[发明专利]用于通过笔形束扫描用带电粒子加速器递送用于闪光沉积的治疗计划的治疗设备

说明书

本发明涉及一种治疗设备，所述治疗设备包括脉冲粒子加速器和处理器，所述处理器用于控制后者通过PBS将带电粒子以HDR沉积到闪光区(Vht)中来递送治疗计划。为了缩短用于将目标剂量(Dti)沉积到由所述闪光区(Vht)的闪光斑(Si)跨越的细胞中的时间，所述闪光斑被组合成k组n个闪光斑(Si)。在将第j脉冲剂量(Dij)沉积到由第i闪光斑(Si)跨越的细胞中之后，所述束根据闪光扫描子序列从第i闪光斑(Si)行进到下一个第(i+1)闪光斑以将第j剂量沉积到由所述闪光扫描子序列中的后续闪光斑中的每一个跨越的细胞中，直到返回到所述第i闪光斑以沉积第(j+1)剂量(Di(j+1))，以此类推。当由组中的所有闪光斑跨越的所有细胞都接受到其对应的目标剂量时，所述束移动到下一组组合闪光斑并重复前述脉冲沉积步骤。

领域

本发明涉及一种用于用带电粒子束、优选地质子束递送对治疗区(V)的治疗计划的治疗设备，所述治疗区包括包含健康细胞和优选肿瘤细胞的闪光区(Vht)。为了保留健康细胞并杀死肿瘤细胞，剂量必须以超高沉积速率(HDR)沉积到闪光区(Vht)中。束由递送带电粒子脉冲的脉冲粒子加速器发射。通常需要脉冲束中的几个脉冲来将目标剂量沉积到闪光区(Vht)中，这可能会延长沉积时间，从而超过用于产生HDR的极限。根据本发明的治疗计划允许通过笔形束扫描(PBS)以HDR将目标剂量沉积在闪光区(Vht)内的预定义位置处，所述目标剂量逐斑地分布在跨越整个闪光区(V)的单个绘图层上。

背景

用粒子或波(如电子束、质子束、重离子束、x射线、γ射线等)的辐射疗法已成为治疗肿瘤患者的必要工具。

由于包括在区中的肿瘤细胞和健康细胞两者均被此类辐射损伤，因此癌症治疗中的重要挑战是定义确保有效破坏或杀死肿瘤细胞，同时尽可能保留健康细胞，特别是与这些肿瘤细胞相邻的那些健康细胞的治疗计划。治疗计划的第一步骤是通过CT扫描捕获肿瘤区域的图像。根据这些图像，肿瘤学家鉴定正确的靶并确定用于沉积以杀死肿瘤细胞的位置和剂量。此类计划必须满足多个通常是相互竞争的参数，因此非常复杂。出于这个原因，治疗计划系统通常是计算机生成的。

治疗计划必须满足的第一标准是确保在治疗结束时将足以杀死肿瘤细胞的总目标剂量递送到区中。同时，治疗计划要满足的第二标准是最小化与这些肿瘤细胞相邻的健康细胞的降解。无论包括肿瘤细胞的区中的剂量沉积多么精确，到达包括肿瘤细胞的区的辐射束几乎必然穿过健康细胞并且其也将剂量递送至围绕该区或包括在该区中的健康细胞。不同的辐射以不同的模式沉积它们的能量。例如，X射线将其的大部分能量沉积在皮肤水平附近，并且沉积的能量随着深度的增加而降低。因此，位于肿瘤细胞靶区上游的健康组织接受比靶区的肿瘤细胞更高的剂量。相比之下，如图1(a)和图1(c)所示，带电粒子束，特别是质子，将其的大部分能量沉积在其束路径末端附近，形成所谓的布拉格峰。

笔形束扫描(PBS)是将带电粒子束转向定义包括肿瘤细胞的靶区的斑网格中的各个斑的技术。因此，预定义的目标剂量沉积在由各个斑跨越的细胞中。束转向和剂量沉积根据治疗计划进行，所述治疗计划定义了要沉积在每个斑处的电荷和斑的扫描序列。PBS通过对被治疗的区域成形以反映肿瘤的几何形状，减少对周围非癌细胞的不必要的辐射暴露。除了靶的几何形状外，PBS还允许根据靶内斑的位置对束的强度进行局部调整。