RU2610530C2 - Протонное облучение с использованием сканирования пятном - Google Patents

Протонное облучение с использованием сканирования пятном Download PDF

Info

Publication number
RU2610530C2
RU2610530C2 RU2013144928A RU2013144928A RU2610530C2 RU 2610530 C2 RU2610530 C2 RU 2610530C2 RU 2013144928 A RU2013144928 A RU 2013144928A RU 2013144928 A RU2013144928 A RU 2013144928A RU 2610530 C2 RU2610530 C2 RU 2610530C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
proton beam
information
scanning system
magnetic structure
Prior art date
Application number
RU2013144928A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013144928A (ru
Inventor
Хольгер ГЕБЕЛЬ
Original Assignee
Вэриен Медикал Системз Партикл Терапи Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вэриен Медикал Системз Партикл Терапи Гмбх filed Critical Вэриен Медикал Системз Партикл Терапи Гмбх
Publication of RU2013144928A publication Critical patent/RU2013144928A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610530C2 publication Critical patent/RU2610530C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1071—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the dose delivered by the treatment plan
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment
    • A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1077—Beam delivery systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1075—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for testing, calibrating, or quality assurance of the radiation treatment apparatus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1077—Beam delivery systems
    • A61N5/1079—Sharing a beam by multiple treatment stations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
    • H05H2007/004—Arrangements for beam delivery or irradiation for modifying beam energy, e.g. spread out Bragg peak devices

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам генерации и манипуляции протонным пучком. Способ облучения мишени включает в себя этапы генерирования протонного пучка с помощью циклотрона, обеспечения первой информации для системы выбора энергии, которая включает в себя глубину указанной мишени, выбора уровня энергии множества протонов с помощью системы выбора энергии на основании первой информации, маршрутизации протонного пучка от указанного циклотрона по каналу передачи пучка до системы сканирования, обеспечения второй информации для системы сканирования, которая включает пару поперечных координат и дозу мишени, направления протонного пучка с помощью магнитной конструкции на участок мишени, определяемый второй информацией, причем магнитная конструкция содержит двунаправленные магниты и отдельные источники питания для магнитов, соответствующие каждому из двунаправленных магнитов, облучения мишени на основании второй информации и управления отдельными источниками питания для магнитной структуры на основании положения пучка в мишени. Аппарат для облучения мишени включает циклотрон, систему выбора энергии, систему сканирования, содержащую магнитную конструкцию, канал передачи пучка к системе сканирования, отдельные источники питания для магнитов для каждого двунаправленного магнита, причем каждый из отдельных источников питания для магнитов управляется на основании энергии и положения на мишени протонного пучка. Использование изобретений позволяет повысить точность доставки дозы излучения к раковым клеткам. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в общем к технологии генерации и манипуляции протонным пучком, и более конкретно, к медицинским способам, использующим протонное облучение.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
К наиболее "возмутительным" аспектам рака относится то, что он захватывает клетки организма и быстро распространяется, оставаясь смешанным со здоровой тканью. По этой причине, ученые и инженеры сталкиваются с трудностями при разработке способа лечения рака, который мог бы отличать здоровую ткань, которую не нужно затрагивать, от раковых клеток, которые должны быть уничтожены. Например, лучевая терапия используется против рака потому, что быстро растущие раковые клетки делятся быстрее и потому более восприимчивы к излучению. Однако все живые клетки организма пациента непрерывно делятся, вследствие чего радиация также причиняет повреждения здоровой ткани и, в свою очередь, вызывает хорошо известные изнурительные побочные эффекты лучевой терапии. Принимая во внимание, что этот аспект рака является основным фактором, определяющим его статус всемирной эпидемии, большое количество исследований рака направлено на создание способов лечения, которые могут быть более точно нацелены собственно на рак.
Ускоренные протоны были впервые использованы для бомбардировки раковых клеток в середине 20-го века учеными-ядерщиками, работающими в лабораториях, оснащенных ускорителями частиц. С тех пор область протонной терапии развилась в успешное оружие медицинского арсенала средств борьбы с раком. Обобщенная концепция протонной терапии предусматривает бомбардировку опухоли с использованием пучка ускоренных протонов. Как и в случае других типов радиотерапии, протоны представляют собой форму ионизирующего излучения, которое более сильно воздействует на быстро делящиеся клетки. Кроме того, пучок может быть сфокусирован прямо на опухоли и потому будет причинять минимальный вред окружающей здоровой ткани. В этом смысле, протонная терапия схожа с другими формами лучевой терапии, использующими направленные пучки, такими как рентгеновская лучевая терапия.
