一种粒子治疗中在线剂量监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种粒子治疗中在线剂量监测方法及系统，能够在不侵入治疗束斑的同时，实时快速、无损的在线监控治疗装置的出束剂量，提高监测反应速率，预防安全隐患，并且同时适用于大剂量率治疗计划；与传统的通过电离室剂量监测方式相比，不会对用于治疗的有效束流部分产生扰动，既不会导致束流能量的下降，也不会使束流轮廓变宽，能够在无损治疗束流的情况下，实时在线监测治疗剂量；本发明专利技术采用半导体传感器，可实现快速测量，做出快速反应。做出快速反应。做出快速反应。

【技术实现步骤摘要】
一种粒子治疗中在线剂量监测方法及系统


[0001]本专利技术属于辐射治疗剂量监测领域，更具体地，涉及一种粒子治疗中在线剂量监测方法及系统。

技术介绍

[0002]粒子治疗利用粒子束和重离子束具有的独特的布拉格峰效应，通过调整束流能量控制辐射大部分释放在病灶处，提高靶区覆盖率，减少毒性反应，可实现精准治疗。实现上述治疗效果的基础是保证治疗安全。严格监测放射治疗过程中递送到靶区的辐射剂量，并快速对超标剂量实行安全阻停是放疗安全性的基础要求，因此治疗束的剂量监测装置尤为关键。
[0003]目前在粒子放疗过程中使用的在线剂量监测装置普遍为电离室，是剂量验证、保证剂量安全的基本单元。电离室基于电离效应，主要由收集极和高压极组成。极间的气体分子受射线照射时电离产生的电子
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正离子对，被极化电压形成的电场收集至正负极，进而输出电流信号反映射线剂量信息。公开号为CN110261883A的中国专利技术专利公开了一种剂量监测装置，这种剂量监测装置考虑到环境温度对电离室性能的决定性影响，通过控制置于电离室外部的加热组件，调控电离室的环境温度和湿度，使得置于电离室腔内的温度传感器所测环境温度在预设阈值范围内，从而使电离室工作稳定及可靠。然而，电离室监测剂量存在以下缺点：1、由电离室原理可知，其反应时间依赖于气体电离后产生的离子漂移速度，这使得反馈有延时，对安全事故的反应时间不够快速；2、当遇到大剂量率的治疗计划，粒子束穿过时会使得电离室的气体瞬间电离饱和，电离室失效，易造成放疗事故；3、测量需要射束穿透电离室，这种侵入式探测手段将造成治疗束斑一定程度的能量损失和散射，显著影响束流品质进而影响后续疗效。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种粒子治疗中在线剂量监测方法及系统，由此解决现有粒子治疗过程中的剂量监测技术所存在的有损束流品质、存在延时和安全隐患预防手段单一等技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种粒子治疗中在线剂量监测方法，包括：
[0006]离线标定阶段：
[0007]依次测量粒子治疗束束晕和束心的电荷量，并以所述束心和束晕的电荷量之比作为剂量比例系数α；
[0008]在线监测阶段：
[0009]测量粒子治疗束的束晕电荷量，当所述束晕电荷量大于预设阈值Γ时，控制所述加速器关断；其中，C
plan
为计划粒子治疗束的束心电荷量，k为安全剂量，
取值范围为(0,0.1]。
[0010]优选地，在离线标定阶段，通过多次测量的方式确定剂量比例系数α：
[0011][0012]其中，C
Center
和C
Halo
为分别为束心和束晕的电荷量，n为测量次数，n≥5。
[0013]优选地，剂量比例系数α的参考误差系数
[0014]按照本专利技术的第二方面，提供了一种粒子治疗中在线剂量监测系统，包括：依次连接的加速器、前端准直器系统、束晕探测环模块、法拉第杯及用于实现如第一方面所述的方法的控制模块；
[0015]所述前端准直器系统用于对所述加速器产生的粒子治疗束进行塑形；
[0016]所述束晕探测环模块用于拦截所述粒子治疗束的束晕部分以在离线标定阶段及在线监测阶段测量束晕电荷量；
[0017]所述法拉第杯用于在离线标定阶段测量所述粒子治疗束的束心电荷量。
[0018]优选地，所述束晕探测环模块包括环形贴片式传感器及准直器，所述环形贴片式传感器贴于所述准直器表面，所述粒子治疗束的束晕部分经所述贴片式传感器进行电荷量测量后，被所述准直器拦截。
[0019]优选地，所述贴片式传感器为半导体传感器。
[0020]优选地，所述环形贴片式传感器与所述准直器集成制造。
