本實用新型涉及正電子發射斷層掃描技術，具體涉及一種平板PET引導的硼中子俘獲治療系統。

背景技術：

硼中子俘獲治療(BNCT)技術是具有廣闊前景的放療技術。該方法擁有悠久的歷史，早在20世紀70年代即有初步的嘗試，目前已有較多應用的實例。然而，由于早先缺乏有效的中子照射、輻射防護等相關技術，目前硼中子俘獲治療還沒有獲得廣泛的使用。近年來，各國研究者愈發關注硼中子俘獲治療技術。隨著各項相關技術的發展成熟，硼中子俘獲治療技術也正在迅猛發展。現在，世界范圍內有多個硼中子俘獲治療的裝置正在運行，它已經成為了科學研究和技術開發的熱點問題。

硼中子俘獲治療技術利用硼-10對特定能量范圍中子的吸收截面遠高于其他常見核素的原理，使含有硼元素(特別是硼-10核素)的分子在靶區域高度富集，再用特定能量范圍中子對其進行照射。中子和硼-10核素發生相互作用，釋放能量并將其集中高效的沉積在靶區域。硼中子俘獲治療，可以使受照樣本獲得與靶區分布符合較好的能量沉積，這是其優于類似技術的重要特點。

提高硼中子俘獲治療效果的關鍵方式之一，在于準確的對靶區的藥物濃聚獲得動態、實時、定量的認識。雖然藥物代謝動力學提供了一定的理論方法指引，但是受到現有的硼中子俘獲治療設備和控制方法的限制，照射過程中無法探測藥物的分布情況。現有的暫時性的解決方案包括物理測量法、化學測量法和核素測量法，然而這些方法均為離線檢測的方法，且局限于單一時間點、單一采樣點。這些方法只能間接探知藥物分布的大致規律，無法提供實時、定量、在線的分布信息，并且缺乏空間上的分布信息，對解決硼中子俘獲治療藥物分布這樣一個四維問題幫助有限。

近年來，除了設備技術和操作方法的日趨成熟，硼中子俘獲治療的新型含硼制劑也層出不窮。有一類硼中子俘獲治療藥物具有特定的功能基團或某種結構，使其可以被放射性標記，且標記前后的化學性質完全相同或相近，可以認為具有相同的生物分布特征。這種硼中子俘獲治療藥物為靶區藥物濃聚規律的動態、實時、定量的在線監測提供了可能性。

技術實現要素：

針對以上現有技術中存在的問題，本實用新型提出了一種利用正電子發射斷層掃描PET進行治療引導的硼中子俘獲治療BNCT系統，從而在硼中子俘獲治療過程中較為準確的提供含硼制劑在照射靶區的、實時、定量、動態的分布信息。

本實用新型的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統包括：射束出口裝置、平板PET探測器、轉動機構、探測器電機、機架、電機控制機構、照射床、晶體屏蔽裝置和工作站；其中，照射床安裝在電機控制機構上；照射樣本放置在照射床上，照射樣本上方形成照射視野；轉動機構安裝在機架上；一對平板PET探測器分別通過各自的探測器電機安裝在轉動機構上，并且分別位于照射視野的對側；在一對平板PET探測器的外側分別設置一個晶體屏蔽裝置，一對晶體屏蔽裝置固定在機架上，晶體屏蔽裝置為開口的盒狀，中間有凹槽，能夠容納平板PET探測器；平板PET探測器通過數據線連接至工作站；轉動機構、探測器電機和電機控制機構分別通過電線連接至工作站；平板PET探測器包括工作狀態和等待狀態；在工作狀態下，一對平板PET探測器的探測面相對，分別對著照射樣本；在等待狀態下，轉動機構帶動平板PET探測器的探測面沿各自的轉軸翻轉，探測面相背，并通過各自的探測器電機將平板PET探測器分別推入各自對應的晶體屏蔽裝置內；射束出口裝置將中子引入照射視野。

平板PET探測器的背板采用含有硼元素或/和鎘元素的材料。晶體屏蔽裝置采用由含有硼元素或/和鎘元素的材料，在中子照射時對平板PET探測器進行屏蔽，以防中子對晶體造成輻射損傷。

