[发明专利]质子治疗的参数监测装置及系统

说明书

本发明提供一种质子治疗的参数监测装置及系统，装置包括：递归神经网络模块，提供经训练的递归神经网络模型，经训练的递归神经网络模型提供质子束的正电子核素活度分布与剂量分布的非线性关系；PET获取模块，从正电子湮没断层扫描系统中获取质子与组织发生反应产生的正电子核素活度分布的PET图像；预测模块，将PET图像输入经训练的递归神经网络模型，通过正电子核素活度分布与剂量分布的非线性关系，预测质子束的剂量分布与布拉格峰位置；判断模块，判断所预测的质子束的剂量分布与布拉格峰位置与目标区域的位置关系；调整模块，依据判断模块的判断结果确定质子束的出束参数是否需要调整。本发明提供的装置及系统实现质子治疗的参数监测和调整。

技术领域

本发明涉及核医学影像领域，特别涉及一种质子治疗的参数监测装置及系统。

背景技术

目前治疗肿瘤(癌症)的手段主要包括手术、化学治疗和放射治疗，并且超过70％的肿瘤患者需要接受单独放疗或者与放疗结合的综合治疗。理想的放射治疗是给予肿瘤细胞致死剂量，同时最大限度地减小周围正常器官组织的照射剂量，质子治疗便是这样一种精确治疗癌症的尖端放疗技术。质子束在组织(如人体、动物等)内的照射剂量曲线先缓慢上升，随后逐渐变快，直到布拉格峰处产生最大的剂量沉积，之后快速下降并趋于零。质子束的独特的剂量-深度特性能使肿瘤组织接收到最大的照射剂量，同时能避免肿瘤组织后方的正常器官受到辐射伤害，降低治疗的副作用。

质子治疗的优势在于：1)质子布拉格峰终点处的剂量比入口处的剂量高出三到四倍，在布拉格峰之后的剂量几乎为0，这种特点不仅能使肿瘤处剂量最大，还能有效保护肿瘤前后的正常组织；2)可以通过调整质子束的能量来照射不同深度的肿瘤，从而使质子治疗适应不同的深度位置处，不同大小和形状的肿瘤；3)质子传输时，具有较小的散射和本底，使得照射视野边缘清晰，因此可以治疗距离敏感器官近的肿瘤。

质子束的布拉格峰特性是质子治疗的最大优势，但也正是由于布拉格峰的存在，使得治疗效果对射程十分敏感。一旦实际治疗过程中射程与治疗计划出现偏差，就很容易导致肿瘤组织的剂量不足或者正常组织过度照射，从而很大程度上增加了肿瘤复发和正常器官的并发症风险。所以，在质子治疗过程中，对质子束在组织中剂量和布拉格峰位置的监测，对质子治疗效果至关重要。

目前，对质子治疗剂量监测的方法有瞬发伽马测量法(例如专利文献CN106291656A)，声波监测法等。但这些方法都有其不足。例如，瞬发伽玛法缺少适用于该伽马射线能谱区域的高性能探测器，探测器探测效率低下；声波法中声音信号非常微弱，且信噪比很低。

在质子治疗中，质子会与组织发生核反应，产生正电子核素(主要是碳-11、氧-15)，用PET系统对正电子核素进行活度成像。

由此，如何通过计算机设备，采集核医学影像的数据，并通过对所采集的核医学影像的数据的处理，实现质子治疗的参数监测和调整。

发明内容

本发明为了克服上述相关技术存在的缺陷，提供一种质子治疗的参数监测装置及系统，进而实现质子治疗的参数监测和调整。

根据本发明的一个方面，提供一种质子治疗的参数监测装置，包括：

递归神经网络模块，配置成提供经训练的递归神经网络模型，所述经训练的递归神经网络模型提供质子束的正电子核素活度分布与剂量分布的非线性关系；

PET获取模块，配置成从正电子湮没断层扫描系统中获取质子与组织发生反应产生的正电子核素活度分布的PET图像；

预测模块，配置成将所述PET图像输入所述经训练的递归神经网络模型，预测质子束的剂量分布与布拉格峰位置；

判断模块，配置成根据所预测的质子束的剂量分布判断布拉格峰位置与目标区域的位置关系；

调整模块，配置成依据所述判断模块的判断结果确定质子束的出束参数是否需要调整。