本实用新型涉及碳离子声学定位领域，特别是一种重离子布拉格峰在线探测系统。
背景技术：
重离子放疗将布拉格峰集中在肿瘤区域，利用其高传能线密度特性杀死肿瘤组织，同时利用坪区和末端传能线密度较低特性尽可能降低正常组织剂量，但由于离子射程不确定客观存在，当布拉格峰位置与计划值发生偏差时肿瘤组织和正常组织实际接受剂量可能随之改变，因此定位布拉格峰在体内实际位置对于重离子精准放疗意义重大；
目前临床还无法实现布拉格峰在线定位，现有方法大都基于次级粒子衰变间接实现布拉格峰定位，效率低，耗时长。由于重离子到达布拉格峰时传能线密度会显著升高，这导致峰周围介质温度短时间内迅速升高，进而产生热声学效应，研究表明，即使对于同步加速器引出的低流强临床重离子束流(质子和碳离子)，其流强与其布拉格峰声脉冲信号幅度依然相关，因此基于上述理论，对重离子布拉格峰在临床中的实际位置以及剂量分布规律的研究成为本领域技术人员所要探索解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型目的在于克服现有技术中存在的上述不足，实现针对同步加速器引出低流强临床重离子布拉格峰的在线探测，并提供一种结构设计合理的探测系统。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种重离子布拉格峰在线探测系统，包括待探测治疗机头、声学探测器、重离子剂量探测设备、薄壁水箱、三维移动装置以及信号处理设备，所述的探测治疗机头设置在薄壁水箱的前侧，薄壁水箱内设置水，所述的声学探测器以及重离子剂量探测设备设置于薄壁水箱的水内，所述的三维移动装置设置在薄壁水箱的上侧并且移动部位与声学探测器连接，所述的声学探测器以及重离子剂量探测设备与数据处理主机通信连接。
进一步的：所述的三维移动装置包括x轴架、y轴轴架、z轴轴架以及固定座，所述的x轴架包括两组固定杆以及x轴杆，两组固定杆通过固定爪臂固定在薄壁水箱开口边沿，x轴杆两端滑动插设有调节杆并通过螺栓紧固，两端的调节杆分别滑动设置在对应的固定杆的滑槽内，滑槽内设置有第一丝杆与调节杆螺纹配合，第一丝杆连接第一驱动电机驱动使得x轴杆沿x轴方向移动，所述的y轴轴架滑动套设在x轴杆上，x轴杆上设置有第二丝杆，第二丝杆通过螺纹配合穿设在y轴轴架上，第二丝杆连接第二驱动电机驱动使得y轴轴架沿y轴方向移动，所述的z轴轴架呈沿z轴方向滑动设置在y轴轴架的滑槽内，所述的y轴轴架设置有电动伸缩杆，电动伸缩杆的伸缩杆端部与z轴轴架固定，所述的z轴轴架的底部设置有安装架，所述的固定杆、x轴轴架以及z轴轴架均对应设置有标定位置的刻度线。
进一步的：所述的安装架包括u型框以及限位杆，所述的限位杆的两端设置有连接杆滑动设置在u型框的滑槽上并通过螺栓件紧固，所述的u型框以及限位杆分别转动设置有第一定位座和第二定位座，所述的第一定位座和第二定位座分别有适配插设声学探测器以及重离子剂量探测设备的安装槽，所述的z轴轴架内转动设置有转动轴并与第一定位座固定，所述的转动轴的顶部设置有用于适配螺丝刀转动的槽孔。
进一步的：所述的固定爪臂为若干组u型槽块。
进一步的：所述的声学探测器采用广谱低频声学探测器，所述的重离子剂量探测设备采用指形电离室探测器或平行板探测器。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
