癌症治疗-质子断层摄影仪及其使用方法技术

本发明专利技术包括与质子断层摄影成像系统集成的质子疗法肿瘤治疗系统，质子断层摄影成像系统使用涂覆的片材，片材被设计为在与带电粒子束相互作用时发射光子。通常，对从涂覆的片材发射的光子进行成像的一个或多个检测器被用于确定在给定时间的带电粒子束的一个或多个点位置，这些片材也被称为成像片材。组合多个点位置产生指向带电粒子束的位置的局部段，例如进入患者和/或离开患者。在对肿瘤和周围组织样本绘图时和/或在治疗肿瘤时，使用一个或多个涂层产生的带正电粒子状态确定系统与闪烁检测器或断层摄影成像系统结合使用，其中共用的同步加速器、束输送和/或喷嘴元件被用于质子成像和癌症治疗两者。

Cancer treatment proton tomography apparatus and method of use thereof

The invention includes proton therapy tumor therapy system integrated with proton tomography imaging system. Proton tomographic imaging system uses coated sheet, and the sheet is designed to emit photon when interacting with charged particle beam. Usually, one or more detectors for imaging the photons emitted from coated sheets are used to determine one or more locations of charged particle bundles at a given time. These sheets are also known as imaging sheets. The position of the charged particle beam is produced by the combination of multiple point positions, such as entering the patient and / or leaving the patient. In the sample drawing tumor and surrounding tissue and / or tumor therapy, combined with the use of system determine the positively charged particle state using one or more coating with a scintillation detector or tomographic imaging system, including synchrotron beam transmission, sharing and / or the nozzle element is used for both proton imaging and cancer therapy.

