專(zhuān)利名稱(chēng)：用于放射療法波束形態(tài)的可編程粒子擴(kuò)散器的制作方法
用于放射療法波束形態(tài)的可編程粒子擴(kuò)散器本申請(qǐng)是2005年7月21日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?005800M563. 3，發(fā)明名稱(chēng)為“用于 放射療法波束形態(tài)的可編程粒子擴(kuò)散器”的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是2004年9月M日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0/949，734美國(guó)申請(qǐng)的后繼申請(qǐng)，其 要求2004年7月21日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0/590，088的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的利益。上述申請(qǐng)的 全部教導(dǎo)通過(guò)引證并入本文。
背景技術(shù)：
帶電粒子在用于治療癌癥的放射療法領(lǐng)域中已經(jīng)被應(yīng)用了超過(guò)50年。為了產(chǎn)生 符合患者體內(nèi)目標(biāo)體積的形狀的臨床上有益的劑量分配，在粒子加速器和患者之間插入大 量的波束整型和調(diào)節(jié)物質(zhì)。相比于傳統(tǒng)的在組織內(nèi)按指數(shù)率衰減的高能量的X射線(xiàn)束，質(zhì) 子束具有顯著的臨床優(yōu)勢(shì)。相比高能量的X射線(xiàn)(光子)，能量吸收的物理過(guò)程對(duì)于質(zhì)子來(lái) 講是有利的并且是不同的。質(zhì)子束釋放很小的引入劑量，隨后當(dāng)質(zhì)子在組織中停止時(shí)釋放大量的劑量。在物 理學(xué)家Bragg發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象之后，將在質(zhì)子的組織滲透范圍的末端上的劑量的大量吸收稱(chēng) 為Bragg頂點(diǎn)。附圖1顯示的是來(lái)自沒(méi)有被調(diào)整的波束中的Bragg頂點(diǎn)，以及Bragg頂點(diǎn) 的分布和個(gè)別的Bragg頂點(diǎn)曲線(xiàn)族加在一起形成的Bragg頂點(diǎn)分布。從粒子加速器中形成的波束，通過(guò)將設(shè)備和材料插入波束中被整型。波束整型的 一個(gè)目的在于在遍及目標(biāo)的體積上(例如，患者體內(nèi)的瘤)釋放均勻的放射劑量。范圍 (即，波束滲透到組織內(nèi)的深度)需要被調(diào)整以確保均勻的或者預(yù)先確定的放射劑量被釋 放到目標(biāo)表面的近端和末梢之間(在此所使用的術(shù)語(yǔ)“近端”和“末梢”與波束路徑結(jié)合使 用。術(shù)語(yǔ)“近端”特定的涉及波束進(jìn)入目標(biāo)的入口區(qū)域)。此外，為了治療較大的瘤，波束 需要橫向地展開(kāi)(在此所使用的術(shù)語(yǔ)“橫向地”是涉及實(shí)質(zhì)上與波束路徑成直角的任何方 向)。波束通過(guò)一系的擴(kuò)散器和孔徑被操作并被整型。在波束整型系統(tǒng)中，波束被首先被引入第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，該擴(kuò)散器/范圍 調(diào)整器使波束分散足夠?qū)挼慕嵌扔靡灾委煷蠹s20-30cm的治療區(qū)域。接著由第一擴(kuò)散器的 分散和范圍調(diào)整，波束被引入補(bǔ)償?shù)牡诙U(kuò)散器。這個(gè)器件的目的在于使從第一擴(kuò)散器出 來(lái)的波束的橫截面變平。這樣就允許Bragg頂點(diǎn)在等角點(diǎn)距離上的強(qiáng)度是平坦的和均勻 的。附圖2示出由高Z和低Z物質(zhì)所組成的補(bǔ)償?shù)牡诙U(kuò)散器，所述的高Z和低Z物質(zhì)具 有能夠使高Z物質(zhì)的分散性質(zhì)與低Z物質(zhì)的吸收性質(zhì)相匹配的形狀，用以提供平坦的、均勻 的寬的波束。波束整型系統(tǒng)的第三器件是范圍協(xié)調(diào)塊。其典型的是一個(gè)厚圓柱的丙稀酸塑料， 目標(biāo)體積的末梢表面的三維的反面已經(jīng)被機(jī)械加工。該器件也包括從波束方向?qū)颊叩耐?部表面外形的補(bǔ)償，以及對(duì)不同種類(lèi)(例如，路徑中的骨頭和空氣)的補(bǔ)償。大多數(shù)的組織 實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于水，但是對(duì)于這些不同物質(zhì)的補(bǔ)償值能夠從CT圖像數(shù)據(jù)組中被計(jì)算出來(lái)。作 為結(jié)果的三維結(jié)構(gòu)被置于波束路徑中以確保Bragg頂點(diǎn)符合目標(biāo)的末梢表面，從而導(dǎo)致被用在目標(biāo)體積之外的重要的結(jié)構(gòu)上的劑量最小。波束成型系統(tǒng)的第四器件對(duì)波束橫向地整型以使其與目標(biāo)體積的形狀相匹配，所 述目標(biāo)體積的形狀正如同通過(guò)專(zhuān)用于治療而制作的孔徑所形成的波束源的方向中看到的 那樣。通常，這是通過(guò)將在黃銅或其它高Z物質(zhì)的厚塊中機(jī)械加工成型的孔并將該孔置于 緊靠近患者的位置來(lái)完成的。波束在橫向延伸上被該器件限定，因此符合目標(biāo)體積的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
