控制质子治疗系统的质子束的系统及方法技术方案

一种在质子治疗系统中控制质子束的系统及方法，该系统包括质子束输送系统，质子束输送系统包括：至少一个消色差束线部，其包括将具有第一预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第一功率设置以及将具有第二预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第二功率设置；以及功率改变单元，其构造成控制质子束的能级以及至少一个消色差束线部的功率设置，使得功率改变单元根据在第一预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使至少一个消色差束线部的功率设置在第一功率设置与第二功率设置之间改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年9月19日提交的美国临时专利申请No.61/879,942的优先权，上述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术整体涉及一种用于癌症治疗的质子疗法，并且尤其涉及一种在用质子疗法治疗患者期间控制质子束的系统及方法。
技术介绍
质子疗法(PT)是一种癌症治疗技术，该技术使用高能量质子穿透患者身体并将能量沉积在例如恶性肿瘤等治疗区中。可以在粒子加速器(通常称为回旋加速器和/或同步加速器)中产生带电质子，并使用引导且塑造粒子束线的一套磁体来将带电质子以束线的形式引导至患者，使得粒子穿透患者身体的所选位置并沉积在治疗区的位置。粒子疗法利用带电粒子的布拉格峰(Bragg Peak)特性，使得大部分能量沉积在沿着束线的行程的最后几毫米(此处常称为等深点(isocenter))中，这与常规的调强放疗(即，光子疗法)相反，在常规的调强放疗中大部分能量沉积在行程的最初几毫米中，由此不期望地损害健康组织。粒子疗法治疗设施通常由单个回旋加速器和多个治疗房间组成。因此，单个回旋加速器常常适合于产生随后被选择性地引导至各治疗房间之一的粒子束线。粒子疗法可以包括为束线选择所需能级，使得粒子的能量基本上沉积在患者身体内的所需位置(即，治疗区)。因此，能级的选择直接涉及患者身体中的治疗区的位置和形状。通常，回旋加速器将产生标准的高能量束线，该标准的高能
量束线可以随后根据特定的治疗方案进行选择性地修改。可以直接将束线引导至患者，而无需任何重定向。然而，更普遍的方法是使用一套配合的偏转磁体来重定向束线，该偏转磁体将束线引导至安装在机架上的质子喷嘴。图1示出了现有技术的粒子治疗机架的示例性实施例，其设计为接纳粒子束线并将粒子束线重定向至患者。如图所示，粒子治疗机架21包括至少三个偏转磁体11A至11C，至少三个偏转磁体11A至11C将粒子束线15重定向至机架的治疗喷嘴13并最终重定向至定位在治疗床17上的患者9。这允许从任意角度将束线15选择性地引导至患者9，并允许医生制定使对健康组织的有害影响最小化的治疗计划。也就是说，机架常常适合于围绕患者旋转，并将束线重定向为与机架的如图1中的指向箭头19'所示的旋转轴线19垂直。因此，治疗喷嘴13和束线15可以围绕患者旋转，使得束线15能够穿透患者身体的多个位置，并从多个方向进入治疗区。这使对健康组织的有害影响最小化并增强治疗效果。因此，与标准的X射线疗法相比，质子疗法能够在使输送至周围组织的剂量最小化的同时通过增加输送至靶区的剂量来显著地改进剂量定位。这些改进基于治疗质子射束在目标材料中的有限的穿透范围。此外，随着质子束在穿透范围的末端附近减速并达到最大能量，沉积至目标材料的能量增加。质子束能量限定穿透深度和能量沉积峰(布拉格峰)的位置。因此，给定能量的质子束在特定治疗深度输送治疗剂量的能量。为了将该治疗剂量输送至具有预定程度的深度的靶标，可以使用具有几种不同能量的质子束。为了提供这几种不同的能量，旧式的质子束治疗系统通常通过插入使质子束能量衰减指定量的材料板来改变治疗喷嘴中的质子束能量。更先进的常规系统改变靠近质子加速器本身的更上游的射束能量。这种常规系统通常需要改变射束输送线路以匹配每个后续的质子束能量。因此，期望得到这样的质子治疗系统：可以在减少这种结构改变和上述调节的同时改变质子束能量。
技术实现思路
本专利技术一般性构思的各种示例性实施例包括超导质子输送系统，该超导质子输送系统包括使质子束喷嘴围绕患者的靶区旋转的机架轮。在一些实施例中，质子束输送系统包括消色差弯部系统，该消色差弯部系统允许使用用于具有不同能量的粒子的相同设置来改变射束运动方向，从而能够在不改变束线设置的情况下使不同能量(在消色差束线部的能量接受窗口中)的质子束输送通过消色差束线部。可以借助于在质子疗法中使用的质子输送系统来实现本专利技术一般性构思的示例性实施例，该质子输送系统包括：至少一个消色差束线部，其包括将具有第一预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第一功率设置以及将具有第二预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第二功率设置；以及功率改变单元，其构造成控制质子束的能级以及至少一个消色差束线部的功率设置，使得功率改变单元根据在第一预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使至少一个消色差束线部的功率设置在第一功率设置与第二功率设置之间改变。功率改变单元可以构造成：在质子束能量从第一预定范围的质子束能量转变至第二预定范围的质子束能量时，将至少一个消色差束线部的功率设置改变为达到第二功率设置。功率改变单元可以构造成根据质子束能量的变化率来使至少一个消色差束线部的功率设置。在第一功率设置与第二功率设置之间改变功率改变单元可以构造成递增地改变质子束的能级和/或至少一个消色差束线部的功率设置。在第一预定范围的质子束能量中的质子束能量为恒定时，功率改变单元可以改变至少一个消色差束线部的功率设置。