[发明专利]一种用于离子Flash治疗的束流配送系统

说明书

本发明涉及一种用于离子Flash治疗的束流配送系统及方法，其特征在于，包括扫描磁铁、分条电离室和剂量电离室、三维适形装置和治疗控制系统；扫描磁铁用于将笔形离子束在垂直束流方向的平面内进行偏转；分条电离室用于实时测量束流的位置；剂量电离室用于实时测量束流的照射剂量；三维适形装置根据靶区的形状对应设置，用于产生与靶区适形的辐照场，以将偏转后的束流照射至靶区内的靶点；治疗控制系统用于对三维适形装置的不同展宽厚度进行离子束能量的剂量标定，并根据Flash照射要求，确定靶区内每一靶点上应照射的粒子数，并控制加速器采用调制扫描模式按照得到的粒子数进行逐点照射，本发明可以广泛应用于照射放疗技术领域中。

技术领域

本发明涉及放疗技术领域，特别是关于一种用于离子Flash治疗的束流配送系统及方法。

背景技术

Flash治疗是一种新型的无创外照射放疗方式，以非侵入性方式在极短时间内给予单次较高的照射剂量，从而得到一个极高的照射剂量率(通常情况下在1s内给予平均剂量率超过100GyE/s的照射)，这种极高照射剂量率应用到肿瘤细胞或组织的方法即为Flash治疗(闪光放射治疗)。离子(例如质子、氦离子、碳离子等，通常最为常见的为质子和碳离子)治疗是放射线治疗的一种。离子束进入人体后，在射程终点处形成一个尖锐的剂量峰，称为Bragg峰。通过调制装置进行能量展宽，可以使Bragg 峰覆盖肿瘤。离子束入射通道上能量损失较小，侧散射也很小，肿瘤前后左右正常组织所受剂量较小，故具有较好的放射物理学性能。常规离子治疗一个疗程的生物剂量一般在50～70GyE，一个疗程分次一般为12～30次，每一分次患者治疗包括患者摆位、定位验证、放射治疗等，耗时常常超过半小时，导致患者治疗效率很低，单台离子治疗装置年治疗人数在500～1000人。离子治疗装置庞大复杂，建造及运行成本高，治疗费用昂贵，所以安全有效地提高治疗效率是离子治疗装置研发的主要目标。与常规离子放射治疗相比，Flash治疗的治疗时间短，束流利用率高，可以在1s内完成极高剂量的照射，且一个疗程治疗次数只需1至3次。常规质子或重离子治疗装置一般每年只能治疗500～1000人。如果Flash治疗投入临床，治疗人数将可能提高至现有治疗人数的10倍以上。Flash治疗不但可以改变临床的治疗路径，更重要的是可以加快治疗速度，极大地降低治疗费用，造福更多的患者。与常规放疗(剂量率为1～7cGyE/s) 相比，Flash治疗在极短时间(＜1s)内输送高照射剂量。高剂量率的照射导致组织中的氧气耗竭，使健康组织产生辐射抵抗，从而能够在高缺氧条件下实施破坏肿瘤组织的剂量递增治疗。试验结果显示，Flash治疗在肿瘤控制率保持一致甚至更佳的情况下，极大地减少了对正常组织的损伤。与常规放射治疗相比，Flash治疗时，放射性皮炎发生率平均降低了35％。Flash治疗在实现其超高超剂量率、快速的大剂量照射的同时，准确的剂量控制及精确地照射将成为重要的问题，也是Flash治疗的关键点所在。超高、超快速剂量率照射下进行Flash治疗，剂量配送的准确性、射野的横向展宽、射野纵向射程展宽、与靶区一致的三维适形等问题均是离子Flash治疗发展的重点及难点。

为了实现短时间内的超高剂量率，现有的Flash治疗相关研究及应用均是基于光子治疗或是回旋/直线质子治疗。目前还没有基于同步加速器的Flash治疗或基于重离子装置的Flash治疗的相关研究，主要原因是同步加速器装置的剂量率很难达到Flash 治疗要求的高剂量率，同样重离子治疗装置基本都是以同步加速器作为主加速器，也很难达到所要求的高剂量率。超高剂量率下的剂量准确控制也是离子Flash治疗的难点。目前基于光子治疗或回旋/直线质子Flash治疗的相关研究采用的射野横向扩展方式均为被动散射方法(效率约30％)，通过多叶光栅实现射野横向的二维适形。光子 Flash治疗研究在深度方向无射程调制，质子Flash治疗研究在深度(射程)方向不进行射程调制，使用穿透式照射，或使用脊形过滤器进行射程调制治疗。高剂量率、均匀(或调强)野的形成、剂量控制和三维适形等问题均是离子Flash治疗发展的重点及难点。