向粒子束中插入一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散和/或吸收物質(zhì)的可編程路徑長(zhǎng)度可以被用來(lái) 以預(yù)期的方式調(diào)整擴(kuò)散角度和波束范圍。帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器可以包括高Z物 質(zhì)，其在粒子波束路徑中具有可調(diào)路徑長(zhǎng)度；可以包括低Z物質(zhì)，其在粒子波束路徑中具有 可調(diào)路徑長(zhǎng)度；還包括在將目標(biāo)暴露給波束期間獨(dú)立地調(diào)整高Z和低Z路徑長(zhǎng)度的可編程 控制器。所述的高Z和低Z物質(zhì)可以是液體。低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度以及高Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng) 度可以是獨(dú)立地持續(xù)可調(diào)的。帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器在粒子波束路徑中可以包括具有相對(duì)壁的儲(chǔ)液 室；調(diào)整儲(chǔ)液室的兩壁之間的距離的驅(qū)動(dòng)器；還包括用于驅(qū)動(dòng)器的可編程控制器，用于在 目標(biāo)暴露給波束的期間調(diào)整儲(chǔ)液室的兩壁之間的距離。儲(chǔ)液室的兩壁之間的距離可以是持 續(xù)可調(diào)的。第一和第二儲(chǔ)液室可以被串聯(lián)地安置在粒子束路徑中。第一和第二儲(chǔ)液室可以 單獨(dú)地包含高Z和低Z物質(zhì)。第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離以及第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之 間的距離可以是獨(dú)立地持續(xù)可調(diào)的。提供帶電粒子束的帶電粒子源和帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器可以被應(yīng)用于 放射治療儀器中。波束監(jiān)控器可以被用于測(cè)量波束強(qiáng)度并將波束強(qiáng)度傳遞給可編程控制 器?？删幊炭刂破骺梢愿鶕?jù)預(yù)先確定的波束強(qiáng)度的時(shí)間積分與低Z和高Z物質(zhì)的期待路徑 長(zhǎng)度之間的預(yù)定關(guān)系獨(dú)立地調(diào)整低Z以及高Z路徑長(zhǎng)度?？删幊炭刂破骺梢猿掷m(xù)地和動(dòng)態(tài) 地獨(dú)立調(diào)整低Z以及高Z路徑長(zhǎng)度。帶電粒子源可以是回旋加速器。該回旋加速器可以是同步回旋加速器。任何帶電 粒子都可以被使用，舉例來(lái)說(shuō)，所述的帶電粒子可以是質(zhì)子。帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器的高Z物質(zhì)和低Z物質(zhì)可以被安置在同步回旋加 速器的提取通道中。其中帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器包括在粒子波束路徑中具有相對(duì) 壁的儲(chǔ)液室，該儲(chǔ)液室可以同樣地被放置在同步回旋加速器的提取通道中。本發(fā)明的實(shí)施方案具有很多的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)獨(dú)立地和持續(xù)地改變高Z和低Z物質(zhì)的 厚度，粒子路徑在整個(gè)治療的過(guò)程中可以持續(xù)地變化。這樣可以有效地產(chǎn)生Bragg頂點(diǎn)分 布獨(dú)特的、實(shí)質(zhì)上不定的外形，借此將等角的和不均勻兩種放射劑量?jī)烧哌f送給目標(biāo)。本發(fā) 明的第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器使由波束吸收的劑量與三維治療體積相匹配，從而得到高度 一致的劑量分配。這樣就為患者帶來(lái)最佳的臨床效果。癌癥治療的局部控制速率隨著對(duì)瘤 的劑量的增加而提高，而并發(fā)癥的比率(由于對(duì)重要結(jié)構(gòu)使用不必要的用量)隨著給周?chē)?正常組織上的劑量而增加。通過(guò)使用準(zhǔn)確整型的質(zhì)子束，與使用光子(χ-射線(xiàn))束相比，治 療體積上的劑量和給到周?chē)M織上的用量的比例顯著增加。在一些實(shí)施方案中，同步回旋加速器作為帶電粒子源的使用使得本發(fā)明可以避免 依賴(lài)不穩(wěn)定的能量波束。此外，本發(fā)明的設(shè)備的操作通過(guò)調(diào)整高Z和低Z物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間選擇被可編程處理器以持續(xù)可變的方式所控制，以產(chǎn)生預(yù)先確定的、不均勻的Bragg頂 點(diǎn)分布。除了常規(guī)的臨床方案，還會(huì)有至少一種擴(kuò)散和范圍調(diào)整的特殊的情況，在這種情 況下需要較高強(qiáng)度的、小的波束，比如在治療眼瘤或者斑點(diǎn)惡化的情況下。