RU2790928C1 - Device for proton beam parameter control during proton therapy and method for proton beam control using this device - Google Patents
Device for proton beam parameter control during proton therapy and method for proton beam control using this device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790928C1 RU2790928C1 RU2022118703A RU2022118703A RU2790928C1 RU 2790928 C1 RU2790928 C1 RU 2790928C1 RU 2022118703 A RU2022118703 A RU 2022118703A RU 2022118703 A RU2022118703 A RU 2022118703A RU 2790928 C1 RU2790928 C1 RU 2790928C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proton beam
- parameters
- proton
- integrating
- mentioned
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Заявленная группа изобретений относится к области лучевой терапии с использованием для лечения протонов и может быть применена в практической дозиметрии для определения поглощенной дозы от пучка протонов для медицинских целей, в частности, в протонной терапии при облучении малоинтенсивным сканирующим «карандашным» пучком протонов больших патологических очагов с требованием большой точностью подведения дозы к области патологического очага.The claimed group of inventions relates to the field of radiation therapy using protons for treatment and can be used in practical dosimetry to determine the absorbed dose from a proton beam for medical purposes, in particular, in proton therapy when irradiated with a low-intensity scanning "pencil" beam of protons of large pathological foci with the requirement for high accuracy of summing up the dose to the area of the pathological focus.
Известен способ контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, в котором с помощью двух газовых пропорциональных камер (координатно-чувствительных детекторов) контролируют плотность интенсивности облучения мишени у пациента. Одну камеру устанавливают за последней квадрупольной линзой, а вторую -перед пациентом (см. SU 1338154 А1, МПК A61N 5/10, опубл. 23.05.1988).A known method of controlling the parameters of the proton beam in the process of proton therapy, in which using two proportional gas chambers (coordinate-sensitive detectors) control the intensity density of the target irradiation in the patient. One camera is installed behind the last quadrupole lens, and the second in front of the patient (see SU 1338154 A1, IPC
Основными недостатками известного способа являются невысокая точность в определении плотности потока проходящих через камеры протонов и отсутствие возможности измерять полную дозу за выпуск ускорителя.The main disadvantages of the known method are the low accuracy in determining the flux density of protons passing through the chambers and the inability to measure the total dose per release of the accelerator.
Известна т.н. многоканальная падовая камера OCTAVIUS Detector 1500XDR, выпускаемая компанией PTW Freiburg GmbH (ptwdosimetry.com).Known for the so-called. multichannel pad chamber OCTAVIUS Detector 1500XDR manufactured by PTW Freiburg GmbH (ptwdosimetry.com).
К недостаткам известной камеры относится высокая стоимость ее изготовления и обслуживания.The disadvantages of the known camera is the high cost of its manufacture and maintenance.
Известно устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, содержащее две падовые камеры, предназначенные для последовательной установки перед пациентом и за последним сканирующим магнитом, и связанный с ними блок контроля и обнаружения отклонений (см. RU 2747365 С1, МПК A61N 5/10, опубл. 04.05.2021). Известен (см. там же) способ управления пучком протонов в процессе протонной терапии, включающий предварительное задание допустимых значений параметров профиля распределения дозы, измерение во время облучения пациента значений упомянутых параметров при помощи вышеописанных падовых камер, количественное сравнение упомянутых измеренных значений упомянутых параметров с упомянутыми допустимыми значениями и отключение пучка протонов при отклонении упомянутых измеренных значений упомянутых параметров от упомянутых допустимых значений.A device for monitoring the parameters of a proton beam during proton therapy is known, containing two pad chambers designed for sequential installation in front of the patient and behind the last scanning magnet, and an associated monitoring and detection unit for deviations (see RU 2747365 C1, IPC A61N 5/10 , published on 04.05.2021). Known (see ibid.) is a method for controlling a proton beam in the process of proton therapy, including pre-setting the allowable values of the parameters of the dose distribution profile, measuring the values of the mentioned parameters during irradiation of the patient using the above-described pad chambers, quantitative comparison of the mentioned measured values of the mentioned parameters with the mentioned allowable values and turning off the proton beam when said measured values of said parameters deviate from said allowable values.
К недостаткам известного устройства и способа следует отнести сложность и, как следствие, дороговизну их изготовления и применения. Кроме этого, не обеспечивается надлежащая точность контроля параметров пучка протонов во время облучения пациента.The disadvantages of the known device and method include the complexity and, as a consequence, the high cost of their manufacture and use. In addition, the proper accuracy of proton beam parameters control during patient irradiation is not ensured.
