專利名稱：放射療法中的治療前驗證方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及放射療法治療驗證。具體地說，本發(fā)明是有關用于驗證按計劃擬定的利用放射療法對患者具體癌癥的治療，特別是強度調(diào)制的放射治療的方法、檢測器配置、檢測器和計算機可讀介質(zhì)。
背景技術：
20世紀早期以來，放射療法一直用于治療人體內(nèi)的癌癥。雖然已知放射對癌癥腫瘤是有效的，但許多癌癥的死亡率很長時間實際上都沒有改變。其主要的原因是不能控制原發(fā)腫瘤或轉(zhuǎn)移的發(fā)生。只有改善局部控制才可使治療更為有效。過去幾年中，放射療法中的治療計劃系統(tǒng)TPS已有廣泛發(fā)展，現(xiàn)已能將患者的解剖情況考慮在內(nèi)，并能較快地計劃出對每個患者的更佳治療方案，對目標的均勻劑量和對危險器官的最小劑量。
實施這種最佳治療的治療技術比傳統(tǒng)的治療技術更為復雜，因為必須對每個照射區(qū)進行側面強度調(diào)制，從而對患者的體形和解剖差異進行補償，所述技術稱為IMRT-強度調(diào)制放射療法。可以利用補償器，即為每次投射單獨制作的濾光器，來實施所述技術，這樣，由于一次光子束的衰減而將各個部分照射區(qū)的強度降低到預定水平。但在使用數(shù)次投射(4-8)，且每次投射都要求單獨的補償器時，這種技術既費時又費力。而且，射束在過濾器中的衰減導致不需要的射束頻譜分布的改變，而使整個過程復雜化。因此，實施IMRT的最常用的方法是利用MLC(多葉片準直器)，這種裝置包括一些薄塊(準直器葉片)，所述各薄塊可以單獨定位以阻擋一小部分照射區(qū)，從而將射束在側面方向上成形為各種不規(guī)則的形狀。每次投射時，使準直器葉片在治療時移動，這樣在各次投射時使射束截面的不同部分發(fā)光--劑量分布被調(diào)制。利用在射束進行例如ARC療法時也改變投射的更為精致復雜的技術，可以進一步改進對于腫瘤的劑量分布一致性。
在傳統(tǒng)療法中，對中心軸上和少數(shù)離軸點的劑量分布水平進行定期驗證就足以驗證射束的對稱性和射束平整性。新的治療技術就較復雜，涉及在數(shù)個系統(tǒng)和治療系統(tǒng)子模塊之間的信息轉(zhuǎn)移，且射束的截面對每個患者的每次投射都各不相同，所以要求有廣泛的質(zhì)量保證。
IMRT的基本原理(即通過比其它部分更長地阻擋某些部分的照射區(qū)來建立照射區(qū)中的劑量)增加了射束投射時間，于是對于照射區(qū)外區(qū)域的劑量增加。在IMRT中，對于照射區(qū)外區(qū)域劑量的精確測量就比在傳統(tǒng)治療中更為重要，這個需求又增加了測量過程方面的要求。
利用IMRT技術的放射療法臨床治療中的良好質(zhì)量控制過程包括·在治療設備被接受用于治療之前，各設備特定的質(zhì)量保證，例如劑量速率的穩(wěn)定性檢查、治療系統(tǒng)穩(wěn)定所需的時間、MLC的機械QA(質(zhì)量保證)等。
·治療前驗證-在對患者進行第一次部分治療投射之前對各個治療計劃進行的測量，以驗證精確地實施治療的能力。
·患者放射劑量測定或活體放射劑量測定-在實際治療中驗證對患者的輻照，見瑞典專利申請0201371-2。
可以利用與射束垂直定位的平面仿真模型上的2D檢測器對每次投射進行治療前驗證，或者用檢測器利用身體仿真模型對包括所有投射的一次治療情況進行治療前驗證。這兩種方法用傳統(tǒng)的測量技術都可實施，但兩者在方法學和測量精度上都有重大的限制。
第一種方法的缺點在于·逐一地驗證每次投射而不是在一次比較中驗證所有投射的總和，既復雜又費時。
·花費不必要的精力來校正每次投射的小誤差，如果可以將所有投射加起來，這些小誤差是可以忽略不計的。
·這種驗證不包括臺架角度和準直器旋轉(zhuǎn)的誤差，因為所述裝置或者固定在臺架上或者在驗證時沒有使用臺架旋轉(zhuǎn)。
·這種方法在ARC療法中沒有用(如上述)。
·測量中缺乏時間分辨率，在沒有更新測量的情況下就不能分析例如子照射區(qū)或照射區(qū)分段中的測量偏差過程。此外不能區(qū)分輻射劑量是否在呼吸周期中預期的時刻提供。