這些特殊的情況 需要很淺的滲透深度，非常小的區(qū)域尺寸，并且治療時(shí)間也會(huì)減少。在這種情況下，由于區(qū) 域尺寸非常的小，因此第二補(bǔ)償?shù)臄U(kuò)散器是不需要的。本發(fā)明的第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器 對(duì)于這種特殊情況的應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有特殊的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明采用過(guò)去所使用的基礎(chǔ)的物理原理并將它們與當(dāng)今的控制系統(tǒng)技術(shù)和新 的幾何學(xué)相結(jié)合以建立新的波束擴(kuò)散和范圍調(diào)整裝置，該裝置不僅可以有計(jì)劃地傳遞如固 定的擴(kuò)散器/調(diào)整器部件的相同的性能，也可以傳遞實(shí)時(shí)調(diào)整的獨(dú)特可變的外形，以產(chǎn)生 與目標(biāo)體積高度匹配的劑量分配。這種可以持續(xù)地并獨(dú)立地改變穿過(guò)“高Z”和“低Z”物 質(zhì)的波束路徑長(zhǎng)度的能力避免了必須計(jì)劃并釋放有限量的固定Bragg頂點(diǎn)分布的放射治 療劑量的問(wèn)題。


通過(guò)下面對(duì)如附圖中所示出的本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案更加具體的描述，本發(fā)明前 面所述的以及其它的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加的明顯。其中在附圖中，相同的參考數(shù)字在 全部附圖中是指向相同的部件。附圖并不是按照比例所繪制的，其重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的原理。附圖IA示出由質(zhì)子束釋放的放射沉積劑量作為滲透深度的函數(shù)的典型圖。在滲 透范圍的末梢部分上的頂點(diǎn)是Bragg頂點(diǎn)；附圖IB示出Bragg頂點(diǎn)分布圖，該分布圖是期待的放射的等角劑量的釋放；附圖IC是示出由滲透范圍被調(diào)整的質(zhì)子束所產(chǎn)生的多個(gè)Bragg頂點(diǎn)重疊的結(jié)果 的圖；附圖2示出由高Z和低Z物質(zhì)所組成的補(bǔ)償?shù)牡诙U(kuò)散器的橫截面，其中所述的 高Z和低Z物質(zhì)具有與物質(zhì)的擴(kuò)散和吸收特性相匹配的形狀；附圖3是使用本發(fā)明的設(shè)備和方法的放射治療系統(tǒng)的方框圖；附圖4A是本發(fā)明的帶電粒子擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器的優(yōu)選實(shí)施方案的側(cè)視圖(局 部切割)；附圖4B是附圖4A的設(shè)備的端視圖；附圖5A是在本發(fā)明帶電粒子擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器的優(yōu)選實(shí)施方案中改變的側(cè)視 圖(局部切割)；附圖5B是附圖5A中設(shè)備的端視圖；附圖6是示出當(dāng)與粒子加速器相結(jié)合時(shí)，附圖5A所示的實(shí)施方案的優(yōu)勢(shì)配置的俯 視圖；附圖7是說(shuō)明由本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案所使用的反饋操縱系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式盡管本發(fā)明可適用于所有的帶電粒子束，但是現(xiàn)在所討論的重點(diǎn)只是用于放射治療的質(zhì)子束，作為一種示意性的和有益的實(shí)施例。正如上面所討論的那樣，從粒子加速器中所形成的質(zhì)子束被波束路徑中插入的多 個(gè)設(shè)備和物質(zhì)所整型和調(diào)整。本發(fā)明的一種實(shí)施方案是帶電的粒子擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，該調(diào)整器在一些實(shí)施 方案中可以被用于質(zhì)子束放射治療系統(tǒng)的普通實(shí)施中，作為第一擴(kuò)散器。附圖3是結(jié)合本 發(fā)明的實(shí)施方案的粒子治療系統(tǒng)100的方框圖。它簡(jiǎn)單地示出適合本發(fā)明的系統(tǒng)器件。出 于簡(jiǎn)化的目的，省去了其它的子系統(tǒng)，例如粒子加速器的RF控制系統(tǒng)、真空洗塵器、電源寸。典型的是，輸入到系統(tǒng)100中的輸入102是將被治療的目標(biāo)體積的大小和位置以 及患者的外部輪廓。目標(biāo)體積參量102被治療規(guī)劃系統(tǒng)104使用，用來(lái)指示三維劑量分配 以便等角地將劑量釋放給目標(biāo)體積。治療規(guī)劃系統(tǒng)104的輸出被傳遞到質(zhì)子治療系統(tǒng)控制 器106中，該控制器生成供不同的子系統(tǒng)使用的一系列參數(shù)以執(zhí)行該治療。這些參數(shù)包括 Bragg頂點(diǎn)的末梢寬度和Bragg頂點(diǎn)分布的深度108，以及作為總劑量的函數(shù)的高和低Z路 徑長(zhǎng)度的計(jì)算110，該計(jì)算以參數(shù)108為基礎(chǔ)。