CN101983085A - 通过带电离子疗法的患者肿瘤的治疗 - Google Patents

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Abstract

一种使用带电粒子疗法照射受治疗者中的靶的方法，包括以下步骤：将受治疗者安置于支撑设备上；安置适合于传递带电粒子的传递设备；和将带电粒子传递到受治疗者中的靶，其中，在带电粒子的至少一部分的传递过程中，传递设备围绕靶旋转。

Description

通过带电离子疗法的患者肿瘤的治疗
技术领域
本发明通常涉及疾病的放射治疗，且特别是使用带电粒子疗法治疗患有肿瘤的患者的系统和方法。
背景
对于治疗患有肿瘤的患者来说，粒子疗法系统和方法是已知的。在粒子疗法中，带电粒子例如质子或重离子被用作放射源。因为“布拉格峰”效应，带电离子在其停止的区域的周围释放其大部分的能量。从而，通过选择带电粒子的能量，相对于肿瘤来说，远离放射源的健康组织或重要器官不接收放射，且接近布拉格峰的健康组织接收显著减少的量的放射。
为了使得粒子疗法对于大部分人来说是可获得的，有必要发展一种最优的传递系统，该传递系统需要最少的患者设置和治疗时间，且该传递系统具有以比目前可获得的精确度高的精确度产生相似的剂量分布(conformal dose distribution)的能力。相似的剂量传递使肿瘤区域的放射治疗剂量最大化，同时使传递到周围健康组织的剂量最小化而不伤害其他重要器官。现有的粒子疗法系统使用静态场，这增加了患者治疗时间。这种系统也使得传递的剂量的相似性难以保证，使得重要器官或更多非癌组织暴露于治疗束流的不必要的放射下。粒子疗法系统的高成本向提供者发出挑战，以发展最优的系统来满足放射的相似传递的目标，以用最少的治疗时间瞄准肿瘤。
概述
提供了一种使用带电粒子疗法照射受治疗者中的靶的方法。所述方法包括以下步骤：将受治疗者安置于支撑设备上、安置适合于传递带电粒子的传递设备和将带电粒子传递到受治疗者中的靶，其中，在带电粒子的至少一部分的传递过程中，传递设备围绕靶旋转。
在所提供的方法中，在传递设备的旋转过程中，可调节带电粒子的一个或更多个参数。所述参数包括但不限于带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。
在优选的实施方案中，在传递设备以约360度或更小度数的单次旋转过程中，用于治疗部分的所有的或大体上所有的带电粒子都被传递到靶。
在一些实施方案中，在传递设备的旋转过程中，可同时调节带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。多叶式准直仪(multi-leaf collimator)例如3-维(3D)多叶式准直仪可用来同时成形和调节带电粒子的能量。
在一些实施方案中，传递设备安装到能够以360度或更多度数旋转的构台。在一些实施方案中，患者支撑设备是可移动的。
在本发明所提供的另一个方法中，将受治疗者安置于支撑设备上。安置传递设备来将带电粒子传递到受治疗者中的靶。在带电粒子的至少一部分的传递过程中，传递设备围绕靶旋转。在传递设备的旋转过程中，调节带电粒子束流的能量，使得在旋转过程中的粒子束流的传递过程中，粒子束流的布拉格峰主要堆积在靶的末端边界上。
在一些实施方案中，在带电粒子的至少一部分的传递过程中，传递设备是固定的。在优选的实施方案中，带电粒子是笔形束流的形式。带电粒子可以是质子或重离子。
在一些实施方案中，使用具有两次旋转的传递设备，将用于治疗部分的带电粒子传递到受治疗者中的靶。在第一次旋转中，大体上所有的带电粒子的布拉格峰主要堆积在靶的末端边界上。在第二次旋转中，大体上所有的带电粒子的布拉格峰主要堆积在靶体积的内部。两次旋转中的每一次可以是以约360度或小于360度的任何度数的。
在另一个方面中，提供了带电粒子疗法系统。所述系统包括粒子加速器、粒子束流传递设备、适合于将从粒子加速器产生的带电粒子输送到束流传递设备的束流路径。束流传递设备适合于在带电粒子的至少一部分传递到在手术中的靶的过程中围绕靶旋转。
