專利名稱：用于測量輻射劑量分布的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量由輻射源產(chǎn)生的輻射劑量分布的方法和裝置。更確切地說，本發(fā)明涉及一種測量由一圍繞中心位置按各種預(yù)定圖形產(chǎn)生輻射的輻射源所產(chǎn)生的輻射劑量分布的方法和裝置。
在醫(yī)療界，將輻射用于對(duì)病人進(jìn)行診斷、治療以及緩解處置。用于這些處置的常規(guī)醫(yī)療用輻射源包含位置固定的大型機(jī)械以及可移動(dòng)的小型輻射產(chǎn)生探頭。按目前的技術(shù)水平，處置系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)來制訂復(fù)雜的處置方案，這些方案需要驗(yàn)證以保證恰當(dāng)?shù)靥幹谩?br> 為了能夠更精確地提供所需劑量和保證處置體積區(qū)，需要通過精確測量輻射源的輻射圖形來校準(zhǔn)輻射源。由于輻射劑量受被輻射區(qū)密度的影響，物質(zhì)密度越大，對(duì)射線的吸收越多，希望針對(duì)被輻照區(qū)建立模型，以及根據(jù)這樣一個(gè)模型執(zhí)行校正操作程序。還希望根據(jù)這樣一個(gè)模型實(shí)施處置方案，并證實(shí)是否產(chǎn)生所需的輻射劑量分布。
常規(guī)的輻照處置系統(tǒng)例如用于醫(yī)療處置的LINAC利用一高能級(jí)遠(yuǎn)距離輻射源并將射線束引向目標(biāo)區(qū)，例如在病人體內(nèi)的腫瘤。這種類型的處置被稱為遠(yuǎn)距離治療，因?yàn)檩椛湓次挥陬A(yù)定的距離，距目標(biāo)約為一米。這種處置存在的缺點(diǎn)是位于輻射源和目標(biāo)之間的組織暴露于射線之下。
在進(jìn)行處置之前，該遠(yuǎn)距離治療系統(tǒng)利用通常沿射束路徑定位但距離射源一定距離的電離室進(jìn)行校準(zhǔn)。電離室位于一個(gè)大水箱之內(nèi)，下文將其稱為水仿真模型(Water phantom)。在水仿真模型中的水接近活性組織的輻射密度以便模擬病人的人體。在校準(zhǔn)過程中，電離室在水仿真模型中移動(dòng)同時(shí)該系統(tǒng)在水仿真模型中的預(yù)定點(diǎn)累計(jì)各單個(gè)輻射劑量測量值。各單個(gè)輻射劑量測量值用于構(gòu)成用作校準(zhǔn)圖形和/或需進(jìn)行的輻照處置的三維劑量分布。
在由本申請(qǐng)人的受讓人所擁有的5153900號(hào)美國專利中公開了另一種利用點(diǎn)輻射源的處置系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一微型可插入探頭，它能圍繞預(yù)定位置按預(yù)定的劑量分布幾何形狀進(jìn)行低強(qiáng)度的輻照。這種處置被稱之為近距離治療，因?yàn)檩椛湓次恢媒咏蛟谀承┣闆r下就在接收處置的區(qū)域內(nèi)。近距離治療的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于所進(jìn)行的輻照主要針對(duì)需處置的病區(qū)內(nèi)，不會(huì)對(duì)鄰近區(qū)域內(nèi)的組織產(chǎn)生明顯的影響。
在處置之前，該近距離治療系統(tǒng)也必須校準(zhǔn)，以驗(yàn)證輻射劑量分布。常規(guī)的水仿真模型/電離室校準(zhǔn)技術(shù)在計(jì)量該近距離治療系統(tǒng)的劑量分布時(shí)并不是有效的，因?yàn)闆]有一種方法使電離室取向保持指向用于在該仿真模型(phantom)內(nèi)部的各不同點(diǎn)的輻射源。而為了得到高分辨率的劑量測量值需要將電離室定向。此外，由于近距離治療僅作用于近輻射源的組織，電離室必須十分接近輻射源，通常小于5厘米，因此，必須對(duì)電離室的移動(dòng)進(jìn)行控制，以避免碰撞探頭。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種用于測量圍繞輻射源的劑量分布的方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于測量圍繞輻射源在目標(biāo)區(qū)內(nèi)一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的輻射劑量分布的方法和裝置。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用于測量圍繞一輻射源的輻射劑量分布的裝置，該裝置可以將輻射測量元件朝向該輻射源。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用于測量一輻射源的輻射輸出的裝置，該裝置能夠相對(duì)于輻射測量裝置移動(dòng)輻射源，并能夠避免輻射源和輻射測量元件之間發(fā)生碰撞。
本發(fā)明涉及用于校驗(yàn)例如在5153900號(hào)美國專利中公開的微型低能級(jí)X射線源的近距離治療裝置的仿真模型裝置。這種低能級(jí)輻射源包含一個(gè)殼體和由該殼體沿探頭軸線延伸到頂部的細(xì)長探頭。該裝置能夠圍繞探頭頂部按預(yù)定寬的劑量分布幾何特性范圍產(chǎn)生低能級(jí)輻射。在某些結(jié)構(gòu)型式中，該輻射源的工作狀況實(shí)際上像一個(gè)點(diǎn)輻射源，產(chǎn)生的射線由頂部的很小的范圍或一個(gè)點(diǎn)上按全向性方式傳播。另外，該輻射源可以產(chǎn)生某些其它的輻射圖形。
