一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统，包括探测器主体、前端电子学系统、数据采集装置及上位机；探测器主体，用于对粒子束流进行探测；前端电子学系统，用于对探测器本体产生的电离信号进行放大；数据采集装置，用于采集经前端电子学系统放大的信号；上位机内设置有粒子照相系统和三维剂量重建系统；其中：粒子照相系统用于采用靶前和靶后同步采样的数据通过预先训练的机器网络模型得到目标靶的成像结果；三维剂量重建系统根据目标靶成像结果和束流经过不同厚度靶的剂量分布信息，基于预先测量的束流参数剂量曲线模型进行三维剂量重建，得到束流经过目标靶的三维剂量分布。

【技术实现步骤摘要】
一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统
本专利技术涉及质子、碳离子治疗肿瘤
，特别是关于一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统。
技术介绍
采用质子、碳离子治疗肿瘤的技术是一种疗效显著，且具有很大发展潜力的肿瘤治疗手段。其用于放射治疗既有生物学优势，又有剂量分布优势Bragg峰(离子能量大部分沉积在射程末端)，能够确保在临床照射治疗中的高精度(毫米量级)，高疗效和高安全性。目前在世界范围内粒子治疗装置数量迅速增加，相关技术也日新月异。粒子治疗的优势是能够将粒子的剂量精确控制到肿瘤位置，在正常组织上沉积的剂量足够小，对人体的伤害比起常规射线放疗要小很多。要确保粒子治疗精确定位的优势，除了精确可靠的束流配送系统还需要高精度的剂量验证系统。粒子治疗装置的束流配送方式一般采用点扫描或光栅扫描两种方式。不论哪种配送方式，最终的目的都是希望最大限度地精确控制束流杀死癌细胞，保护正常组织器官。目前粒子治疗中正在发展的超高剂量率的闪疗技术和新的适形治疗技术都需要更高精度的剂量控制和验证。目前用于粒子治疗的剂量验证探测系统主要有矩阵电离室、医用剂量胶片、笔形电离室等。但是上述探测系统都无法直接测量并重建出三维的剂量分布，只能得到粗略的二维剂量分布或特定点的剂量值。目前基于闪烁体的荧光屏探测器研制的QA(治疗计划验证和粒子治疗装置的日常质量保证)探测器能够直接测量2D的剂量分布，在束流扫描均匀的前提下配合楔形体膜也可以测量纵向剂量的分布信息。例如基于ZnS或Al2O3:C的荧光屏探测器系统。但是所用的发光剂量测量系统光强和剂量的非线性比较明显，都需要进行修正，这样测量结果精度也会受到限制。另外，这一系统不能直接用于三维剂量分布测量，只能通过特定位置的验证实现QA。IBA公司的MatriXXPT可以用来测量2D和3D剂量分布，但是3D的测量是在不同时间测量2D结果基础上重建的，会受到束流扫描的均匀度，束流不同时间的参数变化的影响。综上所述，现有技术中目前没有可以用于临床的，通过实时采样方式直接测量三维剂量的探测系统用于粒子治疗装置的QA探测系统。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够简化剂量验证过程，提高剂量验证精度且能够通过实时采样方式直接获得三维剂量分布的粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统，包括探测器主体、前端电子学系统、数据采集装置及上位机；探测器主体，用于对粒子束流进行探测；前端电子学系统，用于对所述探测器本体产生的电离信号进行放大；数据采集装置，用于采集经所述前端电子学系统放大的信号；所述上位机内设置有粒子照相系统和三维剂量重建系统；其中：所述粒子照相系统用于采用靶前和靶后同步采样的数据通过预先训练的机器网络模型得到目标靶的成像结果；所述三维剂量重建系统根据目标靶成像结果和束流经过不同厚度靶的剂量分布信息，基于预先测量建立的束流参数剂量曲线模型进行三维剂量重建，得到束流经过目标靶的三维剂量分布。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，所述探测器主体包括靶前探测器部分和靶后探测器部分，其中，所述靶前探测器部分，包括第一分条电离室和第一平板电离室；所述靶后探测器部分，包括多个分条电离室和平板电离室加组织等效体的阵列组合，其中，所述分条电离室按照设定间隔插入到多个平板电离室加组织等效体的组合中，分条电离室用于获得每个时刻的束流投影信息；平板电离室加组织等效体的组合用于获得每个时刻的深度剂量分布信息。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，每一分条电离室均包括两个间隔设置的高压电极，两个所述高压电极之间设置有条状阳极；其中，所述条状阳极在垂直束流入射的方向上与粒子治疗装置的加速器坐标重合，电极正面的读出条与电极背面的读出条相互垂直，用于得到水平和垂直的束流投影信息；或者，所述条状阳极在垂直束流入射的平面上与加速器坐标形成某种设定角度以获得某角度的投影信息。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，所述平板电离室是将高压电极膜和信号电极膜粘在电极框上制作而成。