[發(fā)明專利]一種用于激光加速質(zhì)子治癌裝置的劑量遞送方法

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• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113398496A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱昆;馮小港;顏學(xué)慶;黃斐增
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發(fā)明公開了一種用于激光加速質(zhì)子治癌裝置的劑量遞送方法，通過分層劑量曲線疊加法選取一定比例不同能量的大能散質(zhì)子束，對每個能量層的質(zhì)子束利用蒙特卡羅模擬計算適配的散射體輪廓，并得到散射后的質(zhì)子束流分布；結(jié)合臨床均勻性要求和劑量限值確定二極掃描磁鐵的掃描步長，將散射后的厘米級寬束進行寬束掃描疊加，完成質(zhì)子束的橫向擴展和均勻化；根據(jù)質(zhì)子束橫向半影要求計算準直器件材料及孔徑，結(jié)合靶區(qū)計算適配的補償器和動態(tài)多葉準直器開口形狀，實現(xiàn)對靶區(qū)的三維適形劑量遞送。本發(fā)明采用了縱向射野層疊結(jié)合寬束掃描疊加法，最大程度上減小了質(zhì)子束在劑量遞送途中的散射，提高了對激光加速產(chǎn)生的大能散、大散角質(zhì)子束的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)子放療技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于激光加速質(zhì)子治癌裝置的劑量遞送方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子放療自提出以來就因其獨特的劑量學(xué)優(yōu)勢和較好的相對生物學(xué)效應(yīng)而受到廣泛關(guān)注，被認為是目前最為有效的放射治療手段之一。利用新型的激光等離子體加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束進行腫瘤放射治療是基于快速發(fā)展的激光加速技術(shù)而提出的一種質(zhì)子放療技術(shù)方案。由于激光等離子體加速器具備高于傳統(tǒng)質(zhì)子加速器(回旋、同步或直線)數(shù)個量級的加速梯度，它能夠在當(dāng)前質(zhì)子放療裝置的基礎(chǔ)上大大提高設(shè)備的緊湊化程度，以解決當(dāng)前質(zhì)子放療設(shè)備占地面積大、設(shè)備成本高昂、運行和維護費用不菲等困境。目前用于傳統(tǒng)的質(zhì)子放療裝置的劑量遞送方法大體分為兩類：一類是以掃描法為代表的主動式劑量投遞方法，其特征為通過治療計劃系統(tǒng)控制兩個方向的掃描磁鐵，通過“點掃描”或“柵掃描”的方式完成劑量遞送；另一類是以散射法為代表的被動式劑量投遞方法，其特征為通過蒙特卡羅計算設(shè)計散射體輪廓以完成質(zhì)子束流的橫向擴展，配合能量調(diào)制輪或脊型過濾器完成對質(zhì)子能譜的整形，以達到質(zhì)子劑量遞送的目的。

考慮到激光等離子體加速器驅(qū)動的質(zhì)子束性質(zhì)具有與傳統(tǒng)加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束有著較大區(qū)別(能散大、散角大等)，目前用于傳統(tǒng)質(zhì)子放療裝置的劑量遞送技術(shù)方法都不能很好地契合激光加速質(zhì)子束的特性，具體表現(xiàn)為傳統(tǒng)掃描法要求質(zhì)子束流品質(zhì)較高，傳統(tǒng)散射法對質(zhì)子束的均勻性改良有限，且面臨束流利用率較小的問題，不能夠充分利用大能散、大散角質(zhì)子束進行劑量投遞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對激光加速的質(zhì)子束流特性，結(jié)合激光等離子體加速器在質(zhì)子束劑量遞送方面的應(yīng)用需求，提出一種用于激光加速質(zhì)子治癌裝置的劑量遞送方法，采用縱向射野層疊結(jié)合寬束掃描疊加法，最大程度上減小質(zhì)子束在劑量遞送途中的散射，提高對激光加速產(chǎn)生的大能散、大散角質(zhì)子束的利用率。

本發(fā)明用于激光加速質(zhì)子治癌裝置的劑量遞送方法，包括以下步驟：

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

2)對于每個能量層的質(zhì)子束流，設(shè)計匹配的散射體輪廓，計算質(zhì)子束經(jīng)過散射體后的相空間分布，使質(zhì)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(yù)設(shè)的每層質(zhì)子束的劑量上、下限值以及質(zhì)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(jīng)散射后的質(zhì)子束進行寬束掃描疊加，實現(xiàn)進一步均勻化；

4)根據(jù)質(zhì)子束橫向半影要求選定準直器件的材料及孔徑，結(jié)合靶區(qū)選擇適配的動態(tài)多葉準直器開口形狀和補償器形狀，通過準直器件對質(zhì)子束準直后，經(jīng)動態(tài)多葉準直器、噴嘴和補償器得到適形的三維劑量分布。