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方案背景

質子和重離子治療技術是放療中的一種,是國際公認的放療尖端技術。質子和重離子同屬于粒子線,在到達腫瘤病灶前,射線能量釋放不多,但是到達病灶后,射線會瞬間釋放大量能量,就好比是對腫瘤“定向爆破”,相對于傳統放療來說,療效好,而且對正常組織的損害小。

上海質子重離子醫院,暨復旦大學附屬腫瘤醫院質子重離子中心,是一所集醫療、科研、教學于一身,以國際尖端腫瘤放射治療技術--質子重離子放射治療技術為主要治療手段的現代化、國際化腫瘤中心,也是國內首家同事擁有質子和重離子放射治療技術的醫療機構。醫院通過國際醫療機構評審聯合委員會認證,成為全球范圍內第一家通過JCI認證的質子重離子中心。

質子/重離子治癌的優勢在于精準的殺死腫瘤細胞而最大限度的保護健康組織。然而,其潛在的風險是由于治療計劃或者加速器工作狀態的影響,造成照射劑量的偏差。依此,江蘇超敏科技有限公司同上海質子重離子醫院合作,建立了質子重離子用六自由度旋轉治療平臺、閃爍體探測器、多層陣列探測器及劑量驗證系統。該平臺、設備以及成像式劑量驗證儀的應用,大大提高了質子/重離子治療的精確度,并從術前、術中兩個階段,對質子/重離子治癌的劑量進行實時、在線劑量的測量驗證,保證放療的質量,防范治療的風險。

質子重離子用六自由度旋轉治療平臺

傳統的固定式束流治療方式,由于放射終端及治療床都是固定的,使得照射范圍受限,很多情況下無法做到有效治療,而旋轉式束流終端又造價昂貴。我公司研發的六自由度旋轉治療平臺,轉變傳統觀念中治療終端旋轉觀念,通過旋轉治療椅的方式,是患者得到精確、有效的治療。 質子重離子用六自由度旋轉治療平臺,分為二個部分:(1)治療椅:包含座椅和實現六維運動的運動機構(不包含控制部分);(2)治療椅系統:包括座椅,實現六維運動的運動機構和控制系統。 能夠提供在有限范圍內(大于±50mm)的,移動誤差小于0.5mm,旋轉誤差小于0.5°的的運動能力,使質子/重離子治癌可以做到相比于傳統的驗證方法而言更為精準的照射靶區,極大減少鄰近腫瘤區域的健康組織所受劑量,保護患者的生命健康。

閃爍體探測器

該設備由閃爍體探測器主機和閃爍體探測器載體,由閃爍屏、光密封黑箱、反射鏡、數碼相機組成??蓽y量主動筆型掃描質子和碳離子束流橫斷面的二維相對劑量分布;束流橫斷面投影的位置、尺寸、斑點形狀以及平坦度/對稱性等;配以特別設計的附件,設備還可用于已知束流射程的穩定性檢查;是對主動掃描式離子束分配系統有效地進行驗收測試/委托,以及例行質量保證程序的必要設備。 為防止粒子輻射直接對相機的圖像傳感器造成嚴重的損壞,使用反射鏡反射閃爍屏發射的光線,以便相機可安裝到遠離粒子束流的位置。該位置只有初級粒子產生的次級中子或γ/X射線可以到達。使用的塑料和鉛組合屏蔽次級輻射,以進一步減弱輻射損壞,并延長圖像傳感器的使用壽命。

多層陣列探測器

多層陣列探測器有三個方面的功能:

給電離室提供高壓;

采集電離室輸出的電流信號并轉換為數據;

收集采樣數據后上傳到計算機進行分析并存儲。

產品分為硬件部分和軟件部分: 硬件部分包括供電電源,信號輸入端子,信號輸入方面需要256路信號輸入端子,產品采用8臺探測器信號采集器(BNC接口),并使用USB接口傳輸數據。1路門控信號輸入端子,輸入信號為電流脈沖信號,系統可安全的接受0—1mA的電流信號。 數據采集及控制軟件,提供所有的指令及數據格式說明及軟件接口,軟件可以通過USB進行數據傳輸,并將數據接收存儲到計算機上,很方便的實現電子學控制和數據采集??筛鶕脩舻男枨筇峁┫到y數據分析功能。

劑量驗證系統

本項目研究開發用于質子/重離子治癌的成像式劑量驗證儀產品,包含用于術前實時劑量驗證的成像式二維光學劑量儀及用于術中在線劑量驗證的瞬發高能光子及正電子雙模Compton相機。以高精度的結構設計及形變校正、最優化的輻射防護、儀器的遠程控制及數據采集及智能圖像分析為關鍵技術特點。 使用實時光學成像的方法驗證質子重離子束橫截面的劑量二維分布。該方法具備儀器遠程控制,圖像實時獲取、數據實時分析的特點,能有效保護工作人員,減少實驗時間,節約治療機時,提高設備利用率。 使用層疊式Compton相機進行高能γ光子和正電子湮沒光子的雙模探測。這種探測技術可以同時探測兩類不同的物理事件,獲取更為精準的劑量信息。 該系統的使用顯著降低了劑量驗證成本。

方案效益

該解決方案的實施,將有力促進質子重離子放射治療領域的精準醫療技術快速發展。同時,隨著本項目的進行,也將對新型輻射探測技術、高速數據采集技術、新材料新工藝方面產生明顯的促進作用。通過項目產業化,將有效提升質子重離子治癌領域、質子重離子治癌關鍵附屬設備領域的自主創新能力,增強質子重離子治癌的核心競爭力。
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