【技术实现步骤摘要】
癌症治疗-质子断层摄影仪及其使用方法相关申请的交叉引用本申请是于2017年3月23日提交的美国专利申请第15/467,840号的部分继续申请，其是于2017年1月10日提交的美国专利申请第15/402,739号的部分继续申请，其是于2016年11月10日提交的美国专利申请第15/348,625号的部分继续申请，其是于2016年5月27日提交的美国专利申请第15/167,617号的部分继续申请。
本专利技术大体涉及肿瘤的成像及治疗。
技术介绍
癌症治疗质子疗法通过将高能电离粒子(例如用粒子加速器加速的质子)瞄准靶点肿瘤来起作用。这些粒子会破坏细胞的DNA，最终导致它们的死亡。癌细胞由于其分裂率高且修复受损DNA的能力下降，它们的DNA特别容易受到攻击。与本专利技术有关的专利概括如下。质子束治疗系统洛马琳达(LomaLinda)大学医学中心的F.Cole等人的题为“多站质子束治疗系统(Multi-StationProtonBeamTherapySystem)”的美国专利第4,870,287号(1989年9月26日)，其中描述了一种质子束治疗系统，用于选择性地产生质子束并将质子束从单个质子源和加速器输送到多个患者治疗室中选定的治疗室。问题在带电粒子癌症治疗领域中存在对患者的准确、精密且快速成像的需要和/或使用带电粒子治疗肿瘤的需要。
技术实现思路
本专利技术包括癌症成像/治疗仪及其使用方法。附图说明本专利技术的更完整的理解通过参照关联附图描述的详细的说明书和权利要求书获得，在附图中相似的附图标记指代相似的部分。图1A示出带电粒子束治疗系统的部件连接，图1B示出带电粒子束治疗系统；图2示出了断层摄影系统；图3示出了粒子束路径识别系统；图4A示出了耦合到粒子束传输系统和断层摄影闪烁检测器的粒子束路径识别系统，图4B示出了与患者和台架喷嘴一起旋转的闪烁检测器；图5示出了治疗递送控制系统；图6A示出了相对于癌症治疗束的二维-二维成像系统，图6B示出了多个台架支撑的成像系统，图6C示出了可旋转的锥形束；图7A示出了确定治疗室物对象的位置的过程，图7B示出了迭代位置追踪、成像和治疗系统；图8示出了基准记号增强断层摄影成像系统；图9示出了基准记号增强治疗系统；图10A至图10C示出了非等中心(isocenterless)的癌症治疗系统；图11示出了用于肿瘤治疗的可变换的轴系统；图12示出了半自动化癌症治疗成像/治疗系统；图13示出了自动产生辐射治疗方案的系统；图14示出了在治疗期间自动更新癌症辐射治疗方案的系统；和图15示出了自动辐射治疗方案开发和实施系统。附图中的元件和步骤是为了简单和清楚而被示出的，并且未必根据任何特定的顺序进行。例如，附图中示出了同时或以不同顺序执行的步骤，以帮助改善对本专利技术的实施例的理解。具体实施方式本专利技术包括集成了质子断层摄影成像系统集成的质子疗法癌症治疗系统，其使用一个或多个被设计为在与带电粒子束相互作用时发射光子的涂层。通常，一个或多个对从涂层发射的光子成像的检测器(也称为成像片或层)被用来在给定时间确定带电粒子束的一个或多个点位置。组合多个点位置产生突出带电粒子束位置(例如进入患者和/或离开患者)的局部向量。在对肿瘤和周围组织样品绘图时和/或肿瘤治疗时，使用一个或多个涂层所得到的带电粒子状态确定系统与闪烁检测器或断层摄影成像系统结合使用，其中常见的同步加速器、束传输、和/或喷嘴元件被用于质子成像和癌症治疗。上述实施例可选地与一组基准记号检测器组合使用，该基准记号检测器被配置为检测从位于治疗室中的一个或多个物体上的一组基准记号发射的和/或反射的光子，并且所得到的确定的距离和/或计算的角度用于确定治疗室中多个物体或元素的相对位置。通常，在迭代过程中，在第一时间，对诸如治疗束线输出喷嘴、相对于肿瘤的患者的特定饮剂、闪烁检测材料、X射线系统元件和/或检测元件等物体被绘图，并且确定它们之间的相对位置和/或角度。在第二时间，绘图物体的位置用于：(1)成像，诸如X射线、正电子发射断层摄影和/或质子束成像，和/或(2)束瞄准和治疗，例如带正电粒子为基础的癌症治疗。由于使用基准标记系统来动态地确定治疗室中的物体的相对位置，因此去除了对治疗束线的等中心的工程和/或数学限制。组合描述了一种用于确定患者中肿瘤的位置的方法和装置，以便在治疗室中使用带正电的粒子来治疗肿瘤。更具体地，该方法和装置使用一组基准记号和基准检测器，利用从记号到检测器的光子来标记/确定在治疗室中的静态和/或可移动物体的相对位置。此外，至少一个物体的位置和取向被校准到参考线，例如通过出口喷嘴的零偏移束治疗线，其生成每个被标记物体在治疗室中的相对位置。随后使用参考线和/或其上的点来确定治疗计算。专利技术人注意到，治疗计算可选地且优选地不使用等中心点，例如治疗室台架旋转所围绕的中心点，进行，这样消除了与等中心点，即实践中等中心体积，相关联的机械误差。组合地，使用带正电的粒子和X射线使患者肿瘤成像的方法和装置包括以下步骤：(1)使用束传输线将带正电的粒子从加速器输送到患者位置，其中束传输线包括带正电的粒子束路径和X射线束路径；(2)使用闪烁检测器系统检测由带正电的粒子引起的闪烁；(3)使用X射线检测器系统检测X射线；(4)通过线性延伸/缩回定位安装轨道，从而：在第一时间在安装轨道的第一延伸位置处，将闪烁检测器系统定位到与患者的与出口喷嘴相对的位置处，然后在第二时间在安装导轨的第二延伸位置，将X射线检测器系统定位到与患者的与出口喷嘴相对的位置处；(5)使用闪烁检测器系统和X射线检测器系统的输出产生肿瘤的图像；和(6)通过使用带正电的粒子经由照射肿瘤在检测闪烁与治疗肿瘤的步骤之间交替。组合地，断层摄影系统任选地与带电粒子癌症治疗系统组合使用。断层摄影系统使用断层摄影或断层摄影成像，其涉及通过截面进行成像或通过使用穿透波进行切片，例如来自注入器和/或加速器的正电荷粒子。可选地且优选地，共用的注入器、加速器和束输送系统被用于带电粒子为基础的断层摄影成像和带电粒子癌症治疗。在一种情况下，束输送系统的输出喷嘴与台架(gantry)系统一起定位，而台架系统和/或患者支架将断层摄影系统的闪烁板维持在患者与输出喷嘴的相对侧上。在另一示例中，在对肿瘤和周围组织绘图时和/或肿瘤治疗时，癌症治疗系统或断层摄影成像系统的带电粒子状态确定系统将一个或多个涂层与闪烁材料、闪烁检测器和/或断层摄影成像系统结合使用，例如确定带电粒子束进入患者的输入向量和/或从患者输出的带电粒子束的输出向量。在另一示例中，带电粒子断层摄影仪与带电粒子癌症治疗系统组合使用。例如，使用由注入器产生、用加速器加速并用递送系统引导的带电粒子进行癌性肿瘤的断层摄影成像。癌症治疗系统使用相同的注入器、加速器和引导递送系统将带电粒子递送至癌性肿瘤。例如，断层摄影仪和癌症治疗系统使用共用的光栅束法和仪器治疗实体癌。更具体地说，本专利技术包括多轴和/或多场光栅束带电粒子加速器，其用于：(1)断层摄影和(2)癌症治疗。可选地，系统独立地控制患者平移位置、患者旋转位置、二维束轨迹、递送的辐射束能量、递送的辐射束强度、束速度、带电粒子递送的时机和/或辐射冲击健康组织的分布。该系统与负离子束源，同步加速器，患者定位、成像和/或靶向方法和仪器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用带正电粒子确定治疗室中的患者中的肿瘤位置的装置，包括：同步加速器、第一束输送系统和出口喷嘴，在使用时，所述带正电粒子从所述同步加速器相继通过所述第一束输送系统、所述出口喷嘴，而输送到至少患者位置；基于带正电粒子的成像系统，包括：包含第一发光元件的第一片材；第一检测器，配置为使第一光子成像，以形成第一信号，所述第一光子由传输通过所述第一发光元件的所述带正电粒子的第一粒子产生；第二检测器，配置为使第二光子成像，以形成第二信号，在所述第一粒子穿过第二片材上的第二发光元件时，从所述第二发光元件发射所述第二光子，所述第一片材与所述第二片材不交叉；和控制器，使用所述第一信号和所述第二信号确定所述第一粒子的束路径的第一段。