在一些优选的实施方案中，传递设备连接到以360度或更大度数可旋转的构台。
在一些实施方案中，传递设备包括多叶式准直仪例如3D多叶式准直仪。多叶式准直仪可被构造用来同时成形和调节带电粒子的能量。多叶式准直仪也可被构造用来同时成形和散射带电粒子。
附图简述
结合在下面提供的附图和所附权利要求，通过对以下详细描述的阅读，将更好地理解本发明的这些特征和优势以及各种其他特征和优势，其中：
图1是说明根据本发明的一个实施方案的带电粒子疗法系统的方框图；
图2A是说明根据本发明的一个实施方案的粒子束流传递设备的方框图；
图2B是说明根据本发明的另一个实施方案的粒子束流传递设备的方框图；
图2C是说明根据本发明的另外的实施方案的粒子束流传递设备的方框图；
图3是说明根据本发明的一个实施方案的带电粒子疗法方法的流程图；以及
图4是说明根据本发明的一个实施方案的优化带电粒子疗法方法的方法的流程图。
各种实施方案的详细描述
参考附图，以下描述了各种实施方案。应注意，附图没有按比例绘制，且在全部附图中，相似结构或相似功能的元件用相似的参考数字表示。也应注意，附图仅仅是为了更好地描述具体的实施方案。它们不作为本发明的详尽的描述或不作为对本发明的范围的限制。此外，结合特定的实施方案描述的方面不必限于该实施方案，而可以本发明的任何其他的实施方案实践。
总之，本发明提供了一种使用带电粒子疗法治疗患者肿瘤的方法。可使用粒子束流传递设备以围绕肿瘤360度或更少度数的一次旋转，将用于治疗部分的带电粒子传递到肿瘤。带电粒子的能量可以选择成，使得带电粒子的布拉格峰主要堆积在肿瘤的末端边界上。可选地，可使用粒子传递设备以两次旋转传递用于治疗部分的带电粒子。两次旋转的每一次可以是以约360度或更少度数的。在第一次旋转中，带电粒子的布拉格峰可主要堆积在肿瘤体积的末端边界上。在第二次旋转中，带电粒子的布拉格峰可主要堆积在靶体积的内部。基于所优化的治疗计划，可调整或控制包括粒子束流的强度、能量、形状和尺寸的粒子束流的一个或更多个参数，以及在任意位置的放射时间，以将相似的剂量传递到肿瘤部位。在治疗过程中，通过调整患者支撑设备来调整或控制患者位置也是可能的。本发明提供的带电粒子疗法系统和方法显著地减少治疗时间并提高剂量相似性。
如本文所使用的，术语“带电粒子”指的是电子、质子或重离子，例如氦离子、碳离子、氖离子、氩离子或其他带电的元素粒子。
图1是说明根据本发明的一些实施方案的带电粒子疗法系统10的方框图。带电粒子疗法系统10包括粒子加速器11、束流路径12和束流传递设备14。待治疗的受治疗者15例如患者被支撑在支撑设备16例如治疗沙发或治疗椅上。治疗控制系统18接收和执行由治疗计划系统19提供的患者治疗计划。基于患者治疗计划，控制系统18对粒子加速器11、束流路径12、束流传递设备14和支撑设备16产生信号。粒子加速器11、束流路径12、束流传递设备14和/或支撑设备16的运行是受控制的，使得在治疗过程中，基于患者的治疗计划，包括束流的能量、强度、方向和尺寸和/或形状的带电粒子的参数是动态地可调整的或受控制的。
粒子加速器11是带电粒子的来源，例如电子、质子或重离子，例如氦离子、碳离子、氖离子、氩离子或其他带电的元素粒子。带电粒子的能量可依据具体的应用大于20MeV、50MeV、70MeV、100MeV、250MeV或500MeV。粒子加速器11可以是回旋加速器、同步加速器、线性加速器或任何其他的被构造用来使带电粒子加速的加速器。回旋加速器、同步加速器和线性加速器在本领域是已知的。通常，回旋加速器使用偶极磁体和由振荡电压产生的磁场来使带电粒子加速。通常，磁体的尺寸和磁场的强度控制由回旋加速器产生的带电粒子的能量。由回旋加速器产生的带电粒子束流的能量可以是100MeV、250MeV、500MeV或更高。由回旋加速器产生的粒子束流的强度可通过装置控制，例如，通常被用来限制离子源的狭缝。回旋加速器提取具有固定能量的粒子用于临床用途。因此，在束流路径中通常需要能量修正系统。能量修正系统可包括可变厚度的降能器(energy degrader)，用来拦截粒子束流，例如，可快速地移入和移出束流的楔形物。