RU2786345C1 - Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation - Google Patents
Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786345C1 RU2786345C1 RU2022108198A RU2022108198A RU2786345C1 RU 2786345 C1 RU2786345 C1 RU 2786345C1 RU 2022108198 A RU2022108198 A RU 2022108198A RU 2022108198 A RU2022108198 A RU 2022108198A RU 2786345 C1 RU2786345 C1 RU 2786345C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- camera
- plane
- sensitive
- cell number
- pad
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002661 proton therapy Methods 0.000 title claims abstract description 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 238000004980 dosimetry Methods 0.000 description 2
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 208000001048 Oculocerebrocutaneous syndrome Diseases 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011347 external beam therapy Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к области лучевой терапии с использованием протонов, и может быть применено для практической дозиметрии при определении поглощенной дозы от пучка протонов для медицинских целей, в частности, к протонной терапии при облучении малоинтенсивным «карандашным пучком» больших патологических очагов с большой точностью подведения дозы к области очага по координате. The present invention relates to the field of radiation therapy using protons, and can be used for practical dosimetry in determining the absorbed dose from a proton beam for medical purposes, in particular, for proton therapy when irradiating large pathological foci with a low-intensity "pencil beam" with high dose adjustment accuracy to the source area along the coordinate.
Предшествующий уровень техники Prior Art
Из диссертации «Развитие методов оптической диагностики в циклических ускорителях заряженных частиц», Дорохов В.Л., опубл.2021, известен способ измерения профиля пучка, осуществляющийся применением люминофорного экрана, размещенного в вакуумной камере ускорителя, перед быстрой видеокамерой, записывающей светящийся профиль пучка. Видимый свет, излучаемый люминофорным экраном при прохождении через него пучка, регистрируют и измеряют цифровой видеокамерой, и полученное изображение выводится на компьютер. From the dissertation “Development of optical diagnostic methods in cyclic particle accelerators”, Dorokhov V.L., publ. 2021, a method for measuring the beam profile is known, which is carried out using a phosphor screen placed in the vacuum chamber of the accelerator in front of a fast video camera recording the luminous beam profile. The visible light emitted by the phosphor screen as the beam passes through it is recorded and measured by a digital video camera, and the resulting image is displayed on a computer.
Из патента RU2654838, опубл.22.05.2018, и патента RU179244, опубл. 07.05.2018, известно устройство, предназначенное для контроля протонного и ионного пучка перед проведением сеанса протонной терапии и способ измерения энерговыделения от ионизирующих излучений. Устройство измерения энерговыделения от ионизирующих излучений, раскрытое в вышеуказанных патентах, а именно цифровой детектор получения изображений (ЦДПИ), после проведения контроля пучка протонного ускорителя выдвигается из пучка и на его месте размещается пациент для проведения сеанса протонной терапии. Устройство ЦДПИ позволяет в диапазоне всех терапевтических энергий сканирующего малоинтенсивного пучка протонов с точностью регламентируемой МАГАТЭ, восстанавливать глубину пика Брэгга для предстоящего контроля дозного поля по глубине и ширине перед облучением пациента за импульс ускорителя [Серия технических докладов №398. Определение поглощенной дозы при дистанционной лучевой терапии: Международные практические рекомендации по дозиметрии, основанные на эталонах единицы поглощенной дозы в воде, МАГАТЭ, Вена, 2004].From patent RU2654838, publ. 22.05.2018, and patent RU179244, publ. 05/07/2018, a device is known for controlling the proton and ion beam before a proton therapy session and a method for measuring the energy release from ionizing radiation. The device for measuring the energy release from ionizing radiation, disclosed in the above patents, namely the digital imaging detector (CDPI), after monitoring the beam of the proton accelerator, is moved out of the beam and a patient is placed in its place for a proton therapy session. The CDPI device allows, in the range of all therapeutic energies of a scanning low-intensity proton beam with an accuracy regulated by the IAEA, to restore the depth of the Bragg peak for the upcoming control of the dose field in depth and width before irradiating the patient for an accelerator pulse [Series of technical reports No. 398. Absorbed Dose Determination in External Beam Therapy: International Practice Guidelines for Dosimetry Based on Absorbed Dose Unit Standards in Water, IAEA, Vienna, 2004].
