[发明专利]一种粒子放射治疗射束实时监测方法

说明书

本发明公开了一种粒子放射治疗射束实时监测方法，包括根据切伦科夫光光强二维分布即可实时监测质子束的照射位置、大小、形状、均匀性和半高宽；同时，基于切伦科夫光光强和质子束能量之间的定量关系，可确定质子束实际输出的能量；然后根据射束输出的实时偏差信息，可计算得到剂量偏差值。本发明提供了一种能够实时全面监测质子放射治疗过程中射束信息（能量、照射位置、大小、均匀性、半高宽）且简单实用、稳定可靠的新方法，可有效确保计划剂量的准确授予。

技术领域

本发明涉及放射治疗领域，具体是一种粒子放射治疗射束实时监测方法。

背景技术

质子放射治疗是目前最前沿的癌症治疗手段之一，其具有独特的物理特性：质子的剂量沉积在某一深度处存在一个峰值，且在峰值之后剂量沉积下降非常陡峭，几乎瞬间降低至0；在实际应用中，通过不同能量质子束的组合，可只在肿瘤区域形成一个高剂量平台。相对于传统的光子放射治疗，质子放射治疗能够在保证靶区剂量的同时尽可能减少尾部正常组织器官的剂量。但同时也正是由于质子束的这一特性，使得轻微的质子束输出不准确即可导致较大的剂量偏差，从而导致靶区剂量过低或造成正常组织过量照射。所以，在肿瘤患者进行质子放射治疗前，都需要通过治疗计划系统设计个体化的质子束照射计划，对质子束能量、照射位置、束斑大小、均匀性、半高宽等进行精确设计。但质子束本身特性亦可能发生偏差，非常有必要在质子放射治疗中对射束进行质量保证和控制，以确保治疗疗效和保障患者辐射防护与安全的基础。

目前，质子束在治疗前需要使用电离室和水体模对其进行质量保证，在治疗过程中则通过机头端有限数量的电离室对剂量率输出进行实时测量。但该类质量保证方法仍不能全面地确保治疗过程中射束输出的准确性，无法对照射到患者体表的射束信息（能量、照射位置、大小、均匀性、半高宽）进行实时监测。因此，急需发展一种用于质子放射治疗射束实时监测的新方法，能够确保治疗过程中射束输出的准确性，进而保证计划剂量的准确授予。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种粒子放射治疗射束实时监测方法，能够实时监测质子放射治疗射束能量、照射位置、大小、均匀性和半高宽且简单实用、稳定可靠。

本发明提供了一种粒子放射治疗射束实时监测方法，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；

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EMCCD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)；