第一種方法已用在Sun Nuclear INC.的產(chǎn)品MapCheck上，所述產(chǎn)品包括二極管矩陣，其中每個檢測器對一次投射實施中的劑量進行累計。在同一射束方向的同一深度上進行測量簡化了對檢測器的大部分要求，使之類似于在傳統(tǒng)測量中的要求。但對主要照射區(qū)外部的高精度測量要求(如上述)對檢測器提出了一些要求，對半導體來說最難滿足的要求是能量無關性。
第二種方法利用身體形狀或頭-頸形狀的塑料仿真模型來模擬病床上的患者，見US-6,364,529〔MED TEC IOWA INC(US)〕，將某種類型的檢測器插入仿真模型中。放在病床上的仿真模型，與臺架旋轉(zhuǎn)沒有聯(lián)系，在任何有關的投射中都可以像對患者一樣被輻射。這樣可以在仿真模型中的任何一點測量所有投射的輻射劑量。在例如MLC位置、臺架角度、準直器旋轉(zhuǎn)等方面的實施誤差在仿真模型中引起的劑量差異類似于在患者中所引起的差異。
直到如今，這種方法一直和在射束和少數(shù)幾個點檢測器方向上設置在仿真模型內(nèi)的放射膠片一起使用。膠片以高空間分辨率沿射束方向進行二維(2D)測量。但在其中射束被調(diào)制的整個照射區(qū)，所述方法限于沿膠片測量(1D)。膠片的所述取向的主要原因是膠片用作檢測器的缺點。放射膠片的響應取決于數(shù)個參數(shù)，例如，輻射方向、能量、壓力(曝光時膠片上的壓力)、顯影過程、褪色、線性等。此外，膠片是累積檢測器，因而膠片數(shù)據(jù)不具有時間分辨率，所以分析測量和治療計劃之間差異的原因常?；蚨嗷蛏俨豢赡堋＠硐氲狞c檢測器應精確測量點劑量，但少數(shù)幾個點檢測器不能驗證在各次投射中的強度調(diào)制射束。理想的檢測器不存在，且目前所用的沒有時間分辨率和/或與治療階段同步或有關治療階段的記錄的測量方法不可能對測量進行相關的校正以改進測量結果。
目前在放射療法市場上使用的直接測量檢測器是電離室和半導體。電離室一般比半導體具有更長期的穩(wěn)定性。但電離室的空間分辨率相當有限，通常為3-4mm，在本文所討論的應用中這是一個主要的限制。
大約在10年前，曾建議將閃爍檢測器用于放射療法，但一直未能使所述技術在實際中奏效。主要原因之一在于必須不讓用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的光電倍增(PM)管或光電二極管進入主要射束之內(nèi)，而且用于將閃爍檢測器連接到PM管或光電二極管的光纖也會造成閃爍。曾提出使用假光纖的建議，但其中的技術問題一直未能解決。
半導體主要是二極管或MOSFET檢測器。這兩種類型都基于硅，所以它們具有相同或類似的能量相關性，且二者都具有高比效的測量輻射，在測量小劑量時這是個重要的參數(shù)。2002年6月的Med.Phys.29(6)中，Chuang，F(xiàn).Cynthia等人的”Investigation of the use ofMOSFET for clinical IMRT dosimetric verification”一文公開了用于IMRT驗證的MOSFET檢測器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)提供簡易校準和即刻讀出測試結果，但其再現(xiàn)性/線性/能量和角度響應都類似于傳統(tǒng)的放射測量計。但所公開的MOSFET檢測器系統(tǒng)的主要缺點是檢測器的壽命有限，主要是因輻射破壞所致。通常，MOSFET檢測器抗輻射破壞的容限是大約200戈(Gy)。此外，MOSFET中所吸收的劑量可以直接讀出或者在使用之后而不是在實時應用中讀出。
二極管是非?？煽康臋z測器，具有超過200000Gy的抗輻射破壞的高容限，比MOSFET高出大約1000倍。MOSFET檢測器和電離室都需要偏壓，使具有大量檢測器的系統(tǒng)更復雜了。二極管通常是非?？煽康臋z測器，用在許多應用中，例如在活體放射劑量測量中的累計測量，以及在小照射區(qū)分別實時測量中的輸出因數(shù)測量，例如在水仿真模型中的相對測量。其主要的限制在于能量相關性和長期穩(wěn)定性，雖然后者在近年來已有改進。
發(fā)明的簡要說明所以，本發(fā)明的目的是提供一種有效的治療前測量方法，它能充分且精確地驗證擬施加給患者的完整治療部分(所有射束投射)的劑量分布。
