公开了一种用于监视用包括粒子(118)的射束(116)对患者(114)的身体部位(112)的治疗的装置(110)和方法。在本文中，所述装置(110)包括：射束递送单元(120)，所述射束递送单元(120)被指定用于递送包括粒子(118)的射束(116)并且调整所述射束(116)到患者(114)的身体部位(112)上的传播方向(124)；以及验证单元(130)，所述验证单元(130)被指定用于通过确定关于瞬发伽马辐射(140)的信息来验证由所述射束(116)提供到所述患者(114)的所述身体部位(112)的所述粒子(118)的范围和计量递送，所述瞬发伽马辐射(140)通过所述粒子(118)与所述患者(114)的所述身体部位(112)在至少两个单独的相互作用点(150)处的相互作用产生，其中所述验证单元(130)包括对称轴(149)，所述对称轴(149)关于所述至少两个单独的相互作用点(150)对称并且相对于所述射束(116)的所述传播方向(124)垂直定位。所述装置(110)和方法可以优选地用于离子疗法领域，特别是用于验证由所述射束(116)提供到患者(114)的身体部位(112)尤其是到所述患者(114)的肿瘤组织的粒子(118)的范围和剂量递送。子(118)的范围和剂量递送。子(118)的范围和剂量递送。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监视用粒子对患者身体部位的治疗的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于监视用包括粒子的射束对患者的身体部位的治疗的装置和方法。根据本专利技术的装置和方法可以优选地用于离子射束疗法领域，特别是用于验证由射束提供到患者的身体部位尤其是到患者的肿瘤组织的粒子的范围和剂量递送。然而，其他种类的应用也是可能的。
技术介绍
[0002]具有强子射束的粒子疗法在功效和有效性方面具有很高的临床潜力，其中强子是离子，特别是选自质子或选自氦、碳或氧的离子，或者中子。在本文中，碳离子射束特别有前途，因为它们表现出减少的横向扩散和增加的生物效应。在本文中，同步加速器通常用作能量高于50MeV的粒子的主加速器，其中对于临床使用，最大能量通常在230MeV/u与250MeV/u之间，但也可以采用高达515MeV/u的值。随后，通过采用一系列真空管以及整形和聚焦磁铁，将加速的粒子射束传输到至少一个患者治疗室。在治疗室中，射束可以是相对于水平或竖直取向或者相对于特定角度具有固定方向的固定射束，或者可以通过应用旋转机架递送到任何期望方向。在本文中，机架是指适于完全旋转360
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以用于以由治疗指定的角度递送射束的单元。此外，射束可以由递送喷嘴提供，所述递送喷嘴被设计用于对射束进行整形，其方式为使得射束适形于肿瘤的立体几何，优选地适形于肿瘤的横截面形状和远端表面的形状两者，为此，可以使用范围调制器、降能器、准直器和补偿器。主动磁扫描也是可能的。一般来说，患者可以被正确定位以接受治疗。为此目的，可以使用被指定为相对于六个移动或旋转方向准确定位患者的机器人仪器。优选地，疗法控制系统可以进一步用作用于控制和监视治疗的接口。
[0003]一般来说，期望防止患者的健康器官接收辐射，特别是由射束提供的粒子。为此目的，已知采用所谓的“布拉格峰”来显著减少对患者的副作用。如通常所用，术语“布拉格峰”是指所谓的“布拉格曲线”内的明显的峰值，所述布拉格曲线表示入射射束的能量损失相对于射束穿过物质(特别地穿过患者的组织)的行进距离的图形表示。强子射束表现出有利的效果：布拉格峰紧邻强子在物质内特别是在患者组织内静止之前出现。因此，为了解决防止健康器官接收辐射的上文所指示问题，关于布拉格峰在组织内的位置的改进范围是期望的。在本文中，特别地意图应用一种能够尽可能降低范围不确定性并因此降低安全裕度的范围验证。
[0004]在用于对患者组织中的离子强子射束进行范围验证的技术中，瞬发伽马成像已在临床环境中被证明是最有希望实现离子射束实时跟踪的技术。与其他范围验证技术诸如依赖于更长时间尺度上的光子发射的正电子发射体层成像相反，由于由强子射束与组织的核相互作用而导致的伽马辐射的近瞬时发射，瞬发伽马成像允许对发射的伽马辐射进行迅速检测。然而，已经描述，瞬发伽马辐射不是各向同性的，而是相对于后向峰值和前向峰值伽马辐射具有更高的产率。此外，期望范围验证由于在布拉格峰之后在射束方向上片段的出现而变得更加复杂。
[0005]J.Krimmer,D.Dauvergne,J.M.L