Известные устройство и способ и приняты в качестве ближайших аналогов к заявленным устройству и способу.The known device and method are accepted as the closest analogues to the claimed device and method.
Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, состоит в создании устройства для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии и способа управления пучком протонов с использованием этого устройства, позволяющих обеспечить точное подведение пучка протонов к области патологического очага пациента при одновременном упрощении и, как следствие, удешевлении их изготовления и применения.The technical problem solved by the claimed group of inventions is to create a device for controlling the parameters of the proton beam in the process of proton therapy and a method for controlling the proton beam using this device, which makes it possible to ensure that the proton beam is accurately brought to the area of the patient's pathological focus while simultaneously simplifying and, as a result, reducing the cost of their manufacture and use.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении точности контроля параметров пучка протонов за каждый спот от полного выпуска ускорителя, а также в упрощении используемых при этом технических средств при сохранении их высокой надежности.In this case, the technical result is achieved, which consists in increasing the accuracy of monitoring the parameters of the proton beam for each spot from the full release of the accelerator, as well as in simplifying the technical means used in this case while maintaining their high reliability.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания устройства для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, содержащего падовую камеру, предназначенную для установки перед пациентом и за последним сканирующим магнитом, и связанный с ней блок контроля и обнаружения отклонений, которое снабжено интегрирующими электродами, расположенными перед падовой камерой, активная плоскость которой разделена на «ячейки», а также соединенными последовательно электронным анализатором, каждый из входов которого соединен с выходом соответствующего интегрирующего электрода, аналоговым мультиплексором, каждый из соответствующих входов которого соединен с выходом соответствующей «ячейки», и блоком считывающей электроники, выход которого соединен со входом блока контроля и обнаружения отклонений. Активная плоскость каждого из интегрирующих электродов совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» активной плоскости падовой камеры и расположена к ней вплотную.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of creating a device for monitoring the parameters of the proton beam during proton therapy, containing a pad chamber designed to be installed in front of the patient and behind the last scanning magnet, and an associated control and deviation detection unit, which is equipped with integrating electrodes located in front of the pad chamber, the active plane of which is divided into “cells”, as well as connected in series by an electronic analyzer, each of the inputs of which is connected to the output of the corresponding integrating electrode, an analog multiplexer, each of the corresponding inputs of which is connected to the output of the corresponding “cell” , and a reading electronics unit, the output of which is connected to the input of the control and deviation detection unit. The active plane of each of the integrating electrodes coincides in geometrical dimensions and location with the corresponding "cell" of the active plane of the pad chamber and is located close to it.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается, кроме этого, в результате создания способа управления пучком протонов в процессе протонной терапии, включающего предварительное задание допустимых значений параметров профиля распределения дозы, измерение во время облучения пациента значений упомянутых параметров при помощи падовой камеры, количественное сравнение упомянутых измеренных значений упомянутых параметров с упомянутыми допустимыми значениями и отключение пучка протонов при отклонении упомянутых измеренных значений упомянутых параметров от упомянутых допустимых значений, в котором в вышеописанном устройстве осуществляют облучение пучком протонов каждой из «ячеек» активной плоскости падовой камеры и активной плоскости соответствующего интегрирующего электрода и определение номера интегрирующего электрода и номера соответствующей «ячейки», через которую прошел спот пучка протонов.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved, in addition, as a result of creating a method for controlling the proton beam in the process of proton therapy, including pre-setting the permissible values of the parameters of the dose distribution profile, measuring the values of the mentioned parameters during irradiation of the patient using a pad chamber, quantitative comparison the mentioned measured values of the mentioned parameters with the mentioned allowable values and turning off the proton beam when the mentioned measured values of the mentioned parameters deviate from the mentioned allowable values, in which in the above described device, each of the “cells” of the active plane of the pad chamber and the active plane of the corresponding integrating electrode is irradiated with the proton beam and determination of the number of the integrating electrode and the number of the corresponding "cell" through which the spot of the proton beam passed.
На фиг. 1 представлена общая схема устройства.In FIG. 1 shows the general scheme of the device.
На фиг. 2 представлена схема координатно-чувствительной камеры.In FIG. 2 shows a diagram of a coordinate-sensitive camera.
На фиг. 3а и фиг. 3b представлен пример реализации заявленного способа.In FIG. 3a and fig. 3b shows an example implementation of the claimed method.
Устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, показанное на фиг. 1, содержит падовую камеру (1), активная плоскость которой разделена на «ячейки» (2), каждая из которых содержит ппадов (3), и интегрирующие электроды (4), расположенные перед падовой камерой (1). Активная плоскость каждого из интегрирующих электродов (4) совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» (2) активной плоскости падовой камеры (1) и расположена к ней вплотную, образуя общую координатно-чувствительную камеру (5), показанную на фиг. 2. Устройство, кроме этого, содержит соединенные последовательно электронный анализатор (6), каждый из входов которого соединен с помощью токового вывода (7) с выходом соответствующего интегрирующего электрода (4), аналоговый мультиплексор (8), каждый из соответствующих входов которого соединен с помощью токового вывода (9) с выходом соответствующей «ячейки» (2), блок считывающей электроники (10), блок контроля и обнаружения отклонений (11), программируемую матрицу (12) и компьютер (13).The device for controlling the parameters of the proton beam during proton therapy, shown in FIG. 1 contains a pad chamber (1), the active plane of which is divided into "cells" (2), each of which contains pads (3), and integrating electrodes (4) located in front of the pad chamber (1). The active plane of each of the integrating electrodes (4) coincides in geometric dimensions and location with the corresponding "cell" (2) of the active plane of the pad chamber (1) and is located close to it, forming a common coordinate-sensitive camera (5), shown in Fig. . 2. The device, in addition, contains an electronic analyzer (6) connected in series, each of the inputs of which is connected by means of a current output (7) to the output of the corresponding integrating electrode (4), an analog multiplexer (8), each of the corresponding inputs of which is connected to using a current output (9) with the output of the corresponding “cell” (2), a reading electronics unit (10), a control and deviation detection unit (11), a programmable matrix (12) and a computer (13).
Заявленное устройство используют следующим образом.The claimed device is used as follows.
Из ускорителя (14), в частности, синхротрона, выпускают пучок протонов (15) для облучения мишени (16), например, опухоли. Для привязки положения мишени (16) к оси пучка протонов (15) введена система координат х, у, z (17). Пучок протонов (15), выпущенный из ускорителя (14), фокусируется двумя квадрупольными линзами (18) и проходит через сканирующие магниты (19). Координатно-чувствительную камеру (5) располагают между пациентом, т.е. перед мишенью (16), и за последним сканирующим магнитом (19). Активные плоскости интегрирующих электродов (4) и «ячеек» (2) перпендикулярны оси z (20), которую называют глубиной. Ось х (21) называют шириной, ось у (22) - высотой.From the accelerator (14), in particular the synchrotron, a beam of protons (15) is emitted to irradiate the target (16), for example, a tumor. To bind the position of the target (16) to the axis of the proton beam (15), the x, y, z coordinate system (17) was introduced. The proton beam (15) released from the accelerator (14) is focused by two quadrupole lenses (18) and passes through the scanning magnets (19). The coordinate-sensitive camera (5) is placed between the patient, i.e. in front of the target (16), and behind the last scanning magnet (19). The active planes of the integrating electrodes (4) and "cells" (2) are perpendicular to the z-axis (20), which is called the depth. The x-axis (21) is called the width, the y-axis (22) is called the height.
Пучок протонов (15) в течении одного полного выпуска ускорителя (14) облучает активные плоскости интегрирующих электродов (4) и «ячеек» (2). Электронный анализатор (6) по импульсу тока определяет, через какой номер интегрирующего электрода (4) прошел спот пучка протонов (15).The proton beam (15) during one full release of the accelerator (14) irradiates the active planes of the integrating electrodes (4) and "cells" (2). The electronic analyzer (6) determines by the current pulse through which number of the integrating electrode (4) the spot of the proton beam (15) has passed.
На фиг. 1 показаны два луча спота пучка протонов (15), один из которых проходит через номер N(i) (23) интегрирующего электрода (4). Второй луч проходит через номер N(i+4) (24). Для любого луча спота всегда происходит совпадение номера интегрирующего электрода (4) и номера «ячейки» (2). Если спот пучка протонов (15) прошел через какой-либо номер «ячейки» (2), то сработает интегрирующий электрод (4) с таким же номером.In FIG. 1 shows two spot beams of the proton beam (15), one of which passes through the number N(i) (23) of the integrating electrode (4). The second ray passes through the number N(i+4) (24). For any spot beam, the number of the integrating electrode (4) and the number of the “cell” (2) always coincide. If the proton beam spot (15) passed through any “cell” number (2), then the integrating electrode (4) with the same number will work.