Однако протонная терапия, комбинированная со сканированием пятном, обладает дополнительным и уникальным полезным эффектом более точного соблюдения объемной дозы по сравнению с известными существующими терапевтическими способами. В большинстве случаев, для пациента не требуются специальные коллиматоры.
Как показано на Фигуре 1, протонная терапия превосходит рентгеновскую лучевую терапию по своей способности предотвращать повреждение окружающей здоровой ткани. Ось x 101 показывает глубину проникновения частиц, а ось y 102 показывает пропорциональную дозу излучения, доставленную на данную глубину. Пропорциональная доза радиации, доставляемая фотонами при рентгеновской лучевой терапии, показана с помощью кривой распределения фотонной дозы 103. Пик кривой распределения дозы фотонного излучения 103 находится на малой глубине и затем постепенно снижается. Для увеличения излучения, доставляемого на требуемую глубину, необходимо пропорционально увеличить поражение здоровой ткани над опухолью. По сравнению с этим, кривая распределения протонной дозы 104 сводит к минимуму излучение, доставляемое до и после мишени, и доставляет почти всю свою энергию в заданном окне глубины. Пик кривой распределения протонной дозы называется брэгговским пиком.
Ускорение протонов требует использования ускорителя частиц. Двумя обычными типами ускорителей частиц являются циклотроны и синхротроны. Оба типа ускорителей зависят от взаимодействия магнитных и электрических полей. Синхротроны ускоряют частицы по траектории, имеющей постоянный радиус, и регулируют величину магнитных и электрических полей по мере того, как частицы набирают импульс. Циклотроны ускоряют заряженные частицы с помощью высокочастотного напряжения переменного тока. Перпендикулярное магнитное поле заставляет частицы двигаться по расширяющейся спирали, на которой они подвергаются воздействию ускоряющего напряжения. Когда частицы достигают предварительно заданного радиуса, они выводятся из циклотрона в ускоренном состоянии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте исполнения изобретения предусматривается способ облучения мишени. На одной стадии генерируется протонный пучок с помощью циклотрона. На другой стадии, первая информация поступает в систему выбора энергии. На другой стадии осуществляется выбор уровня энергии протонов с помощью системы выбора энергии на основании первой информации. Первая информация включает глубину мишени. На другой стадии протонный пучок направляется от циклотрона по каналу передачи пучка в систему сканирования. На другой стадии вторая информация поступает в систему сканирования. Вторая информация включает пару поперечных координат. На другой стадии протонный пучок направляется на участок мишени, определяемый второй информацией с помощью магнитной конструкции. На другой стадии мишень облучается протонами, причем число протонов или количество протонов, необходимое для достижения данного числа, соответствует числу протонов, определяемому третьей информацией.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 изображает кривые распределения доз фотонов и протонов, используемые в известном уровне техники.
Фигура 2 изображает блок-схему аппарата для облучения мишени в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 3 изображает блок-схему магнитной конструкции и источника питания, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 4 изображает блок-схему системы сканирования, которая может быть использована в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 5 изображает блок-схему системы направления протонного пучка на множество участков, которая может быть использована в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 6 изображает блок-схему процесса для способа облучения мишени в соответствии с настоящим изобретением.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ
Далее будут детально описаны варианты исполнения настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на сопроводительных чертежах. Хотя изобретение будет описано в сочетании с этими вариантами исполнения, следует понимать, что они не предназначены для ограничения изобретения такими вариантами исполнения. Наоборот, предполагается, что изобретение охватывает альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения. Кроме того, в приведенном ниже детальном описании вариантов исполнения настоящего изобретения выделяются многочисленные конкретные детали с целью обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Однако рядовому специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано без таких конкретных деталей. В других случаях, хорошо известные способы, процедуры, компоненты и схемы не были подробно описаны для того, чтобы без необходимости не затенять аспекты вариантов исполнения настоящего изобретения.
Основным преимуществом протонной лучевой терапии является уменьшение любого соответствующего вреда для здоровой ткани, сопровождающего доставку ионизирующего излучения к опухоли-мишени. Другие способы доставки излучения могут причинять значительный вред здоровой ткани и опасные побочные эффекты. Протонная лучевая терапия, однако, имеет один значительный недостаток, общий с другими видами терапии, связанными с использованием ускоренных частиц, заключающийся в чрезмерной дороговизне используемого для этого оборудования. Капитальные вложения, необходимые для создания функционирующей установки протонной терапии, могут превышать сто миллионов долларов.
