用于带电粒子治疗验证的系统技术方案

一种用于带电粒子治疗验证的系统，包括：第一检测器，被配置成用于检测从用带电粒子束照射的目标发射的次级粒子，其中，检测器被配置成引起快中子的次级粒子的在检测器中的至少两个连续弹性散射，并且引起瞬发伽马射线类型的次级粒子的两个连续非相干散射和随后的第三散射，该第三散射是以下中的一个：光电效应、非相干散射或偶产生。非相干散射或偶产生。非相干散射或偶产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于带电粒子治疗验证的系统


[0001]本专利技术涉及带电粒子治疗(CPT)，即应用加速离子束的癌症治疗的领域。更具体地，本专利技术涉及用于实时测量带电粒子束在目标对象或人体或动物体中的范围以及测量剂量分布的检测系统。该系统包括以矩阵状形状布置的基于塑料闪烁体的检测器模块。

技术介绍

[0002]超过一半的癌症患者接受放射治疗作为其治疗的一部分(Delaney,G. 等人，The role of radiotherapy in cancer treatment,Cancer，2005年，第104 卷，第1129
–
1137页)。治愈性放射治疗(RT)的目的是通过向肿瘤递送电离辐射来灭活所有癌细胞，同时使对周围健康组织的辐射损伤最小化。与使用兆电压(MV)光子的常规RT相比，带电粒子例如质子、氦离子和碳离子与对象或肿瘤的相互作用使它们成为非常有吸引力的替选方案。这是因为带电粒子的剂量在目标对象中以特定范围或穿透深度更精确地沉积，并且不会穿透超过该范围。此外，它们在被称为布拉格峰的狭窄区域内沉积最大量的能量，从而提供更高的肿瘤剂量，而对周围健康组织的剂量显著较少。与光子相比，带电粒子杀死癌细胞的能力也更强，即相同的物理剂量会产生更大的生物效应。因此，带电粒子治疗(CPT)是治疗颅底处某些肿瘤(脊索瘤、软骨肉瘤)、治疗儿童癌症(Patel,S.等人， Recommendations for the referral of patients for proton
‑
beam therapy,anAlberta Health Services report:a model for Canada？Curr.Oncol.,2014年，第 21卷，第251页)和中枢神经系统肿瘤(Mishra,M.V.等人，EstablishingEvidence
‑
Based Indications for Proton Therapy:An Overview of CurrentClinical Trials.Int.J.Radiat.Oncol.,2017年，第97卷，第.228
–
235页)的首选放射治疗方式。
[0003]与CPT相关联的重要挑战是由组织异质性、治疗过程中的解剖变化以及分次间和分次内器官运动引起的组织中粒子范围的相当大的不确定性。这些不确定性导致临床方案中远端治疗裕度增加，并且由于范围不确定性而试图避免指向肿瘤远端健康器官方向的治疗场，因此也限制了可用的束照射角度。因此，不可能充分利用组织中有限范围粒子的全部潜力，尤其是当肿瘤位于危险器官附近时，以及当器官运动可能对递送剂量产生不利影响时。因此，在治疗期间必须以大约1mm至2mm的高精度来监测粒子束的范围，最终目的是使至健康组织的剂量最小化。
[0004]截至今天，针对光子治疗开发并适应CPT以减轻这些不确定性影响的临床解决方案是在肿瘤周围增加安全裕度以限定所谓的规划目标体积并且通过图像引导监测解剖变化以尽可能减少这些裕度(van Herk,M., Errors and margins in radiotherapy.Semin.Radiat.Oncol.2004年,第14卷, 第52
–
64页)。在CPT中，典型的安全裕度约为标称范围的3.5％+1mm 或固定的5mm或在有内部器官运动的区域中甚至更大(Xie,Y.等人， Prompt Gamma Imaging for In Vivo Range Verification of Pencil BeamScanning Proton Therapy.Int.J.Radiat.Oncol.2017年,第99卷，第210
–
218 页)。
[0005]WO2010/000857A1公开了一种用于粒子治疗范围验证的设备和方法。该设备被操
作成检测照射对象或身体时产生的瞬发伽马射线，所述设备包括针孔摄像装置和用于避免检测杂散粒子的屏蔽装置。
