專利名稱：改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種離子束在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域輻照應(yīng)用的裝置，尤其是一 種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置。
背景技術(shù)：
離子束(質(zhì)子和重離子)以其倒轉(zhuǎn)的深度劑量分布、側(cè)向散射小、較高 的相對生物學(xué)效應(yīng)(RBE)和低的氧增比(OER)等特點(diǎn)，使離子束治癌成為當(dāng)今 國際上先進(jìn)、有k的放射治療方法。在離子束治癌項(xiàng)目當(dāng)中，連接離子加速 器裝置和臨床治療的硬件設(shè)備為束流配送系統(tǒng)，當(dāng)前主要有兩種類型的束流 配送系統(tǒng)，即束流橫向擴(kuò)展的被動型束流配送系統(tǒng)和束流掃描的主動型束流 配送系統(tǒng)，應(yīng)用于離子束治癌可分別實(shí)現(xiàn)對腫瘤靶區(qū)的三維適形和適形調(diào)強(qiáng) 照射治療。無論是利用被動型還是主動型束流配送系統(tǒng)進(jìn)行離子束的三維適 形調(diào)強(qiáng)照射治療，都需要有迷你型脊形過濾器(mini ridge filter)將加速器提供 的單能離子束尖銳的Bragg峰進(jìn)行適當(dāng)展寬，得到一個展寬的Bmgg峰 (spread-out Bragg peak, SOBP)以適應(yīng)沿束流方向上劃分的腫瘤靶區(qū)分層的厚 度。通過加速器或射程移位器改變束流能量，對腫瘤靶區(qū)實(shí)施由深層到淺層 地逐層照射治療，已有研究表明，采用迷你型脊形過濾器將單能束流尖銳的 Bragg峰適當(dāng)展寬為高斯型分布的SOBP，在通過改變束流能量使其由深層到 淺層照射腫瘤靶區(qū)的過程中，可允許有小的誤差和不確定性。因此，在目前 的離子束治癌實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，設(shè)計(jì)的迷你型脊形過濾器將較低能量離子束(例 如90MeV/u的碳離子束)的Bragg峰展寬為高斯型分布的SOBP，由該迷你型 脊形過濾器對高能離子束Bragg峰的展寬效果同樣為高斯型分布的SOBP。因 為高能離子束Bragg峰的寬度主要是由能量損失岐離引起，能量損失岐離符 合高斯分布，兩個高斯分布(一個來自迷你型脊形過濾器對束流的調(diào)制，另一 個來自高能束流的能量損失岐離)的巻積仍然為高斯型分布。迷你型脊形過濾 器對較低能量離子束Bmgg峰展寬得到的高斯型分布SOBP的半高寬(FWHM)決定了對腫瘤靶區(qū)分層的厚度，腫瘤靶區(qū)每一分層的厚度為高斯型分布SOBP半高寬的一半。對腫瘤靶區(qū)的分層受制于迷你型脊形過濾器對較低能離子束Bmgg峰的展寬形成的高斯型分布SOBP的半高寬，從而在離子束三維適形調(diào) 強(qiáng)照射治療時，并不能根據(jù)腫瘤靶區(qū)的大小靈活改變腫瘤靶區(qū)分層的厚度。可是，在實(shí)際的臨床治療當(dāng)中，腫瘤靶區(qū)有大有小，采用固定寬度的展 寬Bragg峰對腫瘤靶區(qū)實(shí)施分層的離子束適形調(diào)強(qiáng)照射治療就顯得不夠靈活。 特別是腫瘤耙區(qū)較大時，不僅腫瘤耙區(qū)分層增多導(dǎo)致照射治療時間增加，而 且接近體表的一些靶區(qū)分層的照射劑量較小，從而束流控制系統(tǒng)對這些斷層 治療時的劑量控荊精度就會降低。如何根據(jù)腫瘤靶區(qū)的大小，靈活地改變腫 瘤靶區(qū)分層的厚度，即展寬Bragg峰的寬度，是本實(shí)用新型解決的的技術(shù)問 題。發(fā)明內(nèi)容為充分發(fā)揮離子束應(yīng)用于放射治療的優(yōu)勢，改進(jìn)目前使用迷你型脊形過 濾器僅僅是得到固定寬度展寬Bmgg峰的不足，本實(shí)用新型旨在提供一種改 變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置。