基于高亮度电子束的精确放射治疗方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法及系统。在本发明专利技术中，通过电子束管道将经过加速和聚焦的高亮度电子束直接传输到肿瘤处进行消融，经过单次或多次照射，可以达到类似外科切除的治疗效果。使用该精确放射治疗方法对肿瘤进行消融，消融次数少，单次剂量高，损毁直接；并且，在整个传输路径上电子不与正常组织发生相互作用，能量损失非常小，同时电子直接与肿瘤直接相互作用，射线利用率高。在本发明专利技术中，用于传输高亮度电子束的电子束管道很细，只有几个毫米，经皮穿刺对组织的损伤非常小。

Precise Radiotherapy Method and System Based on High Brightness Electron Beam

The invention discloses an accurate radiotherapy method and system based on high brightness electron beam. In the present invention, the accelerated and focused high brightness electron beam is directly transmitted to the tumor through an electron beam pipeline for ablation, and the therapeutic effect similar to surgical excision can be achieved by single or multiple irradiation. Using this precise radiotherapy method to ablate the tumors, the number of ablations is small, the single dose is high, and the damage is direct; moreover, electrons do not interact with normal tissues in the whole transmission path, and the energy loss is very small. At the same time, electrons interact directly with the tumors, and the utilization rate of radiation is high. In the present invention, the electron beam conduit used for transmitting high brightness electron beams is very thin, only a few millimeters, and the tissue damage caused by percutaneous puncture is very small.

【技术实现步骤摘要】
基于高亮度电子束的精确放射治疗方法及系统
本专利技术涉及一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法，同时也涉及相应的精确放射治疗系统，属于肿瘤放射治疗

技术介绍
肿瘤放射治疗是利用放射线杀死癌细胞的一种肿瘤治疗方法。目前，放射治疗作为肿瘤治疗的三大手段之一，大约有65％～75％的患者需要接受放射治疗。其中，基于加速器产生的X射线、电子束和重离子束在肿瘤治疗中最为有效。各类放射线都通过在肿瘤部位沉积能量将癌细胞杀死，但不同种类射线的能量沉积方式有所不同，在治疗的过程中对人体正常组织的影响差异很大。X射线的穿透能力强，可以用来治疗体内肿瘤。但是X射线在治疗肿瘤的同时，会对肿瘤周围的正常组织有所伤害。质子束或重离子束治疗肿瘤也需要穿透皮肤和正常组织到达病灶，由于质子束或重离子束在到达病灶之前要在正常组织处损失大部分的能量，使患者的正常组织也连带受到伤害，在治疗结束后恢复困难。此外，质子或重离子加速器的价格十分昂贵，造价往往高达数十亿元人民币。传统的电子束广泛应用于治疗皮肤和浅表层的肿瘤，但由于电子的穿透能力小，不能直接进入到皮肤以下深层的病灶部位。在现有技术中，以美国Intraop公司生产的Mobetron移动式电子线术中放射治疗系统为代表的小型电子加速器广泛应用在手术过程中的治疗。该电子线术中放射治疗系统的显著特点是在外科手术切除肿瘤之后(伤口直径通常在5厘米左右)，使用电子束在肿瘤病灶原来位置附近进行照射，消灭残余的肿瘤细胞或组织。这种术中放射治疗方式是肿瘤外科手术的一种有益补充。然而，对于不能进行手术切除的肿瘤，这种术中放射治疗方式将不再适用。专利技术内容本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种基于高亮度电子束的精确放射治疗系统。为了实现上述目的，本专利技术采用了下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，首先提供一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法，包括如下步骤：生成高亮度电子束，所述高亮度电子束通过预设的电子束管道引入患者体内的肿瘤病灶部位，对所述肿瘤进行消融。其中较优地，所述高亮度电子束的归一化发射度不大于10毫米毫弧度，优选不大于1毫米毫弧度。这里的发射度为衡量电子束流方向的单位。其中较优地，所述高亮度电子束的能量范围为1～100MeV。其中较优地，所述电子束管道通过介入治疗方式插入患者体内，前端靠近所述肿瘤或插入所述肿瘤内部。其中较优地，所述高亮度电子束由电子枪产生，所述电子枪的阴极为光阴极、热阴极和场致发射阴极中的任意一种。其中较优地，所述高亮度电子束通过加速管进行加速；所述加速管的电子束出口设置有栅栏结构，用于对所述高亮度电子束进行部分截取。其中较优地，被加速的高亮度电子束经磁铁聚焦后进入所述电子束管道，或者，进入所述电子束管道内部的电子束在磁铁引导下进行方向调整。其中较优地，所述电子束管道对高亮度电子束进行真空低损传输。其中较优地，所述高亮度电子束用于在术中治疗或介入治疗中消融患者浅表和深部的肿瘤。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种基于高亮度电子束的精确放射治疗系统，包括：电子枪，用于生成高亮度电子束；加速器，用于对所述高亮度电子束进行加速，以及电子束管道，用于对所述高亮度电子束进行真空低损传输，并引入患者体内的肿瘤病灶部位对所述肿瘤进行消融。其中较优地，所述电子枪的阴极为光阴极、热阴极和场致发射阴极中的任意一种。其中较优地，所述加速器具有加速管，所述加速管的电子束出口设置有用于对所述高亮度电子束进行部分截取的栅栏结构。其中较优地，所述加速管为S波段加速管或者X波段加速管。其中较优地，所述精确放射治疗系统还包括用于对高亮度电子束进行聚焦的磁铁，被加速的高亮度电子束经磁铁聚焦后进入所述电子束管道。其中较优地，所述精确放射治疗系统还包括用于对高亮度电子束进行方向引导的磁铁，进入所述电子束管道内部的高亮度电子束在磁铁引导下进行方向调整。其中较优地，所述电子束管道为无磁性的金属管；所述电子束管道的直径为毫米级，长度在1～100厘米之间。其中较优地，所述电子束管道使用钛窗或铍窗作为高亮度电子束的出射窗口。与现有技术相比较，本专利技术所提供的精确放射治疗方法及系统，通过细长的电子束管道将经过加速和聚焦的高亮度电子束直接传输到肿瘤处进行消融。经过单次或多次照射，可以达到相当于外科切除的治疗效果。使用上述精确放射治疗方法对肿瘤进行精确消融，消融次数少，单次剂量高，损毁直接；并且，在整个传输路径上电子不与正常组织发生相互作用，能量损失非常小，同时电子直接与肿瘤直接相互作用，射线利用率高。另外，在该精确放射治疗系统中，用于传输高亮度电子束的电子束管道很细，经皮穿刺对组织的损伤非常小。附图说明图1是不同粒子射线(X，e和p)的剂量沉积曲线；其中，纵轴刻度是线性变化的剂量刻度；图2示意性地描述了高亮度电子束到达肿瘤处的过程；图3是从图2所示过程产生的模拟高亮度电子束的参数图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步的详细说明。图1是不同粒子射线(X，e和p)的剂量沉积曲线图。在本专利技术的一个实施例中，假设在患者体内13厘米处具有肿瘤，在X射线和质子束从皮肤表层到达该位置的过程中，将在正常组织中沉积大量的辐射剂量；对于能量级别为4MeV的电子束，吸收剂量曲线在穿入体内1～2厘米后迅速跌落至0，因此不能到达肿瘤位置。基于上述情况，专利技术人大胆地提出一种设想并进行了实验验证，具体说明如下：被加速器加速后的高亮度电子束，通过细长如针的电子束管道(直径应该小于2毫米)直接送到体内13厘米处的肿瘤位置进行消融，从而实现对肿瘤或癌变组织进行放射治疗。在具体进行放射治疗时，电子束管道的前端可以设置在肿瘤附近对肿瘤进行消融，也可以穿入肿瘤内部从内到外进行消融。由于治疗次数少，单次剂量高，损毁直接，专利技术人将这一新技术命名为“电子消融刀”(eKnife)。使用该“电子消融刀”(eKnife)治疗技术，可以达到与使用电子束治疗皮肤或浅层肿瘤一样的消融效果。本专利技术首先提供一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法，包括如下的步骤：高亮度电子束被加速后通过细长的电子束管道，被送达患者体内病灶位置进行肿瘤消融。这里的高亮度电子束的归一化发射度应该不大于10毫米毫弧度(mm·mrad)，优选为1～10毫米毫弧度之间，进一步优选为不大于1毫米毫弧度甚至不大于1um·mrad，总之越小越好；相应地，高亮度电子束的能量范围为1～100MeV。这里的发射度为衡量电子束流方向的单位，其含义可以参阅程国均在《四川大学学报(自然科学版)》1979年第4期发表的论文《粒子束发射度和亮度的物理概念》。在本专利技术的不同实施例中，该发射度的取值越小越好。需要说明的是，现有Mobetron移动式电子线术中放射治疗系统因其阴极部分的设计限制，无法提供满足上述指标要求的高亮度电子束。该系统所产生的电子束与本专利技术所提供的高亮度电子束之间就像手电光和激光之间的差别。只有满足上述指标要求的高亮度电子束才可以在小尺寸空间内长距离的传播。在本专利技术的一个实施例中，该电子束管道可以通过常规手术方式或者介入治疗方式插入患者体内，电子束管道的前端靠近肿瘤或插入肿瘤内部。上述精确放射治疗方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法，其特征在于包括如下步骤：生成高亮度电子束；所述高亮度电子束通过预设的电子束管道引入患者体内的肿瘤病灶部位，对所述肿瘤进行消融。

