用于重离子治癌的快速测量Ｂｒａｇｇ曲线探测器及其使用方法技术

本发明专利技术涉及重离子束治疗肿瘤技术的领域，尤其涉及Ｂｒａｇｇ曲线探测器及其使用方法。一种用于重离子治癌的快速测量Ｂｒａｇｇ曲线探测器，包括外框架（１）、数个单元电离室（２），其主要特点是在单元电离室（２）的前方设有不同厚度的水等效体（３）；所述的外框架（１）的前、后两端分别设有入射窗（１－１）和出射窗（１－５）；在入射窗（１－１）和出射窗（１－５）之间设有带凹槽的支撑板（１－２）、信号引出板（１－３），高压输入板（１－４）；所述的单元电离室（２）包括有与信号引出板（１－３）连接的信号极（２－１），和与高压输入板（１－４）连接的高压极（２－２）；所述的单元电离室（２）及前方的水等效体（３）置于带凹槽的支撑板（１－２）内。该探测器能在ｍｓ量级的时间内实现对入射粒子的Ｂｒａｇｇ曲线测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重离子束治疗肿瘤技术的领域，尤其涉及Bragg曲线探测器及其使用 方法。
技术介绍
重离子束治疗肿瘤技术是一种新的癌症治疗手段。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的末端)，能实现在临床照 射治疗中高精度(毫米量级)，高疗效和高安全性。在重离子治癌临床照射过程中，肿瘤 被分成若干断层照射，我们通过改变束流的能量来改变照射深度以实现对各个肿瘤断层的 照射。因此要确保束流能够准确安全地到达肿瘤所在的位置，就需要在照射之前准确测量 辐照粒子的剂量深度分布，即Bragg曲线以确保照射治疗计划的可靠性或优化照射治疗计 划。由于人体的主要成分为水，因此临床上人体组织中照射剂量分布，既Bragg曲线 的确定是通过水中的Bragg曲线和一系列人体组织与水之间的等效参数来确定的。传统 的Bragg曲线测试方法是采用水箱电离室系统，通过步进电机改变剂量电离室在水箱中 的位置以获得入射粒子的Bragg曲线，该方法参见国际原子能机构(IAEA，International Atomic Energy Agency) 398 号报告(Absorbed dose determination in external beam radiotherapy, IAEATechnical reports Serial No. 398, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000. 57-63)。该方法在每个位置测试点需要数秒钟的时间，要获得Bragg 曲线峰区位置精度为100 μ m的采样则需要约最少10分钟以上。同时，由于每个采样点的 入射粒子强度的不同，该系统在水箱前壁还需配有一个用于刻度入射粒子强度的大面积参 考电离室。该系统的测试结果还会受束流剖面均勻性和束流强度稳定性的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提出一种用于重离子治癌的快速测量Bragg曲线探 测器及其使用方法。利用一种能和水等效的材料，通过改变其厚度来模拟不同深度的水。 同时在不同厚度的水等效材料中设置能够测量照射剂量的探测装置，从而实现对重离子 Bragg曲线的一次性测量。该探测器在临床应用中通过模拟实际重离子治疗过程中的分层 照射，得到各个分层的Bragg曲线，将获得的Bragg曲线叠加，可以得到整个照射区间的剂 量深度分布，从而直接和照射治疗计划对比，验证治疗计划的可行性或优化照射治疗计划。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为.一种用于重离子治癌的快速测 量Bragg曲线探测器，包括外框架(1)、数个单元电离室(2)，其主要特点是在单元电离室 (2)的前方设有不同厚度的水等效体(3)；所述的外框架(1)的前、后两端分别设有入射窗 (1-1)和出射窗(1-5)；在入射窗(1-1)和出射窗(1-5)之间设有带凹槽的支撑板(1-2)、 信号引出板(1-3)，高压输入板(1-4)；所述的单元电离室(2)包括有与信号引出板(1-3)连接的信号极(2-1)，和与高压输入板(1-4)连接的高压极(2-2)；所述的单元电离室(2) 及前方的水等效体(3)置于带凹槽的支撑板(1-2)内；所述的单元电离室(2)和水等效体 (3)的间距在0. lmm-5mm之间。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲线探测器，所述的单元电离室(2)的两个 电极，信号极(2-1)为阳极，高压极(2-2)为阴极，极间距离为l_20mm，电极由有效面积为 10X10mm2-300X300mm2的导电薄膜和带有导电极的框架组成。