[发明专利]一种离子束三维剂量分布探测装置及方法

说明书

本发明涉及一种离子束三维剂量分布探测装置及方法，包括：发光材料、位置移动装置、光学图像采集单元和图像处理单元；所述位置移动装置上固定设置所述发光材料，用于按照预设测量位置轨迹将发光材料在垂直束流方向上逐次进行平移；待检测离子束流沿着垂直于所述发光材料厚度的方向入射，并与所述发光材料相互作用产生荧光；所述光学图像采集单元用于对产生的荧光进行实时测量，并将测量得到的包含待检测离子束流二维剂量分布的发光材料横断面图像发送到所述图像处理单元；所述图像处理单元用于根据测量得到的发光材料横断面图像以及预设测量位置轨迹得到待检测离子束流的三维剂量分布。本发明可以广泛应用于离子束测量技术领域。

技术领域

本发明属于离子束放射治疗技术领域，具体涉及一种离子束三维剂量分布探测装置及方法。

背景技术

在离子束放射治疗中：首先，通过CT扫描得到患者的三维解剖结构信息；其次，在CT影像中对肿瘤靶区和周围危及器官进行勾画；再次，设计合理的照射野方向并对照射参数进行优化，得到靶区和危及器官的三维剂量分布；最后，通过计划验证的照射参数发送给加速器控制系统，实现对肿瘤靶区的精准照射。可以看出放射治疗的实现涉及到多个环节，每个环节出现问题都会对最终的治疗效果产生影响，因此需要一套可靠的质量保证措施来确保放疗各个环节能够精准的执行。从束流的角度出发，治疗计划系统需要束斑在横向和纵向的剖面分布作为基本机器参数用于束流模型的建立和剂量计算。每日的束流质量保证工作需要测量束斑的横向和纵向剖面分布，确保其和治疗计划系统中保存的数据保持一致。在患者治疗开始前，需要对患者的治疗计划进行验证，确保测量得到的剂量分布和计划设计时计算的剂量分布保持一致。因此，快速准确的束流剂量分布测量是实现精准放射治疗的前提。同时，在离子束测量的其他领域，如离子加速器束流诊断、空间离子束辐射测量等方面，快速准确获得束流的三维剖面结构和剂量分布也同样重要。

目前，离子束横向剂量分布的测量方式有：电离室配合三维水箱测量，胶片测量，二维电离室矩阵测量，闪烁体探测器测量。离子束纵向剂量分布的测量方式有：电离室配合三维水箱测量，胶片测量，深度剂量分布探测器等。电离室配合三维水箱测量方法是应用较为广泛的方法，电离室是灵敏体积较小的平行板电离室或者指形电离室，通过在三维水箱中精确控制其位置，从而实现空间不同位置的剂量测量。例如，在垂直束流方向上通过移动多个测量位置就可以得到横向的剂量分布；沿着束流方向移动多个测量位置就可以得到纵向的剂量分布。该方法精准度高，缺点是每次只能测量一个点的剂量，要得到完整的剂量分布花费时间很长，效率低。胶片测量方法应用也较为广泛，可以直接测量得到横向上和纵向上的剂量分布，缺点是不能重复利用代价高，需要手动摆位存在摆位误差，需要后处理花费时间较长。二维电离室矩阵通常应用在横向剂量分布的测量，优点是摆位方便、测量速度快，缺点是分辨率低、不能测量纵向剂量分布。深度剂量分布探测器用于纵向剂量分布的测量，优点是可快速得到完整的纵向剂量分布曲线，缺点是其测量的是积分剂量，不能反映束流在横向上的剂量分布曲线。闪烁体探测器利用束流和荧光靶相互作用发光的特性，通过摄像机探测光信号并转换为剂量分布，从而实现快速的剂量分布探测，优点是速度快、分辨率高、使用方便，目前仅应用在横向二维剂量分布的测量上，不能进行三维剂量分布的测量。因此，目前的剂量分布探测方法没有能够在探测精度、效率、和便捷性方面同时达到理想的状态。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种离子束三维剂量分布探测装置及方法，实现了精准、快速、便捷的离子束三维剂量分布探测，为离子放射治疗基础数据获取、每日束流状态检测、以及患者治疗计划的快速验证提供有力手段。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：