該仿真模型裝置包含一個(gè)箱子或柜子，用于容納與要利用輻射處置的區(qū)域具有等效輻射吸收特性的媒質(zhì)。例如該媒質(zhì)可以是水。該仿真模型裝置還包含一輻射測量元件，用于測量在仿真模型裝置中容納的媒質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置處的輻射劑量；以及一套定位系統(tǒng)，它支承處于媒質(zhì)內(nèi)部的探頭并且將其相對(duì)于輻射測量元件定位。一套控制系統(tǒng)使輻射源沿一預(yù)定的路徑相對(duì)于輻射測量元件進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)達(dá)到預(yù)定的位置?？刂葡到y(tǒng)記錄對(duì)于每一預(yù)定位置輻射測量裝置測量的劑量，并利用這一數(shù)據(jù)形成二維和三維的輻射劑量分布的圖像。
為了得到精確的輻射劑量測量值，可能需要將輻射測量元件定向，以便與由輻射源發(fā)出的射線對(duì)準(zhǔn)。輻射測量元件可以連接到定位系統(tǒng)上，以便能夠調(diào)節(jié)輻射測量元件的取向?qū)椛鋭┝繉?shí)現(xiàn)最佳測量。在這點(diǎn)上，控制系統(tǒng)還可以控制輻射測量元件的位置和取向，以及使輻射源和輻射測量元件的移動(dòng)協(xié)調(diào)一致，以避免它們發(fā)生碰撞。該控制系統(tǒng)將輻射源的路徑與輻射測量元件的位置進(jìn)行比較，以便確定它們是否相交，或處在彼此非安全的預(yù)定距離范圍內(nèi)。如果確定會(huì)發(fā)生碰撞，控制系統(tǒng)確定一校正的路徑，以避免發(fā)生碰撞。另外，控制系統(tǒng)還根據(jù)極坐標(biāo)系統(tǒng)控制該移動(dòng)，以避免發(fā)生碰撞。
控制系統(tǒng)將探頭沿預(yù)先規(guī)定的路徑移動(dòng)到預(yù)定的位置，以及移動(dòng)輻射測量元件，以便與入射的射線對(duì)準(zhǔn)，得到精確的輻射測量值。該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)探頭的路徑，以避免和輻射測量元件發(fā)生碰撞。在由一點(diǎn)到另一點(diǎn)確定路徑的過程中，控制系統(tǒng)可以確定一條路徑，其維持探頭距輻射測量元件的距離基本恒定。以便將輻射測量元件的回復(fù)穩(wěn)定時(shí)間降低。在圍繞探頭頂部預(yù)期的劑量分布為非對(duì)稱特性的情況下，控制系統(tǒng)可以確定一條沿著預(yù)期輻射劑量分布的等劑量線的路徑，以便降低輻射測量元件的回復(fù)穩(wěn)定時(shí)間。
按照一種結(jié)構(gòu)形式，該仿真模型裝置包含一具有輻射屏蔽組件的頂蓋，其允許探頭通過頂蓋插入以及能豎直和水平移動(dòng)，同時(shí)限制射線通過頂蓋逸散使之達(dá)到安全數(shù)值。該屏蔽組件包含一具有橫向槽的蓋板和一具有孔的屏蔽板，該孔具有基本上與探頭相同的斷面形狀。探頭通過在屏蔽板上的孔，以及通過在頂蓋內(nèi)的橫向槽插入。該屏蔽板連接到定位系統(tǒng)，以便隨探頭移動(dòng)，并且屏蔽板要足夠大足以覆蓋槽，而與探頭在槽中的位置無關(guān)，因此防止射線通過槽逸散。
在一實(shí)例中，利用一剛性懸臂支承探頭。該臂可以延伸或回縮，以便使探頭軸線和輻射測量元件相對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)通過如下的介紹可以更充分地理解本發(fā)明的上述和其它目的、各種特征和本發(fā)明本身，其中

圖1是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置的正視圖；圖2是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置中的輻射測量組件的細(xì)節(jié)示意圖；圖3是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置的右視圖；圖4是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置的俯視圖；圖5是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置的左視圖；圖6是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置中的控制系統(tǒng)的示意圖；圖7A是產(chǎn)生輻射的探頭頂部的示意圖，并指明了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例輻射探測器相對(duì)探頭運(yùn)動(dòng)的路徑；圖7B是產(chǎn)生輻射的探頭頂部的示意圖，并指明了按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例輻射探測器相對(duì)探頭運(yùn)動(dòng)的路徑；圖8是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置中的頂蓋和輻射屏蔽組件的細(xì)節(jié)示意圖；以及圖9是采用本發(fā)明的輻射劑量分布測量裝置中的支承臂的細(xì)節(jié)示意圖。
本發(fā)明是用于測量和確定輻射源的輻射劑量分布的方法和裝置。在優(yōu)選實(shí)例中，輻射源是一X射線源，其中電子束沿一細(xì)長的探頭射向處于探頭頂部的目標(biāo)；響應(yīng)于入射的電子，按基本全向的輻射圖形產(chǎn)生X射線，因此形成一個(gè)輻射點(diǎn)源?？梢圆捎闷渌鼛缀翁匦院洼椛鋱D形的X射線源。該探頭可以用于醫(yī)療，例如對(duì)病人的診斷、治療和緩解處置。為便于說明，將結(jié)合在醫(yī)療業(yè)中使用的探頭對(duì)本發(fā)明進(jìn)行介紹。本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)理解這種探頭以及本發(fā)明可以應(yīng)用在其它需要進(jìn)行可控電磁輻射的領(lǐng)域。
