重离子治癌终端的束流强度及剂量监测系统

　  重离子束用于放射治疗,既有剂量分布优势(离子能量大部分沉积在射程的末端形成Bragg峰),又有生物学优势,其较小的横向扩展和较高相对生物学效应等优点,使得重离子辐照成为肿瘤治疗的最佳放射疗法。早在1975年,美国的劳伦斯伯克利实验室(LBL)就利用其高能同步重离子加速器BEVALAC开始进行重离子束射治疗临床试验[1]。目前世界上已建成30多个重离子临床治疗装置,其中日本国立放射医学综合研究所(NIRS)和德国重离子研究中心(GSI)走在前列。中国科学院近代物理研究所从1993年起就利用兰州重离子加速器(HIRFL)提供的中能重离子束,开始进行重离子辐射生物学效应研究[2]。2008年,利用兰州重离子加速器冷却储存(HIRFL-CSR)提供的100~450 MeV/ u能量的12C离子束,开展了深层重离子治癌的临床研究并取得了非常显著的疗效。本文描述了用于近代物理研究所治癌终端的束流强度及剂量监测系统,包括积分离室、后续电流频率(I-F)转换电路及LabVIEW数据获取处理三部分。照射束流在积分电离室中的能损信息,通过后续I-F转换电路LabVIEW数据获取处理程序,转换为束流强度和照射剂量实时显示,同时与安全控制系统相结合,保证束流照射状态满足临床照射的安全要求。

    1　重离子治癌终端的束流监测系统

　  在临床照射治疗中,为保证治疗方案的准确执行及患者的安全,必须对照射束流的强度、照射位置和照射剂量进行实时监测。图1为重离子治癌终端的束流监测系统探测器布局图。束流在到达治疗床之前,依次经过:狭缝、束流强度及剂量监测系统、束流照射位置监测系统、射程调节器、脊形过滤器和多叶准直器。其中狭缝用于初步控制束流照射野的横向面积;束流强度及剂量监测系统和束流照射位置监测系统监测束流的强度、照射位置和照射剂量,并与安全控制系统相结合,保证束流状态与治疗计划一致;射程调节器用于改变束流能量,从而调节束流的照射深度;脊形过滤器通过将束流的Bragg峰展宽实现对整个肿瘤照射野的均匀照射;多叶准直器用于控制束流照射野与肿瘤剖面形状的一致性。

　  束流监测系统中的束流强度与剂量监测系统作为束流在线实时监测束流照射状态的重要部分,担当着监测束流稳定性和控制照射剂量与治疗计划一致性的关键作用。由于照射剂量率直接影响到相对生物学效应(RBE)的值[3],所以在治癌临床照射中要求束流强度与设定值的偏差控制在±10%以内,同时实际照射剂量与治疗计划剂量之间的偏差要小于±5%。因此,稳定可靠的束流强度与剂量监测系统对确保治疗安全准确及治疗后疗效的评估等具有重要意义。