(1)本系统可有效探测布拉格峰位置与其产生声脉冲信号幅度关系、重离子束流流强与其产生声脉冲信号关系以及重离子布拉格峰半高宽，通过探测多组数据获得函数关系，实现对患者临床重离子治疗计划布拉格峰等效水深度的快速精准定位，进而高效率的保障临床实际的拉格峰位置与计划值的吻合，对肿瘤区域的剂量做到精准可控。
(2)本系统通过仅使用束流开始和束流结束产生声信号幅值来表示声信号幅度，从而克服重离子束流流强低，产生相同剂量需更长时间，从而克服其脉冲信号不显著的特点，使得数据精准以及具有一致性。
(3)本系统中采用三维移动装置实现对探测设备进行建立三维坐标基准，其中三维移动装置采用丝杠机构，使得固定在其上的探测设备能够精密的移动，从而满足其亚毫米级的精准移位的要求，同时本三维移动装置中，在固定座的前后端面分别安装脉冲信号探测设备以及剂量探测设备，并通过转动轴实现翻转，结构调节方便，从而在实现在探测布拉格峰信号位置与声脉冲信号关系的同时，可同时获取布拉格峰的位置与剂量分部的关系。
附图说明
图1是本实用新型实施例探测系统的结构示意图。
图2是本实用新型实施例三维移动装置的结构示意图。
图3是本实用新型实施例安装架的结构示意图。
图4是本实用新型实施例2布拉格峰声信号强度与探测器到布拉格峰距离关系图。
图5是本实用新型实施例3布拉格峰声信号强度与束流流强关系图。
图6是本实用新型实施例4使用探测系统探测重离子布拉格峰半高宽关系图。
附图编号：治疗机头1，声学探测器2，薄壁水箱3，三维移动装置4，信号处理设备5，布拉格峰6，固定杆41，x轴杆42，固定爪臂43，调节杆44，第一丝杆45，第一驱动电机46，y轴轴架47，第二丝杆48，第二驱动电机49，z轴轴架410，刻度线411，固定座412，u型框413，限位杆414，连接杆415，第一定位座416，第二定位座417，转动轴418，安装槽419，槽孔420。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
参照图1-6所示，本实施例具体涉及一种用于重离子布拉格峰在线探测方法的探测系统，包括待探测治疗机头1、声学探测器2、重离子剂量探测设备、薄壁水箱3、三维移动装置4以及信号处理设备5，所述的探测治疗机头1设置在薄壁水箱3的前侧，薄壁水箱3内设置水，所述的声学探测器2以及重离子剂量探测设备设置于薄壁水箱3的水内，所述的三维移动装置4设置在薄壁水箱3的上侧并且移动部位与声学探测器2连接，所述的声学探测器2以及重离子剂量探测设备与数据处理主机通信连接，通过本系统实现上述重离子布拉格峰6位置规律以及剂量分布规律的探测；
通过上述探测系统，针对重离子布拉格峰的探测方法，具体步骤如下所述:
(1)预先移动声学探测器2设置于液体介质内；
(2)由液体介质前侧从治疗机头1的同步加速器引出的低流强重离子束流进入液体介质内；
(3)计算获得同步加速器引出束流的布拉格峰6的理论位置，根据该位置调整声学探测器2使其位于布拉格峰6后一定距离，布拉格峰6产生声脉冲信号，由声脉冲信号探测器2对声脉冲信号进行探测；
(4)对声学探测器2进行移动，对布拉格峰6后侧不同位置的声脉冲信号进行探测；
(5)采用声波记录设备对步骤(3)中声学探测器2探测在布拉格峰6不同位置的声脉冲信号特征数据进行采集。
(6)由采集到的声脉冲信号特征数据获得同一能量束流在布拉格峰6后不同位置的函数变化规律。
其中步骤(2)中所述的液体介质采用水并设置在透明的水箱中。
其中在步骤(4)中采集声脉冲信号后采用重离子剂量探测设备探测布拉格峰6释放剂量。
其中所述的声脉冲信号特征数据为束流开始以及束流结束状态下声波记录设备采集的幅度。