同步加速器使用圆形的加速器环形物和围绕环形物的电磁谐振腔来使粒子加速。同步加速器传递脉冲束流，即，同步加速器以特定的重复率使离子加速和提起离子。与通常产生固定的提取能量的回旋加速器相比，同步加速器可产生具有各种能量的粒子束流。因此，同步加速器允许束流提取，以得到任何适当的能量。举例来说，从同步加速器提取的粒子束流的能量可高达100MeV、250MeV或500MeV或更高。在线性加速器(直线性加速器)中，粒子被以直线加速，所关注的靶在一端。线性加速器可用来产生具有能量范围从6MeV到60MeV或更高的带电粒子束流。线性加速器也可与回旋加速器或同步加速器一起使用，以在粒子被注入到圆形的加速器之前给粒子提供最初的低能反冲(low-energy kick)。
在治疗室中，束流路径12将从粒子加速器11提取的带电粒子束流传送到束流传递设备14。一个或更多个束流路径12可用来将带电粒子从粒子加速器11传送到一个或更多个治疗室。弯转磁体(未显示)可用来将粒子束流从粒子加速器11引导到束流传递设备14。束流路径12可包括能量修正组件(未显示)，例如被构造用来修正从粒子加速器11提取的粒子束流的能量的降能器。降能器可由高原子序数的材料或低原子序数的材料制造。束流路径12还可包括狭缝，以调整或修正从粒子加速器11提取的粒子束流的强度。
束流传递设备或管口14包括用于束流调整、成形和监控的各种组件。在一些实施方案中，束流传递设备14可安装到能够以360度围绕靶旋转的构台。依据应用，束流传递设备14可包括能量修正器、散射体或散射介质、摆动磁体(wobbling magnet)或扫描磁体、束流监控器、准直仪、补偿器和被构造用来调节传递到靶15的粒子束流的参数的其他组件。
图2A是说明根据本发明的一个实施方案的束流传递设备14A的方框图。与其他组件结合的单散射体或双散射体的使用提供了宽的均匀的已调节的粒子束流。在优选的实施方案中，束流传递设备14A包括散射体22A、散射体23A、能量修正器24A、束流监控器26A、准直仪28A和补偿器29A。
散射体22A、散射体23A使粒子束流加宽和/或保证了均匀的束流形状。对于小场放射，单散射箔片可用来使束流加宽。对于大场放射，双散射系统可用来保证宽的均匀的束流形状。例如，在双散射系统中，第一散射体22A可放置在束流传递设备14A的入口附近的上游，而第二散射体23A可放置在另外的下游。
能量修正器24A被构造用来修正束流的能量，使得在靶肿瘤范围内的束流是受控制的。能量修正器24A可由适当的能量吸收材料制造，例如碳(低-Z材料)、铅(高-Z材料)或其他适当的材料。能量修正器24A可以是各种形式的，包括移动装置、轮形物、楔形物或滤波器。通过改变能量吸收材料的厚度和/或形式，可以取决于时间和/或空间的方式修正束流能量。例如，展开的布拉格峰(SOBP)滤波器是由可变厚度的能量吸收材料制造的范围调节器。通过使束流连续地穿过各种厚度的能量吸收材料，布拉格峰沿着靶体积的深度展开。
束流监控器26A用来监控束流参数。束流监控器26A包括用于测量粒子束流的能量、强度或剂量率和均匀性的装置。束流监控器26A将代表束流参数信息的信号输出到控制系统18，控制系统18设置有束流参数的预定值。控制系统18处理所测量的信号，且提供用于束流传递设备14的运行的控制信号。
准直仪28A用来使束流成形和/或调整束流尺寸以得到所期望的形状。准直仪28A可以是固定的孔，该固定的孔是由适当的材料例如塑料或铜定制的。在一些实施方案中，准直仪28A是动态的多叶式准直仪。在一些优选的实施方案中，准直仪28A是3D多叶式准直仪。例如，多叶式准直仪可包括多对由有效地阻塞粒子束流的材料制造的相对的叶脉或叶片。叶片的每一对相对于彼此是可控制地可移动的。通过将每一个叶片推到不同的位置，可以控制粒子束流的尺寸和形状，且形成所期望的靶形状。
多叶式准直仪中的叶片的数量可以具有宽的范围。通常，与具有小量更宽的叶片的多叶式准直仪相比，具有大量窄的叶片的多叶式准直仪具有较高的分辨率。在将放射束流成形为正好是肿瘤的形状和精确地调节放射强度中，高分辨率通常是有益的。