本發(fā)明的另一目的是提供找出與治療計劃有差異的原因的工具。
按照本發(fā)明這些以及其它目的是通過提供具有在獨立權利要求中所定義的特征的方法、計算機可讀介質(zhì)和檢測器配置來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實施例具有從屬權利要求的特征。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種測量仿真模型中劑量分布的方法，用于放射療法的治療驗證，其中將至少兩個檢測器平面以非平行方式設置在所述仿真模型中，每個平面配備有多個二極管檢測器，其中使用患者的具體治療方案對所述仿真模型進行照射。所述方法包括以下步驟通過利用所述檢測器進行測量來獲得有關所述仿真模型中劑量分布的信息；以時間間隔劃分測量值；以及把所述信息用于治療驗證中。
按照本發(fā)明的第二方面，提供適用于放射療法的仿真模型中的檢測器配置，所述檢測器配置包括配備有多個二極管檢測器的至少兩個檢測器平面，用于測量所述仿真模型中的輻射，所述輻射是使用患者的具體治療方案來施加的。以非平行方式設置所述各平面，其中所述檢測器的厚度處在小于相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的射程的范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的又一方面，提供一種計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)包括使計算機執(zhí)行按照本發(fā)明第一方面的方法的指令。
所以，本發(fā)明基于以下概念，即在仿真模型，例如身體仿真模型中(與臺架旋轉(zhuǎn)，即施加所述輻照的裝置的旋轉(zhuǎn)沒有聯(lián)系)在兩個或兩個以上非平行平面中配置二極管檢測器，其中以時間間隔來劃分測量結果。檢測器的特殊配置使得有可能驗證在任何射束投射中射束上的強度調(diào)制，并同時總計仿真模型中固定測量點上的所有投射劑量。此外，通過以時間間隔來劃分測量，總體測量精度顯著提高。顯然，與現(xiàn)有解決方案相比，這是本發(fā)明的明顯優(yōu)勢。例如，將檢測器布置成3D矩陣就會需要大量增加的檢測器，這又需要非常高的成本，而且還需要更多的處理時間來處理測量時從檢測器獲取的信息或數(shù)據(jù)。而且，劃分時間間隔就能夠?qū)γ總€時間間隔使用單獨的校正因數(shù)。此外，這便于評估動態(tài)照射區(qū)中和/或ARC療法中的差異，并降低檢測器的方向和/或能量相關性。
最好，將在仿真模型的劑量分布測量中所獲取的信息用于IMRT治療驗證。
時間間隔的長度取決于所用的IMRT技術以及校正因數(shù)的大小和變化。檢測器從照射區(qū)內(nèi)到照射區(qū)外時的例子是最重要的，所述時間間隔取大約100msek。所以，時間間隔的典型數(shù)值是在10usek(一個脈沖，門控)到100msek的范圍內(nèi)。于是，時間間隔是由劑量測定的所需總精度來定義的。對于整個治療，可將每次時間間隔中的輻照進行總加，作為驗證完整治療輻照的第一步，然后可以通過在每個照射(投射)區(qū)和子區(qū)進行比較來進一步分析差異。通過以各種方式、完整的分段、每個照射區(qū)、每個子區(qū)等等，總加各時間間隔的劑量，需要時可仍然使用相同的測量數(shù)據(jù)進行更深入的分析，而不必進行更新測量，從而節(jié)省時間并可找出周期性的誤差。
按照本發(fā)明的實施例，使劑量測量和提供的加速器脈沖同步。把這些和治療裝置的當前參數(shù)，例如投射存儲一起。短時間間隔(＜100msec)的測量要求每單位容積的高檢測效率，特別是在同時對空間分辨率(通常為1mm)的需求也很高時。使用具有所需尺寸的硅二極管，在主照射區(qū)外所產(chǎn)生的信號電平在pA范圍內(nèi)。這樣小的電流很難以高精度處理，且電子噪聲變得顯著。治療系統(tǒng)以50到1000Hz之間的頻率提供脈沖輻射劑量，每個脈沖的長度小于10μsec，所以輻射分布在小于10％的時間間隔內(nèi)。僅在脈沖期間進行測量，即，使劑量測量和施加的脈沖同步，噪聲就可減至最小且能以所需精度測量劑量。