Известен способ контроля параметров пучка в процессе протонной терапии, известный из патента SU1338154, опубл.23.05.1988, в котором на двух одинаковых газовых пропорциональных камерах (позиционно-чувствительные детекторы) контролируют интенсивность облучения мишени. Одну камеру устанавливают после последней квадрупольной линзы, а вторую перед пациентом. К недостаткам указанного способа относится невысокая точность в определении потока, проходящих через них протонов, и отсутствие возможности определять полную дозу прошедших через них частиц протонов за полный импульс ускорителя. A known method for controlling beam parameters in the process of proton therapy, known from patent SU1338154, publ. One camera is installed after the last quadrupole lens, and the second in front of the patient. The disadvantages of this method include low accuracy in determining the flow of protons passing through them, and the inability to determine the total dose of proton particles that have passed through them per full pulse of the accelerator.
Наиболее близким аналогом является способ и устройство контроля параметров пучка в процессе протонной терапии известный из патента RU2747365, опубл.04.05.2021, заключающиеся в применении двух камер, установленных перед пациентом и после последнего сканирующего магнита, а также системы контроля обнаружения отклонений (СКОО), которая отключает пучок ускорителя при отклонении профиля от заданных в системе профилей. Недостатком прототипа является сложность самого устройства и считывающей электроники и системы СКОО. The closest analogue is the method and device for controlling beam parameters in the process of proton therapy known from patent RU2747365, publ. which turns off the accelerator beam when the profile deviates from the profiles specified in the system. The disadvantage of the prototype is the complexity of the device itself and the readout electronics and the SCOO system.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Задачей предлагаемого изобретения является повышение конформности контроля процесса облучения пациента во время сеанса протонной терапии, а именно точности контроля соответствия пучка излучения патологическому очагу, при определении профиля поглощенной дозы по х- и y- координате. The objective of the invention is to increase the conformity of the control of the process of irradiation of the patient during a proton therapy session, namely, the accuracy of monitoring the correspondence of the radiation beam to the pathological focus, when determining the profile of the absorbed dose along the x- and y-coordinates.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности в определении выделившейся в мишени дозы за каждый импульс ускорителя. Кроме того, повышение надежности, снижение стоимости устройства, упрощение конструкции за счет упрощения конструкции считывающей электроники при одновременном сохранении большого числа каналов камеры. The technical result of the invention is to increase the accuracy in determining the dose released in the target for each pulse of the accelerator. In addition, increasing the reliability, reducing the cost of the device, simplifying the design by simplifying the design of the readout electronics while maintaining a large number of camera channels.
Заявленный технический результат достигается в способе контроля параметров пучка в процессе протонной терапии, включающий измерение допустимых значений дозных профилей и плотности интенсивности пучка перед облучением пациента с помощью падовой камеры, установленной между последним сканирующим магнитом и пациентом, количественное сравнение измеренных дозных профилей и плотности интенсивности пучка с допустимыми значениями, и отключение пучка при отклонении параметров от допустимых значений, при этом измерение параметров пучка осуществляют путем облучения каждого участка поверхности координатно-чувствительной плоскости многоканальной падовой ионизационной камеры и расположенной перед ней плоскости люминофорного экрана, разделенной на ячейки, совпадающие по геометрическим размерам с участком поверхности многоканальной падовой ионизационной камеры, при этом дополнительно осуществляют идентификацию и считывание параметров пучка и обработку параметров пучка посредством цифровой видеокамеры, анализатора номера ячейки и аналогового мультиплексора. The claimed technical result is achieved in a method for controlling beam parameters in the process of proton therapy, including measuring the allowable values of dose profiles and beam intensity density before irradiating the patient using a pad chamber installed between the last scanning magnet and the patient, quantitative comparison of the measured dose profiles and beam intensity density with allowable values, and turning off the beam when the parameters deviate from the allowable values, while the measurement of the beam parameters is carried out by irradiating each area of the surface of the coordinate-sensitive plane of the multichannel pad ionization chamber and the plane of the phosphor screen located in front of it, divided into cells that coincide in geometric dimensions with the area surfaces of the multichannel pad ionization chamber, while additionally identifying and reading the beam parameters and processing the beam parameters by means of a digital video camera, cell number analyzer and analog multiplexer.
