專利名稱：離子束檢測(cè)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子束的檢測(cè)方法和裝置。本發(fā)明還涉及采用了該離子束檢測(cè)方法的輻射劑量測(cè)定設(shè)備和放射治療設(shè)備。
本發(fā)明的一般應(yīng)用包括任何關(guān)于離子束的檢測(cè)或測(cè)定操作。
本發(fā)明的特殊應(yīng)用包括諸如放射治療設(shè)備等醫(yī)療設(shè)備的校準(zhǔn)和控制。
背景技術(shù)：
放射治療是一種醫(yī)學(xué)處理技術(shù)，其主要包括利用諸如X、β和/或γ射線等離子射線輻射人體組織。輻射的目的是摧毀患者體內(nèi)的癌變腫瘤。
在將離子束施加到癌變組織上時(shí)，健康組織也不可避免地暴露在離子束下。此外，為了限制腫瘤周圍的健康組織所接收到的輻射劑量，患者通常要接受多次曝射。曝射是利用離子束從不同方向上進(jìn)行的，但每次截取一個(gè)與將被摧毀的腫瘤相對(duì)應(yīng)的單獨(dú)區(qū)域。通過這種方式，腫瘤受到多次曝射。然而，周圍健康組織只受到那些路徑被對(duì)正的離子束的曝射。
離子束的控制，特別是其定位、開角和強(qiáng)度的控制，是由一種稱作“planning RT”軟件的出射軌跡軟件而實(shí)現(xiàn)的。
為了對(duì)健康組織和癌變組織進(jìn)行不同的曝射，必須對(duì)離子束進(jìn)行的精確控制。組織所接收到的輻射劑量必須控制在5％或以下的誤差范圍內(nèi)。事實(shí)上，過大的輻射劑量會(huì)摧毀或損壞健康組織，過小的輻射劑量將導(dǎo)致腫瘤再生。
離子束通常不是單能譜型的，而是由具有不同輻射能的離子束組合形成的。組合的離子束對(duì)其軌跡上所遇到的障礙物例如隔膜是敏感的。因此，組織或組織上的給定區(qū)域內(nèi)所接收到的輻射劑量取決于很多難以預(yù)測(cè)的參數(shù)。難以利用照射值并通過計(jì)算而精確和完全地預(yù)測(cè)每個(gè)點(diǎn)處接收到的輻射劑量。
因此，為了利用出射軌跡軟件來(lái)精確地控制離子束，需要檢測(cè)離子束，以確定人體中的需要被照射的任何點(diǎn)處所希望接收到的輻射劑量。
一種眾所周知的檢測(cè)裝置具有氣體離子化室，這些離子化室可以移動(dòng)到離子束中。然而，這些室不是對(duì)它們所承受的離子束中的所有輻射成分均敏感，并且這些室具有與受到輻射的活性組織不同的吸收特性。此外，這些離子化室沒有考慮到因曝射區(qū)域周圍的組織所造成的射線擴(kuò)散現(xiàn)象。結(jié)果，這些離子化室的效果與在相同條件下被曝射的組織所接收的輻射劑量的效果不同。為了適宜地應(yīng)對(duì)這一點(diǎn)，這些離子化室必須被浸沒在與活性組織的特性非常相似的液體例如水中。
另一種類型的檢測(cè)裝置具有安置在離子束的場(chǎng)中的液體離子化室。采用液體，可以使得這些室的吸收特性與活性組織非常接近。然而，由于離子在液體中的活動(dòng)能力低，而且會(huì)受到因離子化而產(chǎn)生的離子的重組現(xiàn)象的干擾，因此這種檢測(cè)裝置的反應(yīng)遲緩并且是非線性的。
最后，閃爍體檢測(cè)裝置也是眾所周知的。這種裝置具有附著在光纖上的多個(gè)閃爍體。光纖的作用是在離子束的外側(cè)傳輸信號(hào)，以確保在不受離子射線污染的環(huán)境中讀取信號(hào)。一束光纖構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)頭，該束光纖中可以具有交替安置的閃爍光纖和非閃爍光纖。
這種裝置的制造成本非常高，特別是在光纖布置方面。此外，裝置的分辨率受到單個(gè)閃爍纖維的尺寸和閃爍纖維數(shù)量的限制；在這里，也就是受到閃爍纖維數(shù)量和直徑的限制。
最后，除了存在閃爍現(xiàn)象以外，還存在一種稱作契倫科夫光的雜散光，因而會(huì)造成困難。
對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的更詳細(xì)的描述見于參考文獻(xiàn)(1)至(5)中。這些參考文獻(xiàn)列于說(shuō)明書的最后部分中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出一種離子束檢測(cè)裝置，其不具有前述限制或問題。
本發(fā)明的一個(gè)特別目的是提出一種簡(jiǎn)單的檢測(cè)裝置，其相對(duì)便宜，并且能夠精確地報(bào)告離子束預(yù)期照射在活性組之上的輻射劑量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種不受契倫科夫光干擾的檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種離子束檢測(cè)方法以及采用該方法的輻射劑量測(cè)定設(shè)備和放射治療設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種或多種離子束的檢測(cè)裝置，其包括一個(gè)檢測(cè)頭，其包含一個(gè)閃爍體和連接著所述閃爍體的至少一個(gè)離子射線擴(kuò)散塊；以及一個(gè)第一成像裝置，其由檢測(cè)頭中的至少一個(gè)包含所述閃爍體的部分形成至少一個(gè)圖像；根據(jù)本發(fā)明，所述閃爍體具有至少一個(gè)由閃爍材料構(gòu)成的近乎各向同性的厚板，該厚板具有兩個(gè)相反的主表面，所述擴(kuò)散塊覆蓋著所述閃爍體的至少一個(gè)所述主表面，所述檢測(cè)裝置還具有用于區(qū)分檢測(cè)頭中的閃爍光和雜散契倫科夫光的區(qū)分裝置。