Варианты исполнения настоящего изобретения основаны на преимуществах протонной лучевой терапии. В конкретных вариантах исполнения изобретения, доза излучения протонного пучка более точно доставляется к раковым клеткам. Это достигается в определенных вариантах исполнения благодаря использованию метода сканирования пятном с использованием трехмерного нацеливания. В конкретных вариантах исполнения изобретения, трехмерное нацеливание уточняется в масштабе реального времени при проведении конкретного цикла лечения. Уточнение нацеливания протонного пучка в реальном времени помогает учитывать изменения расположения мишени. Например, когда мишень представляет собой опухоль, мишень будет перемещаться под воздействием самого лечения, а также вследствие движений тела пациента. Коррекция в реальном времени также помогает компенсировать неточности системы доставки, приводящие к тому, что облучению подвергаются не те участки, которые нуждаются в этом. Наконец, коррекция в реальном времени позволяет контролировать фактически доставленную дозу и при необходимости изменять курс лечения. Конкретные варианты исполнения изобретения усиливают полезный эффект лучевой терапии протонным пучком путем облучения мишени более сфокусированной дозой радиации и коррекции такого облучения с целью обеспечения наиболее эффективного воздействия на мишень.
Варианты исполнения настоящего изобретения уменьшают недостатки, ассоциированные с терапией ускоренными частицами. В конкретных вариантах исполнения изобретения, один ускоритель частиц используется для доставки протонного пучка в несколько процедурных кабинетов. Это резко снижает расходы на одного пациента по сравнению с лечебными заведениями лучевой терапии, имеющими по ускорителю на каждый процедурный кабинет, или имеющими единственный процедурный кабинет, которым должны пользоваться многочисленные пациенты. В конкретных вариантах исполнения изобретения, ускоренные протоны подаются по каналу передачи пучка с использованием регулируемых магнитных полей, обеспечивающих повышенную гибкость определения того, каким образом и куда в конечном счете направляются протоны.
Конкретный вариант исполнения изобретения может быть описан со ссылкой на фигуру 2. Фигура 2 изображает аппарат и систему для облучения мишени. Система 200 включает циклотрон 201, позволяющий генерировать протонный пучок. В конкретных вариантах исполнения изобретения, циклотрон 201 представляет собой сверхпроводящий циклотрон. Уровень энергии протонов в протонном пучке выбирают с помощью системы выбора энергии 202. Система выбора энергии 202 может непрерывно увеличивать уровень энергии до заданного значения энергии протонов, ускоряемых в циклотроне. В конкретных вариантах исполнения изобретения, этот выбор энергии основан на первой информации, которая может быть детерминированной информацией, содержащейся в плане лечения, или предоставляется системой, определяющей такую информацию. Система сканирования 203 направляет протонный пучок на участок мишени 204 с помощью магнитной конструкции. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования 203 направляет протонный пучок в соответствии со второй информацией, которая может быть детерминированной информацией, содержащейся в плане лечения, или предоставляется системой, определяющей такую информацию. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система 200 способна производить трехмерное сканирование пятном, потому что уровень энергии протонов протонного пучка выбирают на основании глубины мишени и поперечные координаты пучка могут корректироваться системой сканирования. Регулировка уровня энергии пучка позволяет контролировать глубину, на которой находятся брэгговские пики ускоренных протонов. Повышенная гибкость, обеспечиваемая благодаря трехмерному сканированию пятном, значительно повышает точность дозы, доставляемой пациенту, для увеличения доставки дозы в опухоль и минимизации повреждений здоровой ткани.
Сканирование пятном мишени 204 может осуществляться в соответствии с несколькими различными методиками. В конкретных вариантах исполнения изобретения, мишень 204 представляет собой опухоль и участок, на который направлен протонный пучок, выбирают на основании данных местоположения пациента, относящихся к конкретному пациенту, получающему протонную лучевую терапию. Данные местоположения пациента могут включать информацию о местонахождении определенных анатомических структур в пациенте и могут также включать местонахождение опухоли в теле пациента. Сканирование пятном мишени 204 может производиться за несколько сеансов с использованием одной и той же или вариантов схем сканирования пятном. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования 203 и система выбора энергии 202 обе меняют свои значения на протяжении данного сеанса применения протонов с целью проведения трехмерного сканирования пятном. В конкретных вариантах исполнения изобретения, интенсивность протонного пучка будет меняться вместе с энергией протонного пучка и/или с поперечными координатами для более точного контроля доставки излучения в определенный участок мишени. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования 203 регулирует местонахождение участка доставки пучка в процессе облучения, в то время как уровень энергии остается неизменным, так чтобы доставка протонов изменялась в поперечном направлении при постоянной глубине брэгговского пика. Для достижения медицински значимого эффекта воздействия на опухоли отдельный сеанс протонной лучевой терапии не должен иметь большую длительность. Отдельный сеанс облучения может предусматривать облучение 400 различных участков на пространстве 100 см2 менее чем за одну секунду.
