[发明专利]一种粒子放射治疗射束实时监测方法

权利要求书

1.一种粒子放射治疗射束实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）通过治疗计划系统获得治疗过程中射束任意时间点的能量E (T)、照射位置P (T)，并获取不同能量质子束的束斑大小 R (E)、均匀性U (E)和半高宽FWHM (E)，其中E为质子束的能量，T为照射过程中的任意时间点，照射位置P为照射到患者体表射野中心点的空间坐标（X,Y, Z）；

2）在最优探测条件下利用EMCCD探测器获得不同能量质子束照射时的杂散辐射背景数据S (E, N_x, N_y) ，其中S为每一像素的光学计数，E为质子束能量，N_x和N_y分别为每一像素在EMCCD探测器X和Y方向上的阵列序号；述的最优探测条件确定过程如下：基于等效数字体模和质子束流源项，利用蒙特卡罗工具包Geant4计算EMCCD探测器位于不同角度和位置时的切伦科夫光光强分布，确定EMCCD探测器的最佳探测位置和角度；同时，通过实验验证该最佳探测位置和角度，并进一步确定EMCCD探测器的探测参数设置，最终确定包括EMCCD探测器位置及角度、探测参数在内的最优探测条件；

3）在质子放射治疗前，设置最优探测条件，利用EMCCD探测器获取质子束照射位置处的环境光背景数据B (N_x, N_y)；

4）在质子放射治疗过程中，保持最优探测条件不变，利用光学探测器对质子束照射位置进行实时二维光学成像，实时测量照射位置处的单位面积光强二维分布V (T, E, N_x,N_y)；

5）将不同时间点的光强二维分布减去环境光背景数据和杂散辐射背景数据，然后根据切伦科夫光光强与总光强之间的比例关系，得到单位面积切伦科夫光光强二维分布V_c(T,E, N_x, N_y)；所述切伦科夫光光强与总光强之间的比例关系可由以下步骤获得：在不同能量质子束实际照射辐射仿真人体体模条件下，利用EMCCD探测器在最优探测条件下对体模近体表产生的光学光子光谱进行测量，通过光谱分析建立不同能量质子束照射下切伦科夫光光强与总光强之间的比例关系；

6）切伦科夫光光强二维分布区域的位置、大小、均匀性和半高宽即反映质子射束相关信息；同时，基于切伦科夫光光强和质子束能量之间的定量关系，由切伦科夫光光强得到射束能量；最终，可得到任一时间点射束的能量E_a(T)、照射位置P_a (T)、大小R_a (T)、均匀性U_a(T)和半高宽FWHM_a (T)；所述切伦科夫光光强和质子束能量之间的定量关系可由以下步骤获得：基于等效数字体模和特定质子放射治疗设备的射束源项，将EMCCD探测器设置为最优探测条件，利用蒙特卡罗方法计算不同能量质子束照射时光学探测器得到的切伦科夫光光强分布，建立切伦科夫光光强和射束能量之间的定量关系式；同时，在不同能量质子束实际照射辐射仿真人体体模条件下，利用光学探测器在最优探测条件下对光学光强分布进行探测，并根据切伦科夫光光强与总光强之间的比例关系，基于实验数据对切伦科夫光光强和射束能量之间的定量关系进行标定校正；

7）将根据切伦科夫光光强二维分布获得的实际射束信息和步骤1）中的理想射束信息进行对比分析，得到任一时间点射束各个特性的偏差百分比；同时，基于蒙特卡罗方法计算患者肿瘤区域和正常组织的剂量偏差值。