CN113082550B - 粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置 - Google Patents

粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及肿瘤放射治疗技术领域，具体提供了一种粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置。该监控方法包括以下步骤：在粒子射束治疗装置的粒子输送通道内设置至少一个探测器，并将设定的粒子射束穿过探测器时的位置信息存入到储存器内；探测器将粒子射束穿过时的位置信息反馈至控制器；控制器根据探测器检测到的位置的变化发出相应工作信号。该粒子射束治疗装置包括治疗装置本体，治疗装置本体上设有储存器、控制器和至少一个探测器，探测器设置在粒子输送通道内，探测器用于检测穿过探测器时的位置；储存器用于储存治疗计划中粒子射束穿过探测器时的设定位置；控制器根据探测器反馈的粒子射束穿过探测器时的实际位置的变化发出相应工作信号。

Description

粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置
技术领域
本公开涉及肿瘤放射治疗技术领域，尤其涉及一种粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置。
背景技术
远程治疗被定义为一种治疗方法，其中辐射源与待治疗的身体相距一定距离。X射线和电子束长期用于远距治疗，以治疗各种癌症。但是，X射线的线性能量传递接近指数衰减函数，因此对于增大的照射深度安全性没有提升。由于重粒子具有照射到特定深度而不会明显损害介入组织的能力，因此在远距治疗中被广泛使用，其中，强子或质子已得到越来越多的接受。
质子或离子可被聚焦到一定深度的靶区，因此，剂量分布可以高精度地与靶区相匹配。为了确保对靶区的完全照射，优选从多个不同方向到达嵌入生长物的多个光束。多个光束相交的点(无论是顺序光束还是同时光束)都被称为等中心点，为了使生物学效果最大化，等中心点与靶区的定位点重合，其中靶区的定位点可以为靶区中的某个点，优选位于中心区域的点或靶区中心点。
在治疗的第一阶段中，对靶区成像并制定包括剂量、患者位置和照射角度等的治疗计划。此外，根据患者的标记，以确保后续的照射过程中射束方向。然后响应于制定的治疗计划，在一段时间内的多个治疗阶段中进行照射。
尽管根据治疗计划控制射束进行照射，但是应当对射束进行监视，避免因粒子射束的照射偏差导致安全事故的发生。传统的粒子射束的监控方式是通过检测装置检测粒子射束的位置，当粒子射束偏离阈值时，控制器反馈关闭射束源或调整粒子射束位置，但倘若出现检测装置故障或反馈较慢，没有及时调整粒子射束或关闭射束源，将会对患者造成伤害，无法确保患者安全。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种粒子射束监控方法及粒子射束治疗装置。
本公开提供了一种粒子射束监控方法，包括以下步骤：
在粒子射束治疗装置的粒子输送通道内设置至少一个探测器，并将治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器时的位置信息存入到储存器内；
粒子射束在粒子输送通道内经偏转磁体偏转后穿过探测器，探测器将粒子射束穿过时的位置信息反馈至控制器；
控制器根据探测器检测到的粒子射束穿过探测器时的位置的变化发出相应工作信号。
可选的，当探测器检测粒子射束穿过探测器时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，当探测器检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置，或者探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加，或者探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，以探测器检测到粒子射束穿过探测器时的多个连续位置点为一组，得到每组中多个实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值，当探测器检测到粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值逐渐增加或成跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，探测器设置在粒子输送通道的输出端。
可选的，测量位置与设定位置之间的距离为PN，通过PN的值反映粒子射束穿过探测器时的实际位置与设定位置的位置关系，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号。
可选的，当探测器检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，粒子输送管道包括相互连通的第一管道和伸缩通道，伸缩通道上连接有驱动装置，通过驱动装置驱动伸缩通道沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过第一管道和伸缩通道后照射至目标区域，探测器设置在伸缩通道远离第一管道的一端，当输送管道伸出后，控制器将粒子射束穿过伸出后的探测器时的设定位置信息反馈并保存至储存器内，控制器根据探测器检测到的粒子射束穿过探测器时的实际位置的变化发出相应工作信号。