對(duì)包括可編程的第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器 112的子系統(tǒng)重要的參數(shù)是被用于插入到質(zhì)子束中作為由波束監(jiān)控器114測(cè)量的總劑量的 函數(shù)的高和低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度。如果加速器116的輸出在整個(gè)時(shí)間內(nèi)都是已知的常數(shù)， 那么路徑長(zhǎng)度可以相對(duì)于時(shí)間被編程。在這個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)直接來(lái)自波束監(jiān)控器114中 信息的使用消除了加速器的輸出是相對(duì)于時(shí)間的常數(shù)的這種限制。有用于被測(cè)量的總劑量的修正的計(jì)算的路徑長(zhǎng)度，被第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器控 制系統(tǒng)118轉(zhuǎn)變成用于線(xiàn)性傳動(dòng)裝置122和123的高Z和低Z位置指令120，所述的傳動(dòng)裝 置122和123分別改變高Z和低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度IM和125。高Z和低Z物質(zhì)可以是固 體、液體和氣體。液體物質(zhì)是優(yōu)選的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，線(xiàn)性傳動(dòng)裝置122和123是線(xiàn) 性發(fā)動(dòng)機(jī)/編碼器。編碼器測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際位置和伺服環(huán)路(如在附圖7中更具體的描 述)，以確保密封控制和誤差狀況感應(yīng)用以通過(guò)實(shí)行低Z和高Z路徑長(zhǎng)度的密封控制保證治 療安全并防止誤差。由粒子加速器116(其在一個(gè)實(shí)施方案中是回旋加速器)產(chǎn)生的波束1 被波束 監(jiān)控器114所監(jiān)控并被本發(fā)明的第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器112所調(diào)整。在通過(guò)第一擴(kuò)散器 112后，波束1 通過(guò)如在附圖2中所示出的第二補(bǔ)償?shù)臄U(kuò)散器128。在第二擴(kuò)散器1 上持續(xù)的橫向擴(kuò)展和波束調(diào)節(jié)之后，波束1 在進(jìn)入患者內(nèi)目 標(biāo)體積134之前被范圍補(bǔ)償塊130，以及橫向地被最后的等角孔132進(jìn)一步地整型。附圖3中的第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器112的兩個(gè)作為替代的實(shí)施方案是設(shè)備200 和200’，如附圖4A，4B和5A，5B中所示。參考附圖4A和5A，設(shè)備200和200，包括兩個(gè)密封的系統(tǒng)系統(tǒng)202和系統(tǒng)204。 其中系統(tǒng)202中添滿(mǎn)了諸如水的低Z流體，系統(tǒng)204中添滿(mǎn)了諸如液體狀態(tài)水銀的高Z流 體。流體也可以在溶液中混合其它元素，比如像在低Z流體中的硼，其作為對(duì)高Z部分中 所產(chǎn)生的中子的屏障。質(zhì)子束(沒(méi)有示出)沿著中軸從左運(yùn)行到右。兩個(gè)系統(tǒng)202和204 并行放置。最靠近質(zhì)子束源放置的即可以是高Z系統(tǒng)204，也可以是低Z系統(tǒng)202。在此所 示的實(shí)施方案是將高Z系統(tǒng)204放置在最靠近加速器116的輸出端上(參見(jiàn)附圖3和附圖 6)。
為了提供在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都是可靠的流體密封，系統(tǒng)202和204分別包括焊接的 金屬伸縮管212和214。伸縮管212和214作為可展開(kāi)的側(cè)壁，其與相對(duì)壁216、218(系統(tǒng) 202)和220、222(系統(tǒng)204) —起形成置于粒子束路徑中的儲(chǔ)液室。參考附圖4A中的設(shè) 備200，在每個(gè)儲(chǔ)液室內(nèi)，有凹的管狀延伸2 和226。參考附圖5A中的設(shè)備200’，管狀延 伸224’和226’是同軸的，其中管狀延伸226’被置于管狀延伸224’內(nèi)。參考附圖5A中的 設(shè)備200’，相對(duì)壁216和222是管狀延伸226’的相同部分的不同面。側(cè)壁220裝有入口窗 口 228。側(cè)壁218裝有出口窗口 230。所述的入口和出口窗口 2 和230是由薄的抵抗放 射的箔片制備，舉例來(lái)說(shuō)，不銹鋼或鈦。箔片足夠的薄以致實(shí)質(zhì)上不影響波束。參考附圖4A中的設(shè)備200，一種薄的，抵抗放射性的隔膜232(由類(lèi)似于窗口 2 和230的材料所制備)被置于穿過(guò)中心板234內(nèi)的孔。參考附圖5A中的設(shè)備200’，隔膜 232’被置于穿過(guò)管狀延伸226’的部分中的孔，以限定壁216和222。