专利名称：一种影像成像装置、方法及放射治疗设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及放射治疗设备领域，特别是指一种影像成像装置、方法及放射治疗设备。
背景技术：
当今世界，肿瘤已成为威胁人类生命的第一疾病，肿瘤的放射治疗是治疗的三大手段之一。目前，肿瘤的放射治疗技术已进入精确治疗的时代，即精准的照射位置和精准的剂量给予。而肿瘤放射治疗验证影像是保证肿瘤精准照射位置必不可少的手段和过程， 现阶段全世界所有放疗设备供应商提供的肿瘤放射治疗验证影像有两种模式，一种是千伏 (kV)级影像模式，一种是兆伏(MV)级影像模式。其中，千伏(kV)级影像模式的成像电位范围为60_120kV ；兆伏(MV)级影像模式的成像电位范围为4-15MV。但这两种模式都有不可回避的缺点和不足。千伏(kV)级影像模式的放射治疗设备，对肿瘤患者进行照射时，影像清晰，但必须外加一个千伏(kV)级X射线源和相关控制部分，这不但增加了成本，还增加了治疗过程中的不安全因素和整个系统的故障率。兆伏(MV)级影像模式的放射治疗设备，对肿瘤患者进行照射时，影像不很清晰。目前许多厂家和相关科研人员正投入大量的人力、物力通过软件、设备改造等手段来提高兆伏(MV)级影像模式成像清晰度和质量，但目前还没有一种有效的方法可以显著提高兆伏(MV)级影像模式成像清晰度和质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种影像成像装置、方法及放射治疗设备，可以提高兆伏(MV)级影像模式成像的清晰度和质量，并不需要千伏(kV)级X射线源和相关控制部分，进一步节省成本，减少治疗过程中的不安全因素和整个系统的故障率。为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种影像成像装置，包括获取模块，用于获取能量大于IOMeV的X射线；成像模块，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。其中，所述成像模块包括X射线接收单元，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的X射线；成像单元，用于根据所述物质被入射的X射线作用的截面大小，得到所述物质的影像。其中，所述物质被作用的截面大小满足以下公式当 hv > 2mec2 时，σ p ⑴ z2hv ；当 hv >> 2mec2 时，σ p ⑴ Z2In (hv)；
其中，hv为X射线的能量，mec2为电子的静止能量，σ ρ为电子对效应作用时所述物质被作用的截面大小，所述截面是X射线与物质相互作用发生几率大小的物理量，Z为X 射线作用的物质的原子序数。其中，所述截面与X射线与物质作用时的质量衰减系数满足如下关系
μ ρ N1其中，，为电子对效应作用时X射线与物质作用时的质量衰减系数，Na为阿伏伽德罗常数，Ma为物质的摩尔质量；相应的，所述，满足如下关系
μ ]\[当 hv > 2mec2 时，2 = T^ σ^zhv ；
P M4当hv > 2mec2 时，^^ = | σΡΓ-°Ζ Hhv)。
P Ma本发明的实施例还提供一种影像成像方法，包括获取能量大于IOMeV的X射线；在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。其中，获取能量大于IOMeV的X射线的步骤具体为从能量大于IOMeV的加速器中获取能量大于IOMeV的X射线。其中，所述在能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像的步骤包括在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的X射线；根据所述物质被入射的X射线作用的截面的大小，得到所述物质的影像。本发明的实施例还提供一种放射治疗设备，包括加速器和影像成像装置，其中， 所述加速器为能量大于IOMeV的加速器；所述影像成像装置包括获取模块，用于从所述加速器中获取能量大于IOMeV的X射线；成像模块，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。其中，所述成像模块包括X射线接收单元，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的X射线；成像单元，用于根据所述物质被入射的X射线作用的截面的大小，得到所述物质的影像。其中，还包括位于所述加速器和影像成像装置之间的治疗床，所述物质位于所述治疗床上；所述影像成像装置的平面中心与所述加速器等中心，所述加速器的机头内X射线靶中心在一条线上。本发明的上述技术方案的有益效果如下
5
上述方案中，通过采用能量大于IOMeV的X射线射入影像成像装置，从而对患者的相关部位进行照射，在呈现出清晰的影像的同时，不需要相关的控制部分，节省了成本，且减少了治疗过程中的不安全因素和整个系统的故障率。
图1为本发明的X ( Y )光子与物质作用的三种主要形式与X(Y)光子能量、吸收物质原子序数的关系图；图2为本发明的质量衰减系数与光子能量的关系图；图3为本发明的人体骨、肌肉和脂肪相对于空气的质量吸收系数的关系图。