可选的，探测器检测粒子射束穿过探测器时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制器控制粒子射束治疗装置调整粒子射束的照射角度。
可选的，当探测器检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置，或者探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加，或者探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，伸缩通道未伸出或在某个设定伸长长度时，探测器探测到粒子射束的实际位置点坐标为(X1，Y1)，设定位置点坐标为(X0、Y0)，粒子射束的初始方向与设定方向之间的角度为α，粒子射束穿过探测器时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L1，粒子射束的初始位置与探测器之间的垂直距离为N1，N1＝tanα/L1，根据实际位置点的坐标(X1，Y1)与得到的设定位置点的坐标(X0、Y0)，计算实际位置点与设定位置点之间的距离P1；
若第二次或第N次粒子射束穿过探测器时，伸缩通道伸长N2，粒子射束穿过探测器时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L2，L2＝tanα×(tanα/L1+N2)，得到第二次或第N次粒子射束的偏转角度α2或αN，探测器探测到粒子射束此时实际的位置坐标为(X2，Y2)或(XN，YN)，进而得到伸缩通道未伸长或在上述某个设定伸长长度时，在此角度下，探测器应该指示的粒子射束的坐标(X2’，Y2’)或(XN’，YN’)，进而得到距离P2或PN，，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号。
可选的，当探测器检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
可选的，治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器时的位置为粒子射束穿过探测器时的位置点，当探测器检测到粒子射束的位置点偏离设定位置点时，发出粒子射束偏离设定位置的信号。
可选的，治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器时的位置为粒子射束穿过探测器时的位置点与该位置点周围的第一区域，当探测器检测到粒子射束处于第一区域内时，反馈粒子射束正常，当探测器检测到粒子射束的位置处于第一区域的外侧时，发出粒子射束偏离设定位置的信号。
本公开还提供了一种粒子射束治疗装置，包括治疗装置本体，所述治疗装置本体上设有：
至少一个探测器，设置在所述治疗装置本体的粒子输送通道内，所述探测器用于检测粒子射束穿过所述探测器时的位置；
储存器，用于储存治疗计划中粒子射束穿过所述探测器时的设定位置信息；
控制器，根据所述探测器反馈的粒子射束穿过所述探测器时的实际位置的变化发出相应工作信号。
可选的，所述探测器设置在所述粒子输送通道的输出端。
可选的，所述粒子输送通道包括相互连通的第一管道和伸缩通道，所述伸缩通道上连接有驱动装置，通过所述驱动装置驱动所述伸缩通道沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过所述第一管道和所述伸缩通道后照射至目标区域，所述探测器设置在所述伸缩通道远离所述第一管道的一端。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开在粒子输送通道内设置探测器，并将测得的粒子射束的位置实时反馈给控制器，控制器根据粒子射束位置的变化发出相应的指令，确保控制器及时调节粒子射束的发射状态，避免临界调节，确保患者安全。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例所述粒子射束监控方法的流程图；
图2为本公开实施例所述粒子射束穿过探测器时的示意图；
图3为本公开实施例所述探测器检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置时的示意图；
图4为本公开实施例所述探测器检测到粒子射束的位置沿水平方向逐渐远离设定位置时的示意图；
图5为本公开实施例所述探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加时的示意图；
图6为本公开实施例所述探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时的示意图；
图7为本公开实施例所述探测器检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离不变时的示意图；
图8为本公开实施例所述粒子输送通道包括相互连通的第一管道和伸缩通道时的示意图；
图9为本公开实施例所述伸缩通道处于伸出状态时的示意图；
图10为本公开实施例所述伸缩通道收缩状态和伸长状态合并时的示意图。
