[發明專利]離子束三維適形調強治療中改變展寬Bragg峰寬度的方法

無效

• 申請號: 200810017570.6
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101249299A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 李強;劉新國;肖國青
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;G21K3/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司
• 代理人: 馬正良

技術領域

本發明涉及離子束對腫瘤靶區實施三維適形調強照射治療中改變展寬Bragg峰寬度的方法。

背景技術

離子束(質子和重離子)以其倒轉的深度劑量分布、側向散射小、較高的相對生物學效應(RBE)和低的氧增比(OER)等特點，使離子束治癌成為當今國際上先進、有效的放射治療方法。在離子束治癌項目當中，連接離子加速器裝置和臨床治療的硬件設備為束流配送系統，當前主要有兩種類型的束流配送系統，即束流橫向擴展的被動型束流配送系統和束流掃描的主動型束流配送系統，應用于離子束治癌可分別實現對腫瘤靶區的三維適形和適形調強照射治療。無論是利用被動型還是主動型束流配送系統進行離子束的三維適形調強照射治療，都需要有迷你型脊形過濾器(mini?ridge?filter)將加速器提供的單能離子束尖銳的Bragg峰進行適當展寬，得到一個展寬的Bragg峰(spread-out?Bragg?peak，SOBP)以適應沿束流方向上劃分的腫瘤靶區斷層的厚度。通過加速器或射程移位器改變束流能量，對腫瘤靶區實施由深層到淺層地逐層照射治療，這一照射治療過程如圖1所示。已有研究表明，采用迷你型脊形過濾器將單能束流尖銳的Bragg峰適當展寬為高斯型分布的SOBP，在通過改變束流能量使其由深層到淺層照射腫瘤靶區的過程中，可允許有小的誤差和不確定性。因此，在目前的離子束治癌實際應用當中，設計的迷你型脊形過濾器將較低能量離子束(例如90MeV/u的碳離子束)的Bragg峰展寬為高斯型分布的SOBP，由該迷你型脊形過濾器對高能離子束Bragg峰的展寬效果同樣為高斯型分布的SOBP。因為高能離子束Bragg峰的寬度主要是由能量損失岐離引起，能量損失岐離符合高斯分布，兩個高斯分布(一個來自迷你型脊形過濾器對束流的調制，另一個來自高能束流的能量損失岐離)的卷積仍然為高斯型分布。迷你型脊形過濾器對較低能量離子束Bragg峰展寬得到的高斯型分布SOBP的半高寬(FWHM)決定了對腫瘤靶區分層的厚度，腫瘤靶區每一分層的厚度(d)為高斯型分布SOBP半高寬的一半，即：

????????????d＝FWHM/2????????????????(1)

若腫瘤靶區在束流方向上的厚度為L，則需要改變束流能量從深層到淺層由高斯型分布SOBP照射靶區的次數N為：

????????????N＝int(L/d)+1????????????(2)

(2)式中int(L/d)為L除以d后取整。這樣照射完畢后腫瘤靶區的劑量均勻性滿足臨床治療的要求。可以看到，對腫瘤靶區的分層受制于迷你型脊形過濾器對較低能離子束Bragg峰的展寬形成的高斯型分布SOBP的半高寬，從而在離子束三維適形調強照射治療時，并不能根據腫瘤靶區的大小靈活改變腫瘤靶區分層的厚度。

可是，在實際的臨床治療當中，腫瘤靶區有大有小，采用固定寬度的展寬Bragg峰對腫瘤靶區實施分層的離子束適形調強照射治療就顯得不夠靈活。特別是腫瘤靶區較大時，不僅腫瘤靶區分層增多導致照射治療時間增加，而且接近體表的一些靶區分層的照射劑量較小，從而束流控制系統對這些斷層治療時的劑量控制精度就會降低。如何根據腫瘤靶區的大小，靈活地改變腫瘤靶區分層的厚度，即展寬Bragg峰的寬度，是本發明解決的的技術問題。

發明內容

為充分發揮離子束應用于放射治療的優勢，改進目前使用迷你型脊形過濾器僅僅是得到固定寬度展寬Bragg峰的不足，本發明旨在提供一種離子束對腫瘤進行三維適形調強治療時靈活改變展寬Bragg峰寬度的方法。它根據腫瘤靶區的大小；靈活改變展寬Bragg峰的寬度，從而可根據腫瘤靶區的大小來改變腫瘤靶區分層的厚度，達到節省照射治療時間和提高照射治療劑量的控制精度，使得離子束在對腫瘤三維適形調強照射治療的應用中更加靈活可靠，為在我國發展代表先進、有效的放射治療技術—離子束治癌項目奠定堅實的基礎。

本發明的目的可以通過以下措施來實現：

一種離子束三維適形調強治療中靈活改變展寬Bragg峰寬度的方法，迷你型脊形過濾器垂直放置于束流線中，置于患者體表前，與腫瘤靶區的中心處于束流軸線上，平行入射的離子束通過在脊形過濾器中的多重散射，達到距迷你型脊形過濾器設置到治療裝置中心≥65cm的位置中心處橫向上的劑量均勻時，以迷你型脊形過濾器中部垂直山脊的方向為軸，旋轉迷你型脊形過濾器一個角度θ，旋轉的角度可在0°～90°之間變化，從而達到對展寬Bragg峰寬度的靈活改變。