在一些实施方案中，准直仪28A可包括多于一个的多个叶片准直仪，使一个准直仪重叠在另一个准直仪之上。一个准直仪中的多个叶片可以相对于另一个准直仪中的多个叶片成角度，例如45度或90度。这种多于一个的重叠在彼此之上的多叶式准直仪的排列允许更多不同的形状的放射束流的成形。
在一些实施方案中，MLC叶片的材料和/或厚度可以选择成，使得可以修正通过多叶式准直仪的粒子束流的能量。这样，MLC可实施束流成形和束流能量调节两种功能。这是有利的，因为与通过改变粒子加速器参数的能量调节相比，通过MLC的能量调节可以更快。结果，在束流传递设备14的旋转过程中，可以消除为了束流能量调节而改变加速器参数的需要。
在一些实施方案中，MLC叶片的材料可包括散射介质，从而准直仪也可实施散射体的功能。
补偿器(或团状物(bolus))29A是范围调节器，基于肿瘤的位置和患者的解剖学部位，使该范围调节器适合单个患者，且该范围调节器可用来在末端使束流成形。能量修正器24A和定制的补偿器29A的组合保证了不使在所治疗的靶体积的末端边缘的周围的健康组织和器官处于危险中。
图2B是说明根据本发明的另一个实施方案的束流传递设备14B的方框图。摆动磁体21B的使用提供了宽的、均匀的粒子束流形状。在优选的实施方案中，束流传递设备14B包括摆动磁体21B、能量修正器24B、束流监控器26B、准直仪28B、补偿器29B和可选地散射体22B。
摆动磁体21B包括一对垂直的和水平的磁体。束流由这对偶极磁体有效地偏转。例如，产生的正弦曲线场可以是通过90度相移动的，使得形成了环形物形状的场。一系列环形物的重叠加在一起成为均匀的覆盖场。可选地，一个或更多个散射体22B可用来与摆动磁体21B结合，以提供更宽的均匀的束流形状。在一些优选的实施方案中，磁流的激励器是锯齿波形的。
图2C是说明根据本发明的另外的实施方案的束流传递设备14C的方框图。与在图2A和图2B中说明的束流传递设备14A、束流传递设备14B相比，垂直的和水平的扫描磁体20C被用来在靶上快速扫描笔形束流。在一些实施方案中，笔形束流可沿着靶上的预定的扫描线连续地移动(光栅扫描)。在一些实施方案中，当笔形束流从一点移动到另一点(点扫描)时，笔形束流可以预定的时间间隔关掉和打开。束流的强度是受控制的，以保证每一个靶点接收所期望的剂量。在光栅扫描的情况下，笔形束流的速度可调整为所期望的剂量。在点扫描的情况下，点停留时间可调整为所期望的剂量。笔形束流的强度可以通过控制粒子加速器和/或沿着束流路径放置的狭缝来控制或调整。
在一些实施方案中，粒子束流可扫描(光栅扫描或点扫描)靶体积的片的整个区域。束流的能量可选择成，使得扫描的布拉格峰堆积在片上。通过调节束流的能量，靶的整个体积可以是被一层层地均匀地照射的。
在一些实施方案中，束流能量选择成，使得束流的布拉格峰堆积在靶体积的末端边界边缘上。布拉格峰的边界堆积的结合的效应提供了在靶体积的内部的所期望的均匀的剂量。在一些优选的实施方案中，在束流传递设备围绕靶旋转时连续地调节束流能量，使得束流的布拉格峰堆积在靶体积的边界上。
举例来说，通过使束流传递设备14或安装束流传递设备14的构台围绕靶体积旋转，可扫描或连续地扫描靶体积的边界边缘。可选地，通过使支撑患者的支撑设备16旋转，可扫描或连续地扫描靶体积的边界边缘。这样，支撑设备16可以多个自由度移动，包括平移方向和/或旋转方向的移动。支撑设备16可安装到能够以多个自由度旋转和/或平移的铰接的臂状物。在一些实施方案中，通过使束流传递设备14旋转以及同时使患者支撑设备16移动来扫描或连续地扫描靶体积的边界。在一些优选的实施方案中，安装传递设备14的构台被构造为能够以360度或更多度数旋转。
在一些实施方案中，可使用具有单次旋转的传递设备14，将用于治疗部分的带电粒子传递到肿瘤。该旋转可以是约360度的完全旋转或小于360度的任何度数的部分旋转，诸如例如45度、90度、180度、270度或330度。传递设备14的旋转可以是连续的，在旋转的过程中，带电粒子被传递到靶。可选地，旋转可以是不连续的，或可以旋转、停止和旋转的交替模式运行。带电粒子可在传递设备14旋转时或在传递设备14静止时传递到靶。例如，在部分旋转或完全旋转过程中，用于治疗部分的带电粒子的传递可以不连续的角度或所选择的角度实施。在传递设备14的旋转或暂停过程中，可以调节或同时调节包括能量、强度、束流方向或束流形状的带电粒子的一个或更多个参数。