根據(jù)本發(fā)明，檢測(cè)裝置的分辨率不再與閃爍體的結(jié)構(gòu)相關(guān)。其主要取決于閃爍板所形成的圖像。此外，使用厚且近乎各向同性的閃爍板，可以顯著降低制造成本。
閃爍板優(yōu)選非常薄。例如，其可以由厚度為1至5mm的片材構(gòu)成，其主表面的面積為100至900cm2。閃爍板可以具有大致圓形或矩形的形狀。
利用閃爍板，借助于其閃爍性能，可以基于其限定的平面來(lái)報(bào)告每個(gè)點(diǎn)所接收到的輻射劑量。閃爍板上的每個(gè)點(diǎn)處的閃爍光強(qiáng)度事實(shí)上與接收到的輻射劑量相關(guān)。通過這種方式，閃爍板能夠沿一個(gè)平面對(duì)離子束作出一種“截面”。
如需要，檢測(cè)裝置可以裝配在一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)頭與被檢測(cè)的離子束的發(fā)射源之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)裝置上。借助于由平移或轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成的所述運(yùn)動(dòng)，可以依次對(duì)不同的平面進(jìn)行考察，從而獲取關(guān)于可能沉積在一定體積內(nèi)的輻射劑量的信息。
附著在閃爍板上的離子射線擴(kuò)散器的作用是模擬射線穿過給定對(duì)象環(huán)境時(shí)的擴(kuò)散現(xiàn)象。更準(zhǔn)確地講，閃爍板上的每個(gè)點(diǎn)處的閃爍不但反映了該點(diǎn)處直接接收到的輻射劑量，還反映了閃爍板外側(cè)的擴(kuò)散器中的與該點(diǎn)相鄰的點(diǎn)處的輻射劑量。擴(kuò)散器的優(yōu)點(diǎn)是能夠模擬患者體內(nèi)的未被隔離的組織。擴(kuò)散塊可以僅設(shè)置在閃爍板的一個(gè)表面上，但優(yōu)選設(shè)置在閃爍板的兩個(gè)表面上。擴(kuò)散塊的厚度可以根據(jù)希望被考慮到的擴(kuò)散現(xiàn)象的程度而變化。對(duì)于前述尺寸范圍內(nèi)的閃爍板，作為示例，可以采用厚度在150至400mm之間的擴(kuò)散塊。擴(kuò)散塊覆蓋著閃爍板的自由表面的全部或一部分。
為將檢測(cè)裝置用在放射治療設(shè)備中，閃爍體材料和擴(kuò)散塊材料優(yōu)選為輻射吸收系數(shù)與活性組織接近的材料。作為示例，擴(kuò)散塊優(yōu)選由塑料制成，例如PMMA(樹脂玻璃)、聚乙烯甲苯或含有氧化鈦的透明塑料。閃爍板的閃爍材料可以是例如Bicron公司的BC430。
成像裝置腦一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)，特別是CCD型攝像機(jī)。攝像機(jī)的輸出信號(hào)可以被用于根據(jù)圖像的不同部分的照射強(qiáng)度來(lái)計(jì)算輻射劑量。
為了便于利用攝像機(jī)拍攝閃爍體圖像，至少一個(gè)擴(kuò)散塊可以由透明材料制成。光可以自由傳播通過擴(kuò)散塊而到達(dá)攝像機(jī)。擴(kuò)散塊還可以裝配有用于將光向成像裝置折射的鏡，該鏡也可以設(shè)在擴(kuò)散塊的延長(zhǎng)段上。
根據(jù)離子束的能量，被離子束穿過的透明擴(kuò)散塊中還可能產(chǎn)生雜散光，該雜散光也被稱作契倫科夫光。契倫科夫光來(lái)自一種離子束中的相對(duì)論電子，該離子束以高于光在材料中的傳播速度的速度傳播到材料中。這一現(xiàn)象出現(xiàn)在閃爍體的非常靠近邊緣的區(qū)域中，并且由于擴(kuò)散塊的厚度較大，因此會(huì)在擴(kuò)散塊中以很高的程度產(chǎn)生。雜散契倫科夫光添加在閃爍光上，并且容易導(dǎo)致離子束沉積輻射劑量的計(jì)算值失真。
為了防止這一問題出現(xiàn)，本發(fā)明的檢測(cè)裝置可以配備有用于區(qū)分雜散契倫科夫光和閃爍光的區(qū)分裝置。隨后，在計(jì)算閃爍體接收到的輻射劑量時(shí)，可以計(jì)入契倫科夫光的份額評(píng)定值。
區(qū)分裝置可以具有例如一個(gè)安置在擴(kuò)散塊與閃爍體之間的光閘。所述光閘對(duì)于閃爍體發(fā)出的閃爍光而言是不透明的，對(duì)于將被檢測(cè)的離子束而言是透明的。
通過這種方式，可以通過擴(kuò)散塊拍攝到兩個(gè)閃爍體圖像。在光閘打開時(shí)拍攝到的第一圖像包括閃爍光成分和契倫科夫光成分。在相同的曝射在離子束中的條件下，在光閘關(guān)閉時(shí)拍攝到的第二圖像只包含契倫科夫光成分。因此，通過一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)地從第一圖像中減去第二圖像的發(fā)光值，可以將契倫科夫光成分從第一圖像中消除。這種操作可以利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行。
在一種簡(jiǎn)化的形式中，光閘可以采用一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽層，其遮擋住一小部分閃爍體。利用與屏蔽層相對(duì)應(yīng)的一部分圖像，可以從整個(gè)圖像中計(jì)算出契倫科夫光成分。
