快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于離子束點(diǎn)掃描照射技術(shù)中一種快速獲得放射顯影免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法。一種快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的裝置，其主要特點(diǎn)在于在束流線上分別依次設(shè)有X向掃描磁鐵、Y向掃描磁鐵、準(zhǔn)直器、參考監(jiān)測(cè)電離室、位置靈敏探測(cè)器；筆形束在束流線上依次通過X向掃描磁鐵、Y向掃描磁鐵、準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔、參考監(jiān)測(cè)電離室，在等中心處獲得正高斯分布的筆形束流。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：(1)采用本發(fā)明提供的免沖洗驗(yàn)證膠片劑量刻度方法，可以減少操作人員的測(cè)量準(zhǔn)備工作、減少束流使用時(shí)間及后續(xù)膠片數(shù)據(jù)處理時(shí)間。(2)理論上在高斯筆形束橫向劑量分布及免沖洗驗(yàn)證膠片光密度分布上可以獲得無窮多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此可以選取更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合獲得更準(zhǔn)確的膠片劑量響應(yīng)曲線。
【專利說明】快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于離子束點(diǎn)掃描照射技術(shù)中一種快速獲得放射顯影免沖洗驗(yàn)證膠片劑 量響應(yīng)曲線的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在離子束應(yīng)用（如福射生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、材料物理、放射治療等）中，常常設(shè)及到對(duì)離 子束福射場(chǎng)特性的測(cè)量，如福射場(chǎng)劑量均勻性或劑量分布測(cè)量。利用電離室矩陣可W對(duì)該 些特性進(jìn)行直接測(cè)量，但是電離室矩陣空間分辨率低，難W滿足測(cè)量離子束束斑或劑量梯 度較大的照射野劑量分布的要求。放射顯影膠片測(cè)量照射野的劑量分布具有空間分辨率高 的優(yōu)點(diǎn)，特別是免沖洗驗(yàn)證膠片的出現(xiàn)，使得利用膠片測(cè)量的方法變得更加簡(jiǎn)便。與傳統(tǒng)顯 影膠片相比，免沖洗驗(yàn)證膠片不需要使用化學(xué)試劑進(jìn)行顯影和定影，可W在可見光下操作， 減少了人為干預(yù)過程，減小了測(cè)量誤差。并且，免沖洗驗(yàn)證膠片可切割成若干小塊分別進(jìn)行 照射顯影，提高了膠片的有效利用率。此外，免沖洗驗(yàn)證膠片具有防水性，可放置在水箱中， 同時(shí)測(cè)量不同深度處的照射野特性。鑒于上述眾多優(yōu)點(diǎn)，免沖洗驗(yàn)證膠片在福射劑量測(cè)量 方面的應(yīng)用越來越廣泛。然而，利用免沖洗驗(yàn)證膠片測(cè)量福射場(chǎng)特性，首先需要對(duì)膠片進(jìn)行 劑量刻度實(shí)驗(yàn)，獲得膠片光密度（或灰度）變化與福照劑量的關(guān)系，即劑量響應(yīng)曲線。
[0003] 在常規(guī)X射線調(diào)強(qiáng)放射治療中，一般需要對(duì)治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算獲得的劑量分布進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，W評(píng)估治療計(jì)劃的可行性。在離子束點(diǎn)掃描束流配送中，同樣需要對(duì)各照射野 的劑量分布進(jìn)行測(cè)量。為保證測(cè)量劑量分布的空間分辨率，目前在驗(yàn)證測(cè)量中通常利用放 射顯影免沖洗驗(yàn)證膠片法測(cè)量各照射野的劑量分布。通過?？诘能浖⒚鉀_洗驗(yàn)證膠片的 灰度變化轉(zhuǎn)換成劑量分布測(cè)量值，并與計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算得到的劑量分布進(jìn)行比較計(jì)算丫通 過率，W評(píng)估治療計(jì)劃的可行性。采用免沖洗驗(yàn)證膠片測(cè)量劑量分布前，通常需要預(yù)先測(cè)量 獲得相應(yīng)批次的膠片劑量響應(yīng)曲線。目前，此預(yù)實(shí)驗(yàn)的常規(guī)方法簡(jiǎn)要操作步驟如下：
[0004] 1)利用專業(yè)掃描儀（如，EPS0N10000XL)掃描一整張免沖洗驗(yàn)證膠片，獲得紅光通 道像素值分布并計(jì)算像素平均值聲7。。,。.；