在一些实施方案中，可使用具有多于一次的旋转例如两次旋转的传递设备14，将用于治疗部分的带电粒子传递到肿瘤。在第一次旋转中，至少带电粒子的能量被调节，使得大体上所有的带电离子的布拉格峰主要堆积在肿瘤的末端边界上。在第二次旋转中，带电粒子的能量被调节，使得大体上所有的带电离子的布拉格峰主要堆积在肿瘤体积的内部。在两次旋转的每一次的过程中，也可调节强度、束流方向或束流形状。第一次旋转和第二次旋转中的每一次可以是约360度的完全旋转或小于360度的部分旋转。在传递设备14的旋转或暂停过程中，可实施带电粒子的传递。
回到图1，治疗控制系统18控制粒子治疗系统10的运行。控制系统18接收、存储和执行在预治疗计划期间建立的治疗计划。控制系统18包括控制器，控制器包括信号处理器，诸如例如数字信号处理器(DSL)、中央处理器(CPU)、或微处理器(μP)和连接到信号处理器的存储器。存储器用来存储患者的治疗计划和用于粒子束流治疗系统10的运行的其他程序。基于治疗计划，控制器执行程序并产生信号，用于粒子加速器11、束流路径12、传递设备14或在传递设备14中的单个组件和患者支撑设备16的运行。响应于来自控制系统18的信号，粒子加速器11、传递设备14以受控制的方式运行，使得基于治疗计划，调节并动态控制包括束流的能量、强度和尺寸和/或形状的将要传递到靶的粒子束流的参数。控制系统18也接收来自粒子加速器11、束流传递设备14和支撑设备16的反馈信号，并且响应于反馈信号而产生跟踪信号。
例如，对于在图2A中说明的束流传递系统14A来说，其中，使用了散射介质，通过控制加速器11的运行参数，可改变粒子束流的能量，使得基于治疗计划，调节从加速器11出来的粒子束流的能量。可选地，通过控制沿着束流路径12放置的降能器的厚度，可根据治疗计划改变从加速器11提取的粒子束流的能量。通过控制在束流传递设备14A中的能量修正器24A，可进一步调节束流能量。能量修正器24A可以是移动装置、轮形物、楔形物或滤波器，例如展开的布拉格峰(SOBP)滤波器。为了改变粒子束流的强度，加速器11例如回旋加速器或同步加速器可以是解调的，使得一些束流不被提取。束流路径12上的狭缝也可以是受控制的，用来减少束流强度。对于线性加速器，可以调整所加速的束流脉冲宽度，以改变束流强度。通过控制磁聚焦场的强度、多叶式准直仪28A的尺寸、形状和位置、一个或更多个散射介质22A、23A的厚度或材料，可改变粒子束流的侧面尺寸。
对于在图2B中说明的束流传递系统14B，其中，使用了摆动磁体21B，如在图2A中所说明的实施方案中一样，治疗控制系统18以相似的方式控制粒子束流的能量或强度。为了控制粒子束流的侧面尺寸，控制系统18可改变磁聚焦场的强度和多叶式准直仪28的尺寸、形状和位置。此外，可控制垂直的和水平的磁线圈的强度，以改变粒子束流的侧面尺寸。可在摆动磁体21B的上游使用可选的散射介质22B，并且可选择散射介质22B的厚度和材料，以进一步提高粒子束流的侧面的展开。
对于在图2C中所说明的束流传递系统14C，其中，扫描磁体20C被用来扫描笔形束流，如在图2A和图2B中所说明的实施方案中一样，治疗控制系统18以相似的方式调节粒子束流的能量或强度。为了控制粒子束流的侧面尺寸，控制系统18可改变磁聚焦场和与笔形束流扫描有关的磁场。
控制系统18还控制束流传递设备14或安装传递设备14的构台的旋转。控制系统18也控制支撑设备16例如支撑患者的治疗沙发或治疗椅的移动。控制系统18也被构造用来接收来自旋转的传递设备14和支撑设备16的信号，并且响应于该信号而产生跟踪信号。
