[發明專利]用于強度調制離子射束治療中的快速光柵射束掃描的方法和設備

在審

• 申請號: 201580047629.4
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN106604762A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: J·M·卡梅倫;V·安費羅夫;S·韋格多爾
• 申請（專利權）人: 鳳凰醫療有限公司
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;A61B18/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 王英,劉炳勝

技術領域

本發明總體涉及用于輻射治療處置的方法和系統。更具體地，本發明涉及基于小截面面積(所謂的“筆形”射束)并且可調節能量和強度的強烈加速度器射束的掃描的離子射束治療的粒子射束遞送，以共形地輻照任意形狀的靶腫瘤的完全體積，同時將最小劑量提供至周圍健康組織。

背景技術

與標準X射線治療相比較，質子或更重的離子射束治療能夠通過增加遞送至靶體積的劑量、同時使遞送至周圍組織的劑量最小化來顯著地改善劑量定位。這些改善基于治療離子射束在靶材料中的有限滲透范圍。此外，對靶材料的能量沉積隨著離子射束減速而增加并且在滲透范圍的端部附近達到尖銳最大值。因此，離子射束治療具有以較少的短期或長期中毒副作用提供針對控制和消除腫瘤的可能處置選項的潛力。

迄今已經使用傳統被動散射系統遞送了大多數離子射束治療處置，其中，通過患者特異性孔徑和范圍補償器來形成處置劑量場。然而，離子射束治療的固有優點被備選方法最好地利用，應用劑量遞送的筆形射束掃描(PBS)方法以在不使用孔徑和補償器的情況下實現對任意腫瘤體積的完全3D一致性。筆形射束掃描指代其中使用在兩個橫向維度上掃掠射束的掃描磁體在特定深度處跨腫瘤橫向地散布小直徑入射離子射束的方法。掃描磁體位于能夠旋轉以從多個方向輻照腫瘤的射束遞送機架附近。射束強度針對每個3D斑點(體素)變化以實現確切地符合在該深度處的腫瘤面積的劑量分布。針對一定范圍的減小的能量(能量堆積)重復該過程允許對具有任何任意形狀的完全腫瘤體積的處置。射束強度針對每個3D斑點(體素)變化，以實現確切地符合腫瘤體積的劑量分布。在圖1和圖2中示意性地對比被動散射和PBS方法，并且實現針對圖3中的給定腫瘤的處置計劃。

能夠利用PBS技術實現的射束強度調制允許離子射束治療利用以X射線執行的強度調制輻射治療(IMRT)有利地完成。PBS的優點是臨床和財務兩方面的。在下文中討論了這些優點中的一些優點。

例如，能夠利用單劑量場(機架角設置)來輻照任意形狀的靶體積。PBS的該特征帶來多個益處。雙散射和一致(在沒有強度調制的情況下)掃描系統使劑量分布的遠側邊緣符合靶形狀，但是不可避免地生成對近側健康組織的過度劑量的區域，如在圖1中和圖3的左手側框架中所指示的。因此，PBS改善了遞送至靶的離子射束劑量的一致性。此外，單PBS場的經改善的一致性允許利用較少場來獲得所要求的靶覆蓋，其簡化整個處置并且降低總處置成本。在復雜形狀腫瘤的情況下，期望PBS以降低對于劑量場匹配和修補的需要。

降低了對患者的次級中子劑量。由于避免了第一和第二散射器、準直器和補償器，射束具有對患者的材料劑量中的較少的核相互作用，這導致對患者的次級中子劑量的大的降低。盡管若干研究已經發現質子治療中的中子劑量是小的，但是中子的高相對生物效應保證將中子劑量降低到盡可能低的水平，特別是針對兒科處置。

患者特異性設備的消除導致成本和處置時間方面的實質性節省。PBS消除產生以及去掉激活的患者特異性設備的需要，并且消除安裝他們、驗證其與處置場的匹配并且確保其相對于靶隔離器的正確定位所要求的時間。其還去除了改變劑量場之間的患者特異性設備的需要。那些改變要求進入到治療室并且患者特異性設備對于一位治療師或放射學技師而言常常太重以致于不能處理。

PBS的前景已經導致世界范圍內的離子射束治療診所的數量以及將經由離子射束遞送的放射處置的部分的近期快速增長的預測。這些預測假定啟用PBS的技術將以合理的成本是可用的，并且將開發技術以克服對其適用性的剩余的限制。實際上，強度調制質子治療(IMPT)處置在若干手術診所處已經是可用的(范例是瑞士的保羅謝勒研究所和美國伊利諾伊州的沃倫維爾的節奏健康診所)，其中，它們正被用于增加處置的部分。迄今PBS的特定實現方案已經基于所謂的斑點射束掃描(SBS)。