[0005] 2)將整張免沖洗驗(yàn)證膠片切割成若干個(gè)小塊，利用均勻福照?qǐng)鰧?duì)每小塊免沖洗驗(yàn) 證膠片分別照射不同的劑量D ;
[0006] 3)再次利用掃描儀獲得照射后的各個(gè)小塊免沖洗驗(yàn)證膠片紅光通道平均像素值 W"r ；
[0007] 4)利用公式（A1)計(jì)算各個(gè)小塊免沖洗驗(yàn)證膠片的凈光密度值，
[000引 fw似D = OD,""'。. = log化 :產(chǎn)。
[PVirr-PVb響）， (A1)
[0009] 其中，netOD，0町"及OD 分別為凈光密度，膠片照射后光密度及照射前光密度； PVbcig為不透明黑色塑料板紅光通道像素值；
[0010] 5)根據(jù)每個(gè)小塊免沖洗驗(yàn)證膠片照射的劑量D與凈光密度值netOD，利用數(shù)據(jù)分 析處理軟件獲得免沖洗驗(yàn)證膠片的劑量響應(yīng)曲線。
[0011] 離子束主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)中，束流監(jiān)測(cè)參考電離室的劑量標(biāo)定因子隨離 子束能量、筆形束束斑大小及掃描點(diǎn)間距的不同而不同。若在主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng) 下，利用常規(guī)方法刻度膠片的劑量響應(yīng)曲線，首先，需要編制點(diǎn)掃描照射參數(shù)控制文件，對(duì) 成百上千個(gè)掃描點(diǎn)逐點(diǎn)照射形成一個(gè)均勻的照射野進(jìn)行束流監(jiān)測(cè)參考電離室的劑量刻度， 獲得劑量標(biāo)定因子，如圖2所示。然后，編制一系列控制文件分別照射一系列小塊膠片，從 而獲得不同劑量照射后的膠片?？梢娭鲃?dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)獲得均勻的福照?qǐng)霾⒉幌?離子束被動(dòng)式束流配送系統(tǒng)及醫(yī)用直線加速器獲得均勻X射線福照?qǐng)瞿敲捶奖?，需要更長(zhǎng) 的時(shí)間。要想獲取更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)W得到更精細(xì)的膠片劑量響應(yīng)曲線，需要將膠片切割得更 小或使用更多的膠片，該樣照射時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，并且膠片照射后需要更多時(shí)間用在膠片掃描 上。顯然該種膠片刻度技術(shù)過程繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，并且膠片的利用率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于，為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片 劑量響應(yīng)曲線的裝置。
[0013] 本發(fā)明的又一目的是提供一種快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法。
[0014] 針對(duì)在離子束主動(dòng)式束流配送系統(tǒng)下刻度放射顯影膠片過程繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，且膠 片有效利用率低等問題，本發(fā)明利用主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送技術(shù)特點(diǎn)及離子束傳輸特性， 提出一種快速刻度免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法。該方法利用離子束束斑直接刻度 免沖洗驗(yàn)證膠片，獲得其劑量響應(yīng)曲線，減少了在主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)下形成均勻 福射野的次數(shù)，減少整個(gè)刻度過程所需的總離子數(shù)，從而大大減少照射時(shí)間及膠片后續(xù)處 理時(shí)間，且可將整張免沖洗驗(yàn)證膠片切割為較小面積的膠片同時(shí)用于刻度及測(cè)量，提高了 膠片的有效利用率。
