[发明专利]强子辐射装置和验证方法

说明书

技术领域

本发明涉及强子辐射治疗领域。

背景技术

在辐射治疗领域，例如肿瘤治疗中，可以理解的是，强子辐射治疗(尤其是利用质子或离子，例如碳离子的治疗)提供与X射线或伽马射线治疗相比更大的优点。通常，强子辐射治疗是即将来临的将强子束用于照射的癌症治疗。主要装备有质子辐射治疗装置的强子辐射治疗中心的数量正在快速增长并且直至现在全世界有超过50000的患者接受过治疗。

质子和其它强子将能量沉积在组织上所通过的主导过程为原子离子化和激励。大部分动能沉积在轨道的最终端的布拉格尖峰(Bragg Peak)中。强子辐射治疗有能力实现有吸引力的剂量构象，因此不伤害在肿瘤周围的健康组织。这允许对于乏氧肿瘤的剂量加大或者对处于危险的附近器官的更少的副作用。这是在位于人体的重要部分如脑附近例如靠近眼睛的肿瘤的治疗中的主要优点。

许多最近正在使用的强子辐射治疗系统使用点扫描技术，其中磁场用于将辐射束操纵在期望方向中。笔形射束在肿瘤或其它限定的目标治疗区域上步进或扫描多次，能量和强度变化，使得可以优化在肿瘤的每个微体积中的剂量。束强度被连续控制。不是整个肿瘤在同一时刻被照射，而是一个点接一个点并且一片接一片地来完成照射。

已知通过制成患者的CT图像、进行计算(经常基于更早的体模测试)等来仔细计划辐射疗程。但是，在实际患者中的布拉格尖峰的实际位置取决于中间组织的特征以及其他，该实际位置会随着患者和随着照射位置而变化。而且，在治疗辐射疗程的计划和实际表现之间的时间跨度中可以发生解剖差异，例如患者解剖的局部变化，组织构成等。因此普遍见解是在治疗计划和实际应用的辐射治疗之间存在偏差。尤其，关于束进入人脑中的穿透深度，观察到布拉格尖峰的实际位置距离计划的位置大大地偏差例如10和15毫米。结果，位于要治疗的肿瘤附近的重要组织可能接收过多的剂量，或者肿瘤可能接收的剂量不足。

因此重要的是优选地甚至在强子辐射治疗期间的期间沿着布拉格尖峰位置，确保剂量如所计划地来递送。

正电子发射断层显像(PET)是当前在剂量验证的这个领域中仅有的有效使用的方法。通过正电子发射而衰减的同位素通过质子轨道中的核反应来形成并且可以用于PET成像，允许检查所管理的剂量廓线。但是，合适的同位素的一半寿命为大约小数或更长的持续时间。在点步进的时间持续期间内利用PET监视的剂量廓线通常小于0.1s，因此看起来不可能。

最近还研究瞬发伽马射线在强子束穿透验证、监视或可能还用于目标照射期间的射束的实时控制的使用。沿着轨道在目标中发生核断裂反应，导致大量中子和瞬发伽马射线的发射。这些伽马射线由在核结合能(8MeV)以下的能量激发的原子核的统计上衰减引起。瞬发伽马射线是剂量监视的可能备选项，因为它们的数量比PET同位素的数量大地多。如利用PET所看出的冲洗效应的缺失以及束穿透深度范围与瞬发伽马射线产生位置之间的紧密相关性是重要的附加优点。所提到的相关性是由于原子反应发生上至轨道的最后几毫米的事实导致的，其中，在最后几毫米处强子能量下降到库伦壁垒阈值以下。

在WO2010/000857中，讨论了瞬发伽马射线的使用的多种方法，其主要目的在于用于目标的空间剂量分布的实时测量。

在一个实施方式中，提出Anger伽马相机，其中准直器直接位于平板检测晶体和在检测晶体的背面处的PMT阵列的上方。

准直器由伽马射线阻挡材料例如铅的厚板组成，有多个邻近通孔穿过。安装相机被安装为使其光轴与射束轴成直角。PMT可以设置在二维阵列中并且可以设想使用两个这样的相机可以获得瞬发伽马射线的分布的三维图像。

在另一个实施方式中，WO2010/00857提出一种针孔伽马相机，其中单个针孔准直器设置在单个闪烁元件性检测器前的一段距离处。针孔被配置和设置为提供包括目标内的质子的整个轨道的相机视场，因而不需要移动相机来观察沿着轨道的瞬发伽马分布。取决于是否使用线性或二维PMT阵列，获得瞬发伽马分布的一维或二维图像。

发明人认为WO2010/00587中所提出的Anger相机和单个针孔伽马相机不适合作为准直器来减弱大部分入射伽马质子并且因此大大地限制相机的敏感度。因此，质子束穿透深度的实时测量的潜力也被严重地约束。