重离子放射治疗多功能三维适形调强装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及重离子放射治疗多功能三维适形调强方法及装置。一种重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，其主要特点在于：包括有准直模块由相对运动的左合金叶片与右合金叶片，根据肿瘤靶区在束流方向上的投影轮廓，在横向上调整各叶片与轮廓的径向距离，构造适形的照射野；补偿模块由相对运动的左矩形长条与右矩形长条堆叠构成，根据束流能量以及肿瘤靶区三维外形参数，调整左右矩形长条相对径向距离，组成内凹腔表面与肿瘤靶区后沿曲面相共轭的适形模块，其中相互吻合的矩形长条形成其外廓基底。本发明专利技术的优点是实现了准直和补偿功能的自动化，在线变换准直构型和适形补偿构型的时间间隔非常短，提高了工作效率。通过准直和补偿两种不同功能的整合，去掉了离线手工加工补偿器的环节，节省了物料，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重离子放射治疗多功能三维适形调强方法及装置。
技术介绍
恶性肿瘤(癌症)是一种常见病、多发病，也是对人类健康危害极大的疾病，并一直是困扰世界各国的难题。据1995年世界卫生组织出版的“国家癌症控制内容”资料，1990年全世界因癌症死亡的人数约为600万，新增病例1000万。我国肿瘤防治办公室的调查资料也显示，全国每年因癌症死亡人数约140万，占我国死亡总人数的20%，居各种死亡原因的第二位，并且仍在以每年1.3%的速度增加。因此，癌症预防和治疗新方法研宄是国家“人口与健康”战略目标的主要内容之一。据统计，经不同方法治疗的癌症患者五年存活率已达45%以上，其中，有四成是经过放射治疗的。近年来，癌症放射治疗的治愈率和有效控制率明显提高，放射治疗使某些早期局部性肿瘤获得根治。同时放射治疗对癌症所在部位的器官及其功能的保留有重要意义。很久以来，放射治疗都采用常规治疗(电子、X和g_射线等)方法，它们对某些肿瘤虽然具有较好的疗效，但由于其物理和生物特性的缺陷，在杀死癌细胞的同时，使周围健康组织也受到较大损伤，造成明显的毒副作用，甚至出现一些并发症。尽管对放射治疗设备进行非常严密的设计，但癌瘤周围的正常组织和器官仍然受到相当剂量的照射。为了避免肿瘤周围的正常组织(特别是对放射线敏感的重要组织和器官)受到不必要的损伤，有时不得不减少总剂量，致使肿瘤靶区得不到足够的照射剂量，因此极大地降低了肿瘤的治愈率。据统计，在所有的常规放疗病人中，约有1/3病人局部肿瘤未能得到控制；另有报告称，在美国每年有10万个癌症病人由于局部肿瘤未控而导致治疗失败。质子和重离子是重带电粒子，不同于常规射线:由于它们的质量很大，进入人体内的运动可近似看成是直线，质子和重离子在射程的末端能量损失最大，在人体内形成尖锐的“Bragg”峰，离子越重，此峰越窄，形成峰之前是低平坦的坪，峰后是陡直的尾。因而它们在人体内有确定的射程，射程的大小决定于它们能量的大小。利用质子和重离子能量损失集中于射程末端的性质，在治疗肿瘤时，根据肿瘤的深度来调节质子和重离子能量的大小，使“Bragg”峰位于肿瘤位置，达到对肿瘤的最大程度的杀伤，而且到达肿瘤所必需穿过的正常组织的损伤非常小，肿瘤后面的正常组织几乎不受任何影响。测量重离子剂量分布一般都是在射线束垂直入射到表面平坦、均匀的水体模中进行的，由于射程一致，获得的深度剂量分布一般都是规整的。将重离子束应用到患者体内，目的是使重离子高剂量区(Bragg峰)包裹照射肿瘤靶区而使正常组织受照射区域最小；在使用重离子束照射肿瘤靶区时，由于人体曲面和组织的不均匀性，重离子束经过的水等效厚度不一致，导致重离子布拉格峰在人体靶区的位置不一致，从而造成高剂量区的照射偏差，伤害到正常组织或危急器官。为了解决这一问题，一方面需要进行辐射场的横向适应，采用准直器对辐射场进行构形，使辐射场横截面边缘与肿瘤靶区在束流方向最大投影相吻合，即经过束流准直器形成照射野，保护横向的正常组织；一方面要进行组织补偿，在束流方向上调整Bragg峰的深度位置，使之与肿瘤靶区后沿形状相符合，保护肿瘤靶区后沿的正常组织。目前的束流准直器多为多叶准直器(mult1-leaf collimator)，当叶片构形后，在横向上截取与肿瘤靶区在束流方向上的投影轮廓相适形的照射野，射野内的束流可顺利通过，在射野外的束流被叶片阻挡不能通过，从而可实施适形照射治疗。补偿器是根据患者病灶形状及大小制作的个体设备，其设计参数应由治疗计划软件系统依据靶区重建图像及束流入射路径等因素给出，原理为:沿束流入射方向，确保从补偿器表面任意一点到病灶后沿的水等效厚度相同。目前一般情况下补偿器由轻质组织等效材料如有机玻璃(PMMA)经数控机床加工而成。目前的准直器和补偿器都是独立的单个设备。