【技术特征摘要】
2016.05.27 US 15/167,617;2016.11.10 US 15/348,625;1.一种使用带正电粒子确定治疗室中的患者中的肿瘤位置的装置，包括：同步加速器、第一束输送系统和出口喷嘴，在使用时，所述带正电粒子从所述同步加速器相继通过所述第一束输送系统、所述出口喷嘴，而输送到至少患者位置；基于带正电粒子的成像系统，包括：包含第一发光元件的第一片材；第一检测器，配置为使第一光子成像，以形成第一信号，所述第一光子由传输通过所述第一发光元件的所述带正电粒子的第一粒子产生；第二检测器，配置为使第二光子成像，以形成第二信号，在所述第一粒子穿过第二片材上的第二发光元件时，从所述第二发光元件发射所述第二光子，所述第一片材与所述第二片材不交叉；和控制器，使用所述第一信号和所述第二信号确定所述第一粒子的束路径的第一段。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述基于带正电粒子的成像系统还包括：包括第三发光元件的第三片材，其中由所述第一粒子通过所述第三片材而从所述第三片材发射的第三光子产生第三信号；和断层摄影系统的断层摄影系统检测器的闪烁板，配置为在使用期间所述第一粒子穿透所述闪烁板时产生第四信号，所述控制器被配置为使用所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号来确定所述第一粒子的所述束路径的各段。3.如权利要求2所述的装置，还包括：与在所述出口喷嘴与患者位置之间的所述束路径相交的第一位置，由所述第一片材占据；与在所述出口喷嘴与患者位置之间的所述束路径相交的第二位置，由所述第二片材占据，所述控制器配置为在使用期间，使用所述第一信号和所述第二信号确定所述带电粒子进入所述患者的进入点。4.如权利要求3所述的装置，还包括：与在所述患者位置与所述闪烁板之间的所述束路径相交的第三位置，由所述第三片材占据，所述控制器配置为在使用期间，使用所述第三信号和所述第四信号确定所述带电粒子从所述患者离开的出口点。5.如权利要求3所述的装置，其中，所述控制器配置为使用所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号来确定所述第一粒子的所述束路径并确认在所述患者中的所述肿瘤的位置。6.如权利要求5所述的装置，还包括：喷嘴重定位系统，包括至少电机和引导轨道，所述引导轨道配置为将所述出口喷嘴从在第一时间的第一位置移动到在第二时间的第二位置，所述第一位置与所述第二位置不交叉，所述闪烁板能与所述出口喷嘴一起移动，以在所述第一时间和所述第二时间维持在与所述出口喷嘴相对的患者位置侧上的位置，所述闪烁板用于对患者成像，利用：(1)经过在所述第一位置的所述出口喷嘴的第一组所述带正电...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·戴维斯·李，马克·R·阿马托，尼克·鲁培尔，吉莉安·雷诺，
申请(专利权)人：质子国际控股公司，
类型：发明
国别省市：美国,US