其中，10、粒子输送通道；11、第一管道；12、伸缩通道；20、探测器；30、X轴扫描磁体；40、Y轴扫描磁体。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本申请实施例提供的粒子射束监控方法包括以下步骤：
步骤S1，在粒子射束治疗装置的粒子输送通道10内设置至少一个探测器20，并将治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器20时的位置信息存入到储存器内，即将粒子射束穿过探测器20时的设定位置信息存入到储存器内。其中，设定位置即为治疗计划中，粒子射束穿过探测器时的位置。
具体地，治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器20时的设定位置为粒子射束穿过探测器20时的位置点与该位置点周围的第一区域，当探测器20检测到粒子射束处于第一区域内时，反馈粒子射束正常，当探测器20检测到粒子射束的位置处于第一区域的外侧时，发出粒子射束偏离设定位置的信号。具体地，粒子射束的设定位置为粒子射束穿过探测器20时的设定位置点，即为粒子射束穿过探测器20时的中心点。并且，粒子射束穿过探测器20时的实际位置点与设定位置点之间可有一定的偏差，处于该偏差范围内的粒子射束均可判定为正常射束，即以设定位置点为中心的一定范围即为第一区域，该第一区域即为治疗计划中粒子射束穿过探测器20时的设定范围。倘若探测器20可以伸缩移动，则第一区域的范围根据探测器20的伸缩发生相应变化。
探测器20沿着粒子输送通道10的径向方向设置，确保测量结果的准确性。探测器20优选设置在粒子输送通道10的输出端，使得经过探测器20检测的粒子射束直接射出粒子输送通道10，确保测量的位置为粒子射束穿出粒子输送通道10时的位置，避免射出粒子输送通道10时的粒子射束出现问题，进一步确保患者安全治疗。其中，治疗计划中粒子射束穿过探测器20时的位置可通过编程储存，也可在外部***中确定粒子射束穿过探测器20时的位置信息并将其存储在储存器内。
步骤S2，粒子射束在粒子输送通道10内经偏转磁体偏转后穿过探测器20，探测器20将粒子射束穿过时的位置信息反馈至控制器。其中，本公开中的粒子射束穿过探测器20时的位置即为粒子射束穿过探测器20时的位置信息，探测器20将该位置信息反馈至控制器。
具体地，偏转磁体包括X轴扫描磁体30和Y轴扫描磁体40，通过X轴扫描磁体30和Y轴扫描磁体40对粒子射束施加磁场，具体为对粒子射束施加与其初始入射方向相垂直的两个方向的力，以调整粒子射束的角度，即粒子射束的初始方向即为未经偏转磁体偏转时的照射方向。其中，粒子射束的初始入射方向为进入扫描磁体之前的运动方向。如图2所示，由于粒子射束具有一定的直径，因此，该处检测粒子射束的位置为粒子射束的中心点。
由于粒子射束具有一定的直径，因此，将粒子射束穿过探测器20时的粒子射束的中心点作为探测器20检测到的位置点。
在一些实施例中，探测器20可为光检测器。光检测器包括光检测器本体和照明材料，照明材料布置为响应于粒子射束而发光，光检测器本体用于检测照明材料上的粒子射束的位置。当粒子射束穿过照明材料时，照明材料被粒子射束穿过的位置处发光，光检测器本体获得发光位置并反馈给控制器。照明材料包括闪烁体，闪烁体响应于粒子辐射而发光。此外，光检测器本体包括光电传感器，通过光电传感器将照明材料上的光转换成电信号。其中，可将发射光的空间位置确定为粒子射束的中心，或者发射光的空间位置为照明材料展现出最大发射光强度的部分或其中心，该空间位置为检测到射束位置点。根据测量精度要求，优选的，将照明材料展现出最大发射光强度的中心点作为粒子射束的中心点。
在另一些实施例中，探测器20包括电离室和电离检测器，电离室包括多个电离室本体，且电离室与电源相连，每个电离室本体均设有阳极和阴极，电源为阳极和阴极提供电力。粒子射束使得电离室本体内的气体电离，每个电离室本体上连接的阴极和阳极均耦合到电离检测器，电离检测器布置成检测由每个电离室本体输出的电流水平。在一种实施例中，将输出电流最大的电离室本体的位置或输出电流最大的多个电离室本体的中心位置确定为粒子射束的中心点；在另外一些实施例中，根据识别的电流强度大小，将电流明显较小的电离室本体确定为粒子射束的边缘，电流明显较大的电离室本体为粒子射束的中间区域，以此确定粒子射束的轮廓，并将轮廓的中心确定为粒子射束的中心。优选的，根据响应的电离室拟合出粒子射束的轮廓，以轮廓的中心确定为探测到的粒子射束的中心点。
在另一些实施例中，探测器20包括分条电离室，根据检测到的束流轮廓或束流剂量分布，将束流轮廓的中心点、束流剂量最大的位置点或束流剂量最大的区域的轮廓的中心点，确定为粒子射束的中心点。
步骤S3，控制器根据探测器20检测到的粒子射束穿过探测器20时的位置的变化发出相应工作信号。
具体地，当探测器20检测粒子射束穿过探测器20时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度，同时，控制器发出报警信号，报警信号为在用户界面生成警告指示，具体由通信模块输出到外部监视***和/或显示器上。当探测器20检测到粒子射束的位置不具有偏离设定位置的趋势时，控制器不输出相关信号，或输出该位置可接受的信号。其中，粒子射束的位置发生偏离可由真空泄露、偏转磁体故障、初始束流位置出现问题等因素引起。其中，探测器20检测粒子射束位置的变化均应处于设定值内，探测器20用于检测的是粒子射束是否具有偏离设定位置的趋势。