尤其是补偿器加工方式仍属于离线加工方法，需要在治疗提前加工出来，时效性不强。且需要为每一各射野加工一个适形块，且材料不能重复利用，成本较高，耗时长，效率不高。因此在适形调强技术层面存在改进的必要性和可行性。在现有重离子放射治疗中，照射野的横向准直适形和束流纵向的组织补偿(被动的束流强度调节)功能分别由准直器(光阑，多叶光栅等)和组织补偿器(楔形块，铅块等)两个独立的设备来实现。而目前除了准直器这一类别出现了电动多叶光栅准直器之外，组织补偿器(包括楔形块，铅块等)还只能依靠人工加工，手动摆位，并且无法实现组织补偿器的重复利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种重离子放射治疗多功能三维适形调强装置。本专利技术的又一目的在于提供一种重离子放射治疗多功能三维适形调强方法。提供一种兼具束流准直功能和组织补偿功能的重离子放射治疗三维适形调强装置，多功能适形调强装置驱动能相向运动的矩形长条相互靠拢，组成一个内凹开口与照射野相一致，内凹表面与肿瘤靶区后沿形状(曲线)相共轭，外廓具有基底的筒状适形调强模体，可直接应用于加速器治疗头，实时自动地完成特异化的束流三维适形调强功能，实现功能整合、自动化和设备的快速循环利用，提高效率，节约成本。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:一种重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，其主要特点在于:包括有准直模块由相对运动的左合金叶片与右合金叶片构成，根据肿瘤靶区在束流方向上的投影轮廓，在横向上调整各叶片与轮廓的径向距离，构造适形的照射野；补偿模块由能相对运动的左矩形长条与右矩形长条规则地堆叠构成，根据束流能量以及肿瘤靶区三维外形参数，调整左右矩形长条相对径向距离(即调整矩形长条与肿瘤靶区边界的径向距离)，组成内凹腔表面与肿瘤靶区后沿曲面相共轭的适形模块，其中相互吻合的矩形长条形成其外廓基底。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的准直合金叶片横向宽度通常为1-5毫米；补偿矩形长条横向宽度通常为1-5毫米，纵向厚度通常为1-5毫米。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的准直模块和补偿模块由固定框固连于绕束流轴线(B)旋转运动的旋转底座上。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的准直模块的合金叶片和所述的补偿模块的矩形长条均能沿垂直束流轴线(B)方向独立径向运动。。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的准直模块和补偿模块构型的形状是内凹开口与照射野相一致，内凹表面与肿瘤靶区后沿曲面相共轭，外廓从准直模块上表面任意一点到肿瘤靶区后沿的水等效厚度相同的基底的筒状适形调强模体。所述的准直模块叶片的材料为钨合金，补偿模块矩形长条材料为组织等效材料，包括固体水或PMMA或聚四氟乙烯。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的准直模块，独立驱动电机通过驱动丝杆驱动所述左合金叶片与右合金叶片独立径向位移。所述的重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，所述的补偿模块，独立驱动电机通过驱动丝杆驱动所述左矩形长条与右矩形长条独立径向位移。—种重离子放射治疗多功能三维适形补偿调强方法，其主要特点在于步骤为:(I)利用重离子放射治疗计划系统，获取所用实体肿瘤计划靶区参数，包括束流方向最大靶区投影，即射野投影，束流能量及对应的水等效贯穿深度，入射路径水等效贯穿厚度分布，即肿瘤靶区后沿曲面分布。(2)获取适形调强装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重离子放射治疗多功能三维适形调强装置，其特征在于：包括有准直模块由相对运动的左合金叶片与右合金叶片，根据肿瘤靶区在束流方向上的投影轮廓，在横向上调整各叶片与轮廓的径向距离，构造适形的照射野；补偿模块由相对运动的左矩形长条与右矩形长条堆叠构成，根据束流能量以及肿瘤靶区三维外形参数，调整左右矩形长条相对径向距离，组成内凹腔表面与肿瘤靶区后沿曲面相共轭的适形模块，其中相互吻合的矩形长条形成其外廓基底。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴中颖，李强，刘新国，申国盛，马圆圆，贺鹏博，黄齐艳，闫渊林，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62