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，所述组织等效体降能片采用PMMA或其它可以被用作体膜的高分子材料。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，使用前需要在相应的粒子治疗装置上测量各种形状密度参数已知的组织等效体降能片数据训练得到目标靶成像的机器网络模型。所述的三维剂量测量探测系统，进一步地，束流参数剂量曲线模型的训练基于有监督的机器学习算法，采用每个平板电离室的信号和分条电离室的每个通道信号作为机器学习的网络训练数据，使用剂量胶片测量的实际剂量分布作为预期结果对网络进行训练，经过实验数据的训练，建立粒子束流不同入射能量和束流光斑参数的束流参数剂量曲线模型，用于三维剂量分布的重建。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术基于电离室的原理，使用机器学习的方法，研制用于粒子治疗装置三维剂量测量的探测器系统，该探测系统可以用于直接测量粒子治疗装置的三维剂量分布，实现治疗计划的快速验证；可以作为QA探测器在日常的质量验证过程中使用，简化剂量验证过程，提高剂量验证精度；2、本专利技术通过直接同步测量得到的三维剂量分布，可以更真实的反映治疗装置的性能，基于本专利技术快速得到的治疗装置剂量三维分布，快速验证治疗装置束流参数及束流配送系统的工作状态，简化日常QA过程，节省时间；3、本专利技术在靶区前面增加平板电离室和分条电离室的组合，用于束流均匀性和强度的归一化，保证使用该系统实现粒子照相功能不受束流强度变化和均匀性变化影响；综上，通过本专利技术得到的粒子治疗装置的三维剂量分布可以直接、全面用于治疗计划优劣的评价，能够优化治疗计划设计。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例的探测器主体结构示意图；图2(a)是本专利技术一实施例的条状阳极正面结构示意图；图2(b)是本专利技术一实施例的条状阳极背面结构示意图；图2(c)是本专利技术另一实施例的条状阳极正面结构示意图；图2(d)是本专利技术另一实施例的条状阳极背面结构示意图；图3是本专利技术实施例的平板电离室结构示意图；图4(a)、(b)和(c)是本专利技术实施例的实验靶设计；图5(a)和(b)是本专利技术实施例的实验重建结果对照效果图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。应理解的是，文中使用的术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统，其特征在于包括探测器主体、前端电子学系统、数据采集装置及上位机；/n探测器主体，用于对粒子束流进行探测；/n前端电子学系统，用于对所述探测器本体产生的电离信号进行放大；/n数据采集装置，用于采集经所述前端电子学系统放大的信号；/n所述上位机内设置有粒子照相系统和三维剂量重建系统；其中：/n所述粒子照相系统用于采用靶前和靶后同步采样的数据通过预先训练的机器网络模型得到目标靶的成像结果；所述三维剂量重建系统根据目标靶成像结果和束流经过不同厚度靶的剂量分布信息，基于预先测量建立的束流参数剂量曲线模型进行三维剂量重建，得到束流经过目标靶的三维剂量分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种粒子治疗装置的三维剂量测量探测系统，其特征在于包括探测器主体、前端电子学系统、数据采集装置及上位机；
探测器主体，用于对粒子束流进行探测；
前端电子学系统，用于对所述探测器本体产生的电离信号进行放大；
数据采集装置，用于采集经所述前端电子学系统放大的信号；
所述上位机内设置有粒子照相系统和三维剂量重建系统；其中：
所述粒子照相系统用于采用靶前和靶后同步采样的数据通过预先训练的机器网络模型得到目标靶的成像结果；所述三维剂量重建系统根据目标靶成像结果和束流经过不同厚度靶的剂量分布信息，基于预先测量建立的束流参数剂量曲线模型进行三维剂量重建，得到束流经过目标靶的三维剂量分布。


2.根据权利要求1所述的三维剂量测量探测系统，其特征在于，所述探测器主体包括靶前探测器部分和靶后探测器部分；
所述靶前探测器部分，包括第一分条电离室和第一平板电离室；
所述靶后探测器部分，包括一个以上分条电离室和平板电离室加组织等效体的阵列组合，其中，所述分条电离室按照设定间隔插入到多个平板电离室加组织等效体的组合中；其中，
所述分条电离室用于获得每个时刻的束流投影信息；
所述平板电离室加组织等效体的组合用于获得每个时刻的深度剂量分布信息。


3.根据权利要求2所述的三维剂量测...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐治国，赵祖龙，毛瑞士，康新才，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62