Заявленный технический результат достигается применением устройства контроля параметров пучка в процессе протонной терапии, включающее ускоритель с протонным пучком, фокусируемым квадрупольными линзами, падовую камеру, установленную между последним сканирующим магнитом и пациентом, считывающую электронику для обработки сигнала с камеры, и электронную схему сравнения и контроля обнаружения отклонений, при этом в качестве камеры используют многоканальную падовую ионизационную камеру, координатно-чувствительная плоскость которой разделена на участки, и установленного перед ней люминофорного экрана, плоскость которого, разделена на ячейки, совпадающие по размерам с чувствительными участками камеры, при этом дополнительно включает цифровую видеокамеру, анализатор номера ячейки и аналоговый мультиплексор.The claimed technical result is achieved by using a beam parameters control device in the process of proton therapy, including an accelerator with a proton beam focused by quadrupole lenses, a pad camera installed between the last scanning magnet and the patient, reading electronics for signal processing from the camera, and an electronic circuit for comparison and detection control deviations, while a multichannel pad ionization chamber is used as a camera, the coordinate-sensitive plane of which is divided into sections, and a phosphor screen installed in front of it, the plane of which is divided into cells that match in size with the sensitive areas of the camera, while additionally includes a digital video camera , cell number analyzer and analog multiplexer.
Цифровая видеокамера совместно с анализатором номера ячейки идентифицирует номер ячейки на люминофорном экране, через которую прошел спот пучка, анализатор номера ячейки формирует код номера участка поверхности координатно-чувствительной плоскости многоканальной падовой ионизационной камеры и передает на аналоговый мультиплексор, подключенный через токовые выводы к каждому участку поверхости камеры, а аналоговый мультиплексор передает параметры пучка на считывающую электронику для обработки и сравнения параметров с допустимыми значениями.A digital video camera, together with a cell number analyzer, identifies the cell number on the phosphor screen through which the beam spot has passed, the cell number analyzer generates a code for the number of the surface area of the coordinate-sensitive plane of the multichannel pad ionization chamber and transmits it to an analog multiplexer connected via current outputs to each surface area camera, and the analog multiplexer transmits the beam parameters to the readout electronics for processing and comparing the parameters with acceptable values.
В заявленном изобретении используют одну большую многоканальную ионизационную падовую камеру, и схему контроля и обнаружения отклонений (СКОО). СКОО имеет меньшее количество контролируемых параметров в процессе сеанса протонной терапии, чем в аналогах, что упрощает процесс проведения сеанса терапии и обработки результатов. Главным существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения является принципиально другое электронное считывание профилей пучка в процессе облучения мишени. The claimed invention uses one large multi-channel ionization pad chamber, and a control and deviation detection circuit (OCDS). The COMS has a smaller number of controllable parameters during a proton therapy session than in analogs, which simplifies the process of conducting a therapy session and processing the results. The main essential distinguishing feature of the proposed invention is a fundamentally different electronic reading of beam profiles during target irradiation.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является применение для контроля параметров пучка в процессе протонной терапии совместно работающих большой многоканальной ионизационной падовой камеры (МИК) с координатно-чувствительной плоскостью, разделенной на участки, которую устанавливают между последним сканирующим магнитом и пациентом, и электронного анализатора номера ячейки, определяющего номер «сработавшего» участка поверхности камеры, который передается на считывающую электронику (СЭ).A distinctive feature of the proposed device is the use of a large multichannel ionization pad chamber (MIC) with a coordinate-sensitive plane divided into sections, which is installed between the last scanning magnet and the patient, and an electronic cell number analyzer that determines the number of the "triggered" section of the chamber surface, which is transmitted to the reading electronics (SE).
