專利名稱：：未濾波的放射治療的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種執(zhí)行方婦寸治療的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種新的強度調(diào)制放射治療(MRT)技術(shù)，使用沒有平坦濾波器的線性加速^j專輸適形y輻射劑量。這種沒有i^波器的新技術(shù)M:減少ty寸到周圍的正常組織的輻射來提高病人的放射治療。
背景技術(shù)：
：強度調(diào)制放射治療(MRT)是一種用于需要放射治療的癌癥病人的治療方法。IMRT是一種提供符合耙的輻射劑量并且避免周圍的重要組織的非常精確的治療方法。^fflIMRT治療^/人不同的角度進行的并且是ilil改變治療區(qū)域的輻射束的強度，而不是將單獨的，輻射光^151人體。輻射被有效地分成數(shù)以千計的細(xì)小的細(xì)束的輻射光束。具有毫M度，這些光束從多個角度iSA人體，并相交于毒瘤上。導(dǎo)致以高輻射劑量作用于腫瘤，以更低的輻射劑量作用于周圍的健康組織。一種用于調(diào)制輻射光束的強度的方法是基于將多葉準(zhǔn)直^(MLC)移進和移出來自輻射治療機的輻射束的方法。MLC包括多個窄機械刀片或葉片，它們通過微型電動機和機械傳動聯(lián)接被單獨地控制。計算機控制微型電動機驅(qū)動各個刀片進出以對輻射束成形?；贗MRT治療機的MLC的一個優(yōu)點是相同的MLC能被自動地控制以支持接^^療的每個病人的各自的需求。換句話說，MLC為每一個新病人而被改裝。與光子平坦濾波器一起使用了幾十年的線性加速器，使光子平面注量分布和劑量分布更加均勻。這些濾波器，都導(dǎo)致注量衰減和光束污染?，F(xiàn)在，如強度調(diào)制方婦朽臺療(MRT)技術(shù)的時期，平坦濾波器的作用變得多余，并且平坦濾波器現(xiàn)在僅通過M^注量禾贈強翻寸的輻射來M^光束的效率。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點aai后面的優(yōu)選實施例和附圖的詳細(xì)說明將變成顯而易見。
發(fā)明內(nèi)容我們的技術(shù)涉及用于復(fù)雜治療的平坦濾波器的移除以及與多葉準(zhǔn)直器一起使用的逆向設(shè)計來成形劑量分布。aai取消平坦濾波器，齊u量率增加并且橫向翻寸M^。通過減少靶周圍正常組織的劑量提高了病人的治療，并且也減少了治療時間。光束輪廓的平坦在像MRT的技賴中是多余的，因為平面注量是由多葉準(zhǔn)直器(MLC)控制。對于許多現(xiàn)代的線性加速器，由于平坦濾波器能簡單地從光路中被機械移除，因此取消平坦濾波器不需要對該單^iS行物理改變。這種新技術(shù)在于MRT，并且3D適形y輻射劑量使用不具有平坦濾波器的線性加速器來傳送。這種技術(shù)通過減少Mt到周圍的正常組織的輻射以及減少電子污染來提高了病人的放射治療。它增加了劑量率，以縮短治療時間。為了使平面注量的光子分布和劑量分布更一致，線性加速器已經(jīng)與光子平坦濾波器一起使用了幾十年。然而，這些濾波器已經(jīng)導(dǎo)致了注量衰減以及光束污染?，F(xiàn)在在如強度調(diào)制力婦寸治療(MRT)的技術(shù)時代，平坦濾波器的功能變得多余。il31減少注量并增加翻寸的輻射，平坦濾波器現(xiàn)在僅減少了光束的效率。圖l(a)和l(b)顯示了對于6MV和10MV的CAX百分深度劑量的蒙特卡羅(MonteCarlo)和水體模測量。圖2(a)和2(b)顯示了對于6MV和10MV的d匿和10cm橫向分布深度的蒙特卡羅(MonteCarlo)和水體模測量。圖3顯示了對于6MV10x10cm2光束的蒙特卡羅(MonteCarlo)和測量數(shù)據(jù)之間的比較。