[0015] 放射顯影膠片的劑量響應(yīng)曲線通常被用來測(cè)量福射場(chǎng)劑量分布上。本發(fā)明采用 其逆過程，即通過給免沖洗驗(yàn)證膠片照射已知分布的物理劑量來獲得其劑量響應(yīng)曲線。本 發(fā)明充分利用筆形離子束在傳輸過程中具有橫向上劑量趨于高斯分布的特點(diǎn)，先測(cè)量此高 斯筆形束的分布參數(shù)，再利用此高斯分布的筆形束斑照射免沖洗驗(yàn)證膠片，獲得其像素值 變化或凈光密度（netOD)分布。然后利用劑量分布與像素值變化或netOD分布，獲得免沖 洗驗(yàn)證膠片的劑量響應(yīng)曲線。獲得離子束高斯筆形束斑W及其物理劑量分布是本發(fā)明的關(guān) 鍵。通常情況下，離子加速器提供的筆形束流不完全是高斯型的，可W通過圓形準(zhǔn)直孔或調(diào) 節(jié)加速器參數(shù)將筆形束流規(guī)則化，通過在空氣中的多重散射作用獲得正高斯分布的筆形束 流（如圖1)。利用經(jīng)過劑量刻度的兩維電離室矩陣可W直接獲得高斯筆形束斑的絕對(duì)物理 劑量分布，但是由于其空間分辨率低，很難滿足實(shí)際應(yīng)用中的測(cè)量要求。替代的方法是，利 用位置靈敏探測(cè)器如高分辨的多絲正比室、分條電離室或兩維電離室矩陣，先獲得高斯筆 形束斑的相對(duì)物理劑量分布，再通過高斯模型擬合可W獲得其二維相對(duì)物理劑量分布。根 據(jù)照射的離子數(shù)推導(dǎo)出筆形束斑的絕對(duì)物理劑量分布。本發(fā)明的簡(jiǎn)要操作可概括為如圖3 所示的操作流程。
[0016] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為；一種快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量 響應(yīng)曲線的裝置，其主要特點(diǎn)在于在束流線上依次分別設(shè)有X向掃描磁鐵、Y向掃描磁鐵， 準(zhǔn)直器、參考監(jiān)測(cè)電離室、位置靈敏探測(cè)器；筆形束在束流線上依次通過X向掃描磁鐵、Y向 掃描磁鐵、準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔、參考監(jiān)測(cè)電離室，在等中屯、處獲得正高斯分布的筆形束流。
[0017] 所述的位置靈敏探測(cè)器為高分辨的多絲正比室、分條電離室或二維電離室矩陣。
[001引一種所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其主要特點(diǎn)在于步 驟：
[0019] (1)獲取參考電離室計(jì)數(shù)與離子數(shù)關(guān)系，即離子束主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)劑 量標(biāo)定因子K膽)值；
[0020] 在離子束主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)下，劑量標(biāo)定需測(cè)量獲得MU與離子數(shù)的關(guān) 系，即，
[002U K(E)=N/MU， (1)
[002引其中，K巧）為每參考電離室計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)的離子數(shù)；N為照射單個(gè)掃描點(diǎn)的離子數(shù)； [002引 MU為照射單個(gè)掃描點(diǎn)的參考電離室計(jì)數(shù)；
[0024] 由于劑量值D與離子數(shù)N有如下關(guān)系：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的裝置，其特征在于在束流線上分別依 次設(shè)有X向掃描磁鐵、Y向掃描磁鐵、準(zhǔn)直器、參考監(jiān)測(cè)電離室、位置靈敏探測(cè)器；筆形束在 束流線上依次通過X向掃描磁鐵、Y向掃描磁鐵、準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔、參考監(jiān)測(cè)電離室，在等中 心處獲得正高斯分布的筆形束流。
2. 如權(quán)利要求1所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的裝置，其特征在于所 述的位置靈敏探測(cè)器為高分辨的多絲正比室、分條電離室或二維電離室矩陣。
3. 如權(quán)利要求1所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其特征在于步 驟： (1) 獲取參考電離室計(jì)數(shù)與離子數(shù)關(guān)系，即離子束主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)劑量標(biāo) 定因子K(E)值： 在離子束主動(dòng)式點(diǎn)掃描束流配送系統(tǒng)下，劑量標(biāo)定需測(cè)量獲得MU與離子數(shù)的關(guān)系， 即， K(E) =N/MU, (1) 其中，K(E)為每參考電離室計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)的離子數(shù)；N為照射單個(gè)掃描點(diǎn)的離子數(shù)； MU為照射單個(gè)掃描點(diǎn)的參考電離室計(jì)數(shù)； 由于劑量值D與離子數(shù)N有如下關(guān)系： D[Gy] =I. 6XlCT8XS[MeV/g?cnT2]XN/A[mnT2]， (2) 其中，D為劑量值；N為照射單個(gè)掃描點(diǎn)的離子數(shù)；S為離子在介質(zhì)中的質(zhì)量阻止本領(lǐng)；A為單個(gè)掃描點(diǎn)的面積； 在點(diǎn)掃描劑量標(biāo)定中，使用筆形束流在等中心位置形成均勻的足夠大的照射野，即每 個(gè)掃描點(diǎn)照射相同的參考電離室計(jì)數(shù)（MU);因此，有：