Всю чувствительную поверхность многоканальной падовой ионизационной камеры разбивают на N–участков, при этом каждый участок поверхности содержит только часть чувствительных падов (например, на Фиг.2, 5х5, т.е. 25 падов). Сканирующий пучок последовательно проходит, через все чувствительные участки, каждый из которых имеет свой номер от 1 до N. При прохождении пучка через каждый участок считывающая электроника собирает информацию только с небольшой части каналов падовой камеры, а именно с n-падов входящих в участок поверхности камеры, что значительно уменьшает число каналов для обработки считывающей электроникой. Поэтому, многоканальную падовую камеру можно так же назвать «фазированной», т.е. разделенной на отдельные независимые чувствительные участки.The entire sensitive surface of the multichannel pad ionization chamber is divided into N-sections, with each surface section containing only a part of the sensitive pads (for example, in Fig.2, 5x5, i.e. 25 pads). The scanning beam sequentially passes through all sensitive areas, each of which has its own number from 1 to N. When the beam passes through each area, the reading electronics collects information only from a small part of the channels of the pad chamber, namely from n-pads included in the area of the chamber surface , which significantly reduces the number of channels for processing by the readout electronics. Therefore, a multi-channel pad chamber can also be called "phased", i.e. divided into separate independent sensitive areas.
Основной особенностью является возможность определения координаты области, где проходит сканирующий пучок за данный спот пучка. Внутри устройства камеры (МИК) перед каждым участком с n-падами установлен люминофорный экран, который с помощью сетки, нанесенной на экран, разделен на ячейки, совпадающие по размеру с чувствительными участками плоскости камеры МИК, и определяющий через какой участок поверхности камеры прошел спот. Считывающая электроника (СЭ) камеры МИК считывает профиль с одного из чувствительных участков плоскости камеры МИК, и после проверки на схеме контроля и обнаружения отклонений (СКОО) передает профиль на компьютер. Система СКОО изготовлена в упрощенном виде с меньшим числом контролируемых параметров, позволяющих упростить обучение обслуживающего персонала, что так же существенно снижает стоимость устройства.The main feature is the ability to determine the coordinates of the area where the scanning beam passes for a given spot of the beam. Inside the camera device (MIC), in front of each area with n-pads, a phosphor screen is installed, which, using a grid applied to the screen, is divided into cells that match in size with the sensitive areas of the MIC camera plane and determine which area of the camera surface the spot passed through. The read-out electronics (SE) of the MIC camera reads the profile from one of the sensitive sections of the MIC camera plane, and after checking it on the control and deviation detection circuit (SCDS), transfers the profile to the computer. The OCCS system is made in a simplified form with a smaller number of controlled parameters, which makes it possible to simplify the training of maintenance personnel, which also significantly reduces the cost of the device.