本公开在粒子输送通道10内设置探测器20，并将测得的粒子射束的位置实时反馈给控制器，控制器根据粒子射束位置的变化发出相应的指令，确保控制器及时调节粒子射束的发射状态，避免临界调节，确保患者安全。
结合图3和图4所示，在一些实施例中，当探测器20检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度，其中，粒子射束的偏离方向不受限制，只要具有逐渐偏离的趋势即可触发控制器。具体地，治疗过程中，在某一时刻，粒子射束逐渐偏离设定方向，进而使得探测器20测得粒子射束的位置点逐渐偏离设定范围，即当探测器20检测到其中一个位置点偏离设定范围，并且后面连续的几个位置点与设定位置点之间的距离逐渐增加时，控制器根据测得结果发出相应工作信号，结合图3和图4所示，粒子射束在探测器20上的设定位置为S1，检测到粒子射束穿过探测器20时的实际位置为S2和S3，S3和S2逐渐远离S1。探测器20检测到的连续偏离的位置最少为两个，优选的，探测器20连续检测3-4个位置逐渐偏离设定范围，控制器发出相应的工作信号。其中，检测位置的数量与每次偏离的距离有关，即相邻两个位置之间的距离逐渐增加时，说明粒子射束偏离幅度增大，此时，探测器20检测2-3个偏离位置后控制器将发出相应工作信号；当相邻两个位置之间的距离不变或变化不规律，但测得位置与设定位置之间的距离逐渐增加时，说明粒子射束逐渐偏离，此时，控制器可在探测器20检测4-5个位置后，确定位置逐渐远离，进而发出相应的工作信号。
如图5所示，在另一些实施例中，探测器20检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，治疗过程中，在某一时刻，探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的位置偏离出设定范围，且后面连续的几个位置与设定位置之间的距离逐渐增加时，控制器发出相应的工作信号，如图5所示，粒子射束在探测器20上的设定位置为S1，检测到粒子射束穿过探测器20时的实际位置为S2、S3和S4，S2与S1之间的距离、S3与S1之间的距离和S4与S1之间的距离逐渐增加，该处探测器20检测到粒子射束的位置可不连续，即检测到的几个位置呈离散型。探测器20检测到的连续偏离的位置最少为两个，优选的，探测器20连续检测3-4个位置逐渐偏离设定位置，控制器发出相应的工作信号。其中，检测位置的数量与每次偏离的距离有关，即检测到的位置与设定位置之间的距离逐渐增加，但增加的值逐渐增大时，说明粒子射束偏离的偏离趋势较大，此时，探测器20检测2-3个偏离位置后控制器将发出相应工作信号，反之，说明粒子射束逐渐偏离，此时，控制器可在探测器20检测4-5个位置后，确定位置逐渐远离，进而发出相应的工作信号。
如图6所示，在另一些实施例中，探测器20检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，治疗过程中，探测器20持续反馈粒子射束穿过探测器20时的位置，当检测到的其中一个位置偏离设定范围时，探测器20将该位置反馈给控制器，此后，探测器20检测到的粒子射束的位置处于设定范围内时，探测器20继续监测粒子射束。当某一时刻，探测器20又检测出粒子射束穿过探测器20时的位置偏离设定范围，将其反馈给控制器，控制器对比在后反馈的位置点与设定位置点之间的距离和在先反馈的位置点与设定位置点之间的距离，当在后反馈的位置点与设定位置点之间的距离大于在先反馈的位置点与设定位置点之间的距离中最大的一个时，说明粒子射束具有偏离设定位置的趋势，控制器发出相应的工作信号，反之控制器持续对比反馈的位置点的偏离程度。如图6所示，粒子射束在探测器20上的设定位置为S1，探测器20检测到偏离设定位置的粒子射束穿过探测器20时的实际位置为S2、S5和S10，S2与S1之间的距离、S5与S1之间的距离和S10与S1之间的距离逐渐增加。同上，探测器20检测到的偏离位置最少为两个，优选的，探测器20检测3-4个实际位置点偏离设定范围时，控制器发出相应的工作信号。
在另一些实施例中，以探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的多个连续位置点为一组，得到每组中多个实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值，当探测器20检测到粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值逐渐增加或成跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
具体地，以探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的连续5-10个位置点为一组，探测器20将检测到的位置信息反馈给控制器，进而得到多个实际位置点与设定位置点之间的距离，并得到距离的平均值。当距离的平均值处于设定范围之内时，表示该组内的粒子射束正常。当距离的平均值处于设定范围之外时，表示该组内的粒子射束偏离设定范围，且在后续反馈时，每组中粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值大于在先反馈的粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值中最大的一个时，说明粒子射束具有偏离设定范围的趋势。具体地，相邻几组中，粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值逐渐增加，或者多组中，粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值呈跳跃式增加，均可说明粒子射束具有偏离设定范围的趋势。其中，跳跃式增加在上已有描述，因此，在此并未做过多说明。该种检测方式能够排除因为外界因素导致探测器20检测到的某个位置点偏离设定范围。该检测方式可以与其他的实施例中的检测方式共同使用。