概括地說，本發(fā)明的裝置包含一具有內(nèi)部空間的箱子或包殼，用于容納一種媒體，即要用輻射進(jìn)行處置的物質(zhì)的輻射等效物。在所述實(shí)例中，水作為活性組織的適當(dāng)?shù)妮椛涞刃锩襟w。該箱子適于接收由外部施加的X射線源，這樣，所輻射的射線的傳播末端處在與組織等效的媒體內(nèi)部。
輻射測量元件配置在媒體中的中心位置處。該輻射測量元件包含一能夠測量施加在媒體的一個(gè)位置處的輻射劑量的輻射探測器，通常該探測器具有一優(yōu)選的或傳感軸線，沿該軸線入射的射線能被測量到。
本發(fā)明的裝置還包含一用于將輻射源相對(duì)于輻射測量元件的定位和定向的系統(tǒng)；以及一用于將輻射探測器相對(duì)于與組織等效媒體的預(yù)定區(qū)域定位和定向的系統(tǒng)。一控制系統(tǒng)控制該用于輻射源的定位系統(tǒng)和用于輻射探測器的定位系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)使輻射源和輻射探測器的移動(dòng)彼此協(xié)調(diào)，以維持傳感軸線與輻射源互相對(duì)準(zhǔn)，以及還能避免在這些元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中發(fā)生碰撞。在輻射源和探測器由一預(yù)定位置移動(dòng)到下一位置的過程中，為使輻射探測器的回復(fù)穩(wěn)定時(shí)間降至最小，該控制系統(tǒng)還能使它們的移動(dòng)彼此協(xié)調(diào)。
圖1以與采用本發(fā)明的仿真模型裝置10相結(jié)合的方式表示輻射源20。輻射源20包含一由殼體22沿探頭軸線28插入的細(xì)長探頭24。輻射源20在細(xì)長探頭24的頂部圍繞一個(gè)點(diǎn)輻射源26產(chǎn)生預(yù)定劑量分布幾何特性的輻射。
仿真模型裝置10包含一容納有一定體積水11的水封殼體或箱12以及配置在箱12內(nèi)的中心位置的輻射測量組件30。利用下面將介紹的在控制器160控制下的各種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)組件對(duì)輻射源20和探測器組件30的相對(duì)位置進(jìn)行控制。
如在圖2中所示，輻射測量組件30包含一在管狀伸出件36一端配置的外套34中安裝的輻射探測器32。管狀伸出件36通過箱12的側(cè)壁14內(nèi)的孔伸出，并連接到輻射探測器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42上。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42使輻射測量組件30能優(yōu)先圍繞定向軸線48旋轉(zhuǎn)。在該優(yōu)選實(shí)例中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42包含由控制系統(tǒng)160控制的伺服電動(dòng)機(jī)44。由輻射探測器32引出的引線通過管狀伸出件36、孔35和側(cè)蓋40延伸到箱12外，并從此連接到控制系統(tǒng)160。裝設(shè)一旋轉(zhuǎn)密封件38，它在管狀伸出件36旋轉(zhuǎn)時(shí)使水不會(huì)通過在管狀伸出件36和孔35之間的間隙漏出。
在該優(yōu)選實(shí)例中，輻射探測器32是一具有傳感軸線32a的電離室。當(dāng)射線由輻射源沿傳感軸線32a傳播到電離室時(shí)，電離室能夠提供十分精確的輻射劑量的測量值。由于電離室對(duì)于環(huán)境壓力和溫度是敏感的，側(cè)蓋40用來通氣，以使電離室32能處于環(huán)境壓力和溫度之下。最好，外套34由“Solid Water”材料構(gòu)成?！癝olid Water”是一種塑料，專用作對(duì)指定類型輻射的水的輻射等效物。在該優(yōu)選實(shí)例中，該輻射源產(chǎn)生的X射線能級(jí)達(dá)到50千電子伏特，使用457型“Solid Water”。這種材料由Radiation Measurements，Inc.OfMiddleton，Wisconsin可以購得。
探頭定位系統(tǒng)50安裝到箱12的側(cè)壁16上，將輻射源20相對(duì)于輻射探測器32進(jìn)行移動(dòng)。探頭定位系統(tǒng)50包含水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60、豎直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110，以使輻射探測器20能分別進(jìn)行水平、豎直和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)160控制和協(xié)調(diào)輻射源20的移動(dòng)和輻射探測器32的移動(dòng)。
