程中的步骤变得十分复杂，任何一环出现剂量控制偏差都会可能导致严重的医疗事故。根据国际辐射单位与测量委员会(ICRU)50号报告，靶区剂量偏离处方剂量±5％时，就可能使原发灶肿瘤失控(局部复发)或使放射并发症增加。因此，医学物理界逐渐意识到，只有全面的3D剂量验证才能保证动态放射治疗方案的精确实施。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统及方法，能够准确地模拟人体组织器官，保证剂量测量的准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统，所述系统包括：人体器官物理模型、相机测量系统和剂量重建系统，所述人体器官物理模型包括：具备透光性的外壳，所述外壳内部填充有人体组织等效的闪烁体；

所述人体器官物理模型内的所述闪烁体在受到辐射源的射线的能量沉积时，产生发光信息，且光产额与射线的能量沉积成正比；所述相机测量系统用于收集所述发光信息，根据所述发光信息重建所述人体器官物理模型受到辐射后形成的3D发射光的模式图像；所述剂量重建系统用于对所述模式图像进行剂量重建，得到所述人体器官物理模型中的三维剂量分布信息。

进一步，如上所述的一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统，所述相机测量系统包括：主镜头、微镜头阵列和相机探测器，所述人体器官物理模型、所述主镜头、所述微镜头阵列和所述相机探测器依次排列，所述相机探测器的镜头对准所述微镜头阵列，所述主镜头的镜头对准所述人体器官物理模型，所述微镜头阵列中的每个微透镜均覆盖多个传感器像素；

所述主镜头用于收集所述发光信息，并将其全部投影到所述微镜头阵列上；所述微镜头阵列用于根据每个微镜头的属性对所述主镜头投射的光线进行分块，将分块后的所述发光信息传递给所述相机探测器，分块后的所述发光信息包括入射光子的角度信息、空间信息和方向信息；所述相机探测器用于对分块后的所述发光信息进行光电转换和图像重建，形成3D发射光的模式图像。

进一步，如上所述的一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统，所述剂量重建系统具体用于通过期望最大化算法对所述模式图像进行剂量重建，得到所述人体器官物理模型中的三维剂量分布信息。

进一步，如上所述的一种人体内部三维剂量分布的实时测量系统，所述闪烁体为凝胶闪烁体、液态闪烁体或塑料闪烁体。