CN113031048B - 一种离子束射程快速质控验证的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子束射程快速质控验证的装置及方法，其特征在于，包括：第一楔形板、第二楔形板和连接杆；所述第一楔形板和第二楔形板结构相同，均采用倾斜阶梯式结构，所述倾斜阶梯式结构包括由上向下依次设置的多层倾斜式阶梯；所述第一楔形板的各层倾斜式阶梯与所述第二楔形板的各层倾斜式阶梯均相对设置，形成对称双楔形装置；所述第一楔形板和第二楔形板的最下层倾斜式阶梯底部均设置有厚度相同的基底，且所述基底中部设置有供所述连接杆穿过的孔洞，所述第一楔形板和第二楔形板通过所述连接杆固定后，放置在所述待检测探测器上。本发明可以广泛应用于放射治疗射线质量控制领域。

Description

一种离子束射程快速质控验证的装置及方法

技术领域

本发明涉及放射治疗射线质量控制模具领域，具体涉及一种倾斜阶梯式离子束(质子/碳离子)射程快速质控(QA)验证的装置及方法。

背景技术

目前，已将离子束应用于肿瘤临床治疗试验的束流配送方式有两种，一种为被动式的束流配送方式，如日本国立放射线医学综合研究所(NIRS)的重离子医用加速器(HIMAC)；另一种为主动式的束流配送方式，以德国重离子研究中心(GSI)采用同步加速器主动变能及栅扫描***为代表。在质子/重离子治疗中，可以通过楔形装置将离子束纵向上的深度剂量分布(Bragg曲线)转化成横向上的剂量分布，以便于通过不同的探测手段(胶片、电离室等)进行后续的测量，达到离子束射程快速QA验证的目的。

常用的粒子束射程快速QA验证装置所用到的楔形装置主要分为单楔板和双楔板两种类型。单楔板测量准确度不高且质量较大，而双楔板可以通过统计双峰间距来对离子束射程进行快速QA验证，测量准确度较高，但测量时需将双楔板放在探测装置上，双楔板质量也相对较重，会对探测器产生负担，要求探测器承重性好。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种离子束射程快速质控验证的装置及方法，采用倾斜阶梯式对称双楔形状，结构简单，使用方便，测量精度高，重量较轻，可同时应用于主动式/被动式束流配送，能够完善现有技术中尚存在的不足之处。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种离子束射程快速质控验证的装置，其包括：第一楔形板、第二楔形板和连接杆；

所述第一楔形板和第二楔形板结构相同，均采用倾斜阶梯式结构，所述倾斜阶梯式结构包括由上向下依次设置的多层倾斜式阶梯；所述第一楔形板的各层倾斜式阶梯与所述第二楔形板的各层倾斜式阶梯均相对设置，形成对称双楔形装置；

所述第一楔形板和第二楔形板的最下层倾斜式阶梯底部均设置有厚度相同的基底，且所述基底中部设置有供所述连接杆穿过的孔洞，所述第一楔形板和第二楔形板通过所述连接杆固定后，放置在所述待检测探测器上。

进一步，所述第一楔形板和第二楔形板中，最上层倾斜式阶梯的高度大于或等于下部各层倾斜式阶梯的高度，且下部各层所述倾斜式阶梯的高度相同。

进一步，所述最上层倾斜式阶梯与下部各层所述倾斜式阶梯的倾斜角度范围在14°-68°之间。

进一步，所述第一楔形板和第二楔形板采用PMWA材质或AL材质制作；且采用PMWA材质的第一楔形板和第二楔形板的最上层倾斜式阶梯的高度为采用AL材质制作的第一楔形板和第二楔形板的最上层倾斜式阶梯高度的1.6倍。

进一步，当采用PMWA材质制作所述第一楔形板和第二楔形板时，所述最上层倾斜式阶梯的高度为22cm；当采用AL材质制作所述第一楔形板和第二楔形板时，所述最上层倾斜式阶梯的高度为14cm。