Конкретный вариант исполнения изобретения может быть описан со ссылкой на фигуру 3. Фигура 3 изображает систему сканирования 300, которая может быть использована вместо системы сканирования 203 на Фигуре 2. Система сканирования 300 включает магнитную конструкцию 301, используемую для направления протонного пучка 302. Магнитная конструкция 301 может изменять свое магнитное поле для ориентации магнита в поперечных направлениях x и y. В конкретных вариантах исполнения изобретения, питание магнитной конструкции 301 осуществляется с помощью источника питания магнита 303. В конкретных вариантах исполнения изобретения, регулировку источника питания магнита 303 осуществляют на основании энергии протонного пучка и требуемого положения пучка на мишени.
Конкретный вариант исполнения изобретения может быть описан со ссылкой на фигуру 4. Фигура 4 изображает систему сканирования 400, которая может быть использована вместо системы сканирования 203 на Фигуре 2. Система сканирования 400 включает магнитную конструкцию 401, используемую для направления протонного пучка. В первых конкретных вариантах исполнения изобретения, магнитная конструкция 401 включает два сканирующих магнита, изображенных как магнит y-направления 402 и магнит x-направления 403. В конкретных вариантах исполнения изобретения, магниты получают питание от отдельных источников питания, изображенных как первый источник питания магнита 404 и второй источник питания магнита 405. Магнит y-направления 402 способен управлять смещением протонного пучка в поперечном y-направлении. Магнит x-направления 403 способен управлять смещением протонного пучка в поперечном x-направлении.
Во вторых конкретных вариантах исполнения изобретения, магнитная конструкция включает один сканирующий магнит, изображенный как двунаправленный магнит. В конкретных вариантах исполнения изобретения, магниты включают две пары катушек - одну для направления x и одну для направления y. В конкретных вариантах исполнения изобретения, катушки магнитов получают питание от отдельных источников питания, изображенных как первый источник питания магнита и второй источник питания магнита. Двунаправленный магнит способен управлять смещением протонного пучка в поперечных y-направлении и x-направлении.
В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования будет дополнительно включать камеру переходной ионизации, такую как камера переходной ионизации 406. Эта камера переходной ионизации размещена между магнитной конструкцией 401 и мишенью 407 вдоль траектории протонного пучка 408. Камера переходной ионизации 406 позволяет измерять дозу, доставляемую к мишени 407. В конкретных вариантах исполнения изобретения, отслеживается доза, доставляемая к определенному участку мишени 407. В конкретных вариантах исполнения изобретения, отслеживается доставляемая доза для всей мишени 407. В конкретных вариантах исполнения изобретения, камера переходной ионизации 406 будет представлять собой многополосковую ионизационную камеру, содержащую полоски проводящей фольги шириной несколько миллиметров, соединенные с электронными датчиками. Многополосковая ионизационная камера 406 позволяет измерять фактическое положение пучка на мишени 407 относительно положения нацеливания.
В конкретных вариантах исполнения изобретения, данные, собираемые камерой переходной ионизации 406, могут использоваться в различных целях. Как показано на Фигуре 4, собранные данные могут направляться в процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени. В конкретных вариантах исполнения изобретения, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, будет использовать информацию о положении пучка, дозе, продолжительности обработки, и данные местоположения пациента, такие как глубина опухоли, для управления магнитной конструкцией 401 с целью оптимизации облучения мишени 407. Например, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, может определить, что положение пучка не совпадает с желательным положением, и может компенсировать это отклонение для более точной установки положения пучка в желательное положение. В качестве другого примера, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, может собирать для конкретного пациента в масштабе реального времени данные о положении опухоли и регулировать направление протонного пучка на определенный участок. В конкретных вариантах исполнения изобретения, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, будет передавать первую информацию в систему выбора энергии 202. Например, этой первой информацией может быть глубина опухоли у пациента, подвергающегося протонной лучевой терапии, или энергия протонного пучка. В конкретных вариантах исполнения изобретения, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, будет передавать вторую информацию в другие компоненты системы сканирования 400. Например, такой второй информацией может быть положение пучка и доза мишени, или данные, определяемые на основании положения пучка и дозы мишени. Таким образом, процессорный блок 409, работающий в масштабе реального времени, может обеспечивать регулировку в масштабе реального времени положения пучка, интенсивности пучка и глубины брэгговского пика на основании информации для конкретного пациента, и измерение фактических характеристик и положения протонного пучка. В конкретных вариантах исполнения изобретения, данные, собранные камерой переходной ионизации 406, могут выводиться из системы для внешнего использования.
