[发明专利]用于放射疗法波束形态的可编程粒子扩散器

说明书

本申请是2005年7月21日递交的申请号为200580024563.3，发明名称为“用于放射疗法波束形态的可编程粒子扩散器”的分案申请。

相关申请

本申请是2004年9月24日提交的申请号为10/949,734美国申请的后继申请，其要求2004年7月21日提交的申请号为60/590,088的美国临时申请的利益。上述申请的全部教导通过引证并入本文。

背景技术

带电粒子在用于治疗癌症的放射疗法领域中已经被应用了超过50年。为了产生符合患者体内目标体积的形状的临床上有益的剂量分配，在粒子加速器和患者之间插入大量的波束整型和调节物质。相比于传统的在组织内按指数率衰减的高能量的x射线束，质子束具有显著的临床优势。相比高能量的x射线(光子)，能量吸收的物理过程对于质子来讲是有利的并且是不同的。

质子束释放很小的引入剂量，随后当质子在组织中停止时释放大量的剂量。在物理学家Bragg发现这一现象之后，将在质子的组织渗透范围的末端上的剂量的大量吸收称为Bragg顶点。附图1显示的是来自没有被调整的波束中的Bragg顶点，以及Bragg顶点的分布和个别的Bragg顶点曲线族加在一起形成的Bragg顶点分布。

从粒子加速器中形成的波束，通过将设备和材料插入波束中被整型。波束整型的一个目的在于在遍及目标的体积上(例如，患者体内的瘤)释放均匀的放射剂量。范围(即，波束渗透到组织内的深度)需要被调整以确保均匀的或者预先确定的放射剂量被释放到目标表面的近端和末梢之间(在此所使用的术语“近端”和“末梢”与波束路径结合使用。术语“近端”特定的涉及波束进入目标的入口区域)。此外，为了治疗较大的瘤，波束需要横向地展开(在此所使用的术语“横向地”是涉及实质上与波束路径成直角的任何方向)。波束通过一系的扩散器和孔径被操作并被整型。

在波束整型系统中，波束被首先被引入第一扩散器/范围调整器，该扩散器/范围调整器使波束分散足够宽的角度用以治疗大约20-30cm的治疗区域。接着由第一扩散器的分散和范围调整，波束被引入补偿的第二扩散器。这个器件的目的在于使从第一扩散器出来的波束的横截面变平。这样就允许Bragg顶点在等角点距离上的强度是平坦的和均匀的。附图2示出由高Z和低Z物质所组成的补偿的第二扩散器，所述的高Z和低Z物质具有能够使高Z物质的分散性质与低Z物质的吸收性质相匹配的形状，用以提供平坦的、均匀的宽的波束。

波束整型系统的第三器件是范围协调块。其典型的是一个厚圆柱的丙稀酸塑料，目标体积的末梢表面的三维的反面已经被机械加工。该器件也包括从波束方向对患者的外部表面外形的补偿，以及对不同种类(例如，路径中的骨头和空气)的补偿。大多数的组织实质上相当于水，但是对于这些不同物质的补偿值能够从CT图像数据组中被计算出来。作为结果的三维结构被置于波束路径中以确保Bragg顶点符合目标的末梢表面，从而导致被用在目标体积之外的重要的结构上的剂量最小。

波束成型系统的第四器件对波束横向地整型以使其与目标体积的形状相匹配，所述目标体积的形状正如同通过专用于治疗而制作的孔径所形成的波束源的方向中看到的那样。通常，这是通过将在黄铜或其它高Z物质的厚块中机械加工成型的孔并将该孔置于紧靠近患者的位置来完成的。波束在横向延伸上被该器件限定，因此符合目标体积的形状。

发明内容

向粒子束中插入一个或多个扩散和/或吸收物质的可编程路径长度可以被用来以预期的方式调整扩散角度和波束范围。带电粒子束扩散器/范围调整器可以包括高Z物质，其在粒子波束路径中具有可调路径长度；可以包括低Z物质，其在粒子波束路径中具有可调路径长度；还包括在将目标暴露给波束期间独立地调整高Z和低Z路径长度的可编程控制器。所述的高Z和低Z物质可以是液体。低Z物质的路径长度以及高Z物质的路径长度可以是独立地持续可调的。

带电粒子束扩散器/范围调整器在粒子波束路径中可以包括具有相对壁的储液室；调整储液室的两壁之间的距离的驱动器；还包括用于驱动器的可编程控制器，用于在目标暴露给波束的期间调整储液室的两壁之间的距离。储液室的两壁之间的距离可以是持续可调的。第一和第二储液室可以被串联地安置在粒子束路径中。第一和第二储液室可以单独地包含高Z和低Z物质。第一储液室的相对壁之间的距离以及第二储液室的相对壁之间的距离可以是独立地持续可调的。