进一步，所述基底厚度为5mm。

进一步，该装置还包括支撑板和支撑架，所述支撑板和支撑架可拆卸地设置于第一楔形板、第二楔形板与待检测探测器之间，用于在进行主动式扫描测量时，覆盖主动扫描治疗所需的能量区间；其中，所述支撑板和支撑架均采用与第一楔形板和第二楔形板相同材质制作，且所述支撑板和支撑架分别为大小一致的实心结构和空心结构，所述支撑板和支撑架相对处分别设置有凸起和凹槽，便于两者插接固定。

进一步，所述第三支撑板的厚度为0.5-5cm。

本发明的第二个方面，是提供一种离子束射程快速质控验证的装置的验证方法，其包括以下步骤：

1)确定倾斜阶梯式对称楔形装置的材质及相关参数；

2)根据被动式扫描测量或主动式扫描测量方式，将倾斜阶梯式对称双楔形装置放置于探测器的对应位置，使得其能覆盖放射医疗所需能量区间；

3)根据探测装置统计的横向剂量分布状况，对离子束射程进行快速质控验证。

进一步，所述步骤3)中，根据探测装置统计的横向剂量分布状况，对离子束射程进行快速质控验证的方法为：

在被动式扫描时，通过统计横向剂量双峰值间距来反向刻度不同能量碳离子束的射程；

在主动式扫描中，根据不同能量的碳离子束在穿越楔形装置后横向剂量分布状况进行判断，当在中心位置左右两侧不对称产生一大一小两个峰值时，一侧的大的峰值用来标定具体深度，另一侧小的峰值用来反向验证。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过放置倾斜阶梯式对称双楔板将离子束纵向上的深度剂量分布转化成横向上的剂量分布，通过探测器统计横向剂量出现的双峰可快速确定对应状况下碳离子束的射程。

2、本发明中通过将PMMA材质倾斜阶梯式楔形装置(一侧不加PMMA板子)应用于被动式扫描时，可以通过均匀照射后统计横向剂量双峰值间距对碳离子束射程进行刻度，快速准确，AL材质倾斜阶梯式楔形装置同理。

3、本发明通过在倾斜阶梯式楔形装置一侧加入同等材质0.5cm-5cm厚(取决于相邻倾斜阶梯之间的高度差)的板子，使得可以应用于主动式扫描。通过在中心位置两侧不对称产生两个峰值(一大一小)，一侧大的峰值用来标定具体深度，另一侧小的峰值可以用来反向验证，提高测试准确性，并在原有楔形装置基础上减轻了重量。

因此，本发明可以广泛应用于放射治疗射线质量控制模具领域。

附图说明

图1为本发明实施例中被动式扫描测量时，离子束射程快速QA验证的装置与探测器的连接示意图；

图2为本发明实施例中主动式扫描测量时，离子束射程快速QA验证的装置与探测器的连接示意图；

图3为本发明实施例中支撑板结构示意图；

图4为本发明实施例中支撑架的示意图；

图5为本发明实施例中支撑架的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明通过放置倾斜阶梯式对称双楔板将离子束纵向上的深度剂量分布转化成横向上的剂量分布，通过探测器统计横向剂量出现的双峰可快速确定对应状况下碳离子束的射程。

如图1～图2所示，本发明提供的一种离子束射程快速QA验证的装置，其包括：第一楔形板1、第二楔形板2和连接杆3。其中，第一楔形板1和第二楔形板2结构相同，均采用倾斜阶梯式结构，该倾斜阶梯式结构包括由上向下依次设置的多层倾斜式阶梯；第一楔形板的各层倾斜式阶梯与第二楔形板的各层倾斜式阶梯均相对设置，形成对称双楔形装置；第一楔形板和第二楔形板的最下层倾斜式阶梯底部均设置有厚度相同的基底4，且基底中部设置有供连接杆3穿过的孔洞，第一楔形板和第二楔形板通过连接杆固定后，放置在待检测探测器5上。其中，待检测探测器5可以采用类似IBA的MatriXX或lynx的大面积探测设备。