【技术特征摘要】
1.一种基于高亮度电子束的精确放射治疗方法，其特征在于包括如下步骤：生成高亮度电子束；所述高亮度电子束通过预设的电子束管道引入患者体内的肿瘤病灶部位，对所述肿瘤进行消融。2.如权利要求1所述的精确放射治疗方法，其特征在于：所述电子束管道通过介入治疗方式插入患者体内，前端靠近所述肿瘤或插入所述肿瘤内部。3.如权利要求1所述的精确放射治疗方法，其特征在于：所述高亮度电子束由电子枪产生，所述电子枪的阴极为光阴极、热阴极和场致发射阴极中的任意一种。4.如权利要求1所述的精确放射治疗方法，其特征在于：所述高亮度电子束通过加速管进行加速；所述加速管的电子束出口设置有栅栏结构，用于对所述高亮度电子束进行部分截取。5.如权利要求4所述的精确放射治疗方法，其特征在于：所述加速管为S波段加速管或者X波段加速管。6.如权利要求4或5所述的精确放射治疗方法，其特征在于：被加速的高亮度电子束经磁铁聚焦后进入所述电子束管道。7.如权利要求4或5所述的精确放射治疗方法，其特征在于：进入所述电子束管道内部的高亮度电子束在磁铁引导下进行方向调整。8.一种基于高亮度电子束的精确放射治疗系统，其特征在于包括：电子枪，用于生成高亮度电子束；加速器，用于对所述高亮度电子束进行加速；以及电子束管道，用于对所述高亮度电子束进行真空低损传输，并引入患者体内的肿瘤病灶部位对所述肿瘤进行消融。9.如权利要求8所述的精确放射治疗系统，其特征在于：所述电子枪的阴极为光阴极、热阴极和场...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖炜，徐慧军，陈怀璧，
申请(专利权)人：盖炜，徐慧军，陈怀璧，
类型：发明
国别省市：美国,US