[发明专利]一种基于像素电离室的束斑动态监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于像素电离室的束斑动态监测方法及系统，在扫描层切换的时间间隙运行改进的高斯曲面拟合算法精确测量束斑位置和尺寸，在扫描层内部用快速的统计学方法监测束斑的变化。本发明摒弃传统基于图像的边缘检测、椭圆拟合来定位束斑中心的方法，考虑到实际束流会发生旋转、不同方向的伸缩等异常情况，采用改进的高斯曲面拟合算法，增加拟合参数θ，完整描述椭圆形束斑的五个参数，束斑监测的准确性更高。同时，改进的高斯曲面拟合算法将拟合数据的门限值设置成门限值区间，可以通过调整门限值大小控制拟合数据点数在一个固定值附近，保证各算法的运行时间可准确计算。

技术领域

本发明属于束流检测技术领域，更具体地，涉及一种基于像素电离室的束斑动态监测方法及系统。

背景技术

放射治疗中，束流位置的精准控制是治疗的核心要求之一。而能否对束流准确测量将直接影响束流配送系统的控制精度，对束流位置和尺寸的实时监测将可保证治疗的安全性。质子治疗装置中的束流强度小于5nA,并且束流探测要求无破坏性，故装置中的束流测量设备通常选用电离室，它具有探测灵敏度低于0.1nA、增益可调、引起束流散射较小的特点。

目前，放射治疗中，治疗头内的束流实时测量主要利用束流在束流截面上呈现两个正交的高斯分布模型，继而使用条带电离室与多丝电离室等一维测量设备分别在两个正交的方向进行高斯拟合，获取束流位置。此方法对束流品质很敏感，抗噪性差，而且要求使用两个正交的电离室与两套数据采集设备，增加了束流测量的成本。而利用图像的二维测量通常也只是简单的将束斑形状抽象成正椭圆模型，过于理想化，没有考虑到实际束流会发生旋转、不同方向的伸缩等异常情况。如果将束流模型抽象的过于复杂，则会显著增加计算时间，难以做到实时测量，这也限制了像素电离室在质子治疗中的使用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于像素电离室的束斑动态监测方法及系统，旨在解决现有束斑监测由于理想化高斯模型导致定位准确性低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种基于像素电离室的束斑动态监测方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过AD采样、I-V转换在二维平面上获取当前扫描层初始扫描点像素电离室的每个像素块的电流积分值，用于描述束流能量二维分布，以当前扫描层最大电流积分值V_max为基准，设置数据门限值区间(w₁*V_max,w₂*V_max)和拟合数据点数N，其中w₂*V_max和w₁*V_max分别为门限值区间的上限和下限；

步骤S2、在数据门限值区间内线性调整数据门限值w*V_max，以得到最接近N的拟合数据点数N₀，如果N₀≠N，则判断w*V_max是否处于门限值区间(w₁*V_max,w₂*V_max)的上下限，如果处于下限w₁*V_max则发出束斑尺寸过大预警，如果处于上限w₂*V_max则发出束斑尺寸过小预警，在门限值区间(w₁*V_max,w₂*V_max)内部则不做处理；

步骤S3、运行改进的高斯曲面拟合算法，得到描述椭圆束斑的5个参数：束斑中心点位置x₀、y₀，束斑尺寸σ_x、σ_y，束斑与像素电离室直角坐标系的夹角θ，其中θ∈(-π/2,π/2)，判断束斑位置与尺寸与预设值的差的绝对值是否超过容忍范围，如果超过容忍范围则发出束斑位置或者大小不正确预警；