隔膜232將系統(tǒng)中 202和204中的兩種流體分開(kāi)。用于隔膜232和窗口 2觀、230的小的修正將會(huì)被考慮在系 統(tǒng)的模型中。參考附圖4A中的設(shè)備200，在伸縮管212和214的操作期間，入口和出口窗口 2 和230可以接觸到劃分隔膜232。同樣地，參考附圖5A中所示的設(shè)備200’，入口和出口窗 口 2 和230可以接觸到劃分隔膜232’。這樣就允許高Z路徑長(zhǎng)度或者低Z路徑長(zhǎng)度可 以被獨(dú)立地選擇實(shí)質(zhì)上為零。允許伸縮管212和214的進(jìn)一步的壓縮允許入口和出口窗口 228和230在伸縮管212和214在被完全壓縮之前接觸到劃分隔膜232或232’。直線(xiàn)方向軌道MO迫使伸縮管212和214和延伸226，226’和224，224’的運(yùn)動(dòng)與 粒子束中軸208實(shí)質(zhì)上一起呈直線(xiàn)?！獙?duì)線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)/編碼器，例如圖3中所示的傳動(dòng)裝置122和124，被用于改變低 Z和高Z的路徑長(zhǎng)度。參考附圖4A和5A，線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)/編碼器包括與波束中軸208實(shí)質(zhì)上 平行的定子242和M4，包括沿著定子242和244移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)/編碼器滑架246和M8。 附著到電動(dòng)機(jī)/編碼器滑架246和低Z伸縮管上的是具有滑架250的球，其通過(guò)使用滾珠 252沿著直線(xiàn)軌道240移動(dòng)。類(lèi)似地，滾珠滑架2M被附著到電動(dòng)機(jī)/編碼器滑架248和高 Z伸縮管214上。滾珠滑架邪4通過(guò)使用滾珠256沿著直線(xiàn)軌道240移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)/編碼 器滑架246和248的移動(dòng)展開(kāi)或壓縮伸縮管212和214，從而改變填充到各自伸縮管中的高 Z和低Z流體的總量并借此改變高Z和低Z路徑長(zhǎng)度。在伸縮管中的流體實(shí)質(zhì)上是不能壓縮的。因此，供應(yīng)最適宜的是擴(kuò)展池組，也是由 在這個(gè)實(shí)施方案中焊接的金屬伸縮管所構(gòu)成。參考附圖4B和5B，擴(kuò)展池270和272接近伸 縮管212和214。擴(kuò)展池270和272以中心板中的內(nèi)部路徑274的方式被連接起來(lái)。由于 任一流體的路徑長(zhǎng)度被控制系統(tǒng)118的裝置所改變，被置換的流體被盛放在相應(yīng)的擴(kuò)展池 中。受驅(qū)動(dòng)的伸縮管212和214以及擴(kuò)展池270和272包括具有不是易變的和消耗性的封 鉛的密封系統(tǒng)，其在整個(gè)時(shí)間和接近分散的放射時(shí)趨向惡化和泄漏。密封系統(tǒng)的可靠性可 以通過(guò)被選擇用于伸縮管的材料的疲勞特性被預(yù)測(cè)，并且如果設(shè)計(jì)的壓力沒(méi)有超過(guò)材料的 疲勞極限，那么所述的可靠性可以具有無(wú)限的有效性。這一點(diǎn)在當(dāng)醫(yī)院環(huán)境中使用諸如水 銀的材料時(shí)是非常重要的。參考附圖6，通過(guò)如附圖5A中所示的使設(shè)備200’中的管狀延伸224’和226’相互 嵌套，分散的流體可以比用于設(shè)備200的其它的可能更靠近的粒子束源(諸如加速器116)而放置。如附圖6中所示，管狀延伸224’和226’可以被插入到提取通道701中，以使整個(gè) 系統(tǒng)更加的緊湊。應(yīng)該注意到管狀延伸224’和226’優(yōu)選地有磁力地被屏蔽。操作的原理 和單元個(gè)別器件的功能與附圖4A和4B中所示的實(shí)施方案相同。參考附圖3，控制系統(tǒng)118驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)122和123并接收來(lái)自電動(dòng)機(jī)/編碼器滑 架(附圖4A和5A中的246和M8)的信號(hào)，用以準(zhǔn)確地控制入口和出口窗口 2 和230關(guān) 于隔膜232 (參見(jiàn)附圖4A和5A)位置和速度。這樣就轉(zhuǎn)化為對(duì)粒子束路徑中高Z和低Z物 質(zhì)總量的控制，借此控制粒子束的分散角度和范圍處于預(yù)先確定的方式。高Z和低Z物質(zhì) 124和125的路徑長(zhǎng)度，以及因此電動(dòng)機(jī)/編碼器滑架(附圖4A和5A中的246和M8)的 位置也都是由波束監(jiān)控器114所測(cè)量的，整體的劑量和放射的函數(shù)。據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施方案包括反饋控制環(huán)300，如附圖7所示。參考附圖7，被傳遞的放射的整體劑量在步驟302根據(jù)波束監(jiān)控器114的測(cè)量值 而被計(jì)算。根據(jù)該整體的劑量，第一擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器控制系統(tǒng)118分別在步驟120a和 120b生成高Z和低Z位置指令。