患者治疗计划是基于患者中的靶的本质、尺寸、形状和位置建立的。治疗计划包括靶相对于在预治疗期间建立的放射系统的坐标的位置和方位的数据。治疗计划优选地包括关于靶的不同部分应该接收的放射剂量的数据。通常，治疗计划阐明多个治疗期间或部分，且包括关于放射束流的能量、强度和形状以及在治疗期间在多个场中放射束流应该应用于靶的持续时间的数据。通过在多个场中应用放射，同时束流的能量、强度和形状被优化以说明靶的形状和其他解剖学因素，传递相似的剂量。
在强度调节的质子疗法中(IMPT)，治疗计划还包括关于治疗期间中的每一个场的多叶式准直仪的叶片的移动的数据，以实现强度调节的放射疗法。当执行每一个场时，MLC束流调整器中的多个叶片根据IMRT计划移动，使得肿瘤的横截面的不同部分接收不同量的放射。例如，如果肿瘤的一部分靠近重要结构或敏感结构，那么MLC束流调整器中的叶片可在一部分场中阻塞在该部分附近的放射，从而减少被肿瘤的该部分接收的放射剂量，且使重要结构或敏感结构的放射暴露的可能的不利影响最小化。治疗计划可包括关于粒子束流扫描或粒子束流调节的数据或用于治疗期间中的每一个场的MLC叶片的移动的数据，以实现强度调节的质子疗法。
治疗计划也可包括关于靶的位置的参比数据，以及在图像指导的放射疗法(IGRT)的预治疗期间建立的靶移动和患者的内部分或内部部分移动之间的关系。可通过任何适当的成像技术获得参比数据或关系数据，例如平面的放射线照相术、超声(US)、计算机层析摄影(CT)、单光子放射计算机层析摄影(SPECT)、磁共振成像(MRI)、磁共振波谱法(MRS)、正电子成像术(PET)等。在图像指导的放射疗法中，控制模块接收来自一个或更多个平面的或测定体积的成像设备的代表靶的近实时图像的数据。将近实时图像数据与在预治疗期间获得的参比数据对比。然后，结果可用来在治疗期间定位患者和/或放射源的位置。美国专利第7,227,925号描述了用于图像指导的放射疗法的方法和系统，该专利的公开内容在此通过引用以其整体并入。
图3是说明根据本发明的一些实施方案的带电粒子疗法的方法的流程图。
基于关于单个患者的信息，使用治疗计划软件建立最初的治疗计划。患者信息包括肿瘤的本质、位置、尺寸和形状，这些可通过任何适当的成像技术获得，上述成像技术包括：计算机层析摄影(CT)、单光子放射计算机层析摄影(SPECT)、磁共振成像(M则)、磁共振波谱法(MRS)、正电子成像术(PET)等。最初的治疗计划包括关于靶的不同部分应该接收的治疗剂量的数据。
在形成最初的计划(步骤31)之后，在步骤32中，使用带电粒子疗法的治疗优化程序或优化软件优化最初的计划。治疗优化程序(将在图4中更详细地描述)测定粒子疗法系统的参数，包括加速器系统约束、患者支撑设备的移动、束流传递设备或包括传递设备的构台的旋转和各种组件，例如能量修正器、散射体、摆动和扫描磁体、准直仪等，以找到最优的治疗计划。治疗计划的最优化的一个目标是找到最优的治疗计划，用于提高在构台旋转或连续的构台旋转或以360度的单次的构台旋转中的易受最初的治疗计划和加速器系统的约束影响的剂量相似性。
在步骤33中，评估所优化的治疗计划，以确定所优化的计划是否与最初的治疗计划达成一致。如果未达成一致，那么流程返回到步骤32继续最优化。如果已达成一致，那么在步骤34中，批准、储存和下载治疗计划到治疗控制系统。
在步骤35中，将患者安置于支撑设备上。在步骤36中，粒子疗法系统参数被重新请求，以在步骤37中确定系统参数是否认可所批准的治疗计划的参数。如果一个或更多个系统参数被证实是不正确的，那么治疗出错停止。调整粒子疗法系统，且流程回到步骤37，用于进一步的参数证实。
如果所有的系统参数被证实是正确的，那么在步骤39开始治疗。基于治疗计划，带电粒子束流的能量、强度和尺寸和形状在构台旋转时和/或在支撑设备移动时被动态地调节或改变。治疗可在一次或两次构台旋转，或部分构台旋转中结束。
图4是说明根据本发明的一些实施方案的治疗计划优化程序的功能的流程图。
在步骤41和步骤42中开始过程，同时将具有固定的IMRT场(例如N场)的最初的治疗计划和对应于最初的治疗计划的关于具有固定的场的患者支撑设备和构台的信息数据输入到治疗计划优化程序。然后，治疗优化程序测定粒子疗法系统的参数，以在步骤43中优化治疗计划。