進一步，本實用新型還包括光學定位跟蹤系統，包括安置在支架上的光學攝像頭陣列和空間信息處理系統。事先在照射樣本上標記至少四個標記點，標記點作為平板PET探測器成像和光學定位的聯合配準點；光學攝像頭陣列采集標記點的信息，并由信息處理系統處理，從而得到照射樣本的位置信息，即光學定位跟蹤信息。平板PET探測器成像得到靶區的輪廓，通過配準算法，計算得到靶區與照射樣本的相對位置，光學定位跟蹤系統精確算出電機控制機構移動的x、y和z距離坐標，使照射樣本的靶區精確的對準在照射視野內。電機控制機構可以在空間中以多個自由度移動，帶動照射床實現位置狀態的改變，調整照射床與其他設備的相對位置，并與光學定位跟蹤系統協同實現精確擺位。光學定位跟蹤系統根據事先標記于照射樣本的至少四個標記點進行精確的空間定位，方便在照射樣本移動前后進行精確的配準，提供精確的靶區位置信息。其搭載的照射床可以調節姿態，滿足水平和垂直照射的要求。

本實用新型的優點：

本實用新型利用平板PET探測器提供精確的影像信息，對BNCT提供精確的照射時間信息，進行面向特定靶區的精準化劑量遞送，減小敏感區域的輻射損傷；同時本系統可以進行水平和垂直兩種姿態的中子靶向照射，利用電機控制裝置可以方便移動調節與射束出口裝置的距離；利用高精度的光學定位跟蹤系統可以進行照射樣本移動的精確空間配準，確保靶區定位的準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統的實施例一的示意圖；

圖2為本實用新型的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統的實施例二的示意圖；

圖3為本實用新型的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統的平板PET探測器由工作狀態轉為等待狀態的示意圖；

圖4為本實用新型的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統的控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖，通過具體實施例，進一步闡述本實用新型。

平板PET探測器與射束出口裝置同軸并作為一個整體，或者二者是分立的。

實施例一

如圖1所示，本實施例中平板PET探測器與射束出口裝置是分立的，以垂直姿態進行中子靶向照射，本實施例的平板PET引導的硼中子俘獲治療系統包括：射束出口裝置1、平板PET探測器2、轉動機構3、機架4、電機控制機構5、照射床6、晶體屏蔽裝置7、光學定位跟蹤系統8、探測器電機9和工作站；其中，照射床6安裝在電機控制機構5上；照射樣本放置在照射床6上，照射樣本上方形成照射視野；轉動機構3安裝在機架4上，一對平板PET探測器2分別通過各自的探測器電機9安裝在轉動機構3上，并且分別位于照射視野的對側；在一對平板PET探測器的外側分別設置一個晶體屏蔽裝置7，一對晶體屏蔽裝置7固定在機架上4，晶體屏蔽裝置7為盒狀，中間有凹槽，能夠容納平板PET探測器2；平板PET探測器2通過數據線連接至工作站；轉動機構3、探測器電機9和電機控制機構5分別通過電線連接至工作站；射束出口裝置1正對照射視野；光學定位跟蹤系統8位于照射床旁，包括安置在支架上的光學攝像頭陣列和空間信息處理系統，對照射視野和射束出口裝置的區域進行監控。

如圖3所示，工作站包括圖像處理模塊，中子照射模塊和系統控制模塊三大模塊，并細分為若干子模塊。其中，圖像處理模塊包括PET圖像采集與存儲模塊、基于圖形處理器GPU加速的PET圖像重建模塊、PET圖像手動區域劃分模塊和PET圖像與光學定位跟蹤系統配準模塊。中子照射模塊包括照射劑量控制模塊和照射視野控制模塊，用來調節中子治療系統內部參數。系統控制系統模塊包括轉動機構控制模塊、電機控制機構控制模塊、探測器電機控制模塊和整機系統參數監控模塊。