這些指令被傳遞到線(xiàn)性加載器/電動(dòng)機(jī)(附圖3中的122 和123)，其改變了高Z和低Z電動(dòng)機(jī)滑架/編碼器(附圖4A和5A中的246和M8)的位 置。在步驟30 和304b，編碼器測(cè)量滑架的實(shí)際位置并將數(shù)據(jù)傳遞給第一擴(kuò)散器/范圍 調(diào)整器控制118。因此，響應(yīng)波束強(qiáng)度輸出的反饋控制環(huán)300被用于持續(xù)地、動(dòng)態(tài)地(即， 實(shí)時(shí))并且獨(dú)立地調(diào)整在入口窗口 230和高Z系統(tǒng)中的隔膜232以及隔膜232和低Z系統(tǒng) 202中的出口窗口 230 (參見(jiàn)附圖4A和5A)之間的距離。據(jù)此，低Z和高Z路徑長(zhǎng)度根據(jù)波 束強(qiáng)度被持續(xù)地、動(dòng)態(tài)地、以及獨(dú)立地被調(diào)整。雖然結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案具體地顯示并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域計(jì)數(shù)人 員可以理解的是，在形式上以及細(xì)節(jié)中各種變化都不會(huì)超出本發(fā)明所附權(quán)利要求所要求保 護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，包括第一和第二儲(chǔ)液室，其中第一和第二儲(chǔ)液室中的每一個(gè)在粒子束路徑中都具有相對(duì)壁；驅(qū)動(dòng)器，其用于將第一和第二儲(chǔ)液室中的至少一個(gè)的壁之間的距離調(diào)整在一定范圍數(shù) 值內(nèi)；以及用于驅(qū)動(dòng)器的可編程控制器，以在目標(biāo)暴露給波束期間調(diào)整第一和第二儲(chǔ)液室中至少 一個(gè)的壁之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其中第一和第二儲(chǔ)液室中至少一個(gè)的相對(duì) 壁之間的距離是持續(xù)可調(diào)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其中第一和第二儲(chǔ)液室被串行排列在粒子 束路徑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其中第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離，和第 二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離彼此是獨(dú)立地持續(xù)可調(diào)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，進(jìn)一步包括在第一儲(chǔ)液室中的高Z物質(zhì)以 及在第二儲(chǔ)液室中的低Z物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其中帶電粒子是質(zhì)子。
7.一種放射治療裝置，包括提供帶電粒子束的帶電粒子源；以及帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其包括第一和第二儲(chǔ)液室，其在粒子束路徑中分別具有相對(duì)壁；驅(qū)動(dòng)器，其用于將第一和第二儲(chǔ)液室中的至少一個(gè)的壁之間的距離調(diào)整在一定范圍數(shù) 值內(nèi)；可編程控制器，其用于驅(qū)動(dòng)器以在目標(biāo)暴露給波束期間調(diào)整第一和第二儲(chǔ)液室中至少 一個(gè)的壁之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中第一和第二儲(chǔ)液室中至少一個(gè)的相對(duì)壁之間的距離是 持續(xù)可調(diào)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中第一和第二儲(chǔ)液室被串行排列在粒子束路徑中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離，和第二儲(chǔ)液室的相 對(duì)壁之間的距離彼此是獨(dú)立地持續(xù)可調(diào)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括在第一儲(chǔ)液室中的高Z物質(zhì)以及在第二儲(chǔ)液 室中的低Z物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中帶電粒子是質(zhì)子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述的源是回旋加速器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中回旋加速器是同步回旋加速器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括用于測(cè)量粒子束強(qiáng)度的波束監(jiān)控器，所述的可編程控制器根據(jù)波束強(qiáng)度單獨(dú)調(diào)整第一 儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離和第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中可編程控制器持續(xù)地并動(dòng)態(tài)地單獨(dú)調(diào)整第一儲(chǔ)液室 的相對(duì)壁之間的距離和第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。