待测的参数包括但不限于调节粒子束流的能量、强度和尺寸的参数。例如，在步骤44中，为了调整粒子束流的强度，可改变离子源、加速器、散射介质、SOBP滤波器和准直仪例如MLC。在步骤45中，为了调整粒子束流尺寸，可改变磁聚焦场的强度、多叶式准直仪的尺寸、形状和位置、一种或更多种散射介质的厚度或材料。在步骤46中，为了调整带电粒子束流的能量，可改变加速器系统(调谐和提取)、束流路径(降能器例如楔形物或轮形物)和束流传递设备(能量修正器或SOBP滤波器)。
在步骤47中，检查包括系统参数的解决方法，以确定根据最初的治疗计划其是否是可接受的。如果不是，那么流程回到治疗计划优化程序43，以进一步调整系统参数。如果解决方法是可接受的，那么流程到达步骤48，在步骤48中，增加一个或更多个放射场或构台位置。所增加的场可均匀地分布在最初的场的周围。然后，过程访问治疗计划优化程序43且循环直至达成一致。目标是以最小的治疗余地获得靶肿瘤的最大的剂量相似性，不伤害健康组织和重要器官，并且所有的系统参数都在运行范围内。
在步骤49中，检查治疗计划的解决方法，以确定其是否是可接受的。如果不可接受，那么流程进行到步骤50，以评估未达成一致的原因。如果解决方法是可接受的，那么在步骤51中，将所优化的治疗计划存储、下载到控制系统，用于粒子束流疗法的执行。
已描述了一种使用带电粒子疗法治疗患者肿瘤的方法。有效地控制带电离子的传递中的系统参数，使得治疗时间最小且增加放射传递的精确度。结果，传递到肿瘤部位的剂量更精确，而在组织和重要结构附近的剂量最小。
从上述内容，应理解，虽然为了说明的目的本文已描述本发明的具体的实施方案，但是可以进行各种修改，而不偏离本发明的精神和范围。例如，控制过程(gating process)38(图3)可引入到粒子疗法的过程中。例如，控制系统可响应于反常模式下的患者的突然移动，例如咳嗽、打喷嚏、肌肉痉挛等，而产生信号，以即刻关闭粒子源。当肿瘤继续其正常移动时，例如，与患者的呼吸有关的周期性移动，控制系统可使粒子源重新打开，从而允许在患者身上的放射。所有的这些或其他改变和修改都是发明者所预期的，且都在本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种照射受治疗者中的靶的方法，包括以下步骤：
将受治疗者安置于支撑设备上；
安置适合于传递带电粒子的传递设备；和
将带电粒子传递到所述受治疗者中的靶，其中，在所述带电粒子的至少一部分的传递过程中，所述传递设备围绕所述靶旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述传递设备的旋转过程中，调节所述带电粒子的一个或更多个参数，所述参数包括所述带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述传递设备的旋转过程中，同时调节两个或更多个参数，所述两个或更多个参数包括所述带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述传递设备以约360度或更小度数的单次旋转过程中，用于治疗部分的所有的或大体上所有的带电粒子都被传递到所述靶。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在传递步骤中，使用多叶式准直仪来同时成形和调节所述带电粒子的能量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传递设备安装到能够以360度或更多度数旋转的构台。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在传递步骤中，同时移动所述支撑设备。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带电粒子是质子。
9.一种照射受治疗者中的靶的方法，包括以下步骤：
将受治疗者安置于支撑设备上；
安置适合于传递带电粒子的传递设备；和