在另一些实施例中，当探测器20检测到连续的粒子射束均偏离设定范围，但偏离值不变或减少时，控制器发出射束正常信号或不发出工作信号。如图7所示，粒子射束在探测器20上的设定位置为S1，探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的实际位置为S2、S3和S4，S2与S1之间的距离、S3与S1之间的距离和S4与S1之间的距离不变。
值得注意的是，本公开中的粒子射束均不会偏离出粒子射束的设定阈值，上述的偏离趋势即为粒子射束具有偏离阈值的趋势，即粒子射束均处于阈值范围内。具体地，探测器20检测到的实际位置点与设定位置点之间的距离不会超出偏离距离的阈值范围，上述偏离趋势即为粒子射束具有超出阈值范围的趋势，即粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离均处于距离阈值范围内。倘若探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的实际位置点超出阈值范围时，控制器20将该位置点信息反馈给控制器，控制器发出关闭射束源指令，避免粒子射束对病人的健康组织造成伤害。
图2至图7中标注的探测器20只是探测器的示意图，其并不代表探测器为圆形，探测器的形状可根据实际使用需求进行设计，如圆形、矩形或其他不规则形状等均可。
测量位置与设定位置之间的距离为PN，其中，测量位置即为粒子射束穿过探测器20时的实际位置，通过PN的值反映粒子射束穿过探测器20时的实际位置与设定位置的位置关系，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号，其中，N为1、2、3、4、5…。比如，在某一时刻，粒子射束偏离设定位置，探测器20检测粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离为P1，在后检测的粒子射束均偏离设定位置，且依次检测粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离为P2、P3…，当P3＞P2＞P1时，说明粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离逐渐增加，粒子射束逐渐偏离设定位置。或当P10＞P5＞P1时，说明粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离呈跳跃式增加，粒子射束逐渐偏离设定位置。其中，跳跃式增加在上述已有描述，因此，在此并未做过多的解释。
在另一些实施例中，当探测器20检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，探测器20将穿过的粒子射束的位置反馈给控制器，控制器根据探测器20反馈的位置得到粒子射束的实际路线，当检测的多个粒子射束的实际路线逐渐远离或呈跳跃式远离设定路线时，控制器发出相应的工作信号。其中，逐渐远离以及跳跃式远离在上述均有说明，因此，在此并未做过多的描述。
其中，在对粒子射束治疗装置进行测试，或者刚开始实施治疗计划时，当探测器20检测粒子射束穿过探测器20时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，以对粒子射束治疗装置进行检修。作为优选的实施方式，粒子射束治疗装置检修后，在进行是否有偏离设定位置趋势时，在先检测结果不作为对比参考依据，以检修后第一个位置点与设定位置点之间的距离作为P1，开始进行记录，即对于探测器20检测到的粒子射束的位置重新记录。
倘若病人在治疗过程中，为了避免关闭机器导致病人等待时间过长，可通过控制器朝向偏转磁体发出调整粒子射束的偏转角度的指令，进而对粒子射束的偏离角度进行补偿，使得粒子射束处于设定范围内。
结合图8、图9和图10所示，粒子输送管道包括相互连通的第一管道11和伸缩通道12，伸缩通道12上连接有驱动装置，通过驱动装置驱动伸缩通道12沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过第一管道11和伸缩通道12后照射至目标区域，即照射在目标区域的定位点，探测器20设置在伸缩通道12远离第一管道11的一端，当输送管道伸出后，控制器将粒子射束穿过伸出后的探测器20时的设定位置信息反馈并保存至储存器内，控制器根据探测器20检测到的粒子射束穿过探测器20时的实际位置的变化发出相应工作信号。其中，当伸缩管道12伸长后，探测器20的位置发生变化，此时，粒子射束穿过探测器20时的设定位置、设定范围以及阈值均发生相应变化，具体变化值根据伸缩管道12的伸长量进行确定。