具体实施例方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本发明针对现有X射线探测器千伏(kV)级影像模式成像清晰但成本大且治疗系统中安全问题较多，兆伏(MV)级影像模式成像不清晰的问题，提供一种高兆伏级的影像模式的影像成像装置、方法及放射治疗设备，通过利用能量大于IOMeV的X射线对患者的相关部位进行照射，在呈现出清晰的影像的同时，不需要千伏(kV)级X射线源及相关的控制部分，节省了成本，且减少了治疗过程中的不安全因素和整个系统的故障率。如图1所示，X射线影像探测的原理就是将X射线有效的沉积在影像探测器上并能进行有效区分，即利用X射线与物质相互作用的原理实现的。X射线与物质作用的三种主要的基本形式是光电效应，发生在较低能光子区间，光子能量一般低于200KeV ；康普顿效应，发生在光子能量在0. 2-5. OMeV区间；电子对效应，发生在光子能量大于5. OMeV的区间； 本发明的方案主要利用发生在电子对效应区间的高能量X射线对患者进行照射，从而呈现清晰影像的同时，节省成本。本发明的影像成像装置，包括获取模块，用于获取能量大于IOMeV的X射线；成像模块，用于在能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。具体来讲，上述成像模块包括X射线接收单元，用于在能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的 X射线；成像单元，用于根据物质被入射的X射线作用的截面大小，得到物质的影像。其中，截面ο是描述X射线与物质相互作用发生几率大小的一个物理量，单位 cm—2。截面越大，X射线在影像探测器有效沉积的能量越大，越有利于影像的质量。X射线与物质三种作用的发生的截面σ与作用物质的原子序数Z和X射线的能量 hv关系如下1.光电效应截面σσ τ = Zn/(hv)3，式中η值为3-4，公式中下标τ表示光电效应，现有技术中的千伏级的影像模式，以光电效应为主，从该公式可以看出，X射线与物质作用时的截面与X射线的能量hv成反比，能量越小，截面越大，影像越清晰。
2.康普顿效应截面e°
权利要求
1.一种影像成像装置，其特征在于，包括获取模块，用于获取能量大于IOMeV的X射线；成像模块，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。
2.根据权利要求1所述的影像成像装置，其特征在于，所述成像模块包括X射线接收单元，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的 X射线；成像单元，用于根据所述物质被入射的X射线作用的截面大小，得到所述物质的影像。
3.根据权利要求2所述的影像成像装置，其特征在于，所述物质被作用的截面大小满足以下公式当 hv > 2mec2 时，σ p ⑴ z2hv ； 当 hv >> 2mec2 时，σ p ⑴ Z2In (hv)；其中，hv为X射线的能量，meC2为电子的静止能量，σ ρ为电子对效应作用时所述物质被作用的截面大小，所述截面是X射线与物质相互作用发生几率大小的物理量，Z为X射线作用的物质的原子序数。
4.根据权利要求3所述的影像成像装置，其特征在于，所述截面与X射线与物质作用时的质量衰减系数满足如下关系-—-σ η ‘P Ma ‘其中，，为电子对效应作用时X射线与物质作用时的质量衰减系数，Na为阿伏伽德罗常数，Ma为物质的摩尔质量；相应的，所述满足如下关系当 hv > 2mec2 时，& = TTaPcozhv ■· P Maμ N,当 hv > > 2mec2 时，J = TTd-O- °oZ In(Zzv)。 P Ma
5.一种影像成像方法，其特征在于，包括 获取能量大于IOMeV的X射线；在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。
6.根据权利要求5所述的影像成像方法，其特征在于，获取能量大于IOMeV的X射线的步骤具体为从能量大于IOMeV的加速器中获取能量大于IOMeV的X射线。
7.根据权利要求5或6所述的影像成像方法，其特征在于，所述在能量大于IOMeV的X 射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像的步骤包括在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的X射线； 根据所述物质被入射的X射线作用的截面的大小，得到所述物质的影像。
8.一种放射治疗设备，包括加速器和影像成像装置，其特征在于，所述加速器为能量大于IOMeV的加速器；所述影像成像装置包括获取模块，用于从所述加速器中获取能量大于IOMeV的X射线；成像模块，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。
9.根据权利要求8所述的放射治疗设备，其特征在于，所述成像模块包括X射线接收单元，用于在所述能量大于IOMeV的X射线与物质进行作用时，获取入射的 X射线；成像单元，用于根据所述物质被入射的X射线作用的截面的大小，得到所述物质的影像。
10.根据权利要求8或9所述的放射治疗设备，其特征在于，还包括 位于所述加速器和影像成像装置之间的治疗床，所述物质位于所述治疗床上；所述影像成像装置的平面中心与所述加速器等中心，所述加速器的机头内X射线靶中心在一条线上。
全文摘要
本发明提供一种影像成像装置、方法及放射治疗设备，其中，装置包括获取模块，用于获取能量大于10MeV的X射线；成像模块，用于在所述能量大于10MeV的X射线与物质进行作用时，得到所述物质的影像。本发明的方案可以提高兆伏(MV)级影像模式成像的清晰度和质量，并不需要千伏(kV)级X射线源和相关控制部分，进一步节省成本，减少治疗过程中的不安全因素和整个系统的故障率。
文档编号A61N5/10GK102462503SQ201010533500
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者孙启银, 张圈世 申请人:北京大基康明医疗设备有限公司