如在圖1和圖3中所示，水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60包含一對(duì)固定到側(cè)壁16上的細(xì)長的水平導(dǎo)向件66和一個(gè)與水平導(dǎo)向件66相結(jié)合的水平定位臺(tái)68，以便控制水平定位臺(tái)68相對(duì)于箱12沿Y軸水平移動(dòng)。在該優(yōu)選實(shí)例中，細(xì)長的水平導(dǎo)向件66包含一些球軸承，它們約束水平定位臺(tái)68的軌跡，保證水平定位臺(tái)68沿水平方向無摩擦移動(dòng)并實(shí)際上防止沿其它方向的移動(dòng)。水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)62安裝在側(cè)壁16上并用順應(yīng)式聯(lián)軸節(jié)(未示出)使之連接到導(dǎo)螺桿64上。導(dǎo)螺桿64與連接到水平定位臺(tái)68上的傳動(dòng)螺母65相嚙合，以便將水平定位臺(tái)68沿水平Y(jié)方向移動(dòng)和定位。在該優(yōu)選實(shí)例中，水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)62是一由控制系統(tǒng)160控制的伺服電動(dòng)機(jī)。
如在圖1和圖3中所示，豎直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70包含一固定到水平定位臺(tái)68上的豎直導(dǎo)向件76以及與豎直導(dǎo)向件76相結(jié)合的豎直定位臺(tái)78，以便控制豎直定位臺(tái)78相對(duì)于水平定位臺(tái)68豎直(沿Z軸)移動(dòng)。在該優(yōu)選實(shí)例中，豎直導(dǎo)向件76包含一些球軸承，它們約束豎直定位臺(tái)78的軌跡，保證豎直定位臺(tái)78沿豎直方向的無摩擦移動(dòng)，并實(shí)際上防止其相對(duì)于水平定位臺(tái)60沿其它方向移動(dòng)。一豎直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)72安裝在水平定位臺(tái)68上并以順應(yīng)式聯(lián)軸節(jié)73連接到導(dǎo)螺桿74上。導(dǎo)螺桿74與連接到豎直定位臺(tái)78上的傳動(dòng)螺母75相嚙合，以便將豎直定位臺(tái)78沿Z軸即平行于探頭24的軸線28的豎直方向移動(dòng)和定位。在該優(yōu)選實(shí)例中，豎直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)72是一由控制系統(tǒng)160控制的伺服電動(dòng)機(jī)。
如在圖1和圖4中所示，支承臂80支承驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110以及按照在箱12中的探頭定位的輻射源。支承臂80的一端連接到豎直定位臺(tái)78上，并由此處呈懸臂狀延伸至箱12的上方。最好，支承臂80沿與定向軸線48平行的方向以及與水平定位臺(tái)68沿Y軸移動(dòng)的方向及豎直定位臺(tái)78沿Z軸移動(dòng)的方向垂直的方向延伸。支承臂80還包含一與懸臂或自由端88鄰近的輻射源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110。輻射源20的外套22安裝在輻射源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110上，以使得點(diǎn)狀輻射源26能圍繞探頭軸線28旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。輻射源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110包含一由控制系統(tǒng)160控制以確保這一運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)112。由于支承臂80連接到安裝在水平定位臺(tái)68上的豎直定位臺(tái)78上，仿真模型裝置10能保證輻射源20相對(duì)于探測器32的沿X、Y軸的水平移動(dòng)和沿Z軸的豎直移動(dòng)。
圖5表示避免碰撞系統(tǒng)的機(jī)械連鎖方式。該系統(tǒng)包含一個(gè)安裝在連接到探頭支承臂80上的仿真模型探頭支承件122上的仿真模型探頭120，以及在箱12外側(cè)安裝到輻射測量組件30的蓋40上的仿真模型探測器130。仿真模型探頭120和仿真模型探測器130的排列基本上與探頭24和輻射探測器32的相互關(guān)系相同。最好，仿真模型探頭120沿與探頭軸線28平行的軸線延伸，仿真模型探測器130沿定向軸線48布置。由于仿真模型探頭120連接到探頭支承件80，仿真模型探頭120沿與探頭24的路徑平行的路徑移動(dòng)。仿真模型探測器130稍大于輻射探測器32以及“Solid Water”外套34，這樣萬一發(fā)生碰撞，在輻射探頭24接觸外套34之前，仿真模型探頭120將接觸仿真模型探測器130。最好，仿真模型探頭120和仿真模型探測器130具有連接到控制系統(tǒng)160上的導(dǎo)電外表面。通過測量仿真模型探頭120和仿真模型探測器130之間是否短路可以檢測碰撞。