Конкретный вариант исполнения изобретения может быть описан со ссылкой на фигуру 5. Фигура 5 изображает систему 500. Система 500 включает циклотрон 501 и систему выбора энергии 502. Система 500 дополнительно включает канал передачи пучка 503. В конкретных вариантах исполнения изобретения, канал передачи пучка 503 будет иметь многочисленные сочленения, имеющие магнитные или другие устройства для направления пучка по разным траекториям. В конкретных вариантах исполнения изобретения, определенные траектории могут быть перекрыты, тогда как другие остаются открытыми. Канал передачи пучка 503 ведет в процедурный кабинет для пациентов 504, имеющий систему сканирования 505 и мишень 506. В конкретных вариантах исполнения изобретения, мишень 506 будет представлять собой опухоль в теле пациента или какую-либо другую мишень для облучения протонным пучком. Канал передачи пучка 503 дополнительно ведет во второй процедурный кабинет для пациентов 507, который может иметь вторую систему сканирования 508 и вторую мишень 509. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования 505 или система сканирования 508 могут иметь характеристики, соответствующие системе сканирования 203.
В конкретных вариантах исполнения изобретения, система выбора энергии 502 может иметь характеристики, соответствующие системе выбора энергии 202. В конкретных вариантах исполнения изобретения, система выбора энергии 502 способна принимать пациент-специфическую информацию и информацию о протонном пучке от процессорных блоков в системе сканирования 505 и системе сканирования 508, а также от других систем сканирования, к которым подсоединен канал передачи пучка 503. В конкретных вариантах исполнения изобретения, процедурный кабинет для пациентов 504 и процедурный кабинет для пациентов 507 представляют собой отдельные помещения в одном и том же учреждении, что позволяет обеспечить экономически более эффективное использование циклотрона 501.
Конкретный вариант исполнения изобретения может быть описан со ссылкой на фигуру 6. Фигура 6 иллюстрирует способ облучения мишени. На стадии 600 генерируется протонный пучок с помощью циклотрона. Протонный пучок состоит из множества протонов. Отношение количества протонов ко времени называется интенсивностью пучка. В конкретных вариантах исполнения изобретения, циклотрон является сверхпроводящим циклотроном. На стадии 601 первая информация поступает в систему выбора энергии. В конкретных вариантах исполнения изобретения, эта первая информация основана на глубине, на которую должны быть направлены протоны. В конкретных вариантах исполнения изобретения, эта информация обеспечивается процессорным блоком системы сканирования, такой как система сканирования 203. На стадии 602 уровень энергии протонов протонного пучка выбирают с использованием указанной системы выбора энергии на основании первой информации. На стадии 603, протонный пучок поступает от циклотрона по каналу передачи пучка в систему сканирования. На стадии 604, вторая информация поступает в систему сканирования. В конкретных вариантах исполнения изобретения, вторая информация может включать пару поперечных координат (положение пучка) и дозу мишени, или быть получена на основании этих данных.
На стадии 605, протонный пучок направляется на участок мишени на основании второй информации. На стадии 606 мишень облучается протонами. В конкретных вариантах исполнения изобретения, способ может быть осуществлен с использованием аппарата, имеющего характеристики, соответствующие системе 200.
В конкретных вариантах исполнения изобретения, система сканирования может проводить измерение данных, касающихся доставленного протонного пучка, которые затем могут быть использованы для регулировки протонного пучка в масштабе реального времени. В конкретных вариантах исполнения изобретения, способ будет дополнительно включать стадию измерения дозы, доставляемой к желательному участку мишени с использованием камеры переходной ионизации. В конкретных вариантах исполнения изобретения, камера переходной ионизации будет представлять собой многополосковую ионизационную камеру. Этот способ может также включать стадию измерения положения пучка на указанной мишени относительно желательного положения пучка с использованием камеры переходной ионизации. Ионизационная камера расположена между магнитной конструкцией и мишенью вдоль протонного пучка. Информация, полученная системой сканирования, может быть обработана в масштабе реального времени. Второй и первый кванты информации могут включать эту информацию.
В конкретных вариантах исполнения изобретения, протонный пучок может быть подведен к множеству систем сканирования. В конкретных вариантах исполнения изобретения, способ будет дополнительно включать стадию передачи протонного пучка от циклотрона по каналу передачи пучка ко второй системе сканирования. В конкретных вариантах исполнения изобретения, мишенью, на которую направлен пучок, является опухоль. Маршрутизация пучка к множеству систем сканирования, которые могут находиться во множестве процедурных кабинетов для пациентов, позволяет, таким образом, использовать один циклотрон для проведения протонной терапии множества пациентов для обеспечения экономической эффективности. В конкретных вариантах исполнения изобретения, способ может быть осуществлен с использованием аппарата, имеющего характеристики, соответствующие системе 500.