Описание изобретенияDescription of the invention
Общая схема заявляемого устройства приведена на Фиг.1. Устройство, включает ускоритель типа синхротрона (1) с пучком протонов (2) для облучения мишени (3), например, опухоли. Для привязки положения мишени (3) к оси пучка введена система координат xyz (4). Пучок протонов, выведенный из ускорителя (1), фокусируемый двумя квадрупольными линзами (5), проходит через сканирующие магниты (6). Координатно-чувствительная камера МИК (7) (область обозначена пунктирной линией) расположена между вторым сканирующим магнитом и облучаемой мишенью (3) (7), состоит из координатно-чувствительной плоскости (9), разделенной на чувствительные участки (19) и люминофорного экрана (8), расположенного перед плоскостью (9). Каждый участок (19) содержит n-падов (10). Плоскости люминофорного экрана (8) и разделенной на участки координатно-чувствительной плоскости камеры (9) перпендикулярны оси z (11). Протонный сканирующий пучок (2) из ускорителя, разделенный на споты, последовательно облучает участок (19) ионизационной камеры МИК (7). Ось z(11), которая определяет глубину, строго проходит через центр осевой ячейки люминофорного экрана (8) и через центр осевого участка чувствительной поверхности камеры МИК (9).The general scheme of the proposed device is shown in Fig.1. The device includes a synchrotron-type accelerator (1) with a proton beam (2) for irradiating a target (3), for example, a tumor. To bind the position of the target (3) to the beam axis, the coordinate system xyz (4) was introduced. The proton beam extracted from the accelerator (1), focused by two quadrupole lenses (5), passes through the scanning magnets (6). The coordinate-sensitive MIC camera (7) (the area is indicated by a dotted line) is located between the second scanning magnet and the irradiated target (3) (7), consists of a coordinate-sensitive plane (9) divided into sensitive areas (19) and a phosphor screen ( 8) located in front of the plane (9). Each section (19) contains n-pads (10). The planes of the phosphor screen (8) and the coordinate-sensitive plane of the camera (9) divided into sections are perpendicular to the z-axis (11). The proton scanning beam (2) from the accelerator, divided into spots, sequentially irradiates the section (19) of the MIC ionization chamber (7). The z(11) axis, which determines the depth, strictly passes through the center of the axial cell of the phosphor screen (8) and through the center of the axial section of the sensitive surface of the MIC chamber (9).
Ось х(12) определяет ширину, а ось y (13) высоту. Люминофорный экран (8) разделен на ячейки (14) в виде сетки, нанесенной на экран (8). Каждая из ячеек (14) люминофорного экрана (8) отображается на кадре быстрой цифровой видеокамеры (15), например, GigaVision. Номера ячеек люминофорного экрана (8), через которые прошел спот пучка, идентифицирует быстрая цифровая видеокамера (15) и анализатор номера ячейки (16). Анализатор номера ячейки (16) выдает код на аналоговый мультиплексор (17), который через токовые выводы (18) подключен к каждому из чувствительных участков (19) чувствительной области камеры МИК (9). Анализатор номера ячейки (16) формирует код номера участка, через которую прошел пучок за текущий спот. Максимальное значение номера ячейки люминофорного экрана (8) равно N, а внутри каждого из чувствительных участков плоскости камеры расположено n-координатно-чувствительных падов (10). The x-axis (12) determines the width, and the y-axis (13) determines the height. The phosphor screen (8) is divided into cells (14) in the form of a grid deposited on the screen (8). Each of the cells (14) of the phosphor screen (8) is displayed on the frame of a fast digital video camera (15), for example, GigaVision. The cell numbers of the phosphor screen (8) through which the beam spot passed are identified by a fast digital video camera (15) and a cell number analyzer (16). The cell number analyzer (16) outputs a code to an analog multiplexer (17), which is connected via current leads (18) to each of the sensitive areas (19) of the sensitive area of the MIC chamber (9). The cell number analyzer (16) generates the code for the number of the section through which the beam passed during the current spot. The maximum value of the cell number of the phosphor screen (8) is N, and inside each of the sensitive sections of the camera plane there are n-coordinate-sensitive pads (10).