按照本發(fā)明的另一實施例，測量和為其設計特許的具體治療方案的患者的呼吸周期同步。把利用例如X射線裝置所獲得的外部信號(它們指示呼吸周期的階段，例如用來接通或斷開輻射射束)和每次的測量存儲在一起。這樣就可確定在呼吸周期各個階段的輻照。由于具體設備的要求，可將在各種時間間隔內(nèi)所測量的每個脈沖的劑量加以組合。而且，IMRT技術提高了對可再現(xiàn)患者定位的要求。與呼吸周期的同步，所謂的呼吸門控，減少了對健康組織的輻射。就是說，可以通過使用呼吸門控來減小為了確保確診無疑的腫瘤處于照射區(qū)內(nèi)而增加的裕度，從而降低受輻照健康組織的比例。
此外，使測量和提供的加速器脈沖同步可與使測量和呼吸脈沖同步結合使用來驗證在患者呼吸周期的正確階段提供輻射劑量。
按照本發(fā)明的實施例，按以下公式計算校正因數(shù)Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(t+1)＝Cdir*Cdepth*Cpos(1)或Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(t+1)＝Cdir+Cdepth+Cpos(2)Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(t+1)在所述仿真模型的子區(qū)f中用檢測器元件n時所用的校正因數(shù)，校正從時間t(i)到t(i+1)累計的測量劑量，以得到在檢測器n位置點的劑量。
Cdir校正檢測器中任何方向相關性的因數(shù)Cdepth校正檢測器中任何深度(能量和/或劑量率)相關性的因數(shù)Cpos校正檢測器中任何位置(在主射束中，主射束外，主射束邊緣等)相關性的因數(shù)按照本發(fā)明的實施例，每個檢測器平面可配備有檢測器，檢測器的厚度處在小于相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的射程的范圍內(nèi)。(＜200keV，對應于硅中大約200μm)。這樣，檢測器的能量和/或方向相關性就顯著降低，這主要是因為和它們設置于其中的介質(zhì)相比，檢測器中光子質(zhì)量衰減的差異而致。
如本專業(yè)的技術人員所知，本發(fā)明的方法以及其優(yōu)選實施例適合于以計算機程序或計算機可讀介質(zhì)的形式來實現(xiàn)，最好包括在放射療法裝置的控制和測量系統(tǒng)的內(nèi)容中，這樣就可使用計算機的處理器和存儲裝置?；蛘?，可以用獨立的裝置來實現(xiàn)，所述裝置包括必要的設備，例如進行本發(fā)明方法各步驟的中央處理單元CPU。這可以借助于存儲在程序存儲器中的專用計算機程序來實現(xiàn)。應理解，所述計算機程序可以在通用工業(yè)計算機上運行，而不用專門適配的計算機。
以下將利用示范實施例對本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點加以說明。
附圖簡要說明在以下的詳細說明中，將參閱附圖，附圖中

圖1a示意地示出其中設置有仿真模型的治療設備，仿真模型配備有檢測器，圖1b示意地示出圖1a的設備，但其中包括人體而不是仿真模型，圖2示意地示出具有包括檢測器的兩個交叉平面的人體形狀仿真模型的典型實例，所述檢測器具有特殊配置以便優(yōu)化檢測器數(shù)量，圖3示意地示出投射到人體形仿真模型上的各種射束方向，圖4a-4c示意地示出在檢測器平面上設置檢測器的不同圖案實例，圖5示意地示出按照本發(fā)明的測量仿真模型中的輻射劑量分布以便進行放射療法驗證的方法的實施例，以及圖6示意地示出其中可以實現(xiàn)按照本發(fā)明的測量仿真模型中的輻射劑量分布以便進行放射療法驗證的方法的系統(tǒng)的實施例。
發(fā)明的詳細說明圖1a和1b中示意地示出利用輻射治療腫瘤的放射療法裝置(臺架)，所述放射療法裝置總的用標號10表示。所述裝置包括能從治療頭發(fā)射電子束或光子束12的放射療法系統(tǒng)。放射療法系統(tǒng)配備有傳統(tǒng)的照射區(qū)成形裝置(未示出)，例如MLC，用于允許改變射束的側面形狀以便屏蔽人體不應受影響的區(qū)域、對射束進行強度調(diào)制并將射束集中到腫瘤上。放射療法設備包括控制和測量裝置(未示出)，后者包括處理器和存儲裝置，例如用于執(zhí)行本發(fā)明方法各步驟的中央處理單元CPU。