圖4顯示了對于從2x2到30x30cm2的場尺寸的6MV無i^波器光子束在1.6cm深度的蒙特卡羅計算的橫向相交平面分布。圖5(a)和5(b)顯示了對于標(biāo)準(zhǔn)的、平坦的和不平坦的6MV和10MV10><10cn^光束在d皿的蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬之間的比較。所有的分布都被標(biāo)準(zhǔn)化為標(biāo)準(zhǔn)光束的中心軸齊U量以顯示移除了平坦濾波器的CAX劑量的效應(yīng)。圖6(a)和6(b)M31比較標(biāo)準(zhǔn)平坦的6MV和10MV光束與相同的無濾波器光束，來顯示蒙特卡羅(MonteCarlo)百分深度劑量曲線。圖7(a)和7(b)顯示了對于6MV光束和10MV光束的光子注量譜，其顯示了移除光子平坦濾波器的效果。圖8顯示了從2x2，10x10和30x30cm2場模擬獲得的絕對劑量的比較。在這里顯示的模擬用于在1.6cm深度的6MV光束。具體實施例方式MRT(強度調(diào)制方婦寸治療)正ffiit成為一種通用的治療方式，最iffit行的一項研究聲稱，美國三分之一的輻射腫瘤學(xué)家在4OT這項技術(shù)?，F(xiàn)代治療機被設(shè)計劇每動態(tài)MLC和備有IMRT系統(tǒng)集成進去，但目前許多仍在使用的線性加速器具有作為加載項的MLC。在這兩種情況下直線加速器被設(shè)計以使得MRT治療和標(biāo)準(zhǔn)治療可以在相同的單元上執(zhí)行。傳統(tǒng)的3D適形治療需要扁平光束，因為通常為每個單獨的光束在靶體積內(nèi)達(dá)至購勻的劑量補償是不能實現(xiàn)的。然而，在產(chǎn)生IMRT治療計劃中，計劃者以給耙^iR提供所需劑量并且不傷害周圍的正常的或重要的組織的非均勻密度矩陣而告終。為了達(dá)到這個目標(biāo)，不需要扁平光束。在IMRT計劃期間，光束的調(diào)制和傳^i!51許多在傳送端口的子束以及分割的場來執(zhí)行，并且事實上考慮了傳統(tǒng)的方面，你將看到它的優(yōu)點在于具有不需要通過大塊厚金屬(即平坦濾波器)的所有t^t的更清潔的光束。因此，期望移除平坦濾波器會由于橫向光子散射的減少和中心軸光子注量的增加而導(dǎo)致更好的MRT治療。更具體地，通過從光束路徑中移除平坦濾波器僅僅是為了MRT治療，可以期望更高劑量率以及更加銳利、以幾何學(xué)定義的場，因此導(dǎo)致更好的MRTi錢訴蹄療。平坦濾波器的有害特性是由增加橫向融寸和減少該濾波器產(chǎn)生的中心軸注量所造成的。在MRT的特殊瞎況下，由于在病人平面光束調(diào)制和MLC移動組合，注量被改變，因此濾波器不再需要。這已經(jīng)顯示了用于特殊的斷層治療的情況的專用的MRT系統(tǒng)。這里，我們顯示了用于更一般的線性加速器瞎況的輻射特性的蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬。材料與方法ElektraSL-25的蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬使用BEAMnrc代碼執(zhí)行蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬。使用Elekta精確模型SL"25，ffl31該模擬與使用Welhofer(ScanditronixWellhofer)掃描水體模測量的娜進行比較，6MV和10MV育g量的光子束被最初建模和啟用。在模型中加速器的頭部被分為結(jié)構(gòu)模i^(也就是耙)、初級準(zhǔn)直器、平坦濾波器、監(jiān)視器室、鏡、MLC以及X和Y口(jaw)。