На Фиг.1 показаны два луча спотов пучка (2), один из лучей проходит через номер N(i) (20) ячеек (14) люминофорного экрана (8) и чувствительной поверхности камеры (9). Второй луч спота, например, проходит через номер N(i+4) (21) ячеек (14) и «фаз» (19). Причем, для любого луча спота всегда происходит совпадение номера ячейки люминофорного экрана (8) и номера участка чувствительной области камеры МИК (9). Геометрически размеры и положение чувствительных участков МИК совпадает с границами каждой соответствующей ячейки люминофорного экрана (8). Поэтому, если спот пучка прошел через какой-то номер участка с N(i) (20), то светящееся пятно будет обнаружено камерой (15) на люминофорном экране (8) в ячейке с таким же номером N(i) (20). После определения номера ячейки cо светящимся спотом с помощью анализатора (16), определяют номер N(i), который в виде кода передается на аналоговый мультиплексор (17), число входов (18), которого равно N и совпадает с числом чувствительных участков на поверхности в камере МИК (9). Сигналы (18) с каждого чувствительного участка камеры МИК, где на n-падах каждого «сработавшего» участка поверхности МИК записан профиль пучка, поступают на вход аналогового мультиплексора (17) и по коду поступившего номера поступают на считывающую электронику (22). Запуск считывающей электроники инициирует ускоритель (1). За каждый выпуск ускорителя для сканирующих магнитов сканирующий «карандашный пучок» облучает мишень (3) по заданной программе. Проинтегрированные сигналы за каждый спот с чувствительного участка поверхности камеры МИК (9) через аналоговый мультиплексор (17) считываются в буфер памяти считывающей электроники (22). Контролируют каждый спот, проходящий, через каждый чувствительный участок камеры за один выпуск. За один проходящий спот через чувствительный участок камеры МИК (7) измеряют двухмерные профили (x, y) и плотности (дозные профили). Буфер памяти считывающей электроники хранит информацию о профиле и плотности для каждого чувствительного участка. Далее данные для всех участков за один полный выпуск ускорителя передают на схему контроля и обнаружения отклонений (СКОО) (23). Заранее на схеме СКОО (23) при калибровке камеры МИК (7) записываются допустимые значения профилей и плотностей пучка. Схема СКОО (23) связана с программируемой матрицей (24), в которой запрограммированы применяемые алгоритмы, по которым определяют состояние проходящего пучка за импульс. Если схема СКОО (23) и программируемая матрица FPGA (24) обнаруживают при контроле отклонение допустимых параметров и измеренных, то матрица (24) отключает пучок. Если за выпуск ускорителя СКОО и FPGA не обнаруживают отклонений, то профили пучка за один выпуск ускорителя передают по линии связи (25) на компьютер (26) для записи и визуализации. Основные управляющие сигналы от ускорителя передают по линии (27). Схема устройства «фазы» и контроль стабильности пучка в процессе облучения пациента (мишени) поясняется на Фиг.2.Figure 1 shows two spot beams of the beam (2), one of the beams passes through the number N(i) (20) cells (14) of the phosphor screen (8) and the sensitive surface of the camera (9). The second spot beam, for example, passes through the number N(i+4) (21) cells (14) and "phases" (19). Moreover, for any spot beam, the number of the cell of the phosphor screen (8) and the number of the section of the sensitive area of the MIC camera (9) always coincide. Geometrically, the dimensions and position of the sensitive areas of the MIC coincide with the boundaries of each corresponding cell of the phosphor screen (8). Therefore, if the spot of the beam has passed through some section number with N(i) (20), then the luminous spot will be detected by the camera (15) on the phosphor screen (8) in the cell with the same number N(i) (20). After determining the number of the cell with a luminous spot using the analyzer (16), the number N(i) is determined, which is transmitted in the form of a code to the analog multiplexer (17), the number of inputs (18), which is equal to N and coincides with the number of sensitive areas on the surface in the MIC chamber (9). Signals (18) from each sensitive section of the MIC chamber, where the beam profile is recorded on the n-pads of each “triggered” section of the MIC surface, are fed to the input of the analog multiplexer (17) and, according to the code of the received number, are sent to the reading electronics (22). Starting the reading electronics initiates the accelerator (1). For each release of the accelerator for scanning magnets, the scanning "pencil beam" irradiates the target (3) according to a given program. The integrated signals for each spot from the sensitive area of the MIC chamber surface (9) are read through the analog multiplexer (17) into the memory buffer of the reading electronics (22). Control each spot passing through each sensitive area of the chamber in one release. For one spot passing through the sensitive area of the MIC chamber (7), two-dimensional profiles (x, y) and densities (dose profiles) are measured. The readout electronics memory buffer stores profile and density information for each sensitive area. Further, the data for all sections for one complete release of the accelerator is transmitted to the deviation control and detection circuit (OCDS) (23). During the calibration of the MIC chamber (7), admissible values of beam profiles and densities are recorded in advance on the RMSD scheme (23). The RMSD circuit (23) is connected to a programmable matrix (24), in which the applied algorithms are programmed, which determine the state of the passing beam per pulse. If the RMSD circuit (23) and the programmable FPGA matrix (24) detect during control a deviation of the allowable and measured parameters, then the matrix (24) turns off the beam. If no deviations are detected during the release of the accelerator, then the beam profiles for one release of the accelerator are transmitted via the communication line (25) to the computer (26) for recording and visualization. The main control signals from the accelerator are transmitted via line (27). The scheme of the "phase" device and control of the beam stability during the irradiation of the patient (target) is illustrated in Fig.2.
