[发明专利]粒子束引导系统和方法以及相关的放射治疗系统

说明书

一种粒子束引导系统(1a、1b、1c)，用于接收沿着入射轨迹(T1)的入射粒子束(6a、6b、6c)，并控制粒子束的出射能级和出射轨迹(T3)，其中，粒子束引导系统包括：衰减器(22)，用于调整粒子束的能级；第一束引导器(26)，位于衰减器下游，包括第一引导偶极子和第二引导偶极子，该第一引导偶极子和第二引导偶极子均包括两个磁体，以用于产生磁场，从而将粒子束从入射轨迹偏转到中间轨迹(T2)，其中，第一束引导器的第一偶极子被设置成使粒子束在第一平面中偏转，并且第一束引导器的第二偶极子被设置成使粒子束在与第一平面正交的第二平面中偏转；以及第二束引导器(28)，位于第一束引导器下游，包括第一引导偶极子和第二引导偶极子，该第一引导偶极子和第二引导偶极子均包括两个磁体，以用于产生磁场，从而将粒子束从中间轨迹偏转到出射轨迹，其中，第二束引导器的第一偶极子被设置成使粒子束在第一平面中偏转，并且第二束引导器的第二偶极子被设置成使粒子束在与第一平面正交的第二平面中偏转。还公开了一种包括这种粒子束引导系统的放射治疗系统。

技术领域

本发明涉及一种粒子束引导系统，用于接收沿着入射轨迹的入射粒子束，并控制粒子束的出射能级和出射轨迹。本发明还涉及一种在粒子束引导系统中控制粒子束的出射能级和出射轨迹的方法。

本发明还涉及放射疗法，并且更具体地，涉及如何提高放射效果以达到在对周围组织造成最小损害的情况下破坏肿瘤的细胞的DNA的目的。具体而言，本发明涉及一种放射治疗系统，该放射治疗系统包括多个粒子束引导系统，每个粒子束引导系统被布置成接收沿着入射轨迹的入射粒子束，并控制使粒子束朝向位于放射治疗患者体内的三维辐射目标的出射能级和出射轨迹。

背景技术

使用放射疗法的癌症治疗涉及向患者施加电离辐射，使得辐射能量沉积在患者的身体的恶性细胞中。如果沉积了足够的能量，就会导致DNA的破坏和辐射细胞的随后死亡。

质子和其他带电粒子显示出适合放射治疗的深度-剂量曲线。这种辐射产生一个所谓的布拉格峰(Bragg peak)——沉积能量在带电粒子轨迹的最后一个区域急剧增加——其中带电粒子失去其全部能量，并且沉积剂量降至零。

US 2016/0144201 A1公开了一种用于强度调节的质子治疗的系统，在该系统中，多个质子束从多个方向和角度输送至患者。该系统可以控制、配置或选择质子束的能量分布，并且还动态地改变束的位置和/或对准。

US 2016/0144201 A1还公开了一种创建质子治疗计划的方法，该方法包括以下步骤：将受关注的体积分成子体积、特别是基于患者运动来对子体积应用剂量约束、找到质子治疗系统的一个或多个可行配置、并且选择改善或优化质子治疗的一个或多个方面的质子束配置。

然而，与US 2016/0144201 A1的质子治疗系统和其他现有技术的放射治疗系统相关联的问题在于，治疗期间患者的运动使得该系统难以将放射剂量准确地输送到辐射目标内的预期位置。事实上，即使患者受到限制，患者体内的器官运动仍将使现有技术的放射治疗系统难以准确地输送放射剂量，由呼吸和无意识的肌肉活动(例如，心跳)引起的运动也是如此。

因此，当使用现有技术系统准备治疗计划时，剂量约束需要考虑与治疗期间的患者和/或器官运动相关联的不确定性。在实践中，这种不确定性可能导致系统的操作者将系统设定为输送较低的总剂量，以避免损伤健康组织。反过来，这可能导致治疗比不存在不确定性时更低效。

在粒子束放射治疗系统中，粒子以接近光速的速度行进，并且轨迹通常由磁体控制和弯曲。所需的磁力的结果使以快速和灵活的方式改变粒子束的方向具有挑战性。

本发明的目的是减轻这个问题，并提供一种粒子束引导系统和放射治疗系统，该粒子束引导系统和放射治疗系统允许有效地控制粒子束的能量和轨迹。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种粒子束引导系统，包括：

-衰减器，用于调整粒子束的能级；