[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

说明书

本发明公开了一种用于激光加速质子治癌装置的剂量递送方法，通过分层剂量曲线叠加法选取一定比例不同能量的大能散质子束，对每个能量层的质子束利用蒙特卡罗模拟计算适配的散射体轮廓，并得到散射后的质子束流分布；结合临床均匀性要求和剂量限值确定二极扫描磁铁的扫描步长，将散射后的厘米级宽束进行宽束扫描叠加，完成质子束的横向扩展和均匀化；根据质子束横向半影要求计算准直器件材料及孔径，结合靶区计算适配的补偿器和动态多叶准直器开口形状，实现对靶区的三维适形剂量递送。本发明采用了纵向射野层叠结合宽束扫描叠加法，最大程度上减小了质子束在剂量递送途中的散射，提高了对激光加速产生的大能散、大散角质子束的利用率。

技术领域

本发明属于质子放疗技术领域，具体涉及一种用于激光加速质子治癌装置的剂量递送方法。

背景技术

质子放疗自提出以来就因其独特的剂量学优势和较好的相对生物学效应而受到广泛关注，被认为是目前最为有效的放射治疗手段之一。利用新型的激光等离子体加速器产生的质子束进行肿瘤放射治疗是基于快速发展的激光加速技术而提出的一种质子放疗技术方案。由于激光等离子体加速器具备高于传统质子加速器(回旋、同步或直线)数个量级的加速梯度，它能够在当前质子放疗装置的基础上大大提高设备的紧凑化程度，以解决当前质子放疗设备占地面积大、设备成本高昂、运行和维护费用不菲等困境。目前用于传统的质子放疗装置的剂量递送方法大体分为两类：一类是以扫描法为代表的主动式剂量投递方法，其特征为通过治疗计划系统控制两个方向的扫描磁铁，通过“点扫描”或“栅扫描”的方式完成剂量递送；另一类是以散射法为代表的被动式剂量投递方法，其特征为通过蒙特卡罗计算设计散射体轮廓以完成质子束流的横向扩展，配合能量调制轮或脊型过滤器完成对质子能谱的整形，以达到质子剂量递送的目的。

考虑到激光等离子体加速器驱动的质子束性质具有与传统加速器产生的质子束有着较大区别(能散大、散角大等)，目前用于传统质子放疗装置的剂量递送技术方法都不能很好地契合激光加速质子束的特性，具体表现为传统扫描法要求质子束流品质较高，传统散射法对质子束的均匀性改良有限，且面临束流利用率较小的问题，不能够充分利用大能散、大散角质子束进行剂量投递。

发明内容

本发明针对激光加速的质子束流特性，结合激光等离子体加速器在质子束剂量递送方面的应用需求，提出一种用于激光加速质子治癌装置的剂量递送方法，采用纵向射野层叠结合宽束扫描叠加法，最大程度上减小质子束在剂量递送途中的散射，提高对激光加速产生的大能散、大散角质子束的利用率。

本发明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，实现进一步均匀化；

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。