用于放射疗法波束形态的可编程粒子扩散器制造技术

将可编程路径长度的一个或多个物质插入粒子束以预先确定的方式调整分散角度和波束范围，以便在预先确定的范围内产生预先确定的Bragg顶点分布。物质可以是包括流体的“低Z”和“高Z”物质。带电粒子束扩散器/范围调整器可以包括在粒子束路径中具有相对壁的储液室和驱动器，该驱动器用以在可编程控制器的控制下调整储液室相对壁之间的距离。串行排列的“高Z”以及，独立地，“低Z”储液室可以被使用。当用于放射治疗时，可以通过测量波束强度监控波束，并且可编程控制器可以根据与总剂量预先确定的关系调整“高Z”储液室的相对壁之间的距离以及，独立地，“低Z”储液室的相对壁之间的距离。在治疗期间，波束扩散和调整可以是持续进行的，用以以预先确定的三维分配形式在目标体积中沉积剂量。

【技术实现步骤摘要】
用于放射疗法波束形态的可编程粒子扩散器本申请是2005年7月21日递交的申请号为2005800M563. 3，专利技术名称为“用于 放射疗法波束形态的可编程粒子扩散器”的分案申请。相关申请本申请是2004年9月M日提交的申请号为10/949，734美国申请的后继申请，其 要求2004年7月21日提交的申请号为60/590，088的美国临时申请的利益。上述申请的 全部教导通过引证并入本文。
技术介绍
带电粒子在用于治疗癌症的放射疗法领域中已经被应用了超过50年。为了产生 符合患者体内目标体积的形状的临床上有益的剂量分配，在粒子加速器和患者之间插入大 量的波束整型和调节物质。相比于传统的在组织内按指数率衰减的高能量的X射线束，质 子束具有显著的临床优势。相比高能量的X射线(光子)，能量吸收的物理过程对于质子来 讲是有利的并且是不同的。质子束释放很小的引入剂量，随后当质子在组织中停止时释放大量的剂量。在物 理学家Bragg发现这一现象之后，将在质子的组织渗透范围的末端上的剂量的大量吸收称 为Bragg顶点。附图1显示的是来自没有被调整的波束中的Bragg顶点，以及Bragg顶点 的分布和个别的Bragg顶点曲线族加在一起形成的Bragg顶点分布。从粒子加速器中形成的波束，通过将设备和材料插入波束中被整型。波束整型的 一个目的在于在遍及目标的体积上(例如，患者体内的瘤)释放均勻的放射剂量。范围 (即，波束渗透到组织内的深度)需要被调整以确保均勻的或者预先确定的放射剂量被释 放到目标表面的近端和末梢之间(在此所使用的术语“近端”和“末梢”与波束路径结合使 用。术语“近端”特定的涉及波束进入目标的入口区域)。此外，为了治疗较大的瘤，波束 需要横向地展开(在此所使用的术语“横向地”是涉及实质上与波束路径成直角的任何方 向)。波束通过一系的扩散器和孔径被操作并被整型。在波束整型系统中，波束被首先被引入第一扩散器/范围调整器，该扩散器/范围 调整器使波束分散足够宽的角度用以治疗大约20-30cm的治疗区域。接着由第一扩散器的 分散和范围调整，波束被引入补偿的第二扩散器。这个器件的目的在于使从第一扩散器出 来的波束的横截面变平。这样就允许Bragg顶点在等角点距离上的强度是平坦的和均勻 的。附图2示出由高Z和低Z物质所组成的补偿的第二扩散器，所述的高Z和低Z物质具 有能够使高Z物质的分散性质与低Z物质的吸收性质相匹配的形状，用以提供平坦的、均勻 的宽的波束。波束整型系统的第三器件是范围协调块。其典型的是一个厚圆柱的丙稀酸塑料， 目标体积的末梢表面的三维的反面已经被机械加工。该器件也包括从波束方向对患者的外 部表面外形的补偿，以及对不同种类(例如，路径中的骨头和空气)的补偿。大多数的组织 实质上相当于水，但是对于这些不同物质的补偿值能够从CT图像数据组中被计算出来。作 为结果的三维结构被置于波束路径中以确保Bragg顶点符合目标的末梢表面，从而导致被用在目标体积之外的重要的结构上的剂量最小。波束成型系统的第四器件对波束横向地整型以使其与目标体积的形状相匹配，所 述目标体积的形状正如同通过专用于治疗而制作的孔径所形成的波束源的方向中看到的 那样。通常，这是通过将在黄铜或其它高Z物质的厚块中机械加工成型的孔并将该孔置于 紧靠近患者的位置来完成的。波束在横向延伸上被该器件限定，因此符合目标体积的形状。
技术实现思路