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tang,andTesta,Prompt
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gamma monitoring in hadrontherapy:A review,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment 878,2018，第58
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73页对使用瞬发伽马辐射检测来提高强子疗法质量保证的所有技术提出概述并且讨论了现有技术。在本文中，由核反应引起的次级辐射发射与物质中的离子路径相互关联。因此，这种贯穿辐射可用于强子治疗的体内控制，对于强子疗法，初级射束在患者体内被吸收。在次级辐射发射中，提出瞬发伽马辐射来实时验证离子范围。这种验证是减少治疗计划不确定性的期望条件。此概述涵盖十多年来在全球范围内进行以促进基于瞬发伽马辐射的装置在临床条件下使用的努力。专用相机对于克服广泛和高能分布、大背景、高瞬时计数率以及与患者照射的兼容性约束挑战是必要的。已经提出了物理准直的或电子准直的若干类型的瞬发伽马成像装置。此外，还提出了除直接瞬发伽马成像之外的基于使用飞行时间或光子能量测量的具体的计算的其他方法。
[0006]Fernando Hueso
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Gonzalez,Moritz Rabe,Thomas A Ruggieri,Thomas Bortfeld and Joost M Verburg,A full
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scale clinical prototype for proton range verification using prompt gamma
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ray spectroscopy,Phys.Med.Biol.63,2018,185019提出了全尺度临床原型系统，所述全尺度临床原型系统用于使用瞬发伽马射线光谱法对质子笔形射束进行体内范围验证。检测系统由安装在旋转框架上的八个LaBr3闪烁体和钨准直器组成。已经开发了定制的电子设备和校准算法，用于在质子照射期间以临床剂量率测量能量和时间分辨的伽马射线光谱。使用实验确定的核反应截面和GPU加速的蒙特卡罗模拟，为每个单独的笔形射束创建预期伽马射线发射的详细模型。质子笔形射束的绝对范围是通过使测量结果与此模型之间的差异最小化确定的，从而使射束的绝对范围和受照射物质的元素浓度作为自由参数。所述系统的特点在于，通过用扫描笔形射束照射不同的体模来模拟临床类似情况。将0.9Gy的剂量递送到5
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10cm3的目标上，其中2nA的射束电流入射在体模上。使用不同的范围偏移器和材料来测试验证方法的稳健性并计算检测范围的准确性。当在10mm半径和10mm深度的圆柱形区域内聚集笔形射束束斑时，以95％置信水平下1.1mm的平均统计精度和0.5mm的平均系统偏差确定了远端能量层的每个束斑的绝对质子范围。故意引入的小范围误差被成功检测到，并且甚至元素组成的较大差异也不影响范围验证准确性。因此，此系统适合于临床研究中患者治疗期间的范围验证。然而，此系统是为在回旋加速器处加速的质子射束设计的，其中可以观察到入射质子的到达时间与回旋加速器的射频的良好相关性。
[0007]Yunhe Xie,El Hassane Bentefour,Guillaume Janssens,Julien Smeets,Francois Vander Stappen,Lucian Hotoiu,Lingshu Yin,Derek Dolney,Stephen Avery,Fionnbarr O
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Grady,Damien Prieels,James McDonough,Timothy D.Solberg,Robert A.Lustig,Alexander Lin,and Boon本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监视用包括粒子(118)的射束(116)对患者(114)的身体部位(112)的治疗的装置(110)，所述装置(110)包括：