探测器20检测粒子射束穿过探测器20时的位置具有偏离设定范围的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制器控制粒子射束治疗装置调整粒子射束的照射角度。同时，控制器发出报警信号，报警信号为在用户界面生成警告指示，具体由通信模块输出到外部监视***和/或显示器上。当探测器20检测到粒子射束的位置不具有偏离设定范围的趋势时，控制器不输出相关信号，或输出该位置可接受的信号。其中，粒子射束的位置发生偏离可由真空泄露、偏转磁体故障、伸缩通道12的伸缩精度、探测器20位置的变化、初始束流位置出现问题等因素引起。
结合图3和图4所示，在另一些实施例中，当探测器20检测到粒子射束的位置逐渐偏离设定范围时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度，其中，粒子射束的偏离方向不受限制，只要具有逐渐偏离的趋势即可触发控制器。具体地，治疗过程中，在某一时刻，粒子射束逐渐偏离设定方向，进而使得探测器20测得粒子射束的位置逐渐偏离设定范围，即当探测器20检测到其中一个位置偏离设定范围，并且后面连续的几个位置点与设定位置点之间的距离逐渐增加时，控制器根据测得结果发出相应工作信号。
如图5所示，在另一些实施例中，探测器20检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，治疗过程中，在某一时刻，探测器20检测到粒子射束穿过探测器20时的位置偏离出设定范围，且后面连续的几个位置与设定位置之间的距离逐渐增加时，控制器发出相应的工作信号，该处探测器20检测到粒子射束的位置可不连续，即检测到的几个位置呈离散型。
如图6所示，在另一些实施例中，探测器20检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，治疗过程中，探测器20持续反馈粒子射束穿过探测器20时的位置，当检测到的其中一个位置偏离设定范围时，探测器20将该位置反馈给控制器，此后，探测器20检测到的粒子射束的位置处于设定范围内时，探测器20继续监测粒子射束。当某一时刻，探测器20又检测出粒子射束穿过探测器20时的位置偏离设定范围，将其反馈给控制器，控制器对比在后反馈的位置与设定位置之间的距离和在先反馈的位置与设定位置之间的距离，当在后反馈的位置与设定位置之间的距离大于在先反馈的位置与设定位置之间的距离中最大的一个时，说明粒子射束具有偏离设定范围的趋势，控制器发出相应的工作信号，反之控制器持续对比反馈的位置点的偏离程度。
如图7所示，在另一些实施例中，当探测器20检测到连续的粒子射束均偏离设定范围，但偏离值不变或减少时，控制器发出射束正常信号或不发出工作信号。
在另一些实施例中，当探测器20检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。具体地，探测器20将穿过的粒子射束的位置反馈给控制器，控制器根据探测器20反馈的位置得到粒子射束的实际路线，当检测的多个粒子射束的实际路线逐渐远离或呈跳跃式远离设定路线时，控制器发出相应的工作信号。其中，逐渐远离以及跳跃式远离在上述均有说明，因此，在此并未做过多的描述。
图8、图9和图10给出了探测器20位于可伸缩通道12端部的实施例。在进行探测时，需要根据不同伸缩长度的伸缩通道12中探测器20检测的位置点，计算出粒子射束偏转的角度，并对比其偏转角度。
优选的，根据计算的偏转角度，得出粒子射束在伸缩通道12相同伸缩长度时发生偏转的实际位置点。并计算其与设定位置点之间的距离。
如图10所示，伸缩通道12未伸出或在某个设定伸长长度时，探测器20探测到粒子射束的实际位置点坐标为(X1，Y1)，设定位置点坐标为(X0、Y0)；粒子射束的初始方向与设定方向之间的角度为α，粒子射束的初始方向即为未经偏转磁体偏转时的照射方向；通过探测器20的探测，粒子射束穿过探测器20时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L1；检测出或预设粒子射束的初始位置与探测器20之间的垂直距离为N1；
N1＝tanα/L1，
由此可以计算出α，及根据实际位置点的坐标(X1，Y1)与设定位置点的坐标(X0、Y0)，计算两者之间的距离P1。
若第二次或第N次粒子射束穿过探测器20时，伸缩通道12伸长，控制或检测出伸缩通道12伸长的长度为N2；通过探测器20的探测，粒子射束穿过探测器20时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L2，L2＝tanα×(tanα/L1+N2)，由此可以计算出第二次或第N次粒子射束的偏转角度α2或αN，探测器20探测到粒子射束此时实际的位置坐标为(X2，Y2)或(XN，YN)。根据α2或αN，计算出若伸缩通道12未伸长或在上述某个设定伸长长度时，在此角度下，探测器20应该指示的粒子射束的坐标(X2’，Y2’)或(XN’，YN’)。
根据设定计算的坐标(X2’，Y2’)或(XN’，YN’)与设定位置点的坐标(X0、Y0)，计算两者之间的距离P2或PN，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号。
