[发明专利]一种展宽离子射线布拉格峰的结构体及方法

说明书

本发明公开了一种展宽离子射线布拉格峰的结构体及方法，本发明的离子束流布拉格峰展宽结构体是根据多孔隙材料展宽离子束流布拉格峰的特性设计而成，具有优异的离子束流布拉格峰展宽效果，与脊型滤波器等离子束流布拉格峰展宽设备相比，本发明具有束流均匀，可贴近患者使用等优点。

技术领域

本发明涉及离子射线放射治疗的物理技术领域，具体涉及一种展宽离子射线布拉格峰的结构体及方法。

背景技术

离子射线放射治疗是目前放射治疗领域先进的治疗技术。由于离子射线具有布拉格峰，可以在布拉格峰区域快速沉积能量，离子射线放射治疗技术比传统光子射线放射治疗技术具有物理性能的优势。

离子射线，特别是碳离子射线的布拉格峰宽度(Bragg peak width,定义为积分剂量深度曲线上90％-90％剂量水平的宽度)很小，需要叠加不同能量的离子射线才能获得较为平坦的靶区剂量分布。然而同步环离子加速器能量层切换时间约2-5秒，过多的离子射线能量层的叠加，需要耗费大量的能量层切换时间，这影响了治疗的效率。通常在束流路径通常在束流路径上放置被动的能量调制装置来展宽布拉格峰，提高照射效率。

常见的布拉格峰展宽装置是脊型滤波器(Ripple Filter)。它是由具有3mm厚度针脚结构的有机玻璃材料制作而成。这种结构已在碳离子束治疗中有所应用。然而束流在经过这种结构的设备后，需要经过很长一段距离的输运才能趋于均匀(60cm-80cm)。并且，由于该设备的散射效应，会明显增加质子束流的侧向展宽，因此脊型滤波器通常不应用于质子束治疗。

申请号为201911244477.3，公开了一种点扫描质子或重离子束流的布拉格峰展宽方法以及放射治疗系统。将多孔材料放置在点扫描质子或重离子束流路径上，多孔材料垂直于束流行进方向，点扫描质子或重离子束流，经过多孔材料以后产生能量歧离(EnergyStraggling)从而展宽质子重离子束流的布拉格峰。

上述专利解决了其他布拉格峰展宽装置在靠近患者使用时束流不均匀的问题，但依然存在一些不足。由于多孔材料对离子射线的能量调制作用为均匀调制，无法对离子射线的末端跌落宽度(Distal falloff width,定义为积分剂量深度曲线末端80％-20％剂量水平的宽度)进行调节，从而导致多孔材料布拉格峰展宽装置具有比脊型滤波器更大的末端跌落宽度，进而导致剂量适形性变差，也可能导致射线射程末端的正常组织受照剂量增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的一种展宽离子射线布拉格峰的结构体。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种展宽离子射线布拉格峰的结构体，其特征在于：包括具有多孔隙的载体，所述的多孔隙的载体上有呈等距间隔周期排列的实心条状部件。

进一步的：所述的载体包括容器以及材料单元，所述的容器采用非金属材料，所述的材料单元堆叠填充设置在容器内，材料单元的相邻颗粒堆叠形成孔隙或材料单元具有多孔特性。

进一步的：所述的材料单元采用塑料泡沫、煤质活性炭，椰壳活性炭，球形纳米矿晶、固体凝胶颗粒以及实心塑料PP颗粒材料任一种。

进一步的：所述的多孔隙的载体以及实心条状部件采用3D打印一体成型。

本发明涉及一种展宽离子射线布拉格峰的方法，将所述结构体的定义坐标系记为O-XYZ，所述多个实心条状部件沿坐标系O-XYZ的XY平面排列；离子射线沿坐标系O-XYZ的Z轴方向入射，选用上述结构体进行展宽离子射线布拉格峰宽度。

进一步的：所述的离子射线由质子、氦离子以及碳离子任一构成。