然而，在一種改進(jìn)的形式中，光閘可以是電控液晶光閘。電控裝置控制液晶從相對(duì)于閃爍光的透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變到相對(duì)于閃爍光的不透明狀態(tài)，反之亦然。
作為一種改型，契倫科夫光和閃爍光的區(qū)分裝置還可以包括至少一個(gè)用于形成檢測(cè)頭圖像的第二成像裝置，其對(duì)閃爍光和/或契倫科夫光敏感，并且與第一成像裝置的敏感特性不同。接下來(lái)，計(jì)算方法可以比較第一和第二成像裝置的圖像，從而計(jì)算出閃爍光和/或契倫科夫光的份額。
第一和第二成像裝置可以分別具有兩個(gè)或多個(gè)附著在不同顏色的光譜過濾器上的攝像機(jī)。光譜過濾器只允許選定光譜帶內(nèi)的來(lái)自檢測(cè)頭的光從中穿過而到達(dá)攝像機(jī)。這樣，每個(gè)攝像機(jī)分別構(gòu)成了一個(gè)用于形成不同圖像的成像裝置。
第一和第二成像裝置還可以具有單一的攝像機(jī)，該攝像機(jī)附著在一個(gè)機(jī)構(gòu)上，該機(jī)構(gòu)用于將兩個(gè)或更多個(gè)不同的光譜過濾器依次安置在光路中。在這種情況下，附著在每個(gè)不同過濾器上的單一攝像機(jī)可以認(rèn)為是每一時(shí)刻均不相同的成像裝置。實(shí)施上，過濾器導(dǎo)致能夠在不同的攝像機(jī)中拍攝多個(gè)圖像。如果需要，過濾器還可以安置在由攝像機(jī)拍攝的單一圖像的范圍內(nèi)的幾個(gè)部位上。
在圖像的一個(gè)點(diǎn)處接收到的波長(zhǎng)為λ的光的強(qiáng)度IA可以分解表示為IA＝a×S+b×C在上述公式中，S表示閃爍光份額，C表示契倫科夫光份額。參數(shù)a和b是比例系數(shù)，它們將所產(chǎn)生的閃爍光和契倫科夫光的份額C和S聯(lián)系起來(lái)。參數(shù)a和b可以通過實(shí)驗(yàn)確定，例如通過具有已知特性的離子束。參數(shù)a可以如此確定，以使S直接表示閃爍體局部接收的輻射劑量。在這一點(diǎn)上，假定閃爍體上的一個(gè)區(qū)域中接收到的輻射劑量與該區(qū)域發(fā)出的閃爍光的照射強(qiáng)度之間存在一定的比例關(guān)系。這一點(diǎn)將在后面的描述中更詳細(xì)地討論。
上面給出的簡(jiǎn)化例子可以采用兩個(gè)過濾器，它們分別可以被對(duì)應(yīng)于綠色光和藍(lán)色光的不同波長(zhǎng)λ的光透過。可以得到下面的公式Igreen＝a1×S+b1×C，以及Iblue＝a2×S+b2×C
參數(shù)a1、a2、b1、b2與前面描述的參數(shù)a和b的類型相同。
在接收到的輻射劑量中由爍光提供的份額可以表示為下面的公式S＝(b2×Igreen-a2×Iblue)/(a1×b2-a2×b1)換言之，我們可以得到下面的公式S＝k1×Igreen-k2×Iblue其中k1和k2是比例系數(shù)。所述系數(shù)可以通過前述方式計(jì)算，或者可以通過一種或多種具有已知特性的離子束來(lái)確定。
契倫科夫光份額C可以通過類似的方式計(jì)算出來(lái)。
更多數(shù)量的過濾器可以用于建立其它方程，以確定閃爍體的每個(gè)點(diǎn)上所接收到的輻射劑量。
應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)度IA表示的是與閃爍體上的相應(yīng)點(diǎn)或區(qū)域相關(guān)的圖像中的小的點(diǎn)或區(qū)域上的強(qiáng)度。
根據(jù)契倫科夫光和閃爍光的區(qū)分裝置的另一種應(yīng)用可能性，所述區(qū)分裝置可以具有安置在所述閃爍體與面對(duì)著至少一個(gè)所述成像裝置的透明擴(kuò)散塊之間的偏光器。在這種情況下，一個(gè)或多個(gè)檢偏器可以附著在該成像裝置上。
所述區(qū)分裝置的功能基于這樣一個(gè)特性，即契倫科夫光和閃爍光未被偏光處理。這一結(jié)果主要源于這些光的光源處的現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)特性。
通過在閃爍體與透明擴(kuò)散塊之間安置用于被閃爍光透過的偏光器，閃爍光被選擇性地進(jìn)行偏光處理。此外，為成像裝置配備的檢偏器基于其定位而在或大或小的程度上影響了閃爍光，但未影響到契倫科夫光。
現(xiàn)在可以評(píng)定契倫科夫光的份額，例如通過阻擋住閃爍光。然后，如果檢偏器垂直于契倫科夫光的傳輸方向的話，可以將契倫科夫光份額從總光量中減掉，從而確定出閃爍光成分。
檢偏器還可以被安裝成能夠在擴(kuò)散塊與成像裝置之間回轉(zhuǎn)。還可以將成像裝置構(gòu)造成兩個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)的形式，所述攝像機(jī)裝配有兩個(gè)或多個(gè)交叉的偏光器，所述偏光器用于將兩個(gè)或多個(gè)圖像從閃爍體和擴(kuò)散塊供應(yīng)出來(lái)。
