[发明专利]用于离子疗法的动态修整点扫描的方法和系统

说明书

一种点扫描(SS)离子疗法系统，其被配置用于对离子粒子笔形波束进行动态修整以减少靶标边界外的辐射剂量的量。

优先权要求

本申请要求2013年7月5日提交的美国临时专利申请No.61/843,092、2013年11月6日提交的美国临时专利申请No.61/900,455以及2014年2月28日提交的美国临时申请No.61/946,074的优先权，本文基于这些申请并且这些申请是以其全文引用的方式并入本文中。

发明背景

技术领域

本发明涉及带电粒子放射疗法领域。更具体来说，本发明涉及点扫描离子疗法领域。更具体来说，本发明涉及用于照射可为癌性的组织靶标的带电粒子系统。本发明也涉及一种利用粒子笔形波束照射靶标的方法。

相关领域

在带电粒子放射疗法中，现今已知多种照射技术。目前最常见的放射疗法形式为光子疗法。然而，光子疗法伴随若干并发症。就一种来说，当使用光子疗法时，所施加的光子束穿过靶标肿瘤且通过肿瘤远端的健康组织离开患者。光子束或剂量通过健康组织离开会增加预防对健康组织的辐射损伤方面的难度。由剂量通过健康组织离开所造成的辐射损伤也是设计有效肿瘤治疗规划时的限制因素。

离子疗法，其尤其包括质子疗法以及氩、碳、氦和铁离子疗法，提供一些优于光子疗法的优点。其一，相对于光子疗法，离子疗法可以产生对于给定肿瘤剂量患者中沉积的较低总辐射能，称为累积剂量。累积剂量减少是重要的，因为其降低随机效应，即，患者在非肿瘤组织照射后发展出继发性恶性赘瘤的可能性。具有高长期存活率可能性的年轻患者具有比年老患者更高的发展出继发性恶性赘瘤的可能性，因为发展的可能性是与治疗后所经过的时间相关。因此，减少儿童中非肿瘤组织的放射治疗剂量是离子疗法的特别重要的优点。质子疗法相对于光子疗法的累积剂量降低已经在患有成神经管细胞瘤的儿童的脑膜外眼框周横纹肌肉瘤和脊髓神经轴中得到量化，从而导致辐射诱发的继发性恶性肿瘤可能性分别降低≥2和8-15倍。预期质子疗法也可降低成人继发性恶性赘瘤发生的可能性。例如，相对于接受强度调制的光子疗法，接受质子疗法的前列腺患者的继发性恶性赘瘤的可能性降低26％至39％。

离子疗法优于光子疗法的第二个临床优点在于对健康组织的辐射剂量充分减低使得确定性效应(即，大小与所递送的辐射剂量相关的并发症)可以相对于光子疗法减低。确定性效应的实例为皮肤红斑和口干症。确定性效应减低已经在多个研究中得到证实，其中肿瘤剂量一致性已经显示为与光子疗法的肿瘤剂量一致性相当，但质子疗法所保留的健康组织更优。与多个肿瘤位点相关联的健康组织已经显示，质子疗法可比光子疗法避免更多的剂量，包括脊柱外肉瘤、头部和颈部恶性肿瘤、脑膜瘤、子宫颈、成神经管细胞瘤、副鼻腔和前列腺。

点扫描(SS)，一种离子疗法递送的先进形式，具有一些优于传统离子疗法的优点。用于治疗患者的常规质子疗法波束通常是使用被动散射或均匀动态扫描生成。利用被动散射，一个或多个射程补偿器和一个射程调制器被用来将质子笔形波束展开成产生横向以及深度方面空间均匀剂量分布的波束。射程调制器可以为自旋螺旋桨、楔形或脊形滤波器，且产生展开的布拉格峰(Bragg peak)(SOBP)。使场横向成形为具有定制设计的孔、区块或多叶准直器(MLC)的中心波束轴，且成形的深度以使用患者特异性补偿器来匹配治疗体积的远端边缘。单一或双重散射系统存在，后者通常提供比前者更大的均匀剂量区域。均匀动态扫描使用磁扫描的笔形波束和动态能量调控以生成当随时间取平均时具有均匀空间强度的质子场。场形状是由孔或区块以如同被动散射的类似方式限定。

在SS离子疗法中，治疗是用通常由波束生成器(例如，回旋加速器)产生的笔形波束来递送，其为磁扫描的以在靶标中递送剂量。SS中笔形波束的尺寸一般比均匀动态扫描小得多。使用笔形波束允许波束形状使用扫描磁体而非孔被限定。这种笔形波束点扫描技术代表优于单一或双重散射技术的进步，其中散射的宽波束是由患者特异性准直器或孔所成形，使得其对应于待治疗的靶标形状。因此，无需孔而利用点扫描递送的剂量分布的横向衰减取决于入射笔形波束的尺寸和患者中波束的交互。