进一步，第一楔形板1和第二楔形板2底部的基底4厚度为5mm。

进一步，第一楔形板1和第二楔形板2中，最上层倾斜式阶梯的高度可大于或等于下部各层倾斜式阶梯的高度，下部各层倾斜式阶梯的高度相同，且下部各层倾斜式阶梯的倾斜角度(指倾斜面与竖直线之间的夹角)区间在14°-68°之间，优选角度在45°；最上层倾斜式阶梯的倾斜角度区间为14°-68°，优选角度为45°或63°。

进一步，第一楔形板1和第二楔形板2采用PMWA材质或AL材质制作，且采用PMWA材质的第一楔形板1和第二楔形板2的最上层倾斜式阶梯的高度约为AL材质制作的第一楔形板1和第二楔形板2的最上层倾斜式阶梯高度的1.6倍。理论上尺寸越大，相对精确度越高。根据实际需要，如果考虑有效空间，楔形板想做小一些，可选择AL材质；如果想提高相对准确度，可选PMMA材质。

进一步，当采用PMWA材质制作第一楔形板1和第二楔形板2时，最上层倾斜式阶梯的高度为22cm左右；当采用AL材质制作第一楔形板1和第二楔形板2时，最上层倾斜式阶梯的高度为14cm左右。

进一步，如图3～图5所示，该装置还包括支撑板6和支撑架7，支撑板6和支撑架7可拆卸地设置于第一楔形板1、第二楔形板2与待检测探测器5之间，用于在进行主动式扫描测量时，覆盖主动扫描治疗所需的能量区间。其中，支撑板6和支撑架7均采用与第一楔形板1和第二楔形板2相同材质制作，且支撑板7和支撑架7分别为大小一致的实心结构和空心结构，支撑板6和支撑架7相对处分别设置有凸起和凹槽，便于两者插接固定。

进一步，支撑板6和支撑架7的厚度为0.5-5cm，取决于相邻倾斜阶梯之间的高度差。

基于上述离子离子束射程快速QA验证的装置，本发明还提供一种离子束射程快速QA验证的方法，包括以下步骤：

1)根据测试需求，确定倾斜阶梯式对称楔形装置的材质及相关参数。

如图1所示，为碳离子束流被动式扫描情况下，PMMA材质的倾斜阶梯式离子束射程快速QA验证装置的示意图；如图2所示，为碳离子束流主动式扫描情况下，一侧加入相同材质0.5cm-5cm(取决于相邻倾斜阶梯之间的高度差)厚的支撑板后PMMA材质的倾斜阶梯式离子束射程快速QA验证装置的示意图。

2)根据被动式扫描测量或主动式扫描测量方式，将倾斜阶梯式对称双楔形装置放置于待检测探测器的对应位置，使得其能覆盖放射医疗所需能量区间。

被动式扫描测量时在待检测探测器上直接放置本发明倾斜阶梯式对称双楔形装置，能量测量范围可覆盖放射医疗所需能量区间；而在主动式扫描测量时，在倾斜阶梯式对称双楔装置的一侧放置同等材质0.5cm-5cm厚(取决于相邻倾斜阶梯之间的高度差)的支撑板6，另一侧放支撑架7支撑，覆盖主动扫描治疗所需的能量区间。

3)根据探测装置统计的横向剂量分布状况，对离子束射程进行快速质控验证。

在被动式扫描时，离子束穿越倾斜阶梯式楔形装置后，通过探测装置统计横向剂量分布状况。不同能量的碳离子束在穿越楔形装置后横向剂量分布状况是在中心位置两侧皆对称产生横向剂量峰值，横向剂量双峰值之间的间距随着能量的增大而增大，故在被动式扫描时可通过统计横向剂量双峰值间距来反向刻度不同能量碳离子束的射程，准确性高，并且新型倾斜阶梯式楔形装置质量更轻，减小探测器称重负担。