設置治療床16，供患者14躺在其上，見圖1b。治療床可以圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，并作橫向、垂直和縱向移動，以便將患者待治療的區(qū)域置于射束區(qū)域內(nèi)。
此外，按照本發(fā)明的方法使用設置在仿真模型，例如人體仿真模型中的檢測器，這樣設置檢測器，以便將所需檢測器的數(shù)量減到最少，但仍能驗證所有投射中的強度調(diào)制射束，并同時測量在治療容積中固定點上所有射束投射的總劑量分布。
最好，檢測器以這樣的方式設置在兩個或兩個以上非平行平面中，即，平面的交叉點位于治療設備的旋轉(zhuǎn)點附近，最好在距旋轉(zhuǎn)點5cm的范圍內(nèi)，并且所述檢測器平面中的任一個在圖2和3的任何一種投射中覆蓋射束的整個截面。圖2示出設置在仿真模型22內(nèi)的檢測器平面20和21，其中檢測器配置成行23并在區(qū)域24中，而圖3示出不同投射時輻照仿真模型的典型射束方向30。
圖4a-4c分別示意地示出在檢測器平面40、40’和40”上檢測器圖案的不同實例。圖4a示出檢測器平面40，配備有許多檢測器行41，每一個檢測器行41代表檢測器44的一維(1D)陣列或檢測器44的z字圖案43，圖4b示出檢測器平面40’，檢測器平面40’配備有按照二維陣列，即檢測器44的矩陣排列的檢測器44，而圖4c示出檢測器平面40”，檢測器平面40”配備有按照圖4a和4b所示配置的組合排列的檢測器44。
本發(fā)明的方法旨在利用上述設備測量和驗證放射療法中的輻射劑量供給量，特別是在對患者進行治療之前(治療前驗證)。測量的劑量分布旨在將其重新計算成與測量仿真模型類似的仿真模型之后將其與具體患者計劃治療的劑量分布進行比較。
從診斷到IMRT治療的典型序列如下·利用治療計劃系統(tǒng)(TPS)做出患者的個人治療計劃?；颊叩慕馄是闆r已先用診斷設備如CT(計算機斷層攝影)定義，而治療裝置的輻射特性一般通過TPS中輸入的測量值定義。定義目標容積和危險器官，隨后做出治療的最佳計劃，其中要使用如對危險器官的最大劑量和對目標的最小劑量等規(guī)范。計劃的結果將由治療設備用作設定投射、射束形態(tài)、照射區(qū)形狀和MLC葉片的移動等的信息。
·將TPS中的患者具體治療計劃用于適合于進行劑量測量的仿真模型上，且利用患者的具體治療方案計算仿真模型中的劑量分布。
·治療前，利用患者的具體治療方案照射與計算中所模擬的完全相同的物理仿真模型。對每次投射和所有投射、完整分段，測量并總計仿真模型中的劑量分布。
·將測量的和計算的劑量分布進行比較，以便驗證患者具體治療方案的輻射劑量供應量。
因此，通過利用檢測器進行測量，就可獲得有關所述仿真模型中劑量分布的信息，所述信息用于治療驗證和/或被存儲。
現(xiàn)參閱圖5，說明按照本發(fā)明測量仿真模型中劑量分布以便進行放射療法治療驗證的方法的一般原理。
檢測器平面包括按照一種檢測器圖案(例如圖4a-4c所示之一的圖案)排列的許多二極管檢測器，將檢測器平面放入仿真模型中。將包括檢測器的仿真模型設置在治療設備的等角點上(旋轉(zhuǎn)中心)，并利用治療室中的定位激光器對準。將測量電子電路連接到位于控制室中的PC上，見圖6。可以建立治療設備和測量電子電路之間的連接和/或通過例如LAN連接到控制PC，使測量和治療輻照同步。在步驟52，開始治療前驗證，即按照患者的具體治療方案照射仿真模型。然后，在步驟53，收集每個檢測器在每個時間間隔的測量數(shù)據(jù)。通過使用每個時間間隔單獨的校正因數(shù)，可以顯著提高測量精度，見下述。在步驟54，在完成輻照后，或在同時，用方程(1)或(2)處理和校正數(shù)據(jù)。然后，在步驟55，計算射照到每個檢測器上的總劑量。此外，將計劃的治療方案輸入到PC-SW中。然后，在步驟56，將測量的劑量和計算的劑量進行比較。如果偏差超過某一動作水平，可以輸入每次投射中治療計劃的計算劑量分布，并對每次投射重新計算劑量，以便進行比較。如果需要，可以在子區(qū)上(即投射的一部分)進行比較。
