[发明专利]放射治疗系统和方法

说明书

一种放射治疗系统包括生成粒子射束的加速器和射束传输系统。加速器和射束传输系统将射束引导到路径上并且引入喷嘴中，喷嘴可操作用于将射束对准对象。喷嘴包括可操作用于将射束朝着对象内的不同位置来导向的扫描磁体，并且还包括射束能量调节器，射束能量调节器被配置为：通过例如在射束的路径中放置不同厚度的材料以影响射束中的粒子的能量来调节射束。

背景技术

使用放射治疗来治疗癌症是公知的。放射治疗(放射疗法)涉及将诸如电子、质子或重离子等高能粒子射束引导到患者体内的靶标体积(例如，肿瘤或病变)中。

在用辐射来治疗患者之前，开发了特定于该患者的治疗计划。该计划使用基于过去的经验的模拟和优化来定义放射治疗的各个方面。例如，对于强度调制粒子治疗(IMPT)，计划可以指定适当的射束类型和适当的射束能量。计划的其他部分可以指定例如射束相对于患者/靶标体积的角度、射束形状等。通常，治疗计划的目的是向靶标体积递送足够的辐射，同时最小化周围健康组织到辐射的暴露。

现有的IMPT剂量递送技术利用光栅扫描，光栅扫描利用单能量粒子(例如，质子)束的公知的布拉格峰特征。通过在X和Y方向上扫描射束，可以在靶标体积内“涂抹”剂量的“层”。使用具有不同能量的粒子、以交叠的光栅扫描图案涂抹后续层，这些粒子因此将停止在不同的范围(距离)。这种扫描图案通常从计划靶标体积的最远端边缘开始，并且在暂停以将射束能量改变到较小范围之后递送每个后续层，从而产生扩展布拉格峰(SOBP)，直到最后一层被递送到计划靶标体积的近端边缘。

放射治疗期间的基本关注点是靶标体积可能在剂量递送期间移动(例如，由于患者移动、呼吸等)。剂量递送期间的移动可能无意中将健康组织放置在旨在针对靶标体积的辐射路径中。虽然理论上光栅扫描图案可以通过将光栅扫描图案与对应于该运动的瞬时二维(XY)进行矢量叠加来跟踪靶标体积的平面内运动，但是任何平面外运动(尤其是靠近靶标的正常健康结构的那些运动)可能引入与运动相关的不确定性，这继而可能在靶标体积内产生剂量交叠(“热斑点”)或甚至更严重的间隙(“冷斑点”)。

最近的放射生物学研究已经证明了以下方式保护正常的健康组织免受损害的有利效果：通过在单个短时间段(例如，小于一秒)内递送整个相对较高的治疗辐射剂量。然而，在常规的光栅扫描IMPT中，因为沿着穿过患者的每条射线的剂量递送在扫描图案中的不同时间点连续发生，并且因此在时间上扩展，所以递送到正常健康结构的不可避免的剂量也在时间上扩展。因此，使用现有的IMPT技术未实现上述研究中所报告的放射生物性组织保护效果。

此外，现代的放射疗法递送系统包括偶极电磁体和扫描磁体。偶极磁体(通常称为“弯折磁体”)在朝向喷嘴的方向上引导(例如，弯折)粒子射束，并且扫描磁体在X和Y方向上对射束进行导向(偏转或扫描)。偶极磁体通常利用大量的铁磁返回路径，并且因此相对于扫描磁体具有慢得多的磁滞。也就是说，改变(增加或减少)偶极弯折磁体中的磁性水平比在IMPT递送期间使用扫描磁体来导向射束所花费的时间长得多。而且，改变偶极弯折磁体的磁场的相对缓慢是现有IMPT系统利用一次一层扫描剂量的方法的主要原因。改变偶极磁体的磁强度以改变入射射束能量所花费的时间构成了递送IMPT治疗剂量所需要的时间的重要部分。考虑到患者的舒适度，例如，更短的放射疗法是高度优选的。因此，依赖于磁体、特别是使用偶极弯折磁体用于调节粒子射束是实现以下动作的益处的障碍：在用于放射疗法中的剂量递送的非常短的时间内使用相对较高的治疗辐射剂量。

发明内容