После определения электронным анализатором (6) номера сработавшего интегрирующего электрода (4), этот номер в виде кода передается на аналоговый мультиплексор (8), число входов (24) которого равно числу «ячеек» (2).After the electronic analyzer (6) determines the number of the triggered integrating electrode (4), this number is transmitted in the form of a code to the analog multiplexer (8), the number of inputs (24) of which is equal to the number of "cells" (2).
Сигналы, соответствующие профилю распределения дозы, со всех n падов сработавшей «ячейки» (2) поступают на вход аналогового мультиплексора (8) по коду поступившего номера и далее поступают на блок считывающей электроники (10). Запуск блока считывающей электроники (10) происходит по сигналу от ускорителя (14).The signals corresponding to the dose distribution profile from all n pads of the triggered "cell" (2) are fed to the input of the analog multiplexer (8) according to the code of the received number and then fed to the reading electronics unit (10). The readout electronics unit (10) is started by a signal from the accelerator (14).
Заявленный способ обеспечивает контроль параметров пучка протонов (15), проходящего через каждую «ячейку» (2) падовой камеры (1) за полный выпуск ускорителя (14), который осуществляют следующим образом.The claimed method provides control of the parameters of the proton beam (15) passing through each "cell" (2) of the pad chamber (1) for the full release of the accelerator (14), which is carried out as follows.
За один спот, проходящий через каждую «ячейку» (2) падовой камеры (1), измеряют параметры профиля распределения дозы. Измеренные параметры для каждой ячейки (2) хранят в буфере памяти блока считывающей электроники (10) Далее измеренные параметры для всех «ячеек» (2) за полный выпуск ускорителя (14) передают на блок контроля и обнаружения отклонений (далее - БКОО) (11). В БКОО (11) заранее, при калибровке координатно-чувствительной камеры (5), записывают допустимые значения этих параметров. В программируемой матрице (FPGA) (12) программируют применяемые алгоритмы облучения. Если БКОО (11) и программируемая матрица (12) обнаруживают отклонение измеренных параметров от допустимых, то отключают пучок протонов (15).For one spot passing through each "cell" (2) of the pad chamber (1), the parameters of the dose distribution profile are measured. The measured parameters for each cell (2) are stored in the memory buffer of the reading electronics unit (10) Further, the measured parameters for all "cells" (2) for the full release of the accelerator (14) are transmitted to the control and deviation detection unit (hereinafter referred to as BCOO) (11 ). In BCOO (11) in advance, when calibrating the coordinate-sensitive camera (5), the permissible values of these parameters are recorded. In a programmable matrix (FPGA) (12) used irradiation algorithms are programmed. If the BCOO (11) and the programmable matrix (12) detect a deviation of the measured parameters from the allowable ones, then the proton beam (15) is turned off.
Если за полный выпуск ускорителя (14) БКОО (11) и FPGA (12) не обнаруживают отклонений, то профили распределения дозы передают по линии связи (25) на компьютер (13) для записи и визуализации. Основные управляющие сигналы от ускорителя (14) передают по линии связи (26).If for the full release of the accelerator (14) BCOO (11) and FPGA (12) do not detect deviations, then the dose distribution profiles are transmitted via the communication line (25) to the computer (13) for recording and visualization. The main control signals from the accelerator (14) are transmitted via the communication line (26).
Пример реализации заявленного способа.An example of the implementation of the claimed method.
На фиг. 3а показана «ячейка» (2), имеющая 5×5 падов. Граница сработавшей «ячейки» (2) обозначена как (27), «ячейка» (2), через которую прошел спот пучка протонов (15), как (28). Пад обозначен как (29). Параметры профиля распределения дозы d20, d50, d80 и d90, применяемые в клинической протонной терапии, обозначены как (30). На фиг. 3b показан профиль распределения дозы, который измерила «ячейка» (2) за спот по координатам х (31) и у (32). Видно, что спот пучка протонов (15) прошел через пад с номером 4 по координате х и номером 3 по координате у. Для контроля выбирали параметр d50 - доза на уровне 50% от измеренного профиля по координатам х и у.In FIG. 3a shows a "cell" (2) having 5×5 pads. The boundary of the triggered “cell” (2) is designated as (27), the “cell” (2) through which the spot of the proton beam (15) passed, as (28). The pad is marked as (29). The dose distribution profile parameters d20, d50, d80 and d90 used in clinical proton therapy are designated as (30). In FIG. 3b shows the dose distribution profile measured by the "cell" (2) over the spot along the x (31) and y (32) coordinates. It can be seen that the spot of the proton beam (15) passed through the pad with
Из измеренных профилей распределения дозы по каждому споту за полный выпуск ускорителя вычисляли дозы на уровне 50% от максимума распределения, так называемый медицинский параметр d50:From the measured dose distribution profiles for each spot for the full release of the accelerator, doses were calculated at the level of 50% of the distribution maximum, the so-called medical parameter d50:
d(x,y)50L=f(x,y) - доза на левом крыле профиля распределения дозы на уровне 50% от максимума, измеренная падовой камерой для координат х, у;d(x,y) 50L =f(x,y) - dose on the left wing of the dose distribution profile at the level of 50% of the maximum, measured by the pad camera for coordinates x, y;
d(x,y)50R - f(x,y) - доза на правом крыле профиля распределения дозы на уровне 50% от максимума, измеренная падовой камерой для координат х, у.d(x,y) 50R - f(x,y) - dose on the right wing of the dose distribution profile at the level of 50% of the maximum, measured by the pad camera for x, y coordinates.