如圖6中所示，控制系統(tǒng)160包含一通用計(jì)算機(jī)，其包含一與存儲(chǔ)器174和輸入/輸出176子系統(tǒng)、移動(dòng)控制系統(tǒng)180和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)190。移動(dòng)控制系統(tǒng)180包含用于控制水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組件60的水平移動(dòng)控制系統(tǒng)182、用于控制豎直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組件70的豎直移動(dòng)控制系統(tǒng)184、用于控制輻射源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110的輻射源旋轉(zhuǎn)移動(dòng)控制系統(tǒng)186以及用于控制探測器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42的探測器旋轉(zhuǎn)移動(dòng)控制系統(tǒng)188。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)190用于采集由控制系統(tǒng)160的軟件所使用的輻射劑量數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生輻射劑量分布的圖像。
在工作過程中，探頭20和探測器32按圖1所示定位。探測器組件30則圍繞軸線48旋轉(zhuǎn)，使得探測器32在使其傳感軸線32a總是指向點(diǎn)輻射源26同時(shí)有效地通過如圖7A中所示的路徑200。在這種移動(dòng)的過程中，仿真模型裝置10沿路徑200在預(yù)定數(shù)量的角位置測量輻射劑量，該路徑即在沿探頭軸線28延伸的Y-Z平面內(nèi)圍繞點(diǎn)輻射源26形成的路徑。圖7A表示沿路徑200的一系列位置P1-P7，這些位置是為求得球形輻射劑量分布由輻射探測器32圍繞點(diǎn)輻射源26預(yù)定的。然后，輻射源20圍繞軸線28轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定角度，并重復(fù)該過程。將輻射源20進(jìn)一步圍繞軸線28轉(zhuǎn)動(dòng)，并進(jìn)行測量，直到輻射源已旋轉(zhuǎn)180°。在這一過程中控制系統(tǒng)160對(duì)圍繞點(diǎn)輻射源26的球面上的劑量分布進(jìn)行了測量。由于在各位置之間將電離室32與點(diǎn)輻射源的距離維持恒定，使電離室的回復(fù)穩(wěn)定時(shí)間降至最小。然后對(duì)于一系列的同心球面重復(fù)該過程，以便得到三維的劑量分布圖。在按非球面形提供輻射劑量分布的情況下，仿真模型裝置10可以沿與該非球面形相似的路徑在劑量分布的等劑量線上選擇各個(gè)點(diǎn)。例如，如果按圓柱形或者甚至按圍繞探頭軸線的非對(duì)稱形狀形成輻射劑量分布時(shí)，可以對(duì)控制系統(tǒng)160編程，以便能遵循給定的輻射劑量分布等劑量線圖。
控制系統(tǒng)160通過將輻射源20相對(duì)于電離室32進(jìn)行定位，然后將電離室32直接朝向在輻射源20的末端處的點(diǎn)輻射源26，實(shí)現(xiàn)這一操作過程，借此使測量軸線32a沿一與點(diǎn)輻射源26相交的路徑延伸。然后控制系統(tǒng)160記錄由電離室32測量的劑量，并為下一次測量將輻射源20和電離室32定位。在該優(yōu)選實(shí)例中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42圍繞定向軸線48旋轉(zhuǎn)電離室32，并使電離室32的開口位于定向軸線48上。這樣就簡化了系統(tǒng)的計(jì)算量，因?yàn)橛牲c(diǎn)輻射源到電離室32的距離在旋轉(zhuǎn)電離室32的過程中是不變的。在該優(yōu)選實(shí)例中，控制系統(tǒng)160按預(yù)先規(guī)定的次數(shù)對(duì)電離室32進(jìn)行采樣，并存儲(chǔ)平均值。最好采樣速率是每秒3次，存儲(chǔ)的數(shù)值是6個(gè)數(shù)值的平均值。
控制系統(tǒng)160還根據(jù)輸入劑量分布的幾何特性測定探頭24的路徑。在將探頭24移動(dòng)到指定位置之前，控制系統(tǒng)160推測探頭24相對(duì)于探測器32位置的路徑，以便確定它們是否相交或者在預(yù)定的非安全的彼此距離范圍內(nèi)通過，因此可以預(yù)防碰撞。當(dāng)預(yù)計(jì)會(huì)碰撞時(shí)，控制系統(tǒng)160確定新的路徑以便避免碰撞。
圖7B表示根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)例的另一種路徑200。該系統(tǒng)測量沿圍繞輻射源20的路徑200的預(yù)定各點(diǎn)P1-P28處的輻射劑量。在這一實(shí)例中，通過輸入用于圍繞輻射探頭24的點(diǎn)輻射源26確定的極坐標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)，確定路徑200。該坐標(biāo)包含徑向位置，探測器角度和輻射源角度。徑向位置是由點(diǎn)輻射源26到電離室32沿徑向路徑R1-R7的距離。探測器角度是圍繞點(diǎn)輻射源26的輻射探測器角度或者是在與探頭28的軸線同平面內(nèi)的徑向路徑的角度。輻射源角度是輻射源24圍繞探頭28的軸線形成的角度。每個(gè)坐標(biāo)處的輸入?yún)?shù)包括起點(diǎn)、終點(diǎn)和遞增量。例如在圖7B中，徑向坐標(biāo)為由P1到P4，遞增量為(P4-P1)/3；探測器角度坐標(biāo)為由R1到R7，遞增量為45°；探測源角度坐標(biāo)(未示出)為由0°到180°，遞增量為45°。在該優(yōu)選實(shí)例中，徑向坐標(biāo)為由0.3厘米到2厘米，遞增量為0.5毫米；探測器角度坐標(biāo)為由-90°到90°，遞增量為15°；以及輻射源角度坐標(biāo)(未示出)為由0°到180°，遞增量為15°。
