[發明專利]一種用于激光加速質子治癌裝置的劑量遞送方法

在審

• 申請號: 202110811785.0
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113398496A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 朱昆;馮小港;顏學慶;黃斐增
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種用于激光加速質子治癌裝置的劑量遞送方法，包括以下步驟：

1)對腫瘤靶區分層，對于每層對應的質子能量進行劑量曲線待定系數疊加，計算靶區平坦度F以及遠端劑量跌落fa，最小值優化fa*F，且fa、F分別小于設定的臨床限值，得到不同能量層質子束的相對權重，選取確定比例的不同能量及能散的質子束進行劑量遞送；

2)對于每個能量層的質子束流，設計匹配的散射體輪廓，計算質子束經過散射體后的相空間分布，使質子束通過散射體進行初步橫向束流擴展和均勻化；

3)由步驟2)中得到的相空間分布以及預設的每層質子束的劑量上、下限值以及質子束射野的橫向空間分布均勻性限值，確定寬束掃描疊加的步長St，對經散射后的質子束進行寬束掃描疊加；

4)根據質子束橫向半影要求選定準直器件的材料及孔徑，結合靶區選擇適配的動態多葉準直器開口形狀和補償器形狀，通過準直器件對質子束準直后，經動態多葉準直器、噴嘴和補償器得到適形的三維劑量分布。

2.如權利要求1所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟1)中，在激光等離子體加速器質子束流的能散和能量調節范圍之內，對腫瘤靶區分層，對于每層對應的質子能量采用劑量曲線待定系數疊加的方式，計算靶區平坦度F[d1(E1，ε₁)，d2(E2，ε₂)，d3(E3，ε₃)…dn(En，ε_n)]以及遠端劑量跌落fa，其中，E1至En代表各能量層質子束的能量，ε₁至ε_n代表各能量層質子束的能散，d1至dn代表各能量層質子束的深度劑量分布曲線函數，n為質子束能量層的層數；最小值優化fa*F，得到疊加后的深度劑量分布曲線函數：：計算結果達到收斂，且fa、F分別小于設定的臨床限值fa(limit)、F(limit)，得到不同能量層質子束的能量Ei、能散ε_i以及相對權重ki。

3.如權利要求1所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟2)中，對于第i能量層質子束流，利用蒙特卡羅模擬軟件設計匹配的散射體輪廓，得出第i能量層對應的流線型散射體形狀輪廓Si以及散射后的質子束流分布Yi(Ei，Si)，計算該層質子束經過散射體后的射野橫向均勻性Ui。

4.如權利要求3所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟3)中，在第i能量層，由步驟2)中得到的質子束流相空間分布，在二極掃描磁鐵對的掃描步長調節范圍內，確定二極掃描磁鐵對的寬束掃描步長St，計算質子束經二極掃描磁鐵對寬束掃描疊加后的射野橫向均勻性Ui和第i能量層的總質子劑量值Di，使Ui小于預先設定的質子束射野的橫向空間分布均勻性限值Ui(limit)，且使Di滿足Di∈[Did，Diu]，Diu、Did分別為設定的每層質子束的劑量上限值和劑量下限值。

5.如權利要求1所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟4)中，在質子束流橫向半影的臨床限值P(limit)內，選定準直器件材料，計算其幾何厚度及孔徑，蒙特卡羅計算n層射野疊加后經準直器件后的三維劑量分布，根據每層的靶區橫向截面形狀改變動態多葉準直器的開口形狀，并根據患者腫瘤靶區后沿形狀計算適配的補償器形狀，可得到適形的三維劑量分布。

6.如權利要求1所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟1)對于靶區遠端能量層，選取的質子束能散在±1％至±2％范圍；對于靶區近端能量層，選取的質子束能散在±4％至±5％范圍。

7.如權利要求1所述的劑量遞送方法，其特征在于，步驟2)中所述散射體輪廓包括高原子序數的散射層材料輪廓以及低原子序數的補償層材料輪廓。