其中导电薄膜为厚度为 7-25 μ m的镀铝聚酰亚胺膜。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲线探测器，所述的水等效体(3)为与水的 质量密度和电子密度都十分接近的有机玻璃，这种等效体在国际重离子治癌领域是认可 的。同时由于有机玻璃的价格便宜，可塑性强，其薄片的加工厚度可以小到Pm量级。这样 就可以保证该方法测到的Bragg曲线的精度。通过不同厚度的有机玻璃模拟不同深度的 水，在有机玻璃之间插入测量照射剂量的单元电离室(2)来实现不同水深度下剂量分布， 即Bragg曲线的测量。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲线探测器，所述的水等效体(3)在探测器 中的分布为探测器的前端的若干水等效体(3)厚度为1.5-10mm，用于Bragg曲线的坪区 测量；探测器中部的水等效体(3)厚度为0. 1-1. 5mm，对应于Bragg曲线的峰区测量；探测 器后端的水等效体(3)厚度为0.5-1. 5mm，用于Bragg曲线的峰后区测量。所述的水等效 体⑶在探测器前端的厚度，是根据入射粒子的Bragg曲线峰区的大概位置改变的。通过 探测器前端水等效体(3)厚度的改变，实现入射粒子的Bragg曲线峰区落在Bragg曲线探 测器中部。其中入射粒子的Bragg曲线峰区位置由入射粒子能量决定，可以由相应计算软 件获得。所述探测器的前端、中部和后端是根据若干组水等效体(3)厚度所对应的Bragg 曲线的坪区、峰区和峰后区来划分的。对于探测器20-100组的不同厚度的水等效体(3)，其 中前端10-30组水等效体(3)的总厚度对应入射粒子Bragg曲线的坪区，即入射粒子的剂 量沉积从起始点变化到峰值50%所对应的水等效体厚度；探测器中部5-60组水等效体(3) 的总厚度对应入射粒子Bragg曲线的峰区，即入射粒子的剂量沉积从峰值50%变化到峰值 再回落到峰值50%所对应的水等效体厚度；探测器后端5-10组水等效体(3)的总厚度对 应入射粒子Bragg曲线的峰后区，即入射粒子的剂量沉积从峰值50%变化到接近0对应的 水等效厚度。由于Bragg曲线是一个随入射粒子能量变化的不对称曲线，本专利技术的探测器 与其形状相对应的结构，能实现在保证Bragg峰区测量精度的前提下最大限度减小探测器 的结构尺寸。实际应用中探测器各个部分对应的水等效厚度可以根据入射粒子能量和相应 的模拟计算软件获得。所述的用于重粒子治癌的快速Bragg曲线探测器，所述的数个单元电离室(2)为 纵向排列的20-100组。通过对每个单元电离室信号极(2-1)输出信号的同步取样，可以快 速获得入射重离子束流的Bragg曲线信息，而不用考虑入射粒子强度和轴向分布均勻性的影响。一种快速测量Bragg曲线探测器的使用方法，其步骤如下(1)将探测器垂直放置于束流照射方向；(2)根据入射粒子的能量，设置探测器前端水等效体厚度；4(3)将探测器与后续获取系统连接；(4)同步获取探测器单元电离室(2)信号极(2-1)上的剂量信号；(5)将得到的信号和不同水等效体厚度对应，得到入射粒子的Bragg曲线；(6)根据测得的Bragg曲线峰位和半高宽，确认束流的照射深度；(7)按照治疗计划的设定进行各个肿瘤断层的照射，取得各个断层照射下的 Bragg曲线；(8)将得到的各个断层照射时的Bragg曲线叠加，得到整个肿瘤照射的剂量深度 分布；(9)将测得的实际照射剂量分布于治疗计划对比，验证治疗计划的可行性；(10)在探测器测试结果与治疗计划偏差较大的情况下，相应修正照射治疗计划。本专利技术的有益效果利用与水等效的有机玻璃材料与剂量探测器有机结合，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重离子治癌的快速测量Ｂｒａｇｇ曲线探测器，包括外框架（１）、数个单元电离室（２），其特征是在单元电离室（２）的前方设有不同厚度的水等效体（３）；所述的外框架（１）的前、后两端分别设有入射窗（１－１）和出射窗（１－５）；在入射窗（１－１）和出射窗（１－５）之间设有带凹槽的支撑板（１－２）、信号引出板（１－３），高压输入板（１－４）；所述的单元电离室（２）包括有与信号引出板（１－３）连接的信号极（２－１），和与高压输入板（１－４）连接的高压极（２－２）；所述的单元电离室（２）及前方的水等效体（３）置于带凹槽的支撑板（１－２）内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑚珊，唐彬，胡正国，徐治国，毛瑞士，赵铁成，陈金达，段利敏，孙志宇，王建松，肖国青，郭忠言，戎欣娟，
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：62[中国|甘肃]