Пример 1. Осуществление способа контроля обнаружения отклонений. Example 1 Implementation of a method for monitoring the detection of deviations.
Оператор задает в программе программируемой матрицы (24) контролируемые параметры. В качестве координатного и дозового измерителя используют падовую камеру МИК (7) с N-количеством чувствительных участков, в каждой из которых n-падов. Контроль дозовых параметров пучка поясняется на Фиг.2. Граница «сработавшего» чувствительного участка (19)поверхности МИК, через которую прошел спот пучка, обозначен (28). The operator sets the controlled parameters in the program of the programmable matrix (24). As a coordinate and dose meter, a pad chamber MIC (7) is used with an N-number of sensitive areas, each of which has n-pads. The control of dose parameters of the beam is explained in Fig.2. The boundary of the "triggered" sensitive area (19) of the MIC surface, through which the beam spot passed, is marked (28).
Спот пучка, прошедший через чувствительный участок обозначен как (29). Один пад внутри участка обозначен как (30). Падовая камера МИК определяет не только координаты x и y, но и дозу каждого спота. Поэтому на Фиг.2 справа показан дозный профиль, который измерил чувствительный участок, за спот по координатам x и y. Спот пучка прошел через пад с номером 4 по координате x и номером 3 по координате y. На Фиг. 2 d20, d50, d80 и d90 (33) это дозовые параметры, применяемые в клинической протонной терапии. Для контроля выберем параметр d50 – доза на уровне 50% от измеренного профиля по координатам x и y (34). На Фиг.2 в одном чувствительном участке показано 5х5 падов. Приведены профили по координатам х(31) и y(32), измеренные участком, и переданные за спот через считывающую электронику на компьютер. The beam spot that passed through the sensitive area is designated as (29). One pad inside the site is indicated as (30). The MIC pad chamber determines not only the x and y coordinates, but also the dose of each spot. Therefore, figure 2 on the right shows the dose profile, which measured the sensitive area, for the spot along the x and y coordinates. The spot of the beam passed through
Из измеренных камерой МИК дозных профилей по каждому споту за полный выпуск ускорителя вычисляют дозы на уровне 50% от максимума распределения, так называемый, медицинский параметр d50.From the dose profiles measured by the MIC camera for each spot for the full release of the accelerator, doses are 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 дозного профиля на уровне 50% от максимума, измеренная камерой для координат x и y;d (x,y)50L= f(x,y) - dose on the left wing of the dose profile at the level of 50% of the maximum, measured by the camera for coordinates x and y;
d (x,y)50R= f(x,y) - доза на правом крыле дозного профиля на уровне 50% от максимума, измеренная камерой для координат x и y; d (x,y)50R= f(x,y) - dose on the right wing of the dose profile at the level of 50% of the maximum, measured by the camera for x and y coordinates;
Вычисляем контролируемый параметр (1) по следующим соотношениям: We calculate the controlled parameter (1) according to the following relations:
Кx,y= d(x,y)50L/ d(x,y)50R (1)Кx,y= d(x,y)50L/ d(x,y)50R (1)