它根據(jù)腫瘤耙區(qū)的 大小，靈活改變展寬Bragg峰的寬度，從而可根據(jù)腫瘤耙區(qū)的大小來改變腫 瘤靶區(qū)分層的厚度，達(dá)到節(jié)省照射治療時間和提高照射治療劑量的控制精度， 使得離子束在對腫瘤三維適形調(diào)強(qiáng)照射治療的應(yīng)用中更加靈活可靠，為在我 國發(fā)展代表先進(jìn)、有效的放射治療技術(shù)""離子束治癌項(xiàng)目奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)一種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置，包括掃 描磁鐵系統(tǒng)、束流監(jiān)測系統(tǒng))、迷你型脊形過濾器、射程移位器、多葉準(zhǔn)直器 和患者體表補(bǔ)償器，分別依序置于患者體表前，上述器件的中心與腫瘤靶區(qū) 的中心處于束流軸線上，掃描磁鐵系統(tǒng)由x和y方向兩組相互垂直的二級磁 鐵組成，束流監(jiān)測系統(tǒng)由電離室和位置靈敏探測器構(gòu)成，以迷你型脊形過濾器中部垂直山脊的方向?yàn)檩S，旋轉(zhuǎn)迷你型脊形過濾器一個角度e。上述迷你型脊形過濾器傾斜的角度e在0。 90°之間。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果是以具體的例子來說明本實(shí)用新型的效果。利用針對90MeV/u碳離子束設(shè) 計(jì)的將束流Bragg峰展寬為4mmFWHM的高斯型分布SOBP的迷你型脊形過濾器治療束流方向上3cm厚度的腫瘤靶區(qū)，需要束流對腫瘤耙區(qū)由深層到淺 層照射16次。若利用本裝置將迷你型脊形過濾器傾斜36.9°,得到5mmFWHM 的SOBP，那么需要束流對腫瘤靶區(qū)由深層到淺層照射13次；若利用本裝置 將迷你型脊形過濾器傾斜48.2°,得到6mmFWHM的SOBP，那么需要束流 對腫瘤靶區(qū)由深層到淺層照射11次。將迷你型脊形過濾器從垂直束流(即0" 傾斜到36.9°和48.2。，由于對腫瘤耙區(qū)的分層照射次數(shù)減少，因而患者每分 次照射治療的時間也相應(yīng)減少，從而提高了離子束治療裝置每天接受患者治 療的能力，這對減少離子束治療的費(fèi)用也非常有利。另一方面，利用200MeV/u 碳離子束治療介于組織深度84.5mm到54.5mm之間3cm厚度的腫瘤耙區(qū)， 當(dāng)腫瘤靶區(qū)的照射劑量為1Gy(離子束治療時典型的腫瘤靶區(qū)分次劑量)時，束 流穿越0°、36.9°和48.2°傾斜的迷你型脊形過濾器后治療腫瘤耙區(qū)最淺一個分 層所需要的離子逋量分別為1.056x106、 1.307xl()S和1.569xl06ions/cm2?？梢?腫瘤靶區(qū)分層的減少也致使每分層，特別是較淺分層上離子通量的增加，因 而治療控制系統(tǒng)對照射劑量的控制精度也相應(yīng)增加。


圖l離子束三維適形調(diào)強(qiáng)照射治療原理圖，其中l(wèi):掃描磁鐵，2:束流 及劑量監(jiān)測系統(tǒng)；3:迷你型脊形過濾器，4:射程移位器，5:多葉準(zhǔn)直器， 6:患者體表補(bǔ)償器，7:患者體表，8:腫瘤靶區(qū)。圖2本實(shí)用新型放置迷你型脊形過濾器的示意圖。圖3本實(shí)用新型傾斜迷你型脊形過濾器對碳離子束Bragg峰的展寬效果。圖4不同角度傾斜迷你型脊形過濾器時200MeV/u碳離子束三維適形調(diào) 強(qiáng)治療處于組織深度介于54.5mm到84.5mm之間3cm厚度腫瘤耙區(qū)后的深 度劑量分布。
具體實(shí)施方式
如圖1所示， 一種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的 裝置，包括掃描磁鐵系統(tǒng)l、束流監(jiān)測系統(tǒng)2、迷你型脊形過濾器3、射程移 位器4、多葉準(zhǔn)^器5和患者體表補(bǔ)償器6，分別依序置于患者體表7前，上 述器件的中心與腫瘤靶區(qū)8的中心處于束流軸線上，掃描磁鐵系統(tǒng)1由x和y方向兩組相互垂直的二級磁鐵組成，束流監(jiān)測系統(tǒng)2由電離室和位置靈敏 探測器構(gòu)成。