Хотя варианты исполнения изобретения были описаны преимущественно в связи с конкретными вариантами его исполнения, другие варианты также являются возможными. Различные конфигурации описанной системы могут быть использованы вместо, или в дополнение к конфигурациям, представленным тут. Квалифицированным специалистам в данной области техники будет понятно, что предшествующее описание приведено только в качестве примера и не должно ограничивать изобретение. Ничто в данном описании не должно указывать, что изобретение ограничено лучевой терапией, поскольку целенаправленная доставка ускоренных частиц может использоваться во многих других областях. Ничто в данном описании не должно ограничивать объем изобретения лечением рака, облучением анатомических структур, или использованием какого-либо конкретного материала источника протонного пучка. Функции могут выполняться с помощью аппаратного или программного обеспечения, по желанию. В общем, любые представленные схемы рассчитаны на указание одной возможной конфигурации, и большое количество вариантов являются возможными. В используемом в описании и приложенной формуле изобретения значении, термин "информация" относится к единице информации, которая может иметь любую форму и размеры, при условии, что она включает разрешаемую когерентную информацию. В используемом в описании и приложенной формуле изобретения значении, термин "поперечный" используется для обозначения движения в плоскости, нормальной по отношению к вектору, образуемому номинальным положением протонного пучка. Квалифицированным специалистам в данной области техники будет также понятно, что способы и системы, согласующиеся с настоящим изобретением, являются пригодными для использования в широком диапазоне областей применения, охватывающем любые области, связанные с ускорением протонов или физикой элементарных частиц в целом.
Хотя данное описание содержит детальное описание, относящееся к конкретным вариантам исполнения изобретения, квалифицированным специалистам в данной области техники будет также понятно, что, поняв вышеприведенное описание, можно легко представить себе изменения, варианты и эквиваленты таких вариантов исполнения. Такие и другие модификации и варианты настоящего изобретения могут практиковаться квалифицированными специалистами в данной области техники без выхода за пределы сущности и объема настоящего изобретения, более конкретно определяемые приложенной формулой изобретения.

Claims (40)

1. Способ облучения мишени, включающий в себя этапы:
генерирования протонного пучка с помощью циклотрона, причем указанный протонный пучок состоит из множества протонов;
обеспечения первой информации для системы выбора энергии, причем указанная первая информация включает в себя глубину указанной мишени;
выбора уровня энергии указанного множества протонов с помощью указанной системы выбора энергии на основании указанной первой информации;
маршрутизации указанного протонного пучка от указанного циклотрона по каналу передачи пучка до системы сканирования;
обеспечения второй информации для указанной системы сканирования, где указанная вторая информация включает пару поперечных координат и дозу мишени;
направления указанного протонного пучка с помощью магнитной конструкции на участок указанной мишени, определяемый указанной второй информацией, причем магнитная конструкция содержит двунаправленные магниты и отдельные источники питания для магнитов, соответствующие каждому из двунаправленных магнитов;
облучения указанной мишени на основании указанной второй информации; и
управления отдельными источниками питания для указанной магнитной структуры на основании положения пучка в указанной мишени.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап контроля источника питания указанной магнитной конструкции на основании энергии указанного протонного пучка.
3. Способ по п. 1, в котором дополнительно обеспечивают третью информацию, которая соответствует числу протонов, и мишень облучают протонами на основании третьей информации.
4. Способ по п. 1, дополнительно включающий этапы:
маршрутизации указанного протонного пучка от указанного циклотрона по указанному каналу передачи пучка ко второй системе сканирования;
в котором указанная мишень представляет собой опухоль;
в котором указанная система сканирования размещена в одном или нескольких процедурных кабинетах.
5. Способ по п. 1, в котором указанный циклотрон является сверхпроводящим циклотроном.
6. Способ по п. 1, дополнительно включающий этапы:
измерения дозы, доставляемой к указанной мишени во время указанного этапа облучения с помощью камеры переходной ионизации; и
измерения положения пучка относительно указанного положения и ширины пучка во время указанного этапа облучения с помощью многополосковой ионизационной камеры;
в котором указанная камера переходной ионизации установлена между указанной магнитной конструкцией и указанной мишенью вдоль указанного протонного пучка.
7. Способ по п. 6, дополнительно включающий этап продуцирования указанных первой и второй информации в масштабе реального времени на основании указанного положения пучка и указанной дозы.
8. Аппарат для облучения мишени, включающий в себя:
циклотрон, выполненный с возможностью генерировать протонный пучок, причем указанный протонный пучок включает множество протонов;
систему выбора энергии, выполненную с возможностью выбирать уровень энергии для указанного множества протонов из набора трех или больше уровней энергии;
систему сканирования, содержащую магнитную конструкцию и выполненную с возможностью направлять указанный протонный пучок на участок указанной мишени с помощью магнитной конструкции, причем магнитная конструкция содержит двунаправленные магниты; и
канал передачи пучка, выполненный с возможностью передавать указанный протонный пучок от указанного циклотрона к указанной системе сканирования;
отдельные источники питания для магнитов для каждого двунаправленного магнита, причем каждый из отдельных источников питания для магнитов управляется на основании энергии и положения на мишени указанного протонного пучка;
в котором указанная система выбора энергии выбирает указанный уровень энергии на основании первой информации; и
в котором указанная система сканирования направляет указанный протонный пучок на указанный участок на основании второй информации.
