[发明专利]离子束三维适形调强治疗中改变展宽Bragg峰宽度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子束对肿瘤靶区实施三维适形调强照射治疗中改变展宽Bragg峰宽度的方法。

背景技术

离子束(质子和重离子)以其倒转的深度剂量分布、侧向散射小、较高的相对生物学效应(RBE)和低的氧增比(OER)等特点，使离子束治癌成为当今国际上先进、有效的放射治疗方法。在离子束治癌项目当中，连接离子加速器装置和临床治疗的硬件设备为束流配送系统，当前主要有两种类型的束流配送系统，即束流横向扩展的被动型束流配送系统和束流扫描的主动型束流配送系统，应用于离子束治癌可分别实现对肿瘤靶区的三维适形和适形调强照射治疗。无论是利用被动型还是主动型束流配送系统进行离子束的三维适形调强照射治疗，都需要有迷你型脊形过滤器(mini ridge filter)将加速器提供的单能离子束尖锐的Bragg峰进行适当展宽，得到一个展宽的Bragg峰(spread-out Bragg peak，SOBP)以适应沿束流方向上划分的肿瘤靶区断层的厚度。通过加速器或射程移位器改变束流能量，对肿瘤靶区实施由深层到浅层地逐层照射治疗，这一照射治疗过程如图1所示。已有研究表明，采用迷你型脊形过滤器将单能束流尖锐的Bragg峰适当展宽为高斯型分布的SOBP，在通过改变束流能量使其由深层到浅层照射肿瘤靶区的过程中，可允许有小的误差和不确定性。因此，在目前的离子束治癌实际应用当中，设计的迷你型脊形过滤器将较低能量离子束(例如90MeV/u的碳离子束)的Bragg峰展宽为高斯型分布的SOBP，由该迷你型脊形过滤器对高能离子束Bragg峰的展宽效果同样为高斯型分布的SOBP。因为高能离子束Bragg峰的宽度主要是由能量损失岐离引起，能量损失岐离符合高斯分布，两个高斯分布(一个来自迷你型脊形过滤器对束流的调制，另一个来自高能束流的能量损失岐离)的卷积仍然为高斯型分布。迷你型脊形过滤器对较低能量离子束Bragg峰展宽得到的高斯型分布SOBP的半高宽(FWHM)决定了对肿瘤靶区分层的厚度，肿瘤靶区每一分层的厚度(d)为高斯型分布SOBP半高宽的一半，即：

            d＝FWHM/2                (1)

若肿瘤靶区在束流方向上的厚度为L，则需要改变束流能量从深层到浅层由高斯型分布SOBP照射靶区的次数N为：

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

(2)式中int(L/d)为L除以d后取整。这样照射完毕后肿瘤靶区的剂量均匀性满足临床治疗的要求。可以看到，对肿瘤靶区的分层受制于迷你型脊形过滤器对较低能离子束Bragg峰的展宽形成的高斯型分布SOBP的半高宽，从而在离子束三维适形调强照射治疗时，并不能根据肿瘤靶区的大小灵活改变肿瘤靶区分层的厚度。

可是，在实际的临床治疗当中，肿瘤靶区有大有小，采用固定宽度的展宽Bragg峰对肿瘤靶区实施分层的离子束适形调强照射治疗就显得不够灵活。特别是肿瘤靶区较大时，不仅肿瘤靶区分层增多导致照射治疗时间增加，而且接近体表的一些靶区分层的照射剂量较小，从而束流控制系统对这些断层治疗时的剂量控制精度就会降低。如何根据肿瘤靶区的大小，灵活地改变肿瘤靶区分层的厚度，即展宽Bragg峰的宽度，是本发明解决的的技术问题。

发明内容

为充分发挥离子束应用于放射治疗的优势，改进目前使用迷你型脊形过滤器仅仅是得到固定宽度展宽Bragg峰的不足，本发明旨在提供一种离子束对肿瘤进行三维适形调强治疗时灵活改变展宽Bragg峰宽度的方法。它根据肿瘤靶区的大小；灵活改变展宽Bragg峰的宽度，从而可根据肿瘤靶区的大小来改变肿瘤靶区分层的厚度，达到节省照射治疗时间和提高照射治疗剂量的控制精度，使得离子束在对肿瘤三维适形调强照射治疗的应用中更加灵活可靠，为在我国发展代表先进、有效的放射治疗技术—离子束治癌项目奠定坚实的基础。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种离子束三维适形调强治疗中灵活改变展宽Bragg峰宽度的方法，迷你型脊形过滤器垂直放置于束流线中，置于患者体表前，与肿瘤靶区的中心处于束流轴线上，平行入射的离子束通过在脊形过滤器中的多重散射，达到距迷你型脊形过滤器设置到治疗装置中心≥65cm的位置中心处横向上的剂量均匀时，以迷你型脊形过滤器中部垂直山脊的方向为轴，旋转迷你型脊形过滤器一个角度θ，旋转的角度可在0°～90°之间变化，从而达到对展宽Bragg峰宽度的灵活改变。