17.—種通過(guò)將帶電粒子束引導(dǎo)到患者體內(nèi)的目標(biāo)處來(lái)治療患者的方法，包括生成帶電粒子束；引導(dǎo)帶電粒子束經(jīng)過(guò)第一和第二儲(chǔ)液室，其中第一和第二儲(chǔ)液室中的每一個(gè)都在粒子 束路徑中具有相對(duì)壁；在目標(biāo)暴露給波束期間，在可編程控制器的控制下調(diào)整第一和第二儲(chǔ)液室中至少一個(gè) 的相對(duì)壁之間的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中帶電粒子被引導(dǎo)穿過(guò)串行排列在粒子束路徑中的第 一和第二儲(chǔ)液室。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括持續(xù)地單獨(dú)調(diào)整第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的 距離以及第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量波束強(qiáng)度；以及將波束強(qiáng)度傳遞給可編 程控制器，其中該可編程控制器根據(jù)波束強(qiáng)度單獨(dú)調(diào)整第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離以 及第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第一儲(chǔ)液室含有在內(nèi)部的高Z物質(zhì)，第二儲(chǔ)液室含有 低Z物質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中帶電粒子是質(zhì)子。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中帶電粒子束由回旋加速器所生成。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中回旋加速器是同步回旋加速器。
25.一種放射治療裝置，包括提供帶電粒子束的同步回旋加速器；以及帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器，其包括第一和第二儲(chǔ)液室，其被置于同步回旋加速器的提取通道中并在粒子束路徑中具有相 對(duì)壁；驅(qū)動(dòng)器，其用于將第一和第二儲(chǔ)液室中的至少一個(gè)的壁之間的距離調(diào)整在一定范圍數(shù) 值內(nèi)；以及可編程控制器，其用于驅(qū)動(dòng)器以在目標(biāo)暴露給波束期間調(diào)整第一和第二儲(chǔ)液室中至少 一個(gè)的壁之間的距離。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其中第一和第二儲(chǔ)液室中至少一個(gè)的相對(duì)壁之間的距離 是持續(xù)可調(diào)的。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈的裝置，其中第一和第二儲(chǔ)液室被串行排列在粒子束路徑中。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離，和第二儲(chǔ)液室的 相對(duì)壁之間的距離彼此是獨(dú)立地持續(xù)可調(diào)的。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀的裝置，進(jìn)一步包括在第一儲(chǔ)液室中的高Z物質(zhì)以及在第二儲(chǔ)液 室中的低Z物質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀的裝置，其中帶電粒子是質(zhì)子。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀的裝置，進(jìn)一步包括用于測(cè)量粒子束強(qiáng)度的波束監(jiān)控器，所述的 可編程控制器根據(jù)波束強(qiáng)度單獨(dú)調(diào)整第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離和第二儲(chǔ)液室的相 對(duì)壁之間的距離。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其中可編程控制器持續(xù)動(dòng)態(tài)地單獨(dú)調(diào)整第一儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離以及第二儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。