9. Аппарат по п. 8, в котором двунаправленные магниты выполнены с возможностью задавать направление указанного протонного пучка в поперечном направлении у и в поперечном направлении х.
10. Аппарат по п. 8, дополнительно включающий камеру переходной ионизации, размещенную между указанной магнитной конструкцией и указанной мишенью вдоль траектории указанного протонного пучка, где указанная камера переходной ионизации позволяет измерять дозу, доставляемую к указанному участку указанной мишени.
11. Аппарат по п. 10, дополнительно включающий многополосковую ионизационную камеру, размещенную между указанной магнитной конструкцией и указанной мишенью вдоль указанной траектории указанного протонного пучка, где указанная многополосковая ионизационная камера позволяет измерять положение пучка относительно указанного участка.
12. Аппарат по п. 11, в котором:
указанная первая информация основана на глубине указанной мишени; и
указанная вторая информация основана на указанном положении пучка и указанной дозе.
13. Аппарат по п. 11, в котором указанная система сканирования изменяет указанное положение пучка и указанную глубину мишени в реальном масштабе времени на основании указанной дозы.
14. Аппарат по п. 8, дополнительно включающий:
вторую систему сканирования, расположенную во втором процедурном кабинете для пациентов, где указанная вторая система сканирования позволяет направлять указанный протонный пучок с помощью второй магнитной конструкции;
в которой указанная система сканирования расположена в процедурном кабинете для пациентов; и
в которой указанный второй процедурный кабинет для пациентов является отдельным от указанного процедурного кабинета для пациентов.
RU2013144928A 2011-03-08 2012-03-07 Протонное облучение с использованием сканирования пятном RU2610530C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/043,208 US9539442B2 (en) 2011-03-08 2011-03-08 Proton irradiation using spot scanning
US13/043,208 2011-03-08
PCT/IB2012/000428 WO2013038240A1 (en) 2011-03-08 2012-03-07 Proton irradiation using spot scanning

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013144928A RU2013144928A (ru) 2015-04-20
RU2610530C2 true RU2610530C2 (ru) 2017-02-13

Family

ID=46178573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013144928A RU2610530C2 (ru) 2011-03-08 2012-03-07 Протонное облучение с использованием сканирования пятном

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9539442B2 (ru)
EP (1) EP2683443A1 (ru)
CN (1) CN103533988B (ru)
RU (1) RU2610530C2 (ru)
WO (1) WO2013038240A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695273C1 (ru) * 2018-06-13 2019-07-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук Способ протонной терапии при лечении онкологических заболеваний
RU2765830C1 (ru) * 2021-04-26 2022-02-03 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Способ изменения конечной энергии протонного пучка, используемого для флэш-терапии
RU2792417C1 (ru) * 2019-12-13 2023-03-22 Кабусики Кайся Тосиба Сканирующая катушка, сканирующий магнит и способ изготовления сканирующей катушки

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104667437A (zh) * 2015-03-25 2015-06-03 广东中能加速器科技有限公司 一种医用电子直线加速器分束线应用系统
WO2017156419A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 William Beaumont Hospital Particle arc therapy
US10843011B2 (en) 2017-07-21 2020-11-24 Varian Medical Systems, Inc. Particle beam gun control systems and methods
US10245448B2 (en) 2017-07-21 2019-04-02 Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh Particle beam monitoring systems and methods
US10183179B1 (en) 2017-07-21 2019-01-22 Varian Medical Systems, Inc. Triggered treatment systems and methods
US10609806B2 (en) 2017-07-21 2020-03-31 Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh Energy modulation of a cyclotron beam
CN112562882A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 中国原子能科学研究院 重离子微束辐照装置、系统及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149045C1 (ru) * 1998-04-21 2000-05-20 Астрахан Борис Владимирович Способ проведения облучения горизонтальным пучком тяжелых заряженных частиц, например протонов, и устройство для его осуществления
US20060033042A1 (en) * 2004-06-09 2006-02-16 Groezinger Sven O Apparatus and method for compensation of movements of a target volume during ion beam irradiation
US20090236545A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-24 Accel Instruments Gmbh Non-continuous particle beam irradiation method and apparatus
US20090309520A1 (en) * 2008-05-22 2009-12-17 Vladimir Balakin Magnetic field control method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