因此，可以獲得閃爍光以及閃爍體的給定區(qū)域內(nèi)所接收到的輻射劑量D，如下面的公式所述D＝a×I→+b×I↑參數(shù)a和b仍然是可以被類似地計(jì)算出或可以利用具有已知特性的離子束通過試驗(yàn)確定出來(lái)的參數(shù)，I→和I↑是裝配有交叉偏光器(檢偏器)的攝像機(jī)所獲得的給定區(qū)域內(nèi)的照射強(qiáng)度。上述公式對(duì)應(yīng)于只使用兩個(gè)檢偏器時(shí)的結(jié)構(gòu)。更多數(shù)量的檢偏器也可以采用。
應(yīng)當(dāng)指出，所述多個(gè)攝像機(jī)可以被替換為單一的攝像機(jī)，其通過設(shè)在不同交叉定向上的檢偏器交替接收來(lái)自檢測(cè)頭的光。攝像機(jī)接收范圍內(nèi)的不同部分也可以同時(shí)接收來(lái)自不同檢偏器的光。最后，單一的回轉(zhuǎn)式檢偏器可以用于在不同時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同的交叉檢偏方向。通過這種方式，不再需要采用一個(gè)以上的檢偏器。
一些附加的改進(jìn)也可以被采用。例如，一個(gè)反射器可以被安置在閃爍器的一個(gè)主表面上，該主表面與設(shè)有透明擴(kuò)散塊的那個(gè)表面相反，即與面向成像裝置的表面相反。
根據(jù)另一項(xiàng)改進(jìn)，檢測(cè)頭可以具有一個(gè)用于將閃爍光向成像裝置折射的折射鏡。這一特征可以提供出多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，保護(hù)成像裝置不會(huì)接收到將被檢測(cè)的離子束。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以限制向單一檢測(cè)頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)涉及到成像裝置。作為一個(gè)例子，為了通過檢測(cè)頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而覆蓋被檢測(cè)離子束，可以將折射鏡安置在這樣的位置，即可將光向著位于旋轉(zhuǎn)軸線上的攝像機(jī)折射。
前面描述的檢測(cè)裝置能夠提供出與被檢測(cè)離子束的輻射劑量有關(guān)的值。還可以通過為裝置配備一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)離子化室而構(gòu)成能夠?qū)嵤┙^對(duì)測(cè)量的輻射劑量測(cè)定設(shè)備。這些小的離子化室可以容納在閃爍體中，或直接毗鄰閃爍體。作為示例，通過將由來(lái)自閃爍體中的與校準(zhǔn)離子化室相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的圖像所確定出來(lái)的輻射劑量值調(diào)節(jié)到由校準(zhǔn)離子化室本身確定出的輻射劑量值，可以實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。
利用具有一個(gè)或可能多個(gè)死區(qū)的閃爍體，可以確定契倫科夫光份額，以實(shí)現(xiàn)精確校準(zhǔn)。死區(qū)是這樣一個(gè)區(qū)域，其不能發(fā)出閃爍光，但能夠在離子束的作用下發(fā)出契倫科夫光。死區(qū)可以是例如閃爍板中的一個(gè)空腔，空腔中充有吸光性能與閃爍體材料類似的透明塑料。不含閃爍光成分的死區(qū)圖像可以用于直接確定契倫科夫光的干涉效果。
根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)附加改進(jìn)，閃爍體可以具有至少兩個(gè)或多個(gè)由對(duì)能量的吸收系數(shù)不同的閃爍材料構(gòu)成的板。這樣，可以形成選擇性地對(duì)每個(gè)所述板敏感的成像裝置。
優(yōu)選使用吸光系數(shù)與將被照射的組織的吸光系數(shù)成比例的閃爍材料。然而，比例系數(shù)不一定必然完美地適用于將被檢測(cè)的離子束的整個(gè)能量譜。因此，必須對(duì)用于將記錄的閃爍光強(qiáng)度與組織接收到的精確輻射劑量聯(lián)系起來(lái)的乘法系數(shù)進(jìn)行校正。
通過使用多個(gè)由對(duì)被檢測(cè)離子束的能量的吸收系數(shù)不同的閃爍材料構(gòu)成的板，即使存在非線性項(xiàng)，也能夠計(jì)算出所接收到的輻射劑量。通過下面的公式，可以在線性項(xiàng)和二次項(xiàng)的基礎(chǔ)上計(jì)算出輻射劑量DD=ΣiKiSi+ΣijKijSiSj]]>在上面的公式中，ki和kij分別是代表著不同閃爍板上的閃爍光份額的線性分量Si和二次分量Sij的比例系數(shù)。所述系數(shù)可以通過計(jì)算得到。
通過在分開的攝像機(jī)上形成來(lái)自不同閃爍板的圖像，或者通過使用發(fā)射無(wú)效光譜內(nèi)的閃爍光的閃爍板，不同閃爍板的份額可以被區(qū)分出來(lái)。在這種情況下，可以利用安置在一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)前面的光譜過濾器實(shí)現(xiàn)區(qū)分。光譜過濾器的使用方法類似于前面已經(jīng)描述過的用于區(qū)分契倫科夫光的方法，這里不再重復(fù)敘述。