其中，N为2、3、4、5…。比如，控制器检测到P2的值大于粒子射束的设定范围，且在后得到的值P3，P4…的值均大于设定范围，当P3＞P2＞P1时，说明粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离逐渐增加，粒子射束逐渐偏离设定位置。或当P10＞P5＞P1时，说明粒子射束的实际位置与设定位置之间的距离呈跳跃式增加，粒子射束逐渐偏离设定位置。其中，跳跃式增加在上述已有描述，因此，在此并未做过多的解释。并且，该检测方式可以与其他的实施例中的检测方式共同使用。
由于肿瘤具有一定的体积，在一个治疗计划中，粒子射束照射在肿瘤上的位置点为多个，因此，粒子射束具有多个设定的照射角度，即粒子射束穿过探测器20时的设定位置为多个，且粒子射束照射肿瘤不同位置点时，均适用上述方法，且该检测方式可以与其他的实施例中的检测方式共同使用，即探测器20检测的数据可共同作为参考。
本公开还提供了一种粒子射束治疗装置，包括治疗装置本体，治疗装置本体上设有储存器、控制器和至少一个探测器20，探测器20设置在治疗装置本体的粒子输送通道10内，探测器20用于检测粒子射束穿过探测器20时的位置，当探测器20的数量大于一个时，多个探测器20之间间隔设置，但为了节省成本，探测器20优选为一个。储存器用于储存治疗计划中粒子射束穿过探测器20时的设定位置。控制器根据探测器20反馈的粒子射束穿过探测器20时的实际位置的变化发出相应工作信号。其中，治疗装置本体还用包括粒子加速器，粒子加速器可以为同步加速器或回旋加速器或同步回旋加速器或直线加速器等能够产生高能粒子射束的加速器，粒子射束可以为质子、碳离子、氦离子等高能粒子。同步加速器包括粒子发生器和同步加速环，粒子发生器的输出耦合到同步加速环的入口，同步加速环环的出口耦合到粒子输送管道的入口。通过该粒子射束治疗装置可实现上述粒子射束监控方法。
在一些实施例中，探测器20设置在粒子输送通道10的输出端。结合图8、图9和图10所示，在另一些实施例中，粒子输送通道10包括相互连通的第一管道11和伸缩通道12，伸缩通道12上连接有驱动装置，通过驱动装置驱动伸缩通道12沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过第一管道11和伸缩通道12后照射至目标区域的定位点，探测器20设置在伸缩通道12远离第一管道11的一端。
其中，伸缩通道12采用波纹管或波纹管形状的如不锈钢等金属材质制成，可隔绝外界环境，同时能够承受真空状态。伸缩通道12通过驱动装置带动其沿着自身的长度方向移动，其中，该处的长度方向为图8、图9和图10中的箭头方向。在一些实施例中，驱动装置为电动推杆，具体地，可在波纹管远离第一管道11的一端设置端板，端板的边缘伸出波纹管，在第一管道11的外周设置底板，底板上设置电动推杆，电动推杆的输出端与端板连接，通过电动推杆的伸缩带动端板沿着伸缩通道12的长度方向移动，进而实现伸缩通道12的伸缩。在另一些实施例中，电动推杆也可替换成液压缸或气缸。可见，伸缩通道12的驱动方式不受限制，只需满足能够带动伸缩通道12伸缩，同时不会影响粒子射束的照射即可，且该种驱动方式较为常见，因此，在附图中并未示出。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种粒子射束监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
在粒子射束治疗装置的粒子输送通道(10)内设置至少一个探测器(20)，并将治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器(20)时的位置信息存入到储存器内；
粒子射束在粒子输送通道(10)内经偏转磁体偏转后穿过探测器(20)，探测器(20)将粒子射束穿过时的位置信息反馈至控制器；
控制器根据探测器(20)检测到的粒子射束穿过探测器(20)时的位置的变化发出相应工作信号；
粒子输送管道包括相互连通的第一管道(11)和伸缩通道(12)，伸缩通道(12)上连接有驱动装置，通过驱动装置驱动伸缩通道(12)沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过第一管道(11)和伸缩通道(12)后照射至目标区域，探测器(20)设置在伸缩通道(12)远离第一管道(11)的一端，当输送管道伸出后，控制器将粒子射束穿过伸出后的探测器(20)时的设定位置信息反馈并保存至储存器内，控制器根据探测器(20)检测到的粒子射束穿过探测器(20)时的实际位置的变化发出相应工作信号。
2.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，当探测器(20)检测粒子射束穿过探测器(20)时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
3.根据权利要求2所述的粒子射束监控方法，其特征在于，当探测器(20)检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置，或者探测器(20)检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加，或者探测器(20)检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
