[发明专利]一种基于纵向磁约束的高能电子线多自由度调强放疗系统

说明书

本申请涉及一种基于纵向磁约束的高能电子线多自由度调强放疗系统，包括纵向磁约束高能电子线放疗设备和一种用于高能电子线调强放疗的多自由度一体优化方法；设备包括：放疗机和磁约束装置；放疗机包括加速电子的直线加速器或回旋加速器以及多级电子束准直器，磁约束装置包括三级分裂开孔线圈，线圈中心轴均与高能电子束中心轴重合；优化方法包括：步骤一，优化放疗机机头角度，确定出束弧段；步骤二，优化准直器角度，确定出束动态径迹；步骤三，同步优化电子线能量和射束强度，确定最优的电子线多自由度调强放疗计划。本发明能够有效地减少高能电子线在空气中和病人体内的侧向散射，实现磁约束高能电子线多自由度调强放疗，改善患者疗效。

技术领域

本申请属于放射治疗技术领域，尤其是涉及一种基于纵向磁约束的高能电子线多自由度调强放疗系统。

背景技术

放射治疗是恶性肿瘤重要的治疗手段，大约70%的癌症患者在治疗过程中需要放射治疗，约有40%的癌症可以经过放疗达到根治效果。放射治疗中最常用的间接电离辐射是光子，最常用的直接电离辐射是电子。与高能光子束剂量学特点相反，高能电子线几乎不存在建成效应，可有效提高肿瘤浅表区剂量，同时高能电子线在射束方向剂量跌落迅速，可有效降低肿瘤靶区后方正常组织累积剂量。因此，高能电子线放疗主要用于治疗浅表肿瘤，比如乳腺癌和皮肤癌等。

然而，目前高能电子线放疗只能实现初级的适形放疗技术，无法实现更高级的多自由度调强放疗，主要因为：①电子质量轻，易发生侧向散射，空气中侧向散射会增大患者的杂散辐射剂量，增大二次致癌风险，患者体内侧向散射会造成射野半影区剂量跌落梯度随深度增加变缓，不利于侧向正常组织保护；②为了减小空气中侧向散射，临床上必需制作个体化的铅挡块，结合电子限光筒，来实现剂量与肿瘤靶区适形，然而，限光筒的下表面与患者体表距离很小，为减小碰撞风险，必须限制高能电子线放疗计划的出束角度；③目前缺少高能电子线专用的放疗计划优化方法，难以充分调用机架角度、准直器角度、电子线能量及强度等优化自由度，极大地限制了高能电子线放疗计划的调制能力。这种调制能力不足的放疗计划无法保证肿瘤剂量分布的均匀性和适形性，可能导致肿瘤欠量继而复发。

瑞典于默奥大学通过在电子射束方向上设置氦气管道减小高能电子线的侧向散射，但这种方法只能减小空气中侧向散射，无法减小患者体内的侧向散射，氦气管道设备与患者的碰撞风险较大，难以实现多自由度调制。

美国马里兰大学医学院和澳大利亚伍伦贡大学通过钕铁硼永磁体在射束通路设置磁场约束高能电子线的侧向散射，但这种方法依然只能减小空气中侧向散射，无法减小患者体内的侧向散射，且约束的射束孔径和患者治疗空间过小，临床实用价值不高。

因此，为实现高能电子线多自由度调强放射治疗，需同时解决高能电子线在空气中和患者体内侧向散射大、计划调制能力受限等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明披露了一种基于纵向磁约束的高能电子线调强放疗系统，包括一种纵向磁约束高能电子线放疗设备和一种用于高能电子线调强放疗的多自由度一体优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于纵向磁约束的高能电子线多自由度调强放疗系统，包括一种纵向磁约束高能电子线放疗设备和一种用于高能电子线调强放疗的多自由度一体优化方法；

所述纵向磁约束高能电子线放疗设备包括：位于旋转机架内部的放疗机和磁约束装置；所述放疗机包括加速电子的直线加速器或回旋加速器以及多级电子束准直器，所述磁约束装置包括三级分裂开孔线圈，线圈中心轴均与高能电子束中心轴重合；

所述优化方法包括三个步骤：步骤一，优化放疗机机头角度，确定出束弧段；步骤二，优化准直器角度，确定出束动态径迹；步骤三，同步优化电子线能量和射束强度，确定最优的电子线多自由度调强放疗计划。