[0006]EP2977083 B1公开了一种通过检测和量化瞬发伽马射线进行粒子治疗验证的装置，该装置在闪烁体前面使用准直器来获得被照射目标的瞬发伽马射线剖面(profile)的一维剂量相关分布。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术的问题，并且公开了一种用于CPT 中实时范围和剂量验证的系统。具体地，本专利技术提供了一种在线检测器，该在线检测器能够提供对带电粒子束在用带电粒子例如质子、氦离子或碳离子照射的目标对象或身体中的穿透范围的实时测量。此外，本专利技术的目标是提供对被带电粒子照射的目标或身体中的递送剂量的验证。
[0008]解决上面提及的问题的本专利技术是根据独立权利要求所述的系统。
[0009]本专利技术的至少一个实施方式的优点在于：次级瞬发伽马射线和快中子 s的角度和能量的完整运动学重建是可能的。
[0010]与现有技术相比，在一些实施方式中，本专利技术可以将实时范围验证系统的效率提高多达一个量级。
[0011]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于带电粒子治疗中的实时范围验证和剂量递送验证的改进的系统。
[0012]根据本专利技术的另一方面，以高统计精度提供了对带电粒子束的穿透深度的验证。
[0013]在又一方面，本专利技术使得能够在低于公开的粒子束强度下以高统计精度实现对目标或患者中的中子和瞬发伽马射线产生坐标的时间分辨二维和三维重建。
[0014]本专利技术的再一方面是带电粒子治疗中的范围验证和图像引导系统，其与现有系统相比具有减小的物理尺寸和增加的灵活性，这在临床环境中是重要的。
附图说明
[0015]附图示出了本专利技术的实施方式或部分实施方式，并且不应当视为对保护范围的确定的限制。
[0016]图1示出了基于有机闪烁体的光学分段条的检测器的概念设计：(10) 闪烁体条、(20)反射带、(30)铝外壳、(40)用于光读出的光电倍增器。
[0017]图2A以示意表示形式示出了用于确定检测器设计的次级中子和瞬发伽马射线检测效率的MCNP6.2蒙特卡洛模拟几何设置：(1)质子束、 (2)水体模、(3)检测器以及(4)约30℃的角度。
[0018]图2B以图形表示形式示出了针对示出的200MeV质子束的沿束方向的次级中子和瞬发伽马射线(prompt gamma
‑
ray)产生位置分布的检测到的一维1D剖面，以及针对对应中子和瞬发伽马射线剖面的“范围界标”位置：(1)根据检测到的中子剖面估计的范围界标位置、(2)根据检测到的瞬发伽马射线剖面估计的范围界标位置、(3)检测到的中子剖面以及(4) 检测到的瞬发伽马射线剖面。
[0019]图2C以图形表示形式示出了中子(实线)和瞬发伽马射线(虚线)
ꢀ“
范围界标”位置与水中标称质子范围的估计线性拟合，其中，(1)是质子能量为100MeV的范围界标位置，(2)
质子能量为160MeV的范围界标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于带电粒子治疗验证的系统，包括：第一检测器，被配置成用于检测从用带电粒子束照射的目标发射的次级粒子，其中，所述检测器被配置成产生次级快中子的在所述检测器的敏感体积中的至少两个连续弹性(n，p)散射，并且产生至少两个非相干散射和随后的任何类型的第三相互作用。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测器包括分段有机闪烁体元件阵列，其中，所述检测器被配置成产生入射快中子的至少两个连续弹性(n，p)散射，并且产生入射瞬发伽马射线的至少两个非相干散射事件和随后的任何类型的第三事件，其中，所有连续散射都是在不同的闪烁体元件中检测的。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第三相互作用是以下中的一个：次级瞬发伽马射线的偶产生、光电效应或非相干散射。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述闪烁体元件是柱状的，并且在垂直于所述闪烁体元件的长度的截面中以阵列布置。5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，包括布置在所述闪烁体元件的任一端处的光电检测器阵列。6.根据权利要求5所述的系统，包括与所述光电检测器阵列连接的处理单元，其中，所述处理单元被配置成估计进入的快中子和瞬发伽马射线的方向和能量。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理单元被配置成估计所述带电粒子束与所述目标的核相互作用的位置。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊尔凯尔，
申请(专利权)人：挪威西部创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：