减轻粒子放射治疗中的相互作用效应制造技术

本公开涉及一种可用于癌症治疗的粒子放射治疗的新扫描技术。一个实施方案涉及一种用于减轻运动目标中的粒子放射治疗中的相互作用效应的方法，所述运动目标包括运动周期，其中所述粒子放射治疗定义在所述运动目标的每一层的每一点中的计划剂量。所述方法包括将每一点中的所述计划剂量划分成一定次数的点重绘；和通过以下步骤来产生每一层的扫描模式：定义在每一点处每次点重绘的射束启用时间，和计算连续射束启用时间之间的等待时间，以将相应层的每一点的点重绘分布在整数个运动周期的持续时间内。

Reduce the interaction effect in particle radiotherapy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减轻粒子放射治疗中的相互作用效应相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月11日提交的美国临时专利申请号62/445,008的权益和优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文。
实施方案涉及粒子放射治疗。更具体地，实施方案涉及用于减轻在递送粒子放射到运动中治疗目标的过程中的相互作用效应的扫描技术。
技术介绍
粒子放射治疗(也称为强子治疗)是一种使用高能质子、离子、电子或电子射束来治疗癌症或其他疾病的外部射束放射治疗形式。此外，笔形射束扫描(PBS)治疗是通常允许针对诸如肿瘤的治疗目标的形状来进行高剂量放射体积的极佳三维(3D)成形的一类粒子放射治疗。对于粒子PBS治疗，放射治疗以若干层(射束能量或能量层)来递送，其中在依赖于特定能量的深度下扫描赋能粒子的笔形射束以覆盖治疗目标的横截面。然而，在粒子PBS治疗递送期间，例如由于呼吸或心跳引起的治疗目标运动(例如，肿瘤运动)将改变由扫描笔形射束依序照射的治疗目标体积或点的相对位置。治疗目标体积或点的大小取决于赋能粒子的笔形射束的宽度。由此导致的剂量在治疗目标组织中的重新分布称为相互作用效应，并且它可导致治疗目标体积内的严重局部剂量不足和/或过量。对于胸部和腹部的粒子PBS治疗，特别是立体定向体部放射治疗(SBRT)来说，这是重大问题，其中高剂量分成若干次来递送。除了相互作用效应之外，治疗目标运动(例如，肿瘤运动)也使递送的目标剂量移位和模糊，但是这种模糊效应对于粒子PBS治疗和其他治疗技术来说是常见的，例如常规光子放射治疗和被动散射的粒子射束。与在治疗目标边缘处影响剂量的其他运动诱导的剂量扰动不同(例如，由于随机位置误差导致的剂量模糊和由于系统位置误差导致的剂量移位)，相互作用效应通常不能通过使用安全裕度对高剂量放射体积进行简单扩展来考虑到。虽然因为热点和冷点位置通常在各次治疗递送之间随机不同，所以在几次治疗递送后，相互作用效应可能趋于最终得到平衡，但是对于分成若干次来递送的治疗来说，相互作用效应更严重，这是因为许多分次照射的剂量模糊效应不存在。由于SBRT分成几次来递送，因此SBRT易于在运动的目标器官(例如，肺、肝或胰腺)中受到显著的相互作用效应的影响。因此，许多粒子放射治疗中心根本不提供SBRT治疗。即使对于正常分次的治疗，许多粒子放射治疗中心仅治疗具有由于呼吸运动引起的轻微运动的经过精心挑选的肿瘤。
技术实现思路
公开了一种针对粒子放射治疗集成有重绘以有效地减少相互作用效应的新扫描技术。新扫描技术适用于减轻递送到运动治疗目标(例如肿瘤)的粒子放射治疗中的相互作用效应。在实施方案中，运动治疗目标的运动是周期性的并且具有周期，其中周期可以以任何方式确定，例如实验、经验或计算方法。此外，运动可能是由呼吸、心跳或其他运动源引起的。在治疗目标的横截面层中，根据新扫描技术用粒子放射来照射点或区域。粒子放射治疗计划通常定义在治疗目标的每一层的每一点处的计划剂量。点的形状可以是多种形状中的任何一种，可以具有多维(例如，二维2D或三维3D)，并且可以具有体积。接下来，点可具有对应于在这个点处的射束启用时间之间的时间的等待时间和对应于粒子放射射束照射点的时间的射束启用时间。另外，等待时间可以对应于第一射束照射点之前的时间。新扫描技术专注于优化等待时间，以实现相互作用效应的减少。相反，解决相互作用效应的传统方法优化了射束启用时间。根据实施方案，将层的一个点的计划剂量划分成一定次数的点重绘。对这个层的其余点执行类似的操作。此外，通过定义在每一点处每次点重绘的射束启用时间并计算每一点处的连续射束启用时间之间的等待时间来产生每一层的扫描模式。计算等待时间，使得层的每一点的点重绘分布在运动的治疗目标的整数个运动周期内。在一个实施方案中，点重绘均匀地分布在整数个周期内。每一点处的治疗递送可以通过等待时间(用于层移位或点移位)以及随后的射束启用时间来定义。此外，扫描模式产生可以被视为确定点重绘的顺序。在一个实例中，运动周期可以是接受放射治疗的患者的呼吸周期/循环。呼吸周期通常非常稳定。另外，运动周期也可以是近似周期性运动的近似周期。因此，通过针对一个或多个运动周期调整层治疗递送的持续时间，可以消除每一单独层(或能量层)中的相互作用效应。此外，递送到层中的每一点的剂量可以以相等的部分来递送，这些部分在运动周期的持续时间内具有相等的时间间隔。这确保了每一点相对于其计划位置的平均移位接近于零，这反过来使得相互作用效应大大减小。此外，可以为每一点使用不同次数的重绘，但仍然将点重绘在整个运动期间展开。因此，新扫描技术将每一能量层的治疗递送在运动周期(例如，呼吸循环)内展开，允许特定于点的次数的点重绘，并确保点重绘在运动周期的持续时间内展开。通过使用新扫描技术来减轻粒子放射治疗中的相互作用效应优于减轻相互作用效应的传统方法。此外，新扫描技术允许对经历胸部或腹部的呼吸运动的肿瘤进行安全的PBS治疗，包括以极少分次照射来递送的SBRT治疗。在一个实施方案中，不需要监测患者的呼吸或治疗递送与呼吸阶段的同步化。此外，新扫描技术可以立即在现有的粒子放射治疗中心实施，例如基于回旋加速器的质子放射治疗设施，而不需要治疗内运动监测、门控或患者呼吸与治疗递送之间的同步化。在一个实施方案中，新扫描技术涉及在医学数字成像和通信(DICOM)质子放射治疗计划中配置点治疗递送序列。附图说明并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图说明了若干实施方案，并且与描述一起用于解释本公开的原理。图1A示出了用质子PBS对肝肿瘤的三种剂量分布。图1B描绘了图1A的肝肿瘤的剂量-体积直方图。图2A显示了根据一个实施方案，对层中的一个点的治疗递送的时序图。图2B示出了根据一个实施方案，与点相关的等待时间t等待、射束启用时间t射束启用和t最小的方程。图3描绘了根据一个实施方案，实际时间与来自方程(1)-(3)的预测时间的比较图。图4显示了根据一个实施方案，t等待和t射束启用的实际值和预测值的散点图。图5描绘了根据一个实施方案，层中多个点的最大和计划等待时间t等待和射束启用时间t射束启用的图表。图6示出了根据一个实施方案的被分选至重绘区块中的点。图7显示了根据一个实施方案，以逐渐减慢扫描持续时间来排序的八种扫描模式的表。图8描绘了根据一个实施方案获得持续时间为4s(周期T＝呼吸循环的4s)的层的治疗递送时间。图9示出了根据一个实施方案重新排列的重绘区块。图10显示了根据一个实施方案，具有用于特殊情况的重绘方案的新扫描技术。图11显示了具有针对一个场的多个层的治疗递送持续时间的实例的图表，其中计划治疗递送并未使用新扫描技术。图12示出了根据一个实施方案，具有针对一个场的多个层的治疗递送持续时间的实例的图表，其中治疗递送根据图9(方法1)和10(方法2)。图13描绘了展示根据一个实施方案，实际治疗递送时间合理地接近于用图2B的方程(1)-(3)预测的治疗递送时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减轻供递送到运动目标的粒子放射治疗中的相互作用效应的方法，所述运动目标包括运动周期，所述粒子放射治疗定义在所述运动目标的每一层的每一点中的计划剂量，所述方法包括：/n将每一点中的所述计划剂量划分成一定次数的点重绘；和/n通过以下步骤来产生针对每一层的扫描模式：/n定义在每一点处每次点重绘的射束启用时间，和/n计算连续射束启用时间之间的等待时间，以将相应层的每一点的所述点重绘分布在整数个运动周期的持续时间内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于减轻供递送到运动目标的粒子放射治疗中的相互作用效应的方法，所述运动目标包括运动周期，所述粒子放射治疗定义在所述运动目标的每一层的每一点中的计划剂量，所述方法包括：
将每一点中的所述计划剂量划分成一定次数的点重绘；和
通过以下步骤来产生针对每一层的扫描模式：
定义在每一点处每次点重绘的射束启用时间，和
计算连续射束启用时间之间的等待时间，以将相应层的每一点的所述点重绘分布在整数个运动周期的持续时间内。


