[发明专利]质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统

说明书

本发明涉及一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统，所述监测方法利用了高能质子或重离子放射治疗时产生的正电子核素的分布信息，根据质子或重离子的束流周期，在束流间歇时间内进行测量湮灭光子的位置和能量信息，以得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布，从而实现对质子或重离子束剂量分布的监测。本方法相比于传统的瞬发伽马测量法具有更高的探测效率，且本方法有效的降低了统计噪声，提高了质子或重离子放射治疗剂量沉积的精确性；相比于传统的正电子发射断层成像方法，本发明通过沿束流方向对湮灭光子进行准直处理，然后再进行探测光子的位置和能量信息，能够实现更快的获取剂量沿束流方向的一维分布，有利于提高监测效率。

技术领域

本发明涉及核医学影像技术领域，具体涉及一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统。

背景技术

肿瘤的放射治疗是用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法，常用的放射线包括钴-60产生的γ射线，加速器产生的X射线和电子束，以及近些年报道的有良好疗效的质子束和碳离子束。质子或重离子放射治疗时由于布拉格峰在射程终点处的剂量比入口处的剂量大三四倍，而射程终点后的剂量极小，这种特点不仅能使肿瘤处剂量最大，还能有效的保护肿瘤前后的正常组织。

单一能量的质子束流在相同的射程处传递最大剂量值，不同深度的肿瘤可以用不同能量的质子来治疗，这使得质子治疗可以适应不同大小和形状的肿瘤；质子在传输时，其前进轨迹不会偏离直线太远，质子具有较小的散射和本底，使得照射野边缘清晰，因此可以治疗距离敏感器官很近的肿瘤。

对质子或重离子放射治疗剂量的传统监测方法是采用瞬发伽马测量法或者正电子发射断层成像方法，但是传统监测方法监测过程复杂，且监测效率和监测的精确度较低。

质子或重离子在放射治疗时，会与靶核碰撞发生融合-削去反应，人体中元素含量较多的碳-12和氧-16会与高能质子或重离子发生核反应生成碳-11、氧-15等正电子核素。这些正电子核素分布在质子或重离子束流的路径上，且有着较短的半衰期，在衰变时会放出正电子，从而产生511keV的湮灭光子。已有研究表明，湮灭光子的出射位置与质子或重离子剂量沉积的空间分布具有较强的相关性，其联系可以通过数据拟合或机器学习等方法构建。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法及系统。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法，包括：

高能质子或重离子束流根据放射治疗计划设定的靶区放射治疗，在设定的束流周期的出束时间内，所述质子或重离子束流在束流路径上产生正电子核素，所述正电子核素衰变产生正电子，正电子湮灭产生湮灭光子；

对湮灭光子进行准直处理；

获取准直处理后光子的位置信息和能量信息；

当获取到预设数量的光子位置信息和能量信息后，根据预设数量的光子位置信息和能量信息计算得到质子或重离子放射治疗的剂量沉积空间分布和布拉格峰位置；

判断质子或重离子束剂量分布和布拉格峰位置是否与放疗计划预计的位置一致。

可选的，所述束流周期包括：出束时间和束流间歇时间；

所述对湮灭光子进行准直处理，包括：

在束流间歇期间，将所述湮灭光子通过准直器以实现对湮灭光子进行准直处理。

可选的，所述获取准直处理后光子的位置信息和能量信息是由探测器完成的；

所述光子的位置信息为湮灭光子在所述探测器上的坐标位置，根据所述坐标位置能够确定出湮灭光子的出射位置，从而得到束流的径迹；

所述探测器测量准直处理后光子的能量信息，具体包括：