[发明专利]成像靶优化方法及成像系统

说明书

一种成像系统，包括：加速器，用于产生高速电子；成像靶，受到高速电子的撞击后生成用于成像的射线；探测器，探测穿过病人的成像射线，所述成像靶还用于，将高速电子转化为低能成像射线。本发明通过对成像靶的材料和结构进行调整，将加速器发出的兆伏级电子束转换为符合成像条件的光子射线，减少患者承受的剂量的同时也有利于提高成像质量。

技术领域

本发明涉及放射治疗设备，特别涉及放射治疗设备中用于成像的成像系统及成像靶优化方法。

背景技术

在放射治疗设备中，加速器发出高能电子，高能电子束轰击不同材料形成的靶所产生的光子射线特性是不一样的。为了使放射治疗设备具备治疗和成像的功能，现有的放射治疗设备中会包括治疗用的治疗靶和成像用的成像靶。一般治疗用光子射线为兆伏(MV)级的光子射线，所述治疗用光子射线是由加速器生成的高速电子束轰击治疗靶以后产生的高能光子射线。作为治疗靶材料需要满足高原子序数、高密度的特性。目前常用的治疗靶材料有钨、金等金属。

现有很多文献中会提到如何改善直线加速器输出的高速电子束轰击靶材产生的兆伏级光子射线进而获得射线图像。通常，射野影像片(Portal Images)或锥束CT图像(CBCT)可结合在放射治疗中使用。射野影像片或CBCT图像是通过放射治疗设备兆伏级治疗光子射线获得。但是射野影像片或CBCT图像的图像质量却比低能量级别的电子加速设备生成的千伏级成像光子射线获得的图像(常规的X射线诊断影像)效果更差。一般射线诊断影像所需的光子射线只要在70-140千伏的范围内即可，而治疗用光子射线获得图像时光子射线能量在6MeV或更高的。

由于兆伏级光子射线和千伏级光子射线成像原理有差异，所以千伏级图像和兆伏级图像的对比度质量也是不同的。在兆伏级的图像的对比度是由于不同材料面之间的不同康普顿散射引起的，而在千伏级的图像中的大多数对比度是由于光电截面的差异造成。康普顿截面与电子密度密切关联，在人类和动物的解剖中，大多数软组织表现出非常相似的电子密度。单独的电子密度对比只能有效的区分特定的软组织与空气、肺组织、空气腔及骨组织之间的差异，而对软组织之间就不太好区分。光电截面与组织的原子序数密切关联(光电反应截面与物质原子序数的四次方成正比。)。不同的软组织有不同的平均原子序数，因此在千伏图像中这些软组织会呈现的非常明显。

通过增加诊断成像能量范围(70-140千伏)内的成像光子数，提高兆伏级图像质量的方法，现公知的有以下几种：

第一种，通过降低光子的能量，增加在诊断能量范围(70-140千伏)内的成像光子比例。为了生成较低的能量的成像光子，需要不同的射频和电流注入参数(currentinjection parameters)，并物理的修改加速器。降低电子束能量的主要优点是减少病人承受的辐射剂量，同时也增加了用于成像的低能量成像光子数(这是因为低能量成像光子是由高能量成像光子变化得到的)。这使得成像器可获得较高质量的图像，从而解决了获得千伏及能量光子生成的图像对比度的目的。

第二种，使用低原子序数的材料的方法。放射治疗设备中，治疗光子射线是加速器电子束轰击高原子序列材料的靶产生的，所述靶可以是钨或金等金属构成。这个过程中靶的自吸收消除了大部分的诊断能量范围的成像射线光子。而所述加速器电子束轰击低原子序列的材料如碳、铜和不锈钢等构成的靶时会输出较低能量的光子，而这些不会被低原子序列构成的靶所吸收掉。

第三种，移走均整器方法。大部分放射治设备的加速器采用的是“均整束(flattened beams)”。光子射线被设计成以横向均匀的剂量照射到病人的特定深度范围内。为此通常情况下，采用一个锥形的铜或不锈钢过滤器来衰减中心峰处的原始剂量分布以实现在横向上剂量的均匀分布。以6兆伏光子射线为例，需要在光子射线中心线设置一个最大厚度约2厘米过滤器。这个过滤器会过滤掉大部分低能量光子射线。许多可能的图像质量的改善就是由于去除这些低能量的光子射线。