2.根据权利要求1所述的方法，其中每一点处的点重绘的所述次数根据所述粒子放射治疗的每一点的预定义最小剂量来最大化。


3.根据权利要求1所述的方法，其中层的每一点的所述点重绘均匀地分布在所述整数个运动周期的所述持续时间内。


4.根据权利要求1所述的方法，其中每一点的点重绘的所述次数被分选至区块中，其中每一区块中的点重绘的所述次数是2的整数幂。


5.根据权利要求4所述的方法，其中每一区块的所述点重绘均匀地分布在整数个运动周期内。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描模式中的所述点重绘是通过调整层中的点和/或点重绘的序列顺序和/或层中的连续射束启用时间之间的所述等待时间来分布的。


7.根据权利要求1所述的方法，其中层中的连续射束启用时间之间的所述等待时间是通过在所述扫描模式中选择一个或多个点之前的射束暂停来调整的。


8.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述粒子放射治疗的粒子来自由以下组成的组：质子、离子、中子和电子。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒子放射治疗是使用笔形射束扫描进行的。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述运动目标包括肿瘤或所述肿瘤的至少一部分。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述运动周期是由包括所述运动目标的患者的呼吸和/或心跳引起的。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述呼吸和/或心跳运动包括呼吸和/或心跳周期，并且是通过四维计算机断层摄影来确定的。


13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
辅助患者的呼吸与所述运动周期的同步化。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述患者由音频和/或视觉引导来辅助。


15.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描模式经产生以使...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·鲍尔森，J·埃利，U·朗纳，K·兰根，
申请(专利权)人：瓦里安医疗系统粒子疗法有限责任公司，马里兰大学巴尔的摩分校，
类型：发明
国别省市：德国;DE