如前所述，檢測(cè)裝置可以用在輻射劑量測(cè)定設(shè)備中。輻射劑量測(cè)定設(shè)備還具有一個(gè)計(jì)算單元，該計(jì)算單元用于利用所述檢測(cè)裝置提供的圖像建立離子束提供的輻射劑量分布數(shù)據(jù)。換言之，根據(jù)一個(gè)平面或體積內(nèi)的不同區(qū)域中所記錄的閃爍光，來(lái)計(jì)算該區(qū)域內(nèi)的輻射量。
檢測(cè)裝置還可以組合在放射治療設(shè)備中，該放射治療設(shè)備還具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)射源。
檢測(cè)裝置適用于檢測(cè)來(lái)自不同發(fā)射源的不同類型的離子束。檢測(cè)裝置還可以包括一個(gè)附加擴(kuò)散塊，其帶有一個(gè)用于容納射線發(fā)射源的殼體，該附加擴(kuò)散塊具有至少一個(gè)可被用在檢測(cè)頭中的表面。這樣的附加擴(kuò)散塊可以用于檢測(cè)從處在類似于患者體內(nèi)環(huán)境中的射線發(fā)射源發(fā)出的離子束。
本發(fā)明還涉及一種利用前面所述的檢測(cè)裝置檢測(cè)離子束發(fā)射源的方法，其中至少一個(gè)來(lái)自閃爍體的圖像被形成，并且根據(jù)所述圖像的不同部分計(jì)算閃爍體所接收到的局部輻射劑量。該方法的不同方面及用途已經(jīng)參照檢測(cè)裝置作過描述。這些方面在此不再重復(fù)敘述。
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)。下面的描述僅為解釋性的，而非限制性的。


圖1是采用了本發(fā)明的檢測(cè)裝置的放射治療設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖。
圖2是閃爍光和雜散契倫科夫光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)之間關(guān)系的曲線圖。圖中的坐標(biāo)軸沒有設(shè)置刻度。
圖3、4、5、6是根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)裝置的簡(jiǎn)化示意圖，檢測(cè)裝置中裝有各種用于區(qū)分閃爍光和雜散契倫科夫光的裝置。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一種改進(jìn)的檢測(cè)裝置的簡(jiǎn)化示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，為了便于理解不同圖之間的相互關(guān)系，各圖中相同、相似或等同的部件以相同的附圖標(biāo)記表示。此外，為了使圖中的結(jié)構(gòu)較為清楚，并非所有的元件均以一致的比例表示。
圖1中示出了一種放射治療設(shè)備，其具有一個(gè)離子束發(fā)射源10、一個(gè)用于檢測(cè)離子束100的裝置和一個(gè)用于建立離子束分布模式的計(jì)算單元12。分布模式用于確定離子束照射在患者體內(nèi)任何點(diǎn)處的預(yù)期輻射劑量。
患者通過檢測(cè)裝置上的一個(gè)檢測(cè)頭110而被建模。該檢測(cè)頭安裝在一個(gè)帶動(dòng)其移動(dòng)的致動(dòng)器112上，以使檢測(cè)頭能夠移經(jīng)離子束的整個(gè)截面區(qū)域。致動(dòng)器可以被設(shè)計(jì)成用于沿一個(gè)或多個(gè)方向橫向移動(dòng)，并且如需要可以轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管離子束發(fā)射源10也可以是移動(dòng)的，但在圖示的例子中，其被認(rèn)為是固定的。
檢測(cè)頭110具有一個(gè)閃爍體，其采用的是閃爍材料薄板114的形式，即由能夠?qū)㈦x子射線轉(zhuǎn)化成光射線的材料構(gòu)成的薄板。其可以是例如Bicron公司的BC400型板材。為了清楚起見，圖中將板厚顯著放大。材料板在其主表面上覆蓋了兩個(gè)透明擴(kuò)散塊116和117。
一個(gè)電荷耦合器件(CCD)118對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)散塊116，該電荷耦合器件構(gòu)成了用于形成圖像的成像裝置。攝像機(jī)用于提供數(shù)據(jù)信號(hào)形式的圖像，該圖像被發(fā)送到計(jì)算單元12。在同時(shí)還能控制檢測(cè)頭運(yùn)動(dòng)的所述計(jì)算單元中，計(jì)算離子束的特性，特別是預(yù)期照射在曝射人體的不同部位上的輻射劑量。附圖標(biāo)記120總體上表示一個(gè)透鏡，其用于使來(lái)自閃爍板和擴(kuò)散塊的光在攝像機(jī)上形成圖像。閃爍板114發(fā)出的光穿過擴(kuò)散塊116，然后到達(dá)攝像機(jī)。
以虛線表示的反射鏡122可以以這樣的方式附著在一個(gè)擴(kuò)散塊如擴(kuò)散塊116上，即能夠?qū)⑷炕虿糠值拈W爍光和契倫科夫光發(fā)送到第二攝像機(jī)119上。該第二攝像機(jī)也連接著一個(gè)未示出的透鏡。
附圖標(biāo)記125總體上表示離子束探測(cè)器，其能夠探測(cè)是否有離子束。該探測(cè)器可以是例如基本的硅探測(cè)器。如果離子束10的離子束發(fā)射源是脈沖發(fā)射源的話，使用探測(cè)器125更為有益。事實(shí)上，它能夠使計(jì)算單元對(duì)圖像的獲取與離子束脈沖同步化，從而避免在沒有離子束時(shí)因干涉而受到影響。