現(xiàn)參閱圖6，圖中示出可以在其中實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例。將包括微處理器62和存儲裝置63的讀出單元60連接到檢測器平面61，見圖2和4a-4c。讀出單元60用來記錄或測量每個檢測器所吸收的劑量。存儲裝置63可以包括隨機存取存儲器(RAM)和/或非易失性存儲器，例如只讀存儲器(ROM)。本專業(yè)的技術人員會理解，存儲裝置可包括各種類型的物理裝置，用于暫時和/或永久存儲數(shù)據(jù)，包括固態(tài)、磁性、光學和組合器件。例如，存儲裝置可以用一個或多個諸如DRAM、PROM、EPROM、EEPROM、快速存儲器等物理器件來實現(xiàn)。此外，讀出裝置60配備有接收來自治療系統(tǒng)65的信號的輸入端以及接收來自外部裝置66(例如x射線單元)的信號的輸入端。通過利用來自治療系統(tǒng)65的信號，可以使測量與輻照脈沖同步。此外，通過連接外部裝置，例如x射線單元或激光傳感器，監(jiān)控呼吸周期，可以使測量與呼吸周期同步。這樣，可以進行呼吸門控，以減少對健康組織的照射。就是說，可以通過使用呼吸門控來減小為了確保確診無疑的腫瘤處于照射區(qū)內(nèi)而增加的裕度，從而降低受輻照健康組織的比例。而且，將讀出裝置60連接到通信裝置64，用來將測量數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)酵獠刻幚硌b置67，例如PC。在所述實施例中，通信裝置64是LAN連接。按照本發(fā)明的方法可以在放射療法裝置的控制和測量系統(tǒng)中實施?；蛘?，可以用獨立的裝置來實現(xiàn)，所述裝置包括必要的設備，例如進行本發(fā)明方法各步驟的中央處理單元CPU，例如個人計算機67。這可以借助于存儲在程序存儲器中的專用計算機程序來實現(xiàn)。應理解，所述計算機程序也可以在通用工業(yè)計算機上運行，而不用專門適配的計算機。
軟件包括計算機程序碼元或軟件代碼部分，它們使計算機使用上述方程、算法、數(shù)據(jù)和計算來實現(xiàn)所述方法。部分程序可以存儲在上述處理器中，但也可存儲在ROM、RAM、PROM或EPROM芯片等上。部分或全部程序也可存儲在其他適合的計算機可讀介質(zhì)上(或內(nèi))，例如磁盤、CD-ROM或DVD盤、硬盤、磁-光存儲器存儲裝置上、易失性存儲器中，快速存儲器中，作為固件，或存儲在數(shù)據(jù)服務器上。
按照本發(fā)明的實施例，劑量測量和輻照加速器脈沖同步。這些測量結果和治療裝置的當前參數(shù)，例如投射，存儲在一起。在短時間間隔(＜100msec)中的測量要求每單位容積的高檢測效率，特別是在對空間分辨率的要求同時也很高(通常為1mm)的時候。使用所需尺寸的硅二極管，在主照射區(qū)之外所產(chǎn)生的信號電平在pA范圍內(nèi)。這樣小的電流很難以高精度處理，且電子噪聲變得顯著。治療系統(tǒng)以50到1000Hz之間的頻率進行脈沖輻照，每個脈沖的長度小于10μsec，所以輻射分布在小于所述時間間隔的10％的范圍內(nèi)。僅僅在脈沖期間進行測量，即使劑量測量和輻照脈沖同步，就可將噪聲減至最小且能以所需精度測量劑量。
按照本發(fā)明的另一實施例，測量和為其設計具體治療方案的患者的呼吸周期同步。把利用例如X射線裝置所獲得的外部信號(它們指示呼吸周期的階段，例如用來接通或斷開輻照射束)和每次的測量結果存儲在一起。這樣就可確定在呼吸周期各個階段提供的輻射劑量。由于具體設備的要求，可以將各種時間間隔中每個脈沖期間測量的劑量加以組合。而且，IMRT技術提高了對可再現(xiàn)患者定位的要求。與呼吸周期的同步，所謂的呼吸門控，減少了對健康組織的輻射。就是說，可以通過使用呼吸門控來減小為了確保確診無疑的腫瘤處于照射區(qū)內(nèi)而增加的裕度，從而降低受輻照健康組織的比例。
此外，使測量和輻照加速器脈沖同步可以與測量和呼吸脈沖之間的同步結合使用，以便驗證在患者呼吸周期的正確階段提供輻射劑量。
