[發明專利]一種基于射程的腫瘤內靶區生成系統

有效

• 申請號: 202110314439.1
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113018707B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 賀鵬博;李強
• 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
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發明涉及一種基于射程的腫瘤內靶區生成方法和系統，包括以下步驟：1)基于預先獲取的患者的4DCT掃描數據，進行各個呼吸時相上腫瘤靶區和危及器官的勾畫，并基于預先確定的照射方式，形成對應的幾何內靶區；2)基于步驟1)中形成的幾何內靶區，在不同呼吸時相進行幾何內靶區內所有體素的水等效長度的計算，形成當前照射野方向下的基于射程的腫瘤內靶區；3)判斷是否需要考慮患者擺位誤差，如果需要，則基于患者擺位誤差對形成的基于射程的腫瘤內靶區進行修正，否則進入步驟4)；4)重復步驟1)～步驟3)，得到其他照射野下對應的基于射程的腫瘤內靶區，形成不同照射野下的計劃靶區。本發明可以廣泛應用于離子束治療領域。

技術領域

本發明涉及一種離子束放射治療中基于射程的腫瘤內靶區生成方法和系統，屬于離子束放射治療技術領域。

背景技術

相比傳統光子線(X、γ射線)放射治療，離子束放療由于其在物理學上表現出的倒轉的深度劑量分布特性(Bragg峰)，以及生物學上高的相對生物學效應(RBE)，使其在殺死腫瘤細胞的同時正常組織得到有效保護。

放射治療中，腫瘤靶區通常是由醫師在患者的CT影像上進行勾畫得到，對于頭頸部等位置相對固定的腫瘤靶區，醫師完成靶區勾畫后通過在治療室利用圖像引導設備將腫瘤靶區的中心點定位在治療室束流的等中心處，在治療過程中靶區和治療室等中心相對位置保持不變，從而實施精準的束流照射。然而，對于胸腹部隨患者呼吸運動而運動的腫瘤靶區，即使在束流照射前通過圖像引導設備進行精準的定位，由于呼吸運動的影響在照射過程中靶區的位置一直處于變化狀態，導致束流照射位置和靶區位置相互錯開，一方面腫瘤靶區得不到足夠劑量的照射，另一方面周圍正常組織也會受到超過劑量限值高劑量的照射，從而導致腫瘤控制率的下降以及正常組織并發癥的增加。為充分發揮離子束治療的優勢，進一步提高離子束治療的療效同時最大程度減小對周圍正常組織的輻照損傷，非常有必要在離子束放射治療中開展針對運動腫瘤靶區的離子束照射技術的研發，這也是國際上離子束治療研究中重要的發展趨勢和方向。

目前，針對運動腫瘤靶區通常采用的方法是首先對患者進行四維CT掃描，重建出每個呼吸時相的三維CT影像，醫師通常將位置重復性較好的呼氣末相作為參考時相，在該參考時相的CT影像上進行靶區以及危及器官的勾畫，并通過形變配準的方法將參考時相的靶區以及危及器官的輪廓形變到其他呼吸時相，從而得到其他時相靶區及危及器官的輪廓信息。在治療計劃設計時，可以選擇采用呼吸門控治療方式或者直接在自由呼吸模式下進行照射，如果是自由呼吸模式為了保證在每個呼吸時相靶區都能夠得到充分照射，那么會將每個呼吸時相靶區的輪廓取并集；如果采用呼吸門控治療方式，通過選擇在特定呼吸時相對腫瘤靶區進行照射，那么只對選擇的呼吸時相的靶區輪廓取并集。這種通過將不同呼吸時相腫瘤靶區位置疊加起來的方式稱之為幾何內靶區，即只是幾何位置上進行簡單的疊加。治療計劃設計時將該幾何內靶區作為計劃靶區進行照射野的設計以及劑量的優化。這樣在束流照射時即使靶區處于運動狀態，由于計劃設計時將靶區所有的運動位置已經全部包含進來，那么不論靶區處于哪個運動時相都可以進行有效照射。然而，這種幾何內靶區的設計方法只適合于傳統光子放射治療，由于光子線對組織密度的變化不敏感，對強度衰減的影響較小，深度劑量分布曲線前移或者后移1cm，對劑量造成的影響只有3％左右，那么通過幾何內靶區的設計可以有效克服靶區運動造成的劑量照射不充分的現象。但是，對于離子束放射治療，通過將每個時相靶區的輪廓進行疊加只能夠實現垂直束流方向上束流的照射野范圍和靶區的運動范圍保持一致，沿著束流方向由于靶區運動導致的組織密度的變化造成的離子束射程的改變，幾何內靶區是無法解決的，深度劑量分布曲線前移或者后移1cm會在Bragg峰附近造成90％左右的劑量偏差，那么靶區將得不到足夠劑量的照射，同時會對靶區前沿或者后沿的正常組織造成嚴重損傷。因此，幾何內靶區不適合應用在離子束放射治療中。

發明內容