為了分析由一個(gè)設(shè)在類似于患者體內(nèi)的環(huán)境中的離子束發(fā)射源所提供的輻射，檢測(cè)裝置可以具有一個(gè)以附圖標(biāo)記111表示的附加擴(kuò)散塊。該附加擴(kuò)散塊設(shè)有一個(gè)用于容納這種離子束發(fā)射源的殼體113。此外，該附加擴(kuò)散塊具有一個(gè)位于檢測(cè)頭上的可調(diào)表面。為了簡(jiǎn)化，附加擴(kuò)散塊111的形狀顯示為長(zhǎng)方形。然而，也可以設(shè)置更為復(fù)雜的形狀，以代表需要被照射的器官。
圖2中示出了在攝像機(jī)形成的圖像中的一個(gè)點(diǎn)處接收到的光的強(qiáng)度相對(duì)于波長(zhǎng)的分布模式。所述光包括閃爍光成分和雜散光成分，該雜散光稱作契倫科夫光，其已經(jīng)在很大程度上被覆蓋?？梢钥吹?，所接收到的光具有一個(gè)基礎(chǔ)部分C，其隨著波長(zhǎng)的增加而減小。這一部分就是契倫科夫光。該基礎(chǔ)部分上添加了相對(duì)狹窄的峰值部分S，其對(duì)應(yīng)于閃爍光。由于在閃爍光峰值部分處加有契倫科夫光，因此不可能直接看出閃爍光的強(qiáng)度，也就不能直接看出所接收到的輻射劑量。對(duì)于某些極端情況下的波長(zhǎng)，基礎(chǔ)部分太大，因而不能被忽略。
將在下面描述的隨后幾幅圖中示出了一定數(shù)量的用于區(qū)分閃爍光和雜散契倫科夫光的區(qū)分裝置。在這些圖中，只顯示了檢測(cè)裝置中的那些為理解本發(fā)明的原理所需的部件。至于其它部件，可以參看圖1。
圖3中示出了一種檢測(cè)頭，其具有一個(gè)設(shè)在閃爍板114與擴(kuò)散塊116之間的光閘130，該擴(kuò)散塊130反過來(lái)又指向攝像機(jī)118。本例中示出了液晶光閘。光閘對(duì)閃爍光的透射度級(jí)別被一個(gè)電控裝置控制，或者可能被前面參照?qǐng)D1描述的計(jì)算單元12控制。光閘總是保持對(duì)離子束透明。因此，在其關(guān)閉后，攝像機(jī)中將形成契倫科夫光圖像。相反，如果光閘130打開，則圖像同時(shí)包含契倫科夫光和閃爍光。兩種圖像之間的差別可以用于發(fā)現(xiàn)閃爍光自身的分量。為了簡(jiǎn)化，可以認(rèn)為閃爍板中產(chǎn)生的契倫科夫光同擴(kuò)散塊中產(chǎn)生的契倫科夫光相比是可忽略的。只要閃爍板同擴(kuò)散塊相比是薄的，這種近似就有效。與攝像機(jī)118相反安置的擴(kuò)散塊117以虛線表示，意思是在需要時(shí)可以將其拆除。
圖4中示出了一個(gè)攝像機(jī)118，其附帶有一個(gè)光譜過濾器組件142，該組件僅允許窄范圍內(nèi)的光線穿過。通過各光譜過濾器140來(lái)拍攝不同的圖像，能夠計(jì)算閃爍光的量，并因此而計(jì)算閃爍體接收到的輻射劑量。計(jì)算所采用的原理已經(jīng)在前面解釋過了，這里不再重復(fù)。通過各光譜過濾器140拍攝的圖像可以依次獲取，例如通過移動(dòng)位于攝像機(jī)118前面的光譜過濾器組件142。還可以利用第二攝像機(jī)119拍攝一些圖像，該第二攝像機(jī)上裝配有與第一攝像機(jī)118所附帶的過濾器140不同的第二過濾器144。在圖示的例子中，第二攝像機(jī)通過半透明折射鏡122而接收一部分光。
圖5中示出了檢測(cè)頭的另一個(gè)實(shí)施例，其具有一個(gè)安置在閃爍板114與擴(kuò)散塊117之間的不透明鏡150。鏡150具有兩個(gè)功能。第一個(gè)功能是用作反射器。事實(shí)上，鏡150能夠?qū)⑤^大部分的閃爍光發(fā)送到第一攝像機(jī)118。該攝像機(jī)118因此而接收到閃爍光和產(chǎn)生在透明擴(kuò)散塊116中的契倫科夫光。
此外，鏡150還具有第二個(gè)功能，即用作光屏，以防止閃爍光到達(dá)面對(duì)著第二透明擴(kuò)散塊117安置的第二攝像機(jī)119。通過這種方式，第二攝像機(jī)只能接收到第二擴(kuò)散塊中產(chǎn)生的契倫科夫光。利用第二攝像機(jī)119接收到的契倫科夫光，并且考慮到擴(kuò)散塊116和117的特性，可以通過模擬而評(píng)定契倫科夫光在第一攝像機(jī)118形成的圖像中的份額。該份額可以隨后通過計(jì)算而從第一攝像機(jī)118的圖像中去除。
圖6中示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中一個(gè)偏光器160安置在閃爍板114與第一擴(kuò)散塊116之間。該偏光器能夠?qū)Τ跏嫉母飨蛲怨膺M(jìn)行偏光處理。然而，出現(xiàn)在與攝像機(jī)相對(duì)的擴(kuò)散塊116中的契倫科夫光未被偏光處理。
然后，利用安置在第一擴(kuò)散塊116與攝像機(jī)118之間的檢偏器162對(duì)兩種光分量進(jìn)行區(qū)分處理。檢偏器可以是固定的或旋轉(zhuǎn)的，并且能夠阻止全部或部分閃爍光。該阻止作用對(duì)未被偏光處理的契倫科夫光沒有影響。通過這種方式，可以確定契倫科夫光和閃爍光的相對(duì)份額。用于確定閃爍光部分的原理已經(jīng)在前面描述過了。在一種改型中，帶有檢偏器的單一攝像機(jī)可以被替換成由附帶有兩個(gè)交叉檢偏器162、163的攝像機(jī)118、119構(gòu)成的攝像機(jī)組。在圖6所示的例子中，如果存在有第二擴(kuò)散塊117的話，該第二擴(kuò)散塊通過不透契倫科夫光的材料而與閃爍板114隔離。
