[发明专利]一种用于激光加速质子治癌装置的剂量递送方法

权利要求书

1.一种用于激光加速质子治癌装置的剂量递送方法，包括以下步骤：

1)对肿瘤靶区分层，对于每层对应的质子能量进行剂量曲线待定系数叠加，计算靶区平坦度F以及远端剂量跌落fa，最小值优化fa*F，且fa、F分别小于设定的临床限值，得到不同能量层质子束的相对权重，选取确定比例的不同能量及能散的质子束进行剂量递送；

2)对于每个能量层的质子束流，设计匹配的散射体轮廓，计算质子束经过散射体后的相空间分布，使质子束通过散射体进行初步横向束流扩展和均匀化；

3)由步骤2)中得到的相空间分布以及预设的每层质子束的剂量上、下限值以及质子束射野的横向空间分布均匀性限值，确定宽束扫描叠加的步长St，对经散射后的质子束进行宽束扫描叠加；

4)根据质子束横向半影要求选定准直器件的材料及孔径，结合靶区选择适配的动态多叶准直器开口形状和补偿器形状，通过准直器件对质子束准直后，经动态多叶准直器、喷嘴和补偿器得到适形的三维剂量分布。

2.如权利要求1所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤1)中，在激光等离子体加速器质子束流的能散和能量调节范围之内，对肿瘤靶区分层，对于每层对应的质子能量采用剂量曲线待定系数叠加的方式，计算靶区平坦度F[d1(E1，ε₁)，d2(E2，ε₂)，d3(E3，ε₃)…dn(En，ε_n)]以及远端剂量跌落fa，其中，E1至En代表各能量层质子束的能量，ε₁至ε_n代表各能量层质子束的能散，d1至dn代表各能量层质子束的深度剂量分布曲线函数，n为质子束能量层的层数；最小值优化fa*F，得到叠加后的深度剂量分布曲线函数：：计算结果达到收敛，且fa、F分别小于设定的临床限值fa(limit)、F(limit)，得到不同能量层质子束的能量Ei、能散ε_i以及相对权重ki。

3.如权利要求1所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤2)中，对于第i能量层质子束流，利用蒙特卡罗模拟软件设计匹配的散射体轮廓，得出第i能量层对应的流线型散射体形状轮廓Si以及散射后的质子束流分布Yi(Ei，Si)，计算该层质子束经过散射体后的射野横向均匀性Ui。

4.如权利要求3所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤3)中，在第i能量层，由步骤2)中得到的质子束流相空间分布，在二极扫描磁铁对的扫描步长调节范围内，确定二极扫描磁铁对的宽束扫描步长St，计算质子束经二极扫描磁铁对宽束扫描叠加后的射野横向均匀性Ui和第i能量层的总质子剂量值Di，使Ui小于预先设定的质子束射野的横向空间分布均匀性限值Ui(limit)，且使Di满足Di∈[Did，Diu]，Diu、Did分别为设定的每层质子束的剂量上限值和剂量下限值。

5.如权利要求1所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤4)中，在质子束流横向半影的临床限值P(limit)内，选定准直器件材料，计算其几何厚度及孔径，蒙特卡罗计算n层射野叠加后经准直器件后的三维剂量分布，根据每层的靶区横向截面形状改变动态多叶准直器的开口形状，并根据患者肿瘤靶区后沿形状计算适配的补偿器形状，可得到适形的三维剂量分布。

6.如权利要求1所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤1)对于靶区远端能量层，选取的质子束能散在±1％至±2％范围；对于靶区近端能量层，选取的质子束能散在±4％至±5％范围。

7.如权利要求1所述的剂量递送方法，其特征在于，步骤2)中所述散射体轮廓包括高原子序数的散射层材料轮廓以及低原子序数的补偿层材料轮廓。