[发明专利]减轻粒子放射治疗中的相互作用效应

说明书

本公开涉及一种可用于癌症治疗的粒子放射治疗的新扫描技术。一个实施方案涉及一种用于减轻运动目标中的粒子放射治疗中的相互作用效应的方法，所述运动目标包括运动周期，其中所述粒子放射治疗定义在所述运动目标的每一层的每一点中的计划剂量。所述方法包括将每一点中的所述计划剂量划分成一定次数的点重绘；和通过以下步骤来产生每一层的扫描模式：定义在每一点处每次点重绘的射束启用时间，和计算连续射束启用时间之间的等待时间，以将相应层的每一点的点重绘分布在整数个运动周期的持续时间内。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月11日提交的美国临时专利申请号62/445,008的权益和优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文。

技术领域

实施方案涉及粒子放射治疗。更具体地，实施方案涉及用于减轻在递送粒子放射到运动中治疗目标的过程中的相互作用效应的扫描技术。

背景技术

粒子放射治疗(也称为强子治疗)是一种使用高能质子、离子、电子或电子射束来治疗癌症或其他疾病的外部射束放射治疗形式。此外，笔形射束扫描(PBS)治疗是通常允许针对诸如肿瘤的治疗目标的形状来进行高剂量放射体积的极佳三维(3D)成形的一类粒子放射治疗。对于粒子PBS治疗，放射治疗以若干层(射束能量或能量层)来递送，其中在依赖于特定能量的深度下扫描赋能粒子的笔形射束以覆盖治疗目标的横截面。

然而，在粒子PBS治疗递送期间，例如由于呼吸或心跳引起的治疗目标运动(例如，肿瘤运动)将改变由扫描笔形射束依序照射的治疗目标体积或点的相对位置。治疗目标体积或点的大小取决于赋能粒子的笔形射束的宽度。由此导致的剂量在治疗目标组织中的重新分布称为相互作用效应，并且它可导致治疗目标体积内的严重局部剂量不足和/或过量。对于胸部和腹部的粒子PBS治疗，特别是立体定向体部放射治疗(SBRT)来说，这是重大问题，其中高剂量分成若干次来递送。除了相互作用效应之外，治疗目标运动(例如，肿瘤运动)也使递送的目标剂量移位和模糊，但是这种模糊效应对于粒子PBS治疗和其他治疗技术来说是常见的，例如常规光子放射治疗和被动散射的粒子射束。与在治疗目标边缘处影响剂量的其他运动诱导的剂量扰动不同(例如，由于随机位置误差导致的剂量模糊和由于系统位置误差导致的剂量移位)，相互作用效应通常不能通过使用安全裕度对高剂量放射体积进行简单扩展来考虑到。

虽然因为热点和冷点位置通常在各次治疗递送之间随机不同，所以在几次治疗递送后，相互作用效应可能趋于最终得到平衡，但是对于分成若干次来递送的治疗来说，相互作用效应更严重，这是因为许多分次照射的剂量模糊效应不存在。由于SBRT分成几次来递送，因此SBRT易于在运动的目标器官(例如，肺、肝或胰腺)中受到显著的相互作用效应的影响。因此，许多粒子放射治疗中心根本不提供SBRT治疗。即使对于正常分次的治疗，许多粒子放射治疗中心仅治疗具有由于呼吸运动引起的轻微运动的经过精心挑选的肿瘤。

发明内容

公开了一种针对粒子放射治疗集成有重绘以有效地减少相互作用效应的新扫描技术。新扫描技术适用于减轻递送到运动治疗目标(例如肿瘤)的粒子放射治疗中的相互作用效应。在实施方案中，运动治疗目标的运动是周期性的并且具有周期，其中周期可以以任何方式确定，例如实验、经验或计算方法。此外，运动可能是由呼吸、心跳或其他运动源引起的。

在治疗目标的横截面层中，根据新扫描技术用粒子放射来照射点或区域。粒子放射治疗计划通常定义在治疗目标的每一层的每一点处的计划剂量。点的形状可以是多种形状中的任何一种，可以具有多维(例如，二维2D或三维3D)，并且可以具有体积。接下来，点可具有对应于在这个点处的射束启用时间之间的时间的等待时间和对应于粒子放射射束照射点的时间的射束启用时间。另外，等待时间可以对应于第一射束照射点之前的时间。新扫描技术专注于优化等待时间，以实现相互作用效应的减少。相反，解决相互作用效应的传统方法优化了射束启用时间。