圖7中示出了檢測(cè)頭110的一個(gè)特定實(shí)施例，其具有兩個(gè)閃爍板114、115。這兩個(gè)閃爍板結(jié)合在一起，或者可能通過不透閃爍光的屏蔽層或鏡而彼此隔離。來(lái)自這兩個(gè)閃爍板的閃爍光被兩個(gè)攝像機(jī)118、119拍攝。所述閃爍光分別穿過兩個(gè)附著在閃爍板的主表面上的透明擴(kuò)散塊116、117。當(dāng)兩個(gè)閃爍板114、115發(fā)出無(wú)效光譜內(nèi)的閃爍光時(shí)，所述光可以被附著在選擇性光譜過濾器上的單一攝像機(jī)拍攝。由兩個(gè)攝像機(jī)提供或可能由單一攝像機(jī)提供的圖像用于局部計(jì)算根據(jù)每個(gè)閃爍板的加權(quán)份額而獲得的輻射劑量。如前所述，加權(quán)處理可以是線性的和/或二次的。
如前所述，其它光譜過濾器和/或其它用于區(qū)分契倫科夫光的裝置也可以被采用。
附圖標(biāo)記170表示一個(gè)小的離子化室，其組合在閃爍板中，并且可以部分地組合在擴(kuò)散塊中。該離子化室向計(jì)算單元12發(fā)送信號(hào)。該信號(hào)可以與利用攝像機(jī)的圖像測(cè)量的照射值進(jìn)行比較，以便進(jìn)行校準(zhǔn)或測(cè)量輻射劑量的絕對(duì)值。
最后，附圖標(biāo)記172表示一個(gè)位于閃光板114、115中的死區(qū)。所述死區(qū)優(yōu)選為一個(gè)位于非閃爍材料中的區(qū)域，其具有與閃爍板相近的吸收性能。來(lái)自所述死區(qū)使得能夠直接測(cè)定契倫科夫光所占的份額。該份額還可被用于對(duì)輻射劑量測(cè)定設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。最后，如果需要，使用死區(qū)可以用于測(cè)定產(chǎn)生的契倫科夫光與閃爍板厚度的比例(低頻)。
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權(quán)利要求
1.一種離子束檢測(cè)裝置，包括一個(gè)檢測(cè)頭(110)，其包含一個(gè)閃爍體(114，115)和連接著所述閃爍體的至少一個(gè)離子射線擴(kuò)散塊(116，117)；以及一個(gè)第一成像裝置(118)，其由檢測(cè)頭中的至少一個(gè)包含所述閃爍體的部分形成至少一個(gè)圖像；其中所述閃爍體具有至少一個(gè)由閃爍材料構(gòu)成的近乎各向同性的厚板，該厚板具有兩個(gè)相反的主表面，其特征在于，所述擴(kuò)散塊(116，117)覆蓋著所述閃爍體(114，115)的至少一個(gè)所述主表面，所述檢測(cè)裝置還具有用于區(qū)分檢測(cè)頭中的閃爍光和雜散契倫科夫光的區(qū)分裝置(119，130，140，142，144，160，162，163)。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散塊對(duì)于來(lái)自閃爍體的閃爍光而言是透明的。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述區(qū)分裝置具有一個(gè)安置在擴(kuò)散塊(116，117)與閃爍體(114，115)之間的光閘(130)，所述光閘對(duì)于閃爍體發(fā)出的光而言是不透明的，對(duì)于離子射線而言是透明的。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光閘(130)是電控液晶光閘。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述區(qū)分裝置具有至少一個(gè)用于形成檢測(cè)頭圖像的第二成像裝置(119，1 44，163)，其對(duì)閃爍光和/或契倫科夫光敏感，并且與第一成像裝置(118，140，162)的敏感特性不同。
6.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第二成像裝置(119)附著在檢測(cè)頭的一個(gè)透明擴(kuò)散體(117)上，所述檢測(cè)頭具有一個(gè)光屏(150)，用于防止來(lái)自閃光體的光到達(dá)第二成像裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一成像裝置(118，140)和第二成像裝置(119，144)對(duì)不同的照射光譜敏感，而且所述第一和第二成像裝置附著在所述閃爍體(114，115)以及所述檢測(cè)頭的至少一個(gè)透明擴(kuò)散塊(116)上。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一和第二成像裝置包括附著在至少兩個(gè)光譜過濾器(140，142，144)上的至少一個(gè)攝像機(jī)(118，119)。
9.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述區(qū)分裝置具有安置在所述閃爍體(114，115)與面對(duì)著至少一個(gè)成像裝置(118，119)的那個(gè)透明擴(kuò)散塊(116)之間的偏光器(160)，以及附著在所述成像裝置上的至少一個(gè)檢偏器(162，163)。