其中，Dnreas為絕對(duì)劑量電離室在照射野中心測(cè)量的劑量值；Se(Z)為標(biāo)定深度z處的離 子質(zhì)量阻止本領(lǐng)，利用Bethe-Bloch公式計(jì)算獲得；Ax，Ay為掃描點(diǎn)在X及Y方向上的間 距； (2) 通過準(zhǔn)直孔或調(diào)節(jié)加速器將筆形束流規(guī)則化，束流經(jīng)過空氣中的多重散射作用在 等中心處獲得正高斯分布的筆形束流； (3) 利用位置靈敏探測(cè)器獲得高斯筆形束斑的X，Y方向上的相對(duì)劑量分布，再利用高 斯函數(shù)擬合，獲得其相對(duì)劑量分布參數(shù)cx、〇y; (4) 獲得束斑絕對(duì)物理劑量分布： 由步驟⑴及步驟⑶測(cè)量獲得K(E)值及束斑高斯分布參數(shù)〇x、〇y，推導(dǎo)出在等中 心位置照射特定參考電離室計(jì)數(shù)MU時(shí)的束斑物理劑量分布D(x，y)，即：
其中，Xtl,Ytl為束斑中心位置；S為質(zhì)量阻止本領(lǐng)； (5) 利用膠片掃描儀掃描已標(biāo)記方向及裁剪好的免沖洗驗(yàn)證膠片，獲得膠片紅光通道 平均像素值; (6) 將免沖洗驗(yàn)證膠片垂直束流方向放置在等中心位置，設(shè)置適當(dāng)?shù)膮⒖茧婋x室計(jì)數(shù) (MU)，利用步驟（2)獲得的高斯型束斑照射；待膠片充分曝光24h后，再次利用掃描儀獲得 膠片紅光通道像素值分布PVin(x，y);利用公式（5)獲得照射后膠片凈光密度分布；
其中，netOD，(^"及OD_"分別為凈光密度，膠片照射后光密度及照射前光密度；PVbckg 為不透明黑色塑料板紅光通道像素值；利用二維高斯函數(shù)對(duì)二維凈光密度分布進(jìn)行擬合， 獲得膠片凈光密度分布的中心點(diǎn)（Xci,yd，從而獲得netOD(x,y,Xci,yj分布函數(shù)； (7) 根據(jù)公式（4)與照射該膠片時(shí)所設(shè)置的MU值獲得相應(yīng)的物理劑量D(x，y，X(l，ytl)分 布函數(shù)，最后通過數(shù)據(jù)處理工具比較netOD(x,y,Xtl,yj和D(x,y,Xtl,yj分布函數(shù)獲得免沖 洗驗(yàn)證膠片的劑量響應(yīng)曲線。
4. 如權(quán)利要求3所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其特征在于還 包括步驟： (8) 重復(fù)步驟（5)至步驟（7)，選擇幾個(gè)大小不同的參考電離室計(jì)數(shù)分別照射幾塊免沖 洗驗(yàn)證膠片得到多個(gè)劑量范圍的劑量響應(yīng)曲線，合并這些劑量響應(yīng)曲線以獲得劑量范圍更 寬更可靠的響應(yīng)曲線。
5. 如權(quán)利要求3所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其特征在于所 述的步驟⑶為： 利用二維電離室矩陣，獲得高斯筆形束斑的X，Y方向上的相對(duì)劑量分布，再利用多重 高斯函數(shù)擬合，獲得其相對(duì)劑量分布擬合參數(shù)Wp〇xi、〇0(1 = 1，...，11)，其中，&為第1 個(gè)高斯函數(shù)的權(quán)重，滿足Swi=I;Oxi，O#分別為第i個(gè)高斯分布函數(shù)的參數(shù)。
6. 如權(quán)利要求3所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其特征在于所 述的步驟⑷為： 獲得束斑絕對(duì)物理劑量分布： 由步驟⑴及步驟⑶測(cè)量獲得K(E)值及束斑分布參數(shù)Wi、〇xi、〇yi，可以推導(dǎo)出在 等中心位置照射特定參考電離室計(jì)數(shù)MU時(shí)的束斑絕對(duì)物理劑量分布D(x，y)，即：
其中，Xtl,Ytl為束斑中心位置；S為質(zhì)量阻止本領(lǐng)。
7. 如權(quán)利要求3所述的快速獲得免沖洗驗(yàn)證膠片劑量響應(yīng)曲線的方法，其特征在于 所述的步驟￠)中可以直接采用像素值變化代替計(jì)算凈光密度的數(shù)據(jù)處理方法，則在步驟 (7)中獲得像素值變化與劑量的關(guān)系曲線作為膠片劑量響應(yīng)曲線。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK104502947SQ201410742875
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】劉新國, 李強(qiáng), 賀鵬博, 戴中穎, 黃齊艷, 閆淵林, 馬園園, 申國盛, 付廷巖, 肖國青 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院近代物理研究所