将带电粒子传递到所述受治疗者中的靶，其中，调节所述带电粒子的能量，使得所述带电粒子的布拉格峰约堆积在所述靶的末端边界上，并且在所述带电粒子的至少一部分的传递过程中，所述传递设备围绕所述靶旋转。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在传递步骤中，在所述带电粒子的至少一部分的传递过程中，所述传递设备是固定的。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述带电粒子是笔形束流的形式。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述带电粒子是质子。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在传递步骤中，同时调节所述带电粒子的能量和强度。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，在传递步骤中，在所述传递设备以约360度或更小度数的单次旋转过程中，用于治疗部分的所有的或大体上所有的带电粒子都被传递到所述靶。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，在传递步骤中，同时移动所述支撑设备。
16.一种带电粒子疗法系统，包括：
粒子加速器；
粒子传递设备；和
束流路径，所述束流路径用于将由所述粒子加速器产生的带电粒子输送到所述传递设备；
其中，所述传递设备被构造用来围绕靶旋转，同时将带电粒子的至少一部分传递到在手术中的所述靶。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述传递设备连接到以360度或更大度数可旋转的构台上。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述传递设备包括多叶式准直仪。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多叶式准直仪被构造用来同时成形和调节所述粒子的能量。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多叶式准直仪被构造用来同时成形和散射所述带电粒子。
21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述多叶式准直仪是3-维的多叶式准直仪。
22.一种照射受治疗者中的靶的方法，包括以下步骤：
将受治疗者安置于支撑设备上；
安置适合于传递带电粒子的传递设备；和
使用具有多于一次的旋转的所述传递设备将用于治疗部分的带电粒子传递到所述受治疗者中的靶，其中，在第一次旋转中，大体上所有的带电粒子的布拉格峰约堆积在所述靶的末端边界上，而在第二次旋转中，大体上所有的带电粒子的布拉格峰约堆积在所述靶的内部。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述传递设备的旋转过程中，所述带电粒子的至少一部分被传递到所述靶。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述传递设备的旋转过程中，调节所述带电粒子的一个或更多个参数，所述参数包括所述带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述传递设备的旋转过程中，同时调节两个或更多个参数，所述两个或更多个参数包括所述带电粒子的能量、强度、束流方向和束流形状。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一次旋转或所述第二次旋转是以约360度的完全旋转或小于360度的部分旋转。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，所述带电粒子以所选择的旋转角度传送到所述靶。
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