US20100012859A1 (en) * 2006-07-06 2010-01-21 Yves Claereboudt Method For Treating A Target Volume With A Particle Beam And Device Implementing Same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH078300B2 (ja) * 1988-06-21 1995-02-01 三菱電機株式会社 荷電粒子ビームの照射装置
US6444990B1 (en) * 1998-11-05 2002-09-03 Advanced Molecular Imaging Systems, Inc. Multiple target, multiple energy radioisotope production
EP1045399B1 (de) * 1999-04-12 2005-08-24 GSI Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH Vorrichtung und Verfahren zur Regelung eines Rasterscanners in der Ionenstrahltherapie
JP4443917B2 (ja) * 2003-12-26 2010-03-31 株式会社日立製作所 粒子線治療装置
JP3806723B2 (ja) * 2004-11-16 2006-08-09 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
ITCO20050028A1 (it) * 2005-11-11 2007-05-12 Fond Per Adroterapia Oncologica Complesso di acceleratori di protoni in particolare per uso medicale
EP1795229A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-13 Ion Beam Applications S.A. Device and method for positioning a patient in a radiation therapy apparatus
US7453076B2 (en) * 2007-03-23 2008-11-18 Nanolife Sciences, Inc. Bi-polar treatment facility for treating target cells with both positive and negative ions
US7834336B2 (en) * 2008-05-28 2010-11-16 Varian Medical Systems, Inc. Treatment of patient tumors by charged particle therapy
JP5023122B2 (ja) * 2009-09-02 2012-09-12 株式会社東芝 粒子線ビーム照射装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149045C1 (ru) * 1998-04-21 2000-05-20 Астрахан Борис Владимирович Способ проведения облучения горизонтальным пучком тяжелых заряженных частиц, например протонов, и устройство для его осуществления
US20060033042A1 (en) * 2004-06-09 2006-02-16 Groezinger Sven O Apparatus and method for compensation of movements of a target volume during ion beam irradiation
US20100012859A1 (en) * 2006-07-06 2010-01-21 Yves Claereboudt Method For Treating A Target Volume With A Particle Beam And Device Implementing Same
US20090236545A1 (en) * 2008-03-20 2009-09-24 Accel Instruments Gmbh Non-continuous particle beam irradiation method and apparatus
US20090309520A1 (en) * 2008-05-22 2009-12-17 Vladimir Balakin Magnetic field control method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695273C1 (ru) * 2018-06-13 2019-07-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук Способ протонной терапии при лечении онкологических заболеваний
RU2792417C1 (ru) * 2019-12-13 2023-03-22 Кабусики Кайся Тосиба Сканирующая катушка, сканирующий магнит и способ изготовления сканирующей катушки
RU2765830C1 (ru) * 2021-04-26 2022-02-03 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Способ изменения конечной энергии протонного пучка, используемого для флэш-терапии

Also Published As

Publication number Publication date
US20170189723A1 (en) 2017-07-06
WO2013038240A1 (en) 2013-03-21
EP2683443A1 (en) 2014-01-15
US10213625B2 (en) 2019-02-26
US9539442B2 (en) 2017-01-10
CN103533988A (zh) 2014-01-22
RU2013144928A (ru) 2015-04-20
CN103533988B (zh) 2019-04-19
US20120228514A1 (en) 2012-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2610530C2 (ru) Протонное облучение с использованием сканирования пятном
JP7271425B2 (ja) 照射電子ビームの磁気制御用の装置および方法
US7317192B2 (en) High energy polyenergetic ion selection systems, ion beam therapy systems, and ion beam treatment centers
JP6256974B2 (ja) 荷電粒子ビームシステム
US8618521B2 (en) Pluridirectional very high electron energy radiation therapy systems and processes
Linz et al. What will it take for laser driven proton accelerators to be applied to tumor therapy?
US8744045B2 (en) Method and system for treating moving target
US11938342B2 (en) Time optimized radiation treatment
US7977657B2 (en) Ion radiation therapy system with distal gradient tracking
US20090154644A1 (en) Treatment planning system and method for radiotherapy
Flanz et al. Evolution of technology to optimize the delivery of proton therapy: the third generation
Balakin et al. Status of the proton therapy complex Prometheus
WO2015071430A1 (en) Particle therapy system
Yap et al. Preliminary Study of a Large Energy Acceptance FFA Beam Delivery System for Particle Therapy
Eickhoff et al. Design criteria for medical accelerators
Masood et al. Novel Approach to Utilize Proton Beams from High Power Laser Accelerators for Therapy
Ma et al. Applications of laser-accelerated particle beams for radiation therapy
Martišíková Introduction to Ion Beam Therapy
Feldman et al. White Paper P-Cure Proton Therapy Solution

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210716