如上所述，可以通過將測量結果劃分為短時間間隔并利用每個時間間隔單獨的校正因數(shù)來進一步提高測量精度。時間間隔的長度取決于所用的IMRT技術以及校正因數(shù)的大小和變化。所以，時間間隔是由劑量測定中的所需總體精度來定義的。對于整個治療，可將每次時間間隔中的輻射劑量進行總加，作為驗證完整治療輻照的第一步，然后對每個照射區(qū)和子區(qū)進行比較，進一步分析差異。按照本發(fā)明的實施例，校正因數(shù)按以下公式計算Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)＝Cdir*Cdepth*Cpos(1)或Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)＝Cdir+Cdepth+Cpos(2)Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)在所述仿真模型的子區(qū)f中用檢測器元件n時所用的校正因數(shù)，校正從時間t(i)到t(i+1)累計的測量劑量，以得到在檢測器n位置點的劑量。
Cdir校正檢測器中任何方向相關性的因數(shù)Cdepth校正檢測器中任何深度(能量和/或劑量率)相關性的因數(shù)Cpos校正檢測器中任何位置(在主射束中、主射束外、主射束邊緣等)相關性的因數(shù)選擇(1)或(2)中哪一個取決于Cdir、Cdepth和Cpos是如何獲得的。當校正因數(shù)被認為是互不相關并可被單獨獲取時，最好使用方程(1)。利用這個方程來獲取校正因數(shù)很省時間。如果要測量這些因數(shù)的各個組合，最好使用方程(2)。所述方法提供非常精確的結果。
如果二極管材料在質(zhì)量密度或電子密度方面與仿真模型不同，可將其選擇成在至少一個維度上很薄，以減小能量和方向相關性。最好，使檢測器比在相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的范圍更薄，例如對于水中的Si檢測器來說，對于能量小于200keV的光子，此時硅中的電子范圍為200μm，文件記載確實有能量相關性。當硅比500μm更薄時，方向相關性得以改進。
·對于除敏感部分外所有材料在質(zhì)量衰減方面都和其將測量的介質(zhì)類似的檢測器來說，只有敏感部分需要比相關性顯著的最大能量的電子范圍更薄，以減少能量相關性。
·對于敏感部分和周圍材料在質(zhì)量衰減方面都和其所在的介質(zhì)不同的檢測器來說，敏感部分和不同的材料都必須足夠薄，以減小能量相關性。
此外，”薄檢測器”(即，厚度比在相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的范圍更薄的檢測器)可以優(yōu)選用在數(shù)個其他應用中，例如水模型的劑量測定以及放射療法中Brachy療法時的活體劑量測定。水模型劑量測定是利用固定檢測器或設置在充水仿真模型中的伺服機件上的檢測器來進行的。此系統(tǒng)具有數(shù)種應用治療設備的驗收測試-來自治療設備的劑量分布的一般測量；以及劑量分布的3D測量。在Brachy療法時的活體劑量測定(放射源插入人體)包括人體、間質(zhì)或內(nèi)部空腔(例如氣管、子宮、直腸和膀胱)內(nèi)的測量，。
應理解，上述說明和附圖應被認為是本發(fā)明的非限制性實例，保護范圍由所附權利權利要求書限定。
權利要求
1.一種測量用于放射療法的治療驗證的仿真模型中劑量分布的方法，其中將至少兩個檢測器平面以非平行方式設置在所述仿真模型中，每個平面配備有多個二極管檢測器，其中使用患者的具體治療方案對所述仿真模型進行照射，所述方法包括以下步驟通過利用所述檢測器進行測量來獲得有關所述仿真模型中劑量分布的信息；以時間間隔劃分所述測量值；以及把所述信息用于所述治療驗證。
2.如權利要求1所述的方法，其中把通過所述測量獲得的信息用于強度調(diào)制放射療法驗證。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中對所述仿真模型的所述照射包括提供輻射劑量脈沖，還包括使所述測量與所述提供的輻射劑量同步的步驟。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，其中還包括以下步驟使所述測量與為其設計特許的具體治療方案的所述患者的呼吸周期同步；以及確定在所述呼吸周期的各個階段中所提供的輻射劑量。
5.如權利要求1-4中任何一個所述的方法，其中還包括以下步驟存儲每個具體時間間隔關于所述仿真模型中的測量結果的數(shù)據(jù)。