4.根据权利要求2所述的粒子射束监控方法，其特征在于，以探测器(20)检测到粒子射束穿过探测器(20)时的多个连续位置点为一组，得到每组中多个实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值，当探测器(20)检测到粒子射束的实际位置点与设定位置点之间的距离的平均值逐渐增加或成跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
5.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，探测器(20)设置在粒子输送通道(10)的输出端。
6.根据权利要求1至5任一项所述的粒子射束监控方法，其特征在于，测量位置与设定位置之间的距离为PN，通过PN的值反映粒子射束穿过探测器(20)时的实际位置与设定位置的位置关系，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号。
7.根据权利要求6所述的粒子射束监控方法，其特征在于，当探测器(20)检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
8.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，探测器(20)检测粒子射束穿过探测器(20)时的位置具有偏离设定位置的趋势时，控制器关闭粒子射束，或者控制器控制粒子射束治疗装置调整粒子射束的照射角度。
9.根据权利要求8所述的粒子射束监控方法，其特征在于，当探测器(20)检测到粒子射束的位置逐渐远离设定位置，或者探测器(20)检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离逐渐增加，或者探测器(20)检测到粒子射束的位置与设定位置之间的距离呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
10.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，伸缩通道(12)未伸出或在某个设定伸长长度时，探测器(20)探测到粒子射束的实际位置点坐标为(X1，Y1)，设定位置点坐标为(X0、Y0)，粒子射束的初始方向与设定方向之间的角度为α，粒子射束穿过探测器(20)时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L1，粒子射束的初始位置与探测器(20)之间的垂直距离为N1，N1＝tanα/L1，根据实际位置点的坐标(X1，Y1)与得到的设定位置点的坐标(X0、Y0)，计算实际位置点与设定位置点之间的距离P1；
若第二次或第N次粒子射束穿过探测器(20)时，伸缩通道(12)伸长N2，粒子射束穿过探测器(20)时的位置与粒子射束的初始方向的延长线之间的垂直距离为L2，L2＝tanα2×(tanα/L1+N2)，得到第二次或第N次粒子射束的偏转角度α2或αN，探测器(20)探测到粒子射束此时实际的位置坐标为(X2，Y2)或(XN，YN)，进而得到伸缩通道(12)未伸长或在上述某个设定伸长长度时，在此角度下，探测器(20)应该指示的粒子射束的坐标(X2’，Y2’)或(XN’，YN’)，进而得到距离P2或PN，控制器根据PN的值的变化发出相应工作信号。
11.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，当探测器(20)检测到的实际粒子射束与设定的粒子射束之间的角度逐渐增加或呈跳跃性增加时，控制器关闭粒子射束，或者控制偏转磁体调整粒子射束的偏转角度。
12.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器(20)时的位置为粒子射束穿过探测器(20)时的位置点，当探测器(20)检测到粒子射束的位置点偏离设定位置点时，发出粒子射束偏离设定位置的信号。
13.根据权利要求1所述的粒子射束监控方法，其特征在于，治疗计划中设定的粒子射束穿过探测器(20)时的位置为粒子射束穿过探测器(20)时的位置点与该位置点周围的第一区域，当探测器(20)检测到粒子射束处于第一区域内时，反馈粒子射束正常，当探测器(20)检测到粒子射束的位置处于第一区域的外侧时，发出粒子射束偏离设定位置的信号。
14.一种粒子射束治疗装置，其特征在于，包括治疗装置本体，所述治疗装置本体上设有：
至少一个探测器(20)，设置在所述治疗装置本体的粒子输送通道(10)内，所述探测器(20)用于检测粒子射束穿过所述探测器(20)时的位置；
储存器，用于储存治疗计划中粒子射束穿过所述探测器(20)时的设定位置信息；
控制器，根据所述探测器(20)反馈的粒子射束穿过所述探测器(20)时的实际位置的变化发出相应工作信号；
所述粒子输送通道(10)包括相互连通的第一管道(11)和伸缩通道(12)，所述伸缩通道(12)上连接有驱动装置，通过所述驱动装置驱动所述伸缩通道(12)沿其长度方向伸缩，以改变粒子射束经过空气路段的长度，粒子射束依次穿过所述第一管道(11)和所述伸缩通道(12)后照射至目标区域，所述探测器(20)设置在所述伸缩通道(12)远离所述第一管道(11)的一端。
15.根据权利要求14所述的粒子射束治疗装置，其特征在于，所述探测器(20)设置在所述粒子输送通道(10)的输出端。
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