Далее вычисляли следующий параметр:Next, the following parameter was calculated:
Кх,у=d(x,y)50L/d(x,y)50R,K x, y \u003d d (x, y) 50L / d (x, y) 50R ,
который контролировали БКОО (11) и записывали в компьютер (13) за каждый выпуск ускорителя (14).which was controlled by BCOO (11) and recorded in a computer (13) for each release of the accelerator (14).
Именно этот параметр наиболее чувствителен для любого отклонения пучка протонов при облучении мишени по заданному алгоритму. В случае отклонения параметра Кх,у от заданного, происходит отключение ускорителя (14).It is this parameter that is most sensitive to any deflection of the proton beam when the target is irradiated according to a given algorithm. If the parameter K x, y deviates from the specified one, the accelerator is switched off (14).
Таким образом, использование заявленного устройства и реализация заявленного способа позволяет достичь полного соответствия между планируемыми параметрами медицинского пучка протонов и реально используемыми во время облучения пациента.Thus, the use of the claimed device and the implementation of the claimed method makes it possible to achieve full compliance between the planned parameters of the medical proton beam and those actually used during patient irradiation.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790928C1 true RU2790928C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697763C1 (en) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and method of radiation detection |
| RU2747365C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-05-04 | Виктор Валентинович Сиксин | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697763C1 (en) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Radiation detection system for neutron capture therapy system and method of radiation detection |
| RU2747365C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-05-04 | Виктор Валентинович Сиксин | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Сиксин В. В. "Многофункциональная ионизационная камера и ее электронный тракт для применения на медицинском ускорителе "Прометеуc". Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2020. Т. 23, N 3. C. 229-240. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11691031B2 (en) | Systems, methods, and devices for radiation beam asymmetry measurements using electronic portal imaging devices | |
| US20210138272A1 (en) | Systems, methods, and devices for radiation beam alignment and radiation beam measurements using electronic portal imaging devices | |
| US9873004B2 (en) | Systems for efficient daily constancy check of proton therapy systems | |
| US7679049B2 (en) | Calibrating a positron emission tomography scanner | |
| US8119978B2 (en) | Apparatus and methods for real-time verification of radiation therapy | |
| US9061143B2 (en) | Charged particle beam irradiation system and charged particle beam irradiation planning method | |
| US20060203967A1 (en) | Method for pre treatment verification in radiation therapy | |
| Giordanengo et al. | Review of technologies and procedures of clinical dosimetry for scanned ion beam radiotherapy | |
| JP6699004B2 (en) | Neutron capture therapy system and method of controlling neutron capture therapy system | |
| JP2023530362A (en) | Neutron capture therapy device | |
| Kang et al. | Monte Carlo design study of a gamma detector system to locate distal dose falloff in proton therapy | |
| RU2790928C1 (en) | Device for proton beam parameter control during proton therapy and method for proton beam control using this device | |
| RU2786345C1 (en) | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation | |
| JP7083994B2 (en) | Neutron beam measuring device and neutron beam measuring method | |
| RU2747365C1 (en) | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation | |
| RU2797781C1 (en) | Adaptive algorithm for validation of a dosimetric model of a thin scanning proton beam in the field of proton therapy for oncological diseases | |
| JPWO2022002231A5 (en) | ||
| US12036421B2 (en) | Systems and methods for FLASH therapy | |
| Grochowska et al. | PO-0860: Film quality audit of MLC performance for IMRT dosedelivery | |
| WO2022251300A1 (en) | Systems and methods for flash therapy | |
| Virag et al. | Beam modeling of Elekta Agility MLC for Monte Carlo and Collapsed Cone Convolution computational algorithms in Monaco treatment planning system |