其中所述的声波记录设备采集的数据经过处理后上传至网络服务器实现在线网络数据同步存储。
本实用新型采用上述方法，采用液体介质为水，液体介质设置在薄壁水箱3内，基于不同能量重离子的差异在于该能量重离子在水中的射程不同，即能够在水中传播的距离不同，高能量射程远，低能量射程近，根据加速器不同的能量对应的等效水射程具有特定性，因此在加速器引出的束流产生的布拉格峰6的理论位置能够确定，通过本实用新型利用探测从治疗机头1的同步加速器引出的低流强重离子束流，找到特定能量束流在布拉格峰6后方在不同位置的声脉冲信号特征规律，同时根据探测到同一位置的声脉冲信号幅度数据，得到函数规律；
在临床运用中由于无法通过现有的设备直接探测的布拉格峰6的位置，因此需要可以采用声脉冲信号探测设备在同步加速器后方进行探测，通过声脉冲信号探测器探测的束流开始以及结束状态的声脉冲信号幅度数据对比上述方法得到的函数规律可实现实际临床运用中同步加速器产生束流获得的布拉格峰6的具体位置，从而高效率的保障临床实际的拉格峰位置与计划值的吻合，对肿瘤区域的剂量做到精准可控。
本实施例中为了克服同步加速器引出的临床重离子(质子和碳离子)布拉格峰6产生的声脉冲信号频率低的特点，我们采用了可探测声音频率在10hz到2khz的广谱低频声学探测器2，为了克服同步加速器引出的临床重离子流弱，因而产生的声脉冲信号弱的特点，重离子布拉格峰6产生的声波会继续沿着束流方向四周传播并发散，该信号强度与流强呈正比，与束流持续时间成反比。由同步加速器产生的临床放疗重离子的流强低，持续时间长，因此其布拉格峰6声波信号明显弱，仅可在布拉格峰6正后方一定距离内可探测到声脉冲信号，其余方向均不能探测到信号，因此我们将声学探测器2放置至于重离子布拉格峰6后方，同步加速器引出的临床质子布拉格峰6声脉冲信号显著弱于碳离子布拉格峰6声脉冲信号，因此用于质子布拉格峰6声脉冲信号探测时，探测器离布拉格峰6距离应小于5毫米，为了能够采集到足够声强的布拉格峰6声脉冲信号，我们使用束流开始和束流结束产生的相对较大的声脉冲信号作为探测目标信号，获得声脉冲信号幅值与流强高低的关系，本研究装置同样可以承载重离子剂量学研究常用装置，如指形电离室探测器和平行板探测器，来准确探测重离子布拉格峰6释放的剂量。
本实施例中所述的声波记录设备采集的数据经过处理后上传至网络服务器实现在线网络数据同步存储，实现测定数据的网络同步，便于数据的网络调用查询以及网络存储，同时也便于各个实验室的数据汇总，使得数据库持续完善。其中具体的所述的三维移动装置4包括x轴架、y轴轴架47、z轴轴架410以及固定座412，所述的x轴架包括两组固定杆41以及x轴杆42，两组固定杆41通过固定爪臂43固定在薄壁水箱3开口边沿，x轴杆42两端滑动插设有调节杆44并通过螺栓紧固，两端的调节杆44分别滑动设置在对应的固定杆41的滑槽内，滑槽内设置有第一丝杆45与调节杆44螺纹配合，第一丝杆45连接第一驱动电机46驱动使得x轴杆42沿x轴方向移动，所述的y轴轴架47滑动套设在x轴杆42上，x轴杆42上设置有第二丝杆48，第二丝杆48通过螺纹配合穿设在y轴轴架47上，第二丝杆48连接第二驱动电机49驱动使得y轴轴架47沿y轴方向移动，所述的z轴轴架410呈沿z轴方向滑动设置在y轴轴架47的滑槽内，所述的y轴轴架47设置有电动伸缩杆，电动伸缩杆的伸缩杆端部与z轴轴架410固定，所述的z轴轴架410的底部设置有安装架，安装架用于安装固定声学探测器2和重离子剂量探测设备，所述的固定杆41、x轴轴架以及z轴轴架410均对应设置有标定位置的刻度线411，通过本三维移动装置4可实现声学探测器2和重离子剂量探测设备的位置移动，实现上述布拉格峰6位置规律的探测。