[0021]优选地，还包括电离室，在线监测阶段时，所述加速器产生的粒子治疗束依次经由所述前端准直器系统、束晕探测环模块及电离室进行塑形、束晕电荷量测量及剂量测量后，发射至目标靶区。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由能够取得下列有益效果：
[0023]1、本专利技术提供的粒子治疗中在线剂量监测方法及系统，能够在不侵入治疗束斑的同时，实时快速、无损的在线监控治疗装置的出束剂量，提高监测反应速率，预防安全隐患，并且同时适用于大剂量率治疗计划；与传统的通过电离室剂量监测方式相比，采用束晕探测模块拦截并测量粒子治疗束的束晕部分，未被束晕探测模块拦截的束心部分为发射至目标靶区的束流，不会对用于治疗的有效束流部分(即束心部分)产生扰动，既不会导致束流能量的下降，也不会使束流轮廓变宽，能够在无损治疗束流的情况下，实时在线监测治疗剂量；本专利技术采用半导体传感器，可实现快速测量，做出快速反应。
[0024]2、本专利技术提供的粒子治疗中在线剂量监测方法及系统，能够同时适用于传统剂量率和大剂量率治疗计划，通用性强；可以与电离室共同配合进行剂量监测，为保障治疗安全提供双重手段。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的粒子治疗中在线剂量监测参数测试/校准阶段流程示意图；
[0026]图2为本专利技术提供的粒子治疗中在线剂量监测在线监测阶段的流程示意图；
[0027]图3为本专利技术提供的粒子治疗中在线剂量监测系统结构示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]随着粒子放疗临床中发现，短时间超高剂量率的照射可在保证杀死肿瘤细胞的同时极大降低正常组织损伤。更优的生存率促使剂量处方由小剂量多分次向大剂量少分次发展，比如FLASH放疗。高剂量率使得保证治疗安全尤为重要，对反应时间要求苛刻(满足FDA中切断剂量的反应时间低于20μs的规定)。而电离室的时间分辨率受限于电离离子移动速率，对实际剂量关断反应时间大于30μs，目前需要算法辅助预测剂量才能达到FDA规定。这意味着反馈有延时，对剂量的精确控制尚有余地。随着低分割大剂量放射治疗手段的应用，如果在粒子治疗束流输运路线上仅使用普通电离室进行剂量监测，对瞬时大剂量反应速度不够或产生饱和，缺少其他安全应急手段，可能导致重大安全隐患。由此可见，电离室并不适合作为大剂量率情形下的安全保护手段。
[0030]对此，本专利技术实施例提供一种粒子治疗中在线剂量监测方法，包括：
[0031]离线标定阶段：
[0032]依次测量粒子治疗束束晕和束心的电荷量，并以所述束心和束晕的电荷量之比作为剂量比例系数α。
[0033]在线监测阶段：
[0034]测量粒子治疗束的束晕电荷量，当所述束晕电荷量大于预设阈值Γ时，控制所述加速器关断；其中，C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粒子治疗中在线剂量监测方法，其特征在于，包括：离线标定阶段：依次测量粒子治疗束束晕和束心的电荷量，并以所述束心和束晕的电荷量之比作为剂量比例系数α；在线监测阶段：测量粒子治疗束的束晕电荷量，当所述束晕电荷量大于预设阈值Γ时，控制所述加速器关断；其中，C
plan
为计划粒子治疗束的束心电荷量，k为安全剂量，取值范围为(0,0.1]。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在离线标定阶段，通过多次测量的方式确定剂量比例系数α：其中，C
Center
和C
Halo
为分别为束心和束晕的电荷量，n为测量次数，n≥5。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，剂量比例系数α的参考误差系数4.一种粒子治疗中在线剂量监测系统，其特征在于，包括：依次连接的加速器、前端准直器系统、束晕探测环模块、法拉第杯及用于实现如权利要求1
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3任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铮铮，骆正秋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：