通過對(duì)該坐標(biāo)系統(tǒng)中的每一坐標(biāo)確定移動(dòng)方式，形成由P1到P28的電離室32圍繞點(diǎn)輻射源26的路徑200。最內(nèi)側(cè)的移動(dòng)是徑向移動(dòng)，因此例如，探測器由點(diǎn)P1移動(dòng)到點(diǎn)P4。接著形成的移動(dòng)是探測器角度變化，例如由R1到R2。注意，徑向位置從P5開始，按照與P1處相同的徑向距離變化，并且對(duì)于每一新的探測器角度重復(fù)進(jìn)行。在探測器角度到達(dá)R7之后，電離室32返回到P1，探頭24圍繞軸線28旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)該過程直到探頭24旋轉(zhuǎn)180°。其結(jié)果是一組代表在三維空間內(nèi)的劑量值的測量點(diǎn)。
當(dāng)電離室32由一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，在記錄劑量值之前，系統(tǒng)必須等待電離室32回復(fù)穩(wěn)定。在該優(yōu)選實(shí)例中，該系統(tǒng)連續(xù)地對(duì)電離室32進(jìn)行讀數(shù)，直到劑量值處于前一劑量值的百分之一之內(nèi)。系統(tǒng)將這一讀數(shù)存儲(chǔ)并移動(dòng)到下一位置。
在該優(yōu)選實(shí)例中，每一次移動(dòng)都是協(xié)調(diào)一致的，防止電離室32與探頭24相接觸或撞擊。這是通過限定由第一點(diǎn)到第二點(diǎn)的路徑來實(shí)現(xiàn)的，它實(shí)際上同時(shí)沿所有坐標(biāo)軸移動(dòng)并且維持電離室32和探頭24之間的徑向距離大于或等于第二點(diǎn)的徑向距離，與探測器角度無關(guān)。例如，圖7B表示限定為一條彎曲路徑的由P28到P1的路徑，其維持電離室32和探頭24之間的徑向距離大于由點(diǎn)輻射源26到點(diǎn)P1的徑向距離，與探測器角度無關(guān)。
如在圖8中所示，水仿真模型的頂蓋包含輻射屏蔽組件140，其使探頭能經(jīng)其通過插入并相對(duì)于輻射源32定位，同時(shí)有效地限制射線通過頂蓋逸散。屏蔽組件140包含一頂蓋板142，其具有一在其間貫通的橫向槽44，以使探頭24能伸入箱內(nèi)和在由槽144限定的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。裝設(shè)第一屏蔽板146用于覆蓋槽144，該板包含一斷面形狀基本上與探頭相同的孔148，探頭通過該孔插入。第一屏蔽板146連接到定位系統(tǒng)，以便同探頭24一同移動(dòng)，并且其要足夠大以覆蓋槽144，而不管探頭24在槽144中的位置如何，因此防止射線通過槽144逸散。
在該優(yōu)選實(shí)例中，支承臂80包含一可調(diào)節(jié)部分84，使得探頭軸線28的位置能沿探測器組件30的定向軸線進(jìn)行調(diào)節(jié)。最好，探頭軸線28應(yīng)處在與輻射探測器32的中心相交的平面內(nèi)。在該優(yōu)選實(shí)例中，該平面應(yīng)與電離室孔的中心相交。通過沿定向軸線48手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)探頭軸線28的位置來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，以得到輻射探測器32的峰值輸出。
圖9表示沿支承臂軸線82延伸的支承臂80的細(xì)部示意圖。支承臂80包含固定到豎直定位臺(tái)78上，并利用可調(diào)節(jié)部分84與自由端88(該處安裝有輻射源20)分開的基本端86。在該優(yōu)選實(shí)例中，可調(diào)節(jié)部分84包含一平行四邊形部分，其由基本延伸件90和自由端延伸件92構(gòu)成，它們利用撓曲件96的可撓曲部分連接在橫向支承連接件94上?；狙由旒?0由基本端86沿與支承臂軸線82平行的方向延伸而自由端延伸件92由自由端88沿與支承臂軸線82平行的方向延伸。在正常位置下，橫向支承連接件94沿與基本延伸件90和自由端延伸件92正交的方向延伸。橫向支承連接件94和可撓曲部分96使得自由端88和自由端延伸件92能沿與支承臂軸線82平行的方向移動(dòng)。
在該優(yōu)選實(shí)例中，通過一安裝在一對(duì)固定在切口98a兩側(cè)上的支承元件104A和104B上的調(diào)節(jié)輪100來進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)輪100包含一由其兩側(cè)延伸的螺桿102。調(diào)節(jié)輪100的一側(cè)為右旋外螺紋102A，與支承元件104A的右旋內(nèi)螺紋相嚙合，調(diào)節(jié)輪100的另一側(cè)為左旋外螺紋102B、與支承元件104B的左旋內(nèi)螺紋相嚙合。通過沿順時(shí)針方向(當(dāng)由固定到右旋螺桿102A的一側(cè)觀看時(shí))轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)輪100，螺桿使元件104A、104B彼此分開，并使自由端88沿支承臂軸線82延伸遠(yuǎn)離基本端86。沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)輪100，使元件104A、104B彼此接近，自由端88朝基本端86移動(dòng)。在另一實(shí)例中，螺桿102可以連接到由控制系統(tǒng)160控制的伺服電動(dòng)機(jī)上，以便沿定向軸線48自動(dòng)調(diào)節(jié)輻射源20的位置。