其中所述的安装架包括u型框413以及限位杆414，所述的限位杆414的两端设置有连接杆415滑动设置在u型框413的滑槽上并通过螺栓件紧固，所述的u型框413以及限位杆414分别转动设置有第一定位座416和第二定位座417，所述的第一定位座416和第二定位座417分别有适配插设声学探测器2以及重离子剂量探测设备的安装槽419，所述的z轴轴架410内转动设置有转动轴418并与第一定位座416固定，所述的转动轴418的顶部设置有用于适配螺丝刀转动的槽孔420，本结构可用于在固定位置的布拉格峰6位置规律的同时，探测该位置的重离子布拉格峰6释放的剂量数据，可实现研究布拉格峰6不同位置的释放剂量提供数据支持，具体的在利用探测到布拉格峰6后侧特定位置的声脉冲信号后，通过螺丝刀转动转动轴180°，使得声学探测器2和重离子剂量探测设备转变方向，同时保证对应的在三维坐标系的基准位置不变，使得对该位置的布拉格峰6释放剂量进行探测，操作方便，所述的固定爪臂43为若干组u型槽块，本实施例中所述的声学探测器2采用广谱低频声学探测器2，所述的重离子剂量探测设备采用指形电离室探测器或平行板探测器。
实施例2：
例如本实施例基于上述探测系统的探测方法目的在于研究重离子布拉格声脉冲信号强度与探测器到布拉格峰6距离关系，具体的本实施例以126.04mev质子为例，定义理论数据中布拉格峰6到探测器距离为dpd，首先将声脉冲信号探测器放置到该质子布拉格峰6后方4.7毫米处；出束并记录由质子布拉格峰6产生的声脉冲开始信号和结束信号的幅值；完成出束后将探测器往水平后面移动1mm，重复以上探测和记录；直至探测器无法探测到声脉冲信号本次探测结束。结果示例见图4，由图可知，随着不断远离布拉格峰6，束流开始以及结束探测到的声脉冲信号的幅度不断减小，根据探测的数据，分别模拟了离布拉格峰6距离与对应的声脉冲信号幅度的函数关系，即
束流开始的声脉冲信号与布拉格峰6位置的函数：y＝0.7519*exp(-0.725x)；
束流结束的声脉冲信号与布拉格峰6位置的函数：y＝6.651*exp(-0.986x)；
在临床运用中，采用声脉冲信号探测设备探测同步加速器引出的124.82mev质子束流，作用于与患者病患部位等效水深度，探测同步加速器后方的声脉冲信号幅度，通过声脉冲信号幅度值利用上述函数关系可推出布拉格峰6的具体位置，从而保证布拉格峰6位置与计划位置吻合。
利用本实施例的探测方法，可探测不同质子束流的声脉冲信号与布拉格峰6位置的函数，从而临床中根据实际选用对应的函数关系可具体推出布拉格峰6的具体位置关系。
实例3：
本实施例目的研究重离子布拉格声脉冲信号强度与束流流强关系，以125.43mev质子为例，参照实例1中dpd定义，利用三维水箱将探测器移动质子布拉格峰6正后方，将dpd固定为5.7毫米；使用流强大小不同,但总质子数相同的束流分别出束；每次出束分别记录束流开始信号和束流结束信号的幅值，由图5可知，质子流强的不断加强，束流开始以及结束探测到的声脉冲信号的幅度不断增强，根据探测的数据，分别模拟了质子流强与对应的声脉冲信号幅度的函数关系，即
束流开始的声脉冲信号与质子流强的函数：y＝(2e-11)*x 0.0078；
束流结束的声脉冲信号与质子流强的函数：y＝(4e-12)*x 0.0085；