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射束递送单元(120)，所述射束递送单元(120)被指定用于递送包括粒子(118)的射束(116)并且调整所述射束(116)到患者(114)的身体部位(112)上的传播方向(124)；以及
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验证单元(130)，所述验证单元(130)被指定用于通过确定关于瞬发伽马辐射(140)的信息来验证由所述射束(116)提供到所述患者(114)的所述身体部位(112)的所述粒子(118)的范围和剂量递送，所述瞬发伽马辐射(140)通过所述粒子(118)与所述患者(114)的所述身体部位(112)在至少两个单独的相互作用点(150)处的相互作用产生，其中所述验证单元(130)包括对称轴(149)，所述对称轴(149)关于所述至少两个单独的相互作用点(150)对称并且相对于所述射束(116)的所述传播方向(124)垂直定位，其中所述对称轴(149)涉及所述验证单元(130)的设置和布置，其中所述验证单元(130)的通过所述对称轴(149)产生的两个半部相对于彼此是相同的。2.根据权利要求1所述的装置(110)，其还包括单个旋转机架(152)和患者定位平台(154)，其中所述患者定位平台(154)被指定用于接收所述患者(114)，其中所述机架(152)和所述患者定位平台(154)中的至少一者能够相对于另一者移动，其中所述机架(152)包括可移动侧壁(156)和可移动前壁(158)，其中所述前壁(158)相对于所述侧壁(156)垂直放置，其中所述射束(116)的所述传播方向(124)能够相对于所述患者(114)的所述身体部位(112)调整到不同位置。3.根据权利要求2所述的装置(110)，其中所述射束递送单元(120)和所述验证单元(130)两者联接到所述侧壁(156)并且能够随所述侧壁(156)以同步方式相对于所述患者定位平台(154)移动到不同位置。4.根据权利要求2所述的装置(110)，其中所述射束递送单元(120)联接到所述侧壁(156)并且能够相对于所述患者定位平台(154)随所述侧壁(156)移动到不同位置，并且其中所述验证单元(130)联接到所述前壁(158)并且能够随所述前壁(158)以与所述射束递送单元(120)同步的方式相对于所述患者定位平台(154)移动到不同位置。5.根据权利要求2所述的装置(110)，其中所述射束递送单元(120)相对于所述患者定位平台(154)设置在固定位置中，其中所述射束递送单元(120)被指定用于相对于所述患者定位平台(154)以任何取向递送所述射束(116)，并且其中所述验证单元(130)能够相对于由所述患者定位平台(114)确定的平面移动到不同位置。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(110)，其中所述验证单元(130)包括至少一个检测器元件(132)，其中所述检测器元件(132)被指定用于确定通过所述粒子(118)与所述患者(114)的所述身体部位(112)的所述相互作用产生的所述瞬发伽马辐射(140)。7.根据权利要求6所述的装置(110)，其中所述验证单元(130)包括至少两个单独的检测器元件(132)，其中所述至少两个检测器元件(132)以相对于所述验证单元(130)的所述对称轴(149)对称的方式相对于彼此间隔开，其中每个检测器元件(132)被指定用于能够垂直于所述射束(116)的所述传播方向(124)朝向或远离所述患者(114)的所述身体部位(112)移动，其方式为使得每个检测器元件(132)与所述患者(114)的所述身体部位(112)之间的距离对于每个检测器元件(132)是相等的。8.根据权利要求6所述的装置(110)，其中所述验证单元(130)包括单个检测器元件
(132)，其中所述检测器元件(132)被指定用于相对于所述患者(114)的所述身体部位(112)在所述验证单元(130)内放置在至少两个不同位置处，其方式为使得所述检测器元件(132)与所述患者(114)的所述身体部位(112)之间的距离对于每个不同位置得以保持。9...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：费斯博蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：
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