Параметр Кx,y контролируют схемой СКОО и записывают в компьютер за каждый выпуск ускорителя. Отношение этого параметра наиболее чувствительно для любого отклонения пучка при облучении мишени по заданной программе. В случае отклонения параметра (1) от заданного, произойдет отключение ускорителя. В случае выхода этого параметра за пределы, заданные оператором в программируемой матрице FPGA схема СКОО дает сигнал на отключение ускорителя. Способ позволяет достичь полного соответствия между планируемыми параметрами медицинского протонного пучка и реально используемыми в сеансе облучения пациента.The parameter Kx,y is controlled by the RMSD scheme and recorded in the computer for each release of the accelerator. The ratio of this parameter is most sensitive for any beam deflection during target irradiation according to a given program. If parameter (1) deviates from the specified one, the accelerator will be switched off. If this parameter goes beyond the limits set by the operator in the programmable FPGA matrix, the COMS circuit gives a signal to turn off the accelerator. The method makes it possible to achieve full compliance between the planned parameters of the medical proton beam and those actually used in the patient's irradiation session.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786345C1 true RU2786345C1 (en) | 2022-12-20 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1080604A1 (en) * | 1982-09-28 | 1985-04-15 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Method of proton radiography |
| 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 |
|---|---|---|---|---|
| SU1080604A1 (en) * | 1982-09-28 | 1985-04-15 | Ленинградский Институт Ядерной Физики Им.Б.П.Константинова | Method of proton radiography |
| 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 | |
| US12194315B2 (en) | Systems, methods, and devices for radiation beam alignment and radiation beam measurements using electronic portal imaging devices | |
| EP4148466B1 (en) | A proton imaging system for optimization of proton therapy | |
| CN109893778B (en) | A real-time monitoring method of particle radiation therapy beam | |
| TWI786690B (en) | Neutron capture treatment device | |
| CN107261343B (en) | One kind of proton CT is imaged and the method and device for the treatment of | |
| US20080272284A1 (en) | Calibrating a Positron Emission Tomography Scanner | |
| WO2006005059A2 (en) | High resolution proton beam monitor | |
| JP2002537034A (en) | Emergency shutoff inspection method for ion beam therapy system | |
| JPWO2014102929A1 (en) | Dose distribution measuring device | |
| CN113975663B (en) | An integrated quality assessment system for precision radiotherapy based on radioluminescence technology | |
| JP2016176948A (en) | Dose distribution measuring device | |
| RU2786345C1 (en) | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation | |
| RU2790928C1 (en) | Device for proton beam parameter control during proton therapy and method for proton beam control using this device | |
| RU2747365C1 (en) | Method for controlling beam parameters during proton therapy and device for its implementation | |
| Di Giacomo et al. | Timing performances of SDD as photodetector candidate for proton therapy application | |
| 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 | |
| Cantù | A system for verifying the repeatability of dose delivery based on simultaneous acceleration of Helium and Carbon ions | |
| KR102388907B1 (en) | A control module of an apparatus for measuring proton dose distribution using prompt gamma and positron emission tomography images | |
| Jhala | İnvestigation of dosimetric characteristics and exploration of potential applications of amorphous silicon detector | |
| Shemyakov et al. | APPLICATION OF A SCINTILLATION DETECTOR FOR PERIODIC MON-ITORING OF BEAM PARAMETERS AT MEDICAL PROTON THERAPY COMPLEX «PROMETHEUS» | |
| Aird et al. | Quality Control of High-Energy External Beams | |
| Parodi | Dose verification of proton and carbon ion beam treatments | |
| Izaguirre | APPROVAL PAGE | |
| Knewtson | Scintillating fiber arrays for in-vivo real-time patient quality assurance for medical linear accelerators |