在临床运用中，采用声脉冲信号探测设备探测同步加速器发出的125.43mev质子束流，作用于与患者病患等效水深度，探测同步加速器后方的声脉冲信号幅度，通过声脉冲信号幅度值利用上述函数关系可推出对应质子束流的流强，从而确保作用于同步加速器发出的质子流强与计划一致。
利用本实施例的探测方法，可探测不同质子束流产生的声脉冲信号与流强的函数，从而临床中根据实际选用对应的函数关系可具体推出布拉格峰6的具体流强关系。
实例4：
本实施例使用重离子布拉格声脉冲信号探测重离子布拉格峰6半高宽。以125.43mev质子为例，参照实例1中dpd设置；固定z方向不移动，仅移动x方向，设定束流中心位置为零位开始向y正方以1毫米间隔移动，移动时不出束，当移动到指定位置时开始出束，并按照实例1或2中方法记录信号。出束结束后移动x轴到下一个位置，重复出束和记录；直到探测器无法探测到信号。接着回到零位往x轴反方向重复之前测量，这样可测量获得完整质子布拉格峰6在x轴方向半高宽，结果示例见图6，利用上述探测方法，可探测出距离布拉格峰6固定位置下，距离中心位置声脉冲信号幅度，由图可获得声脉冲信号幅度随着远离中心不断减弱并趋于零，因此本实施例中，该位置布拉格峰6半高宽为17.6mm(基于束流开始信号计算获得)，本实施例可用于探测特定质子束流的布拉格峰6半高宽，用于探测盖质子束流的侧向剂量分布。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
1.一种重离子布拉格峰在线探测系统，其特征在于：包括待探测治疗机头、声学探测器、重离子剂量探测设备、薄壁水箱、三维移动装置以及信号处理设备，所述的探测治疗机头设置在薄壁水箱的前侧，薄壁水箱内设置水，所述的声学探测器以及重离子剂量探测设备设置于薄壁水箱的水内，所述的三维移动装置设置在薄壁水箱的上侧并且移动部位与声学探测器连接，所述的声学探测器以及重离子剂量探测设备与数据处理主机通信连接。
2.根据权利要求1所述的重离子布拉格峰在线探测系统，其特征在于：所述的三维移动装置包括x轴架、y轴轴架、z轴轴架以及固定座，所述的x轴架包括两组固定杆以及x轴杆，两组固定杆通过固定爪臂固定在薄壁水箱开口边沿，x轴杆两端滑动插设有调节杆并通过螺栓紧固，两端的调节杆分别滑动设置在对应的固定杆的滑槽内，滑槽内设置有第一丝杆与调节杆螺纹配合，第一丝杆连接第一驱动电机驱动使得x轴杆沿x轴方向移动，所述的y轴轴架滑动套设在x轴杆上，x轴杆上设置有第二丝杆，第二丝杆通过螺纹配合穿设在y轴轴架上，第二丝杆连接第二驱动电机驱动使得y轴轴架沿y轴方向移动，所述的z轴轴架呈沿z轴方向滑动设置在y轴轴架的滑槽内，所述的y轴轴架设置有电动伸缩杆，电动伸缩杆的伸缩杆端部与z轴轴架固定，所述的z轴轴架的底部设置有安装架，所述的固定杆、x轴轴架以及z轴轴架均对应设置有标定位置的刻度线。
3.根据权利要求2所述的重离子布拉格峰在线探测系统，其特征在于：所述的安装架包括u型框以及限位杆，所述的限位杆的两端设置有连接杆滑动设置在u型框的滑槽上并通过螺栓件紧固，所述的u型框以及限位杆分别转动设置有第一定位座和第二定位座，所述的第一定位座和第二定位座分别有适配插设声学探测器以及重离子剂量探测设备的安装槽，所述的z轴轴架内转动设置有转动轴并与第一定位座固定，所述的转动轴的顶部设置有用于适配螺丝刀转动的槽孔。
4.根据权利要求2所述的重离子布拉格峰在线探测系统，其特征在于：所述的固定爪臂为若干组u型槽块。
5.根据权利要求1所述的重离子布拉格峰在线探测系统，其特征在于：所述的声学探测器采用广谱低频声学探测器，所述的重离子剂量探测设备采用指形电离室探测器或平行板探测器。
技术总结