在另一實(shí)例中，利用一安裝在箱12頂部的臺(tái)架式定位系統(tǒng)將輻射源20定位。這一系統(tǒng)例如可由一安裝在箱12頂部的水平定位臺(tái)構(gòu)成，該定位臺(tái)裝有豎直和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便進(jìn)行豎直、水平和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。在另一實(shí)例中，輻射源20可以由一機(jī)械手支承。
在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思或基本特征的前提下，可以按照其它特定形式實(shí)施本發(fā)明。因此，所提出的這些實(shí)施例在各方面都是說明性的、是非限定性的，本發(fā)明的范圍是由所提出的權(quán)利要求而不是上述說明書指定的，因此，在權(quán)利要求中旨在包含落在各權(quán)利要求的含義和等效物范圍之內(nèi)的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種用于測量輻射劑量分布的裝置，其測量在圍繞一位于活性組織等效體積區(qū)內(nèi)的輻射源分布的各點(diǎn)處的輻射劑量，包含一容器，形成有用于容納與活性組織等效的液體媒體的內(nèi)部空間；輻射測量裝置，配置在上述內(nèi)部空間內(nèi)，用于測量沿傳感軸線方向入射的射線；輻射源定位裝置，用于選擇性地將輻射源在上述內(nèi)部空間內(nèi)定位；探測器定位裝置，用于選擇性地將上述輻射測量裝置在上述內(nèi)部空間內(nèi)定位；控制裝置，用于控制上述探測器定位裝置和上述輻射源定位裝置，及將上述輻射源相對(duì)于上述輻射測量裝置進(jìn)行相對(duì)定位，借此使在圍繞上述輻射源的預(yù)定方位處上述傳感軸線指向上述輻射源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的輻射測量裝置沿第一軸線配置，所述探測器定位裝置包含第一旋轉(zhuǎn)裝置，用于使所述輻射測量裝置能圍繞所述第一軸線旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述控制裝置有效地連接到所述探測器定位裝置，用以旋轉(zhuǎn)所述輻射測量裝置；以及所述控制裝置有效地連接到所述輻射源定位裝置，用以控制所述輻射源相對(duì)于所述輻射測量裝置的移動(dòng)；以及其中所述控制裝置還包含用于控制所述輻射源定位裝置的裝置，用以將所述輻射源相對(duì)所述輻射測量裝置由第一預(yù)定位置沿預(yù)定路徑移動(dòng)到第二預(yù)定位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述控制裝置還包含用于在每一預(yù)定位置旋轉(zhuǎn)所述輻射測量裝置的裝置，以便對(duì)準(zhǔn)所述傳感軸線，使其由所述輻射測量裝置延伸到所述輻射源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述控制裝置還包含用于防止所述輻射源和所述輻射測量裝置之間發(fā)生碰撞的裝置，所述防止碰撞裝置包含沿按極坐標(biāo)系統(tǒng)的預(yù)定路徑移動(dòng)所述輻射測量裝置的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述控制裝置還包含用于防止所述輻射源和所述輻射測量裝置之間發(fā)生碰撞的裝置，所述防止碰撞裝置包含用于將所述輻射源的所述預(yù)定路徑相對(duì)于所述輻射測量裝置進(jìn)行比較的裝置，以便確定所述預(yù)定路徑是否與所述輻射測量裝置相交；以及包含用于根據(jù)相交的確定結(jié)果改變所述預(yù)定路徑的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，還包含第三定位裝置，用于將所述輻射源沿一平行于所述第一軸線的軸線方向進(jìn)行定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述的仿真模型裝置還包含將所述輻射源連接到所述輻射源定位裝置上的所述第三定位裝置，所述第三定位裝置包含一基本端部分，連接到所述輻射源定位裝置；以及自由端部分，利用一可調(diào)節(jié)部分沿第二軸線與所述基本端部分分開；所述可調(diào)節(jié)部分包含一由所述基本部分沿與所述第二軸線平行的方向延伸的基本延伸件；由所述自由部分沿與所述第二軸線平行的方向延伸的自由延伸件；一對(duì)與所述基本延伸件和所述自由延伸件正交延伸的平行分隔開的連接件；所述平行分隔開的連接件利用順應(yīng)式聯(lián)軸節(jié)裝置連接到所述基本延伸件和所述自由延伸件，用以使每個(gè)所述連接件在所述聯(lián)軸節(jié)處可以旋轉(zhuǎn)，以此使所述基本延伸件和所述自由延伸件可以沿與所述第二軸線平行的方向移動(dòng)，以及用于使所述自由部分相對(duì)于所述基本部分移動(dòng)的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射源定位裝置包含用于使所述輻射源圍繞輻射源軸線旋轉(zhuǎn)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射源定位裝置包含用于使所述輻射源沿水平方向和豎直方向中的至少一個(gè)方向移動(dòng)