6.如上述權利要求中任何一個所述的方法，其中還包括以下步驟利用所獲得的關于所述仿真模型中的所述劑量分布信息來計算每個時間間隔的校正因數(shù)。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述校正因數(shù)按以下方程計算Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)＝Cdir*Cdepth*Cpos式中Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)在所述仿真模型的子區(qū)f中用檢測器元件n時所用的校正因數(shù)，校正從時間t(i)到t(i+1)累計的測量劑量，以便得到在檢測器n位置點的劑量Cdir校正檢測器n中任何方向相關性的因數(shù)Cdepth校正檢測器n中任何深度(能量和/或劑量率)相關性的因數(shù)Cpos校正檢測器n中任何位置(在主射束中、主射束外、主射束邊緣等)相關性的因數(shù)。
8.如權利要求6所述的方法，其中所述校正因數(shù)按以下方程計算Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)＝Cdir+Cdepth+Cpos(2)式中Corrn，f，seg-n，f，p，t(i)，t(i+1)在所述仿真模型的子區(qū)f中用檢測器元件n時所用的校正因數(shù)，校正從時間t(i)到t(i+1)累計的測量劑量，以得到在檢測器n位置點的劑量Cdir校正檢測器n中任何方向相關性的因數(shù)Cdepth校正檢測器n中任何深度(能量和/或劑量率)相關性的因數(shù)Cpos校正檢測器n中任何位置(在主射束中/主射束外/主射束邊緣等)相關性的因數(shù)。
9.如上述權利要求中任何一個所述的方法，其中這樣設置所述檢測器平面，使得對于每個臺架角的投射，所述各非平行平面中的任一個與所述輻射束或子射束的所有部分相交。
10.如上述權利要求中任何一個所述的方法，其中每個檢測器平面配備有多個檢測器，所述檢測器的厚度處在小于所述相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的射程的范圍內(nèi)。
11.一種適用于放射療法的仿真模型中的檢測器配置，所述檢測器配置包括配備有用于測量所述仿真模型中的輻照的多個二極管檢測器的至少兩個檢測器平面，所述輻照是利用患者具體治療方案提供的，其中所述各平面以非平行方式設置，其中所述檢測器的厚度處在小于所述相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的射程的范圍內(nèi)。
12.如權利要求11所述的檢測器配置，其中為測量用于強度調(diào)制放射療法驗證的所述仿真模型中的劑量分布而安排所述檢測器配置。
13.如權利要求11或12所述的檢測器配置，其中這樣設置所述各非平行平面，使得對于每個臺架角的投射，所述各非平行平面中的任一個與所述輻射束或子射束的所有部分相交。
14.一種二極管檢測器，它設置成其厚度處在小于所述相關性顯著的范圍內(nèi)最大能量電子的射程的范圍內(nèi)。
15.如權利要求14所述的二極管檢測器，其中所述檢測器用于如權利要求1-10所述的方法中和/或如權利要求11-13所述的檢測器配置中。
16.如權利要求14所述的二極管檢測器，其中所述檢測器用于水仿真模型劑量測量中或用于放射療法的Brachy療法中的活體劑量測量中。
17.一種計算機可讀介質(zhì)，它包括用于使計算機執(zhí)行如權利要求1-10中任何一個所述的方法的各個步驟的指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及以高精度測量患者形狀的仿真模型中劑量分布的方法。本發(fā)明包括測量仿真模型中劑量分布的方法、在所述仿真模型中的檢測器配置、檢測器的改進以及能夠以精確的方式應用校正因子的測量方法。
文檔編號A61N5/10GK1791807SQ200480014011
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權日2003年5月23日
發(fā)明者格爾根·尼爾森 申請人:格爾根·尼爾森