平板PET探測器包括工作狀態和等待狀態；在工作狀態下，一對平板PET探測器2的探測面相對，分別對著照射樣本；在等待狀態下，探測器電機帶動平板PET探測器的探測面沿各自的轉軸翻轉，探測面相背，并用探測器電機將平板PET探測器分別推入各自對應的晶體屏蔽裝置7內，如圖3所示。

實施例二

如圖2所示，在本實施例中平板PET探測器與射束出口裝置同軸并作為一個整體，以水平姿態進行中子靶向照射。其他同實施例一。

實施例一和實施例二的系統的平板PET引導的中子束流的控制方法，如圖4所示，包括以下步驟：

1)合成氟-18標記的S-1-氨基-1-苯基甲基三氟硼酸鈉，與質量為w₁，硼-10質量百分數為ω_B,1的非放射性的S-1-氨基-1-苯基甲基三氟硼酸鈉混合，標定放射性活度A₀，記此時為0時刻；由于放射性標記的S-1-氨基-1-苯基甲基三氟硼酸鈉的量極小，對硼-10的含量影響不大，故可以認為其質量w₂＝0；將含硼制劑注射至照射樣品內。

2)將照射樣本放置在照射床上，將四個標記點分散貼在照射樣本上，標記點是含鉛材料，為一直徑約為1cm的圓片；圓片表面有粘性，可以黏貼在照射樣本上；一面涂成黑色，便于光學定位跟蹤系統被動采集區域；放置于照射床上，通過電機控制機構調整照射床的位置，光學定位跟蹤系統對初始位置進行記錄。

3)控制轉動機構將一對平板PET探測器調整到工作狀態下，一對平板PET探測器的探測面相對，分別對著照射樣本，對照射樣本進行動態PET掃描，將數據傳回工作站，在富集區域利用自動化程序或手動勾勒體積為V_T的靶區，并在非富集的敏感區域勾勒體積為V_C的控制區域。

4)平板PET探測器連續采集多張圖像，在活度測定單元的輔助下動態監測時間點t_i靶區和控制區域的活度值A_T,i和A_C,i。

5)假設含硼制劑的濃度均勻分布，τ時刻靶區和控制區域的硼-10的濃度c_T,τ和c_C,τ分別為：

其中，λ是放射性核素的衰變常數，M(¹⁰B)是硼-10的摩爾質量，A_T,τ為τ時刻靶區的活度值，A_C,τ為τ時刻控制區域的活度值。

6)重復步驟4)～5)，得到多組(t_i,c_T,i,c_C,i)數據，根據多組(t_i,c_T,i,c_C,i)數據，對基于二腔室模型的藥物代謝動力學方程：

進行回歸分析，得到描述硼-10濃度的預測模型，其中是靶區硼-10濃度的預測方程，是控制區域硼-10濃度的預測方程，如果當前靶區和控制區域的硼-10濃度比r滿足T_r為預設的閾值，且靶區的硼-10濃度c_T,τ高于閾值T_c，即c_T,τ＞T_c，T_c為最小有效濃度，并且根據模型預測上述條件能夠在足夠時間內持續滿足，則結束PET掃描。

7)光學定位跟蹤系統定位至少四個標記點，平板PET探測器成像得到靶區的輪廓，通過配準算法，計算得到靶區與照射樣本的相對位置，并精確算出電機控制機構移動的x、y和z距離坐標，使照靶區精確的對準在照射視野內。

8)控制轉動機構將一對平板PET探測器調整到等待狀態下，轉動機構帶動平板PET探測器的探測面翻轉，一對探測面相背，并利用探測器電機將平板PET探測器分別推入各自對應的晶體屏蔽裝置內。

9)射束出口裝置將中子源產生并經整形調節的中子引入照射視野，一輪照射結束后，射束出口裝置停止出束；

10)重復步驟3)～8)，平板PET探測器再次進入工作狀態，重新采集圖像，然后根據新的影像結果計算靶區和控制區域的活度值A_T,i+1和A_C,i+1，重新執行判斷并進行照射，直至預定劑量遞送完畢或不再滿足照射條件。

最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本實用新型，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本實用新型及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本實用新型不應局限于實施例所公開的內容，本實用新型要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。