目的:使用質(zhì)子束激發(fā)熱聲信號(hào)對(duì)質(zhì)子束的布拉格峰定位,分析其在質(zhì)子治療中應(yīng)用的可行性。方法:通過(guò)Kwave工具包模擬質(zhì)子束在水中的傳播過(guò)程,使用放置的傳感器接收質(zhì)子束激發(fā)產(chǎn)生的γ波走時(shí)數(shù)據(jù),再將走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到布拉格峰位置的修正量,從而完成對(duì)布拉格峰定位。結(jié)果:在均勻介質(zhì)中,當(dāng)初始的布拉格峰位置在目標(biāo)布拉格峰位置5 cm范圍內(nèi),使用Kwave模擬得到的走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位,無(wú)噪聲的情況下,定位誤差在1.3 mm以內(nèi),對(duì)其進(jìn)行加噪處理后,定位誤差仍在3 mm以內(nèi)。使用波前擴(kuò)展的線性走時(shí)插值射線追蹤算法得到的走時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,能完成零誤差定位。結(jié)論:使用質(zhì)子束激發(fā)熱聲信號(hào),僅需要少量的傳感器就能對(duì)質(zhì)子束的布拉格峰進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,走時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)定位算法有一定的影響。但是通過(guò)加噪實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),本算法具有較好的穩(wěn)定性和收斂性。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2020,37(04)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

不同噪聲的定位誤差圖

臨床使用的質(zhì)子束脈沖信號(hào)，因?yàn)槠鋭┝砍练e在傳播過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致局部溫度升高以及密度變化，因此會(huì)產(chǎn)生聲學(xué)壓力波[14-15]。由于這是一個(gè)熱聲信號(hào)波，它的壓力、幅值、形狀與介質(zhì)和劑量沉積相關(guān)[16]。如圖1所示，質(zhì)子束在傳播過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)來(lái)源不同的聲波壓力峰，一個(gè)峰為傳播路徑是圓柱形的α波，它在布拉格峰位置前的傳播路徑上被激發(fā)產(chǎn)生；另一個(gè)峰為傳播路徑是球狀的γ波，它是在布拉格峰中心位置處被激發(fā)產(chǎn)生。因此，治療時(shí)只需要使用簡(jiǎn)單的傳感器接收γ波的走時(shí)數(shù)據(jù)就能完成對(duì)布拉格峰位置的實(shí)時(shí)定位。1.2 方法

本文使用Kwave MATLAB toolbox(Treeby and Cox 2010a）進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，采用FWHM等于5 mm的脈沖信號(hào)源模擬質(zhì)子束的入射，常溫下聲波在水里的傳播速度為1 480 m/s[20]。因此本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)均勻介質(zhì)的速度模型，模型大小為330 mm×330 mm，速度為1 480 m/s，用于接收走時(shí)數(shù)據(jù)的傳感器均勻放在模型的四周，傳感器編號(hào)及位置如圖3所示。為了驗(yàn)證本算法的準(zhǔn)確性，文中選取4個(gè)不同的目標(biāo)布拉格峰位置，其坐標(biāo)分別為（110,110）、（110,220）、（220,165）、（220,270），如圖3所示。由于本算法開始時(shí)需要設(shè)定初始布拉格峰的位置，因此分別以每個(gè)目標(biāo)布拉格峰位置為圓心，半徑為5 cm的范圍內(nèi)隨機(jī)選取10個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)作為該目標(biāo)點(diǎn)的初始布拉格峰的位置。圖3 速度模型以及4個(gè)布拉格峰位置示例圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于波前擴(kuò)展的線性走時(shí)插值射線追蹤算法[J]. 張東,童海杰,楊艷,秦前清,徐凌.  武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版). 2010(06)



本文編號(hào)：3222549