[发明专利]多场带电粒子癌症治疗方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及实体癌症的治疗。更具体来说，本发明涉及一种多场带电粒子癌症治疗系统，所述多场带电粒子癌症治疗系统可选地与束注入、加速、引出、呼吸和/或瞄准方法和设备结合使用。

背景技术

癌症

肿瘤是异常的组织块。肿瘤可以是良性或恶性的。良性肿瘤局部生长，而不扩散到身体的其它部分。良性肿瘤由于良性肿瘤的扩散而引起问题，因为良性肿瘤挤压正常组织并且使正常组织移位。良性肿瘤在诸如颅骨的封闭部位中是具有危险性的。恶性肿瘤能够侵入身体的其它区域。转移是指癌症通过侵入正常组织扩散并且扩散到远处的组织。

癌症治疗

存在用于癌症治疗的若干形式的放射疗法，所述放射疗法包括：近距放射疗法、传统电磁X射线疗法和质子疗法。各疗法在下文中进一步描述。

近距放射疗法是使用植入体内的放射源的放射疗法。在这种治疗中，肿瘤学家将放射性物质直接植入肿瘤中或非常靠近肿瘤。也将放射源放置在体腔内，诸如子宫颈内。

使用电磁辐射的第二种形式的传统癌症治疗包括使用X射线和γ射线的治疗。X射线是高能、电离的电磁辐射，X射线以低剂量使用以诊断疾病或以高剂量使用以治疗癌症。X射线或伦琴射线是一种形式的电磁辐射，所述形式的电磁辐射具有10至0.01纳米(nm)范围内的波长，对应于30PHz至30EHz范围内的频率。X射线比γ射线长并且比紫外线短。X射线基本上用于放射诊断。X射线是一种形式的电离辐射，并且X射线可具有危险性。γ射线也是一种形式的电磁辐射，并且γ射线的频率是以诸如电子正电子湮没或放射性衰变的亚原子粒子相互作用所产生的。在电磁频谱中，γ射线的特征一般在于：γ射线是具有最高频率(因为具有最高能量)并具有最短波长(诸如小于约10皮米)的电磁辐射。γ射线由高能光子组成，所述高能光子具有超过约100keV的能量。X射线通常用于治疗癌症肿瘤。然而，X射线用于治疗癌症的组织并不是最佳的，因为X射线将X射线辐射的最高剂量沉积在目标组织的表面附近，而当X射线穿入组织中时递送指数级减少的辐射。这导致在肿瘤外部递送大量辐射。γ射线具有类似的局限性。

第三种形式的癌症治疗使用质子。质子疗法系统通常包括：束产生器、加速器和束传输系统，所述束传输系统将所得的经加速质子移送至数个治疗室，在所述数个治疗室中，质子被递送至患者体内的肿瘤。

质子疗法通过将高能电离粒子瞄准至目标肿瘤来工作，所述高能电离粒子诸如经粒子加速器加速的质子。这些粒子损伤细胞的DNA，最终导致细胞死亡。由于癌细胞高速分裂，并且癌细胞修复损伤的DNA的能力降低，因此对癌细胞的DNA进行攻击，癌细胞特别容易受损。

由于质子的大小相对较大，因此质子不如X射线或γ射线容易在组织中扩散，并且几乎不存在横向分散。因此，质子束保持聚焦在肿瘤形状上，而不对周围组织造成很多横向损伤。给定能量的所有质子具有由布拉格峰(Bragg peak)限定的某一范围，并且递送至组织的剂量递送比在所述粒子范围的最后几毫米上最大。穿透深度取决于粒子的能量，粒子的能量与粒子被质子加速器加速所达到的速度直接相关。质子的速度可调整至加速器的最大额定值。由于质子束恰好处于肿瘤位于组织中的深度，因此有可能集中细胞损伤。位于布拉格峰之前的组织接收一些减少的剂量，并且位于所述峰之后的组织不接收任何剂量。

同步加速器

在此概述本发明所涉及的专利。

质子束疗法系统

洛玛连达大学医学中心(Loma Linda University Medical Center)的F.Cole等人的“Multi-Station Proton Beam Therapy System”，美国专利第4,870,287号(1989年9月26日)描述一种质子束疗法系统，所述系统用于从单个质子源选择性地产生质子束并且由加速器将质子束传输至数个患者治疗室中的选定治疗室。

束形成

C.Johnstone的“Method and Apparatus for Laser Controlled Proton Beam Radiology”，美国专利第5,760,395号(1998年6月2日)描述一种质子束放射系统，所述质子束放射系统具有加速器，所述加速器产生H^-束和激光。所述激光和H^-束结合以形成中性束。光致分离模块进一步使用剥离箔片，所述剥离箔片由所述中性束形成质子束。