与在第一预定范围的质子束能量中的质子束能量变化同时地，功率改变单元可以改变至少一个消色差束线部的功率设置。第一预定范围的质子束能量和第二预定范围的质子束能量可以互相不同且彼此不包含。至少一个消色差束线部可以包括第三功率设置，第三功率设置用于将第三预定范围的质子束能量引导至治疗靶区，并且控制器构造成：根据在第二预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使至少一个消色差束线部的功率设置在第二功率设置与第三功率设置之间改变。还可以通过提供在质子治疗中使用的消色差射束系统来实现本专利技术一般性构思的示例性实施例，该消色差射束输送系统包括：超导消色差透镜，其具有限定能量接受窗口的功率设置，使得超导消色差透镜将具有预定范围的质子束能量的质子束引导至靶区，能量接受窗口具有最小能级和最大能级；以及功率改变单元，其构造成控制质子束的能量以及超导消色差透镜的功率设置，使得功率改变单元根据在最小能级与最大能级之间发生的质子束能量的变化来改变超导消色差透镜的功率设置。超导消色差透镜可以构造成引导具有预定范围的质子束能量的质子束通过超导消色差透镜，而不造成射束损失。超导消色差透镜可以构造成在不调节超导消色差透镜的功率设置的情况下将具有预定范围的质子束能量的质子束经由超导消色差透镜输送至具有预定深度的治疗靶区。还可以通过提供在质子治疗系统中将质子束输送至患者的靶区的方法来实现本专利技术一般性构思的示例性实施例，方法包括：使用消色差束线部，消色差束线部包括将第一预定范围的质子束能量的引导至治疗靶区的第一功率设置以及将第二预定范围的质子束能量引导至所述治疗靶区的第二功率设置；使质子束的能级在第一预定范围的质子束能量与第二预定范围的质子束能量之间改变；以及根据在第一预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使消色差束线部的功率设置在第一功率设置与第二功率设置之间改变。该方法还可以包括：在质子束能量从第一预定范围的质子束能量转变至第二预定范围的质子束能量时，将消色差束线部的功率设置改变成第二功率设置。递增地改变消色差束线部的功率设置的操作可基于质子束能量
的变化率。消色差束线部可以包括第三功率设置，该第三功率设置将第三预定范围的质子束能量引导至治疗靶区。该方法还可以包括：根据在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在质子疗法中使用的质子束输送系统，包括：至少一个消色差束线部，其包括将具有第一预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第一功率设置以及将具有第二预定范围的质子束能量的质子束引导至所述治疗靶区的第二功率设置；以及功率改变单元，其构造成控制质子束的能级以及所述至少一个消色差束线部的功率设置，使得所述功率改变单元根据在所述第一预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使所述至少一个消色差束线部的功率设置在所述第一功率设置与所述第二功率设置之间改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.19 US 61/879,9421.一种在质子疗法中使用的质子束输送系统，包括：至少一个消色差束线部，其包括将具有第一预定范围的质子束能量的质子束引导至治疗靶区的第一功率设置以及将具有第二预定范围的质子束能量的质子束引导至所述治疗靶区的第二功率设置；以及功率改变单元，其构造成控制质子束的能级以及所述至少一个消色差束线部的功率设置，使得所述功率改变单元根据在所述第一预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使所述至少一个消色差束线部的功率设置在所述第一功率设置与所述第二功率设置之间改变。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率改变单元构造成：在质子束能量从所述第一预定范围的质子束能量转变至所述第二预定范围的质子束能量时，将所述至少一个消色差束线部的所述功率设置改变为达到所述第二功率设置。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率改变单元构造成根据质子束能量的变化率来使所述至少一个消色差束线部的所述功率设置在所述第一功率设置与所述第二功率设置之间改变。4.根据权利要求1所述的系统，其中，当在所述第一预定范围的质子束能量中的质子束能量为恒定时，所述功率改变单元改变所述至少一个消色差束线部的所述功率设置。5.根据权利要求1所述的系统，其中，与在所述第一预定范围的质子束能量中的质子束能量变化同时地，所述功率改变单元改变所述至少一个消色差束线部的所述功率设置。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一预定范围的质子束能量和所述第二预定范围的质子束能量互相不同且彼此不包含。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个消色差束线部包括第三功率设置，所述第三功率设置用于将第三预定范围的质子束能量引导至所述治疗靶区，并且所述控制器构造成：根据在所述第二预定范围的质子束能量中发生的质子束能量的变化来使所述至少一个消色差束线部的所述功率设置在所述第二功率设置与所述第三功率设置之间递增地改变。8.一种在质子治疗中使用的消色差射束输送系统，包括：超导消色差透镜，其具...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪米尔·安费罗夫，
申请(专利权)人：普罗诺瓦解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US