利用200MeV/u碳離子束和針對90MeV/u碳離子束設(shè)計(jì)的迷你型脊形過 濾器對處于患者休內(nèi)深度介于54.5mm到84.5mm之間3cm厚度的腫瘤靶區(qū) 進(jìn)行三維適形調(diào)強(qiáng)治療。以迷你型脊形過濾器3中部垂直山脊的方向?yàn)檩S5旋轉(zhuǎn)迷你型脊形過濾器3向紙面內(nèi)或向外傾斜一個角度e (見圖2)。在0°、或36.9°、或48.2。分別設(shè)置迷你型脊形過濾器3時，這些設(shè)置的迷你型脊形 過濾器3對90MeV/u碳離子束Bmgg峰的展寬效果分別為4mm、或5mm、 或6mmFWHM的SOBP如圖3所示。在0。設(shè)置迷你型脊形過濾器采用2mm 間隔對腫瘤靶區(qū)進(jìn)行分層，那么36.9°和48.2。設(shè)置迷你型脊形過濾器就可分 別采用2.5mm和3mm間隔對腫瘤耙區(qū)進(jìn)行分層治療。上述三種情況下對腫 瘤靶區(qū)分層的照射次數(shù)分別為16、 13和11次，實(shí)施完三維適形調(diào)強(qiáng)照射后 患者體內(nèi)的深度劑量分布如圖4所示。由圖4所示結(jié)果可以得到，腫瘤耙區(qū) 范圍內(nèi)(54.5mm至lj 84.5mm之間)的劑量均勻性分別為98.55%、 98.15%和 97.95%。由此可見，盡管迷你型脊形過濾器傾斜從0。到48.2。，展寬Bragg峰 的寬度從4mmFWHM增大到6mmFWHM和腫瘤靶區(qū)分層厚度從2mm增厚 到3mm，略微降低了三維適形調(diào)強(qiáng)治療后靶區(qū)劑量分布的均勻性，即從 98.55%到97.95%。按臨床治療要求靶區(qū)劑量分布均勻性要好于95%來說，傾 斜迷你型脊形過濾器改變展寬Bmgg峰的寬度做離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療后， 靶區(qū)的劑量分布均勻性仍然滿足臨床治療的要求。
權(quán)利要求1、一種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置，包括掃描磁鐵系統(tǒng)(1)、束流監(jiān)測系統(tǒng)(2)、迷你型脊形過濾器(3)、射程移位器(4)、多葉準(zhǔn)直器(5)和患者體表補(bǔ)償器(6)，分別依序置于患者體表(7)前，上述器件的中心與腫瘤靶區(qū)(8)的中心處于束流軸線上，掃描磁鐵系統(tǒng)(1)由x和y方向兩組相互垂直的二級磁鐵組成，束流監(jiān)測系統(tǒng)(2)由電離室和位置靈敏探測器構(gòu)成，其特征是以迷你型脊形過濾器(3)中部垂直山脊的方向?yàn)檩S，旋轉(zhuǎn)迷你型脊形過濾器(3)一個角度θ。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬 Bragg峰寬度的裝置，其特征是上述迷你型脊形過濾器(3)傾斜的角度e在 Q。 90。之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種改變離子束三維適形調(diào)強(qiáng)治療中展寬Bragg峰寬度的裝置，包括掃描磁鐵系統(tǒng)、束流監(jiān)測系統(tǒng)、迷你型脊形過濾器、射程移位器、多葉準(zhǔn)直器和患者體表補(bǔ)償器，分別依序置于患者體表前，上述器件的中心與腫瘤靶區(qū)的中心處于束流軸線上，掃描磁鐵系統(tǒng)由x和y方向兩組相互垂直的二級磁鐵組成，束流監(jiān)測系統(tǒng)由電離室和位置靈敏探測器構(gòu)成，以迷你型脊形過濾器中部垂直山脊的方向?yàn)檩S，旋轉(zhuǎn)迷你型脊形過濾器一個角度θ。本實(shí)用新型根據(jù)腫瘤靶區(qū)的大小，靈活改變展寬Bragg峰的寬度，來改變腫瘤靶區(qū)分層的厚度，達(dá)到節(jié)省照射治療時間和提高照射治療劑量的控制精度。這樣提高了離子束治療裝置每天接受患者治療的能力，可減少離子束治療的費(fèi)用。
文檔編號A61N5/10GK201161068SQ20082002841
公開日2008年12月10日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者劉新國, 強(qiáng) 李, 肖國青 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所