在主动式扫描中，点扫描需要扫一条线或者扫出均匀射野，离子束穿越倾斜阶梯式楔形装置后，也可通过探测装置统计横向剂量分布状况。不同能量的碳离子束在穿越楔形装置后横向剂量分布状况是在中心位置左右两侧不对称产生一大一小两个峰值，一侧的大的峰值用来标定具体深度，另一侧小的峰值可以用来反向验证，进一步提高测试精度，并且在原有楔形装置的水平上减轻了重量，减小了测试探测器的承重压力。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，包括：第一楔形板、第二楔形板和连接杆；

所述第一楔形板和第二楔形板结构相同，均采用倾斜阶梯式结构，所述倾斜阶梯式结构包括由上向下依次设置的多层倾斜式阶梯；所述第一楔形板的各层倾斜式阶梯与所述第二楔形板的各层倾斜式阶梯均相对设置，形成对称双楔形装置；

所述第一楔形板和第二楔形板的最下层倾斜式阶梯底部均设置有厚度相同的基底，且所述基底中部设置有供所述连接杆穿过的孔洞，所述第一楔形板和第二楔形板通过所述连接杆固定后，放置在待检测探测器上；

还包括支撑板和支撑架，所述支撑板和支撑架可拆卸地设置于第一楔形板、第二楔形板与待检测探测器之间，用于在进行主动式扫描测量时，覆盖主动扫描治疗所需的能量区间；其中，所述支撑板和支撑架均采用与第一楔形板和第二楔形板相同材质制作，且所述支撑板和支撑架分别为大小一致的实心结构和空心结构，所述支撑板和支撑架相对处分别设置有凸起和凹槽，便于两者插接固定。

2.如权利要求1所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，所述第一楔形板和第二楔形板中，最上层倾斜式阶梯的高度大于或等于下部各层倾斜式阶梯的高度，且下部各层所述倾斜式阶梯的高度相同。

3.如权利要求2所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，所述最上层倾斜式阶梯与下部各层所述倾斜式阶梯的倾斜角度范围在14°-68°之间。

4.如权利要求2所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，所述第一楔形板和第二楔形板采用PMMA材质或AL材质制作；且采用PMMA材质的第一楔形板和第二楔形板的最上层倾斜式阶梯的高度为采用AL材质制作的第一楔形板和第二楔形板的最上层倾斜式阶梯高度的1.6倍。

5.如权利要求4所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，当采用PMMA材质制作所述第一楔形板和第二楔形板时，所述最上层倾斜式阶梯的高度为22cm；当采用AL材质制作所述第一楔形板和第二楔形板时，所述最上层倾斜式阶梯的高度为14cm。

6.如权利要求1所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，所述基底厚度为5mm。

7.如权利要求1所述的一种离子束射程快速质控验证的装置，其特征在于，所述支撑板和支撑架的厚度为0.5-5cm。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述离子束射程快速质控验证的装置的验证方法，其特征在于包括以下步骤：

1）确定倾斜阶梯式对称楔形装置的材质及相关参数；

2）根据被动式扫描测量或主动式扫描测量方式，将倾斜阶梯式对称双楔形装置放置于探测器的对应位置，使得其能覆盖放射医疗所需能量区间；

3）根据探测装置统计的横向剂量分布状况，对离子束射程进行快速质控验证。

9.如权利要求8所述的一种离子束射程快速质控验证的装置的验证方法，其特征在于：所述步骤3）中，根据探测装置统计的横向剂量分布状况，对离子束射程进行快速质控验证的方法为：

在被动式扫描时，通过统计横向剂量双峰值间距来反向刻度不同能量碳离子束的射程；

在主动式扫描中，根据不同能量的碳离子束在穿越楔形装置后横向剂量分布状况进行判断，当在中心位置左右两侧不对称产生一大一小两个峰值时，一侧的大的峰值用来标定具体深度，另一侧小的峰值用来反向验证。

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