33.一種分散和/或調(diào)整帶電粒子束的范圍的裝置，該裝置包括 高Z物質(zhì)，其在帶電粒子束的路徑中具有路徑長(zhǎng)度；低Z物質(zhì)，其在帶電粒子束的路徑中具有路徑長(zhǎng)度；高Z物質(zhì)和低Z物質(zhì)中的至少一個(gè) 包括液體；控制器，其被配置成在目標(biāo)暴露給帶電粒子束期間調(diào)整高Z物質(zhì)和低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，進(jìn)一步的特征在于，高Z和低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度是獨(dú)立可 調(diào)的。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中高Z和低Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度是持續(xù)可調(diào)的。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中控制器是可編程的。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中帶電粒子束包括質(zhì)子。
38.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，在放射治療裝置中，放射治療裝置進(jìn)一步包括 提供帶電粒子束的帶電粒子源。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的放射治療裝置，其中所述的源是回旋加速器。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的放射治療裝置，其中回旋加速器是同步回旋加速器。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的放射治療裝置，其中高Z物質(zhì)和低Z物質(zhì)位于同步回旋加速器 的提取通道中。
42.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，進(jìn)一步包括波束監(jiān)控器，其被配置成測(cè)量帶電粒子束的強(qiáng)度，所述的波束監(jiān)控器將所述的強(qiáng)度傳 遞給控制器，控制器根據(jù)整體強(qiáng)度單獨(dú)調(diào)整低Z和高Z物質(zhì)的路徑長(zhǎng)度。
43.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中控制器被配置以持續(xù)動(dòng)態(tài)地調(diào)整低Z和高Z物質(zhì)的 路徑長(zhǎng)度。
44.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，進(jìn)一步包括儲(chǔ)液室，其盛裝液體，所述的儲(chǔ)液室具有位于粒子束的路徑中的相對(duì)壁。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，進(jìn)一步的特征在于具有驅(qū)動(dòng)器，用于調(diào)整儲(chǔ)液室的壁之 間的距離。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的裝置，進(jìn)一步的特征在于可編程控制器控制驅(qū)動(dòng)器以在目標(biāo) 暴露給波束期間調(diào)整儲(chǔ)液室的壁之間的距離。
47.一種分散和/或調(diào)整帶電粒子束的范圍的方法，方法包括引導(dǎo)帶電粒子束經(jīng)過(guò)高Z物質(zhì)，所述的高Z物質(zhì)在帶電粒子束的路徑中具有路徑長(zhǎng)度；以及引導(dǎo)帶電粒子束經(jīng)過(guò)低Z物質(zhì)，所述的低Z物質(zhì)在帶電粒子束的路徑中具有路徑長(zhǎng)度， 所述的高Z物質(zhì)和低Z物質(zhì)中的至少一個(gè)包括液體。
全文摘要
將可編程路徑長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)物質(zhì)插入粒子束以預(yù)先確定的方式調(diào)整分散角度和波束范圍，以便在預(yù)先確定的范圍內(nèi)產(chǎn)生預(yù)先確定的Bragg頂點(diǎn)分布。物質(zhì)可以是包括流體的“低Z”和“高Z”物質(zhì)。帶電粒子束擴(kuò)散器/范圍調(diào)整器可以包括在粒子束路徑中具有相對(duì)壁的儲(chǔ)液室和驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器用以在可編程控制器的控制下調(diào)整儲(chǔ)液室相對(duì)壁之間的距離。串行排列的“高Z”以及，獨(dú)立地，“低Z”儲(chǔ)液室可以被使用。當(dāng)用于放射治療時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量波束強(qiáng)度監(jiān)控波束，并且可編程控制器可以根據(jù)與總劑量預(yù)先確定的關(guān)系調(diào)整“高Z”儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離以及，獨(dú)立地，“低Z”儲(chǔ)液室的相對(duì)壁之間的距離。在治療期間，波束擴(kuò)散和調(diào)整可以是持續(xù)進(jìn)行的，用以以預(yù)先確定的三維分配形式在目標(biāo)體積中沉積劑量。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102139141SQ20101056412
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者肯尼斯·加爾, 阿蘭·斯利斯基 申請(qǐng)人:斯蒂爾瑞弗系統(tǒng)有限公司