10.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)頭具有設(shè)在閃爍板的一個(gè)主表面上的反射器(150)，所述主表面與帶有透明擴(kuò)散塊的主表面相反。
11.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，還包括用于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)頭(110)與被檢測(cè)離子束的發(fā)射源之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)裝置(112)。
12.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)頭具有一個(gè)用于將光向成像裝置折射的鏡(122)。
13.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)頭具有至少一個(gè)校準(zhǔn)離子化室(170)。
14.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)頭具有對(duì)射線脈沖敏感的至少一個(gè)同步探測(cè)器(125)。
15.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，還包括一個(gè)附加擴(kuò)散塊(111)，其帶有一個(gè)用于容納射線發(fā)射源的殼體(113)，該附加擴(kuò)散塊具有至少一個(gè)可被用在檢測(cè)頭中的表面。
16.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述閃爍體具有至少兩個(gè)由對(duì)能量的衰減系數(shù)不同的閃爍材料構(gòu)成的板(114，115)，并且所述檢測(cè)裝置具有選擇性地對(duì)所述板之一敏感的至少一個(gè)成像裝置(118，119)。
17.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述閃爍板具有至少一個(gè)無(wú)閃爍材料的死區(qū)(172)。
18.一種輻射劑量測(cè)定設(shè)備，其包括一個(gè)如前面權(quán)利要求中任一所述的檢測(cè)裝置和一個(gè)計(jì)算單元(12)，所述計(jì)算單元用于利用所述檢測(cè)裝置提供的圖像建立離子束沉積的輻射劑量分布數(shù)據(jù)。
19.一種放射治療設(shè)備，包括至少一個(gè)離子束發(fā)射源(10)；以及至少一個(gè)離子束檢測(cè)裝置(100)；其中所述離子束檢測(cè)裝置是如權(quán)利要求1至16中任一所述的檢測(cè)裝置。
20.一種利用如前面權(quán)利要求中任一所述的檢測(cè)裝置檢測(cè)離子束發(fā)射源的方法，包括由閃爍體形成圖像；以及根據(jù)所述圖像的不同部分計(jì)算閃爍體所接收到的局部輻射劑量。
21.如權(quán)利要求20所述的檢測(cè)方法，其特征在于，由閃爍體形成對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同光譜范圍的至少兩個(gè)圖像，以及通過將閃爍光份額與由契倫科夫效應(yīng)產(chǎn)生的光的份額區(qū)分開而計(jì)算閃爍體所接收到的局部輻射劑量。
22.如權(quán)利要求20所述的檢測(cè)方法，其特征在于，來(lái)自閃爍體的光被選擇性地進(jìn)行偏光處理，由檢測(cè)頭形成對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同偏振方向的至少兩個(gè)圖像，以及通過將偏振閃爍光份額與由契倫科夫效應(yīng)產(chǎn)生的未偏振光的份額區(qū)分開而計(jì)算閃爍體所接收到的局部輻射劑量。
23.如權(quán)利要求20所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所使用的檢測(cè)裝置中包括一個(gè)具有至少兩個(gè)閃爍板的閃爍體，所述閃爍板對(duì)能量的衰減系數(shù)不同，來(lái)自每個(gè)閃爍板的圖像被形成，以及根據(jù)每個(gè)閃爍板的加權(quán)份額計(jì)算所接收到的輻射劑量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子束檢測(cè)裝置，包括一個(gè)檢測(cè)頭(110)，其包含一個(gè)閃爍體(114，115)和連接著所述閃爍體的至少一個(gè)離子射線擴(kuò)散塊(116，117)；以及一個(gè)第一成像裝置(118)，其用于由檢測(cè)頭中的至少一個(gè)包含所述閃爍體的部分形成至少一個(gè)圖像。根據(jù)本發(fā)明，閃爍體具有至少一個(gè)由閃爍材料構(gòu)成的基本上均質(zhì)的實(shí)心板材，該板材具有兩個(gè)相反的主表面。本發(fā)明適于應(yīng)用在放射治療領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A61B19/00GK1543576SQ03800781
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者讓-馬克·豐博納, 讓-馬克 豐博納 申請(qǐng)人:國(guó)立科學(xué)研究中心