向粒子束中插入一个或多个扩散和/或吸收物质的可编程路径长度可以被用来 以预期的方式调整扩散角度和波束范围。带电粒子束扩散器/范围调整器可以包括高Z物 质，其在粒子波束路径中具有可调路径长度；可以包括低Z物质，其在粒子波束路径中具有 可调路径长度；还包括在将目标暴露给波束期间独立地调整高Z和低Z路径长度的可编程 控制器。所述的高Z和低Z物质可以是液体。低Z物质的路径长度以及高Z物质的路径长 度可以是独立地持续可调的。带电粒子束扩散器/范围调整器在粒子波束路径中可以包括具有相对壁的储液 室；调整储液室的两壁之间的距离的驱动器；还包括用于驱动器的可编程控制器，用于在 目标暴露给波束的期间调整储液室的两壁之间的距离。储液室的两壁之间的距离可以是持 续可调的。第一和第二储液室可以被串联地安置在粒子束路径中。第一和第二储液室可以 单独地包含高Z和低Z物质。第一储液室的相对壁之间的距离以及第二储液室的相对壁之 间的距离可以是独立地持续可调的。提供带电粒子束的带电粒子源和带电粒子束扩散器/范围调整器可以被应用于 放射治疗仪器中。波束监控器可以被用于测量波束强度并将波束强度传递给可编程控制 器。可编程控制器可以根据预先确定的波束强度的时间积分与低Z和高Z物质的期待路径 长度之间的预定关系独立地调整低Z以及高Z路径长度。可编程控制器可以持续地和动态 地独立调整低Z以及高Z路径长度。带电粒子源可以是回旋加速器。该回旋加速器可以是同步回旋加速器。任何带电 粒子都可以被使用，举例来说，所述的带电粒子可以是质子。带电粒子束扩散器/范围调整器的高Z物质和低Z物质可以被安置在同步回旋加 速器的提取通道中。其中带电粒子束扩散器/范围调整器包括在粒子波束路径中具有相对 壁的储液室，该储液室可以同样地被放置在同步回旋加速器的提取通道中。本专利技术的实施方案具有很多的优点。通过独立地和持续地改变高Z和低Z物质的 厚度，粒子路径在整个治疗的过程中可以持续地变化。这样可以有效地产生Bragg顶点分 布独特的、实质上不定的外形，借此将等角的和不均勻两种放射剂量两者递送给目标。本发 明的第一扩散器/范围调整器使由波束吸收的剂量与三维治疗体积相匹配，从而得到高度 一致的剂量分配。这样就为患者带来最佳的临床效果。癌症治疗的局部控制速率随着对瘤 的剂量的增加而提高，而并发症的比率(由于对重要结构使用不必要的用量)随着给周围 正常组织上的剂量而增加。通过使用准确整型的质子束，与使用光子(χ-射线)束相比，治 疗体积上的剂量和给到周围组织上的用量的比例显著增加。在一些实施方案中，同步回旋加速器作为带电粒子源的使用使得本专利技术可以避免 依赖不稳定的能量波束。此外，本专利技术的设备的操作通过调整高Z和低Z物质的运动的时间选择被可编程处理器以持续可变的方式所控制，以产生预先确定的、不均勻的Bragg顶 点分布。除了常规的临床方案，还会有至少一种扩散和范围调整的特殊的情况，在这种情 况下需要较高强度的、小的波束，比如在治疗眼瘤或者斑点恶化的情况下。这些特殊的情况 需要很浅的渗透深度，非常小的区域尺寸，并且治疗时间也会减少。在这种情况下，由于区 域尺寸非常的小，因此第二补偿的扩散器是不需要的。本专利技术的第一扩散器/范围调整器 对于这种特殊情况的应用来说具有特殊的优势。本专利技术采用过去所使用的基础的物理原理并将它们与当今的控制系统技术和新 的几何学相结合以建立新的波束扩散和范围调整装置，该装置不仅可以有计划地传递如固 定的扩散器/调整器部件的相同的性能，也可以传递实时调整的独特可变的外形，以产生 与目标体积高度匹配的剂量分配。这种可以持续地并独立地改变穿过“高Z”和“低Z”物 质的波束路径长度的能力避免了必须计划并释放有限量的固定Bragg顶点分布的放射治 疗剂量的问题。附图说明通过下面对如附图中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种带电粒子束扩散器／范围调整器，包括：第一和第二储液室，其中第一和第二储液室中的每一个在粒子束路径中都具有相对壁；驱动器，其用于将第一和第二储液室中的至少一个的壁之间的距离调整在一定范围数值内；以及用于驱动器的可编程控制器，以在目标暴露给波束期间调整第一和第二储液室中至少一个的壁之间的距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·斯利斯基，肯尼斯·加尔，
申请(专利权)人：斯蒂尔瑞弗系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US