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包含覆蓋裝置，用于覆蓋所述容器裝置的頂部，所述覆蓋裝置包含一入口裝置，用于使所述輻射源的一部分能通過所述覆蓋裝置進(jìn)入所述媒體，以及覆蓋屏蔽裝置，用于防止射線通過所述入口裝置漏出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述屏蔽裝置連接到所述輻射源定位裝置上并隨所述輻射源一起移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述控制裝置有效地連接到所述輻射源定位裝置，用于控制所述輻射源相對(duì)于所述輻射測量裝置的移動(dòng)，以及所述控制裝置還包含用于控制所述輻射源定位裝置的裝置，以便將所述輻射源相對(duì)所述輻射測量裝置由第一預(yù)定位置沿預(yù)定路徑移動(dòng)到第二預(yù)定位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述輻射測量裝置產(chǎn)生一代表施加到在所述媒體的所述部分內(nèi)的所述位置的輻射劑量的信號(hào)，以及所述控制裝置還包含用于記錄在沿所述預(yù)定路徑的所述預(yù)定位置處由所述輻射測量裝置產(chǎn)生的所述信號(hào)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述控制裝置還包含一裝置，用于控制所述輻射源相對(duì)所述輻射測量裝置從所述第一預(yù)定位置沿預(yù)定路徑到第二預(yù)定位置的移動(dòng)，以及用于在所述輻射源由所述第一預(yù)定位置到第二預(yù)定位置的所述移動(dòng)過程中維持所述輻射源和所述輻射測量裝置之間的距離恒定。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包含用于防止所述輻射源和所述輻射測量裝置之間發(fā)生碰撞的裝置，所述防止碰撞裝置包含一以與所述輻射源平行分隔開的關(guān)系連接并延伸的仿真模型輻射源裝置；以及一沿一與所述輻射測量裝置共有的軸線連接并延伸的仿真模型輻射測量裝置；所述仿真模型輻射測量裝置充分大于所述輻射測量裝置，因此萬一發(fā)生碰撞，在所述輻射源接觸所述輻射測量裝置之前，所述仿真模型輻射源裝置接觸所述仿真模型輻射測量裝置；以及所述仿真模型輻射測量裝置和所述仿真模型輻射源裝置包含導(dǎo)電外表面，它們電連接到所述控制裝置，以及所述控制裝置包含用于檢測所述仿真模型輻射測量裝置和所述仿真模型輻射源裝置之間的短路和用于使所述第一和第二定位裝置停止以避免發(fā)生碰撞的裝置。
17.一種測量輻射源的輻射劑量分布的方法，該輻射源用于向一目標(biāo)區(qū)施加預(yù)定的輻射劑量，所述輻射源包含用于對(duì)在所述目標(biāo)區(qū)內(nèi)的預(yù)定的位置產(chǎn)生預(yù)定輻射劑量分布幾何特性的裝置，所述方法包含步驟A)在具有與所述目標(biāo)區(qū)等效輻射特性的媒體中將輻射測量裝置和所述輻射源定位；B)將所述輻射源相對(duì)所述輻射測量裝置由第一預(yù)定位置沿預(yù)定路徑移動(dòng)到至少一個(gè)另外的預(yù)定位置；C)記錄在每一所述預(yù)定位置處的輻射劑量；D)形成代表圍繞所述輻射源的輻射劑量分布的信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中的步驟B還包含子步驟1)將所述輻射源相對(duì)所述輻射測量裝置沿一對(duì)應(yīng)于所述輻射源的預(yù)期輻射劑量分布幾何特性的預(yù)定路徑移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述預(yù)先規(guī)定的路徑沿著所述輻射劑量分布的等劑量線。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述預(yù)定路徑維持所述輻射測量裝置與所述輻射源的距離基本恒定。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于測量輻射劑量分布的仿真模型裝置(10),這種輻射是由一用于利用輻射處置一局部區(qū)域的近距離治療裝置產(chǎn)生的。該近距離治療裝置包含一能夠產(chǎn)生圍繞預(yù)定點(diǎn)的預(yù)定輻射劑量分布幾何特性的可插入探頭(24)。仿真模型裝置(10)包含一箱子(12),其中容納具有與需處置的局部區(qū)域等效的輻射特性的媒體。該仿真模型裝置(10)還包含用于測量輻射劑量的輻射源(32)和用于相對(duì)于輻射探測器(32)移動(dòng)探頭(24)的定位系統(tǒng)。輻射源(32)還連接到定位系統(tǒng)(50),以便為實(shí)現(xiàn)最佳劑量測量將輻射源(32)定向。仿真模型裝置(10)包含使探頭(24)和輻射源(32)的移動(dòng)協(xié)調(diào)一致避免發(fā)生碰撞的控制系統(tǒng)(160)?？刂葡到y(tǒng)(160)沿一預(yù)定路徑圍繞輻射探測器(32)移動(dòng)探頭(24)并記錄沿該路徑在預(yù)定點(diǎn)處的劑量。為了降低探測器(32)的回復(fù)穩(wěn)定時(shí)間,選擇路徑以與探頭(24)的輻射劑量分布的等劑量線一致。
文檔編號(hào)G01T7/00GK1203661SQ96198755
公開日1998年12月30日 申請(qǐng)日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月12日
發(fā)明者A·P·斯利斯基, M·達(dá)爾特里奧, D·O·史密斯 申請(qǐng)人:光電子有限公司