使用附加的部件模擬加速器的出口和水ffli表面之間的空氣間隙，在該空氣間隙中形成相空間平面。用于傳輸?shù)哪芰拷缦?cutoff)被設(shè)置為ECUT=0.7MeV，PCUT=0.01MeV和球電刊globalelectron)界限=2.0MeV。具有SBS參數(shù)N,=10和H皿=100的電子區(qū)糊一斥和選擇性籾致輻射(Bremsstahlung)分裂被使用。不使用俄式輪盤和光子加壓(forcing)。然而在距離源100cm的平面處創(chuàng)建相空間文件，其用于使用DOSXYZarc代碼模擬的體模(phantom)的輸入。400><106的記錄被用于加速器的模擬。對于DOSXYZ體模，200x106的記錄被用于所有場尺寸，從而為更大場尺寸提供足夠統(tǒng)計數(shù)據(jù)。深度齊嗄和橫向分布在很^f呈度上取決于電子束撞擊到光子革巴時盼性質(zhì)。該重要的參數(shù)是指電子能量、能量的擴散以及光束的空間分布。對于6MV和IOMV光束，j頓的電子育g量分別為6.50Mev和9.50MeV，肖g量的擴散分別為1.0MeV和0.8MeVFWHM，并且徑向分布分別為0.11cm和O.lOcmFWHM。當(dāng)與水體模測量比較時，從這些模擬中獲得的深度劑量曲線在最大劑量范圍內(nèi)偏離不到1%，在所有其他深度偏離不到5%。一旦符合足夠水平的測量數(shù)據(jù)的蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬被建立，就從6MV和10MV光束模型中移除平坦濾波器。所有其他參數(shù)保持不變。水中的測量在Wellhofer掃描水ffli里所有的測量被設(shè)置在100cmSSD，以及0.1cc電離室。6MV和10MV光束用蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬作比較研究。在蒙特卡羅(MonteCarlo)模型的試運行獲得后，6MV和10MV平坦濾波器從在加速器的頭部的初級旋轉(zhuǎn)帶上被移除。在旋轉(zhuǎn)帶中留下了光子束可以通過的孑L。深度電離分布、橫向主測線(transverseinJine)(槍革巴方向)和橫切面分布在cU和10cm處被測量。深度劑量分布在深度30cm處被測量和被標(biāo)準(zhǔn)化為在中心軸的最大室讀數(shù)(muximumchamberreading)。橫向分布在主測線和橫切面方向從5x5到30x30cm2的場范圍內(nèi)被測量。這些分布也被標(biāo)準(zhǔn)化為中心軸的最大室讀數(shù)。結(jié)論蒙特卡羅(MonteCarlo)模型i^I行如上所述，標(biāo)準(zhǔn)的蒙特卡羅(MonteCarlo)模擬，被傳送的6MV和10MV平坦光束與通過掃描水體模獲得的測量數(shù)據(jù)匹配較好。這些測量的目的是為了表明蒙特卡羅(MonteCarlo)模型與在水傳^莫里執(zhí)行的劑量測量的精確匹配。圖1(a)和1(b)顯示對于6MV和10MV的CAX百分深度劑量的水體模測量和蒙特卡羅(MonteCarlo)。對于在100cmSSD上10x10cm2場內(nèi)中心軸百分深度劑量分布顯示為6MV和10MV，實心點顯示實驗測量，空心點顯示蒙特卡羅模型。關(guān)于測量，也得到30x30cm2的場內(nèi)的蒙特卡羅模型的平坦度和對稱性的橫向分布作為比較。圖2(a)和2(b)顯示了對于在d目和10cm的深度的主測線方向的6MV和IOMV計算的蒙特卡羅的橫向分布與測量娜的比較。在所有情況下，在測量數(shù)據(jù)和蒙特卡羅模擬數(shù)據(jù)之間建立了好的一致性。圖3顯示了對于6MV10x10ci^光束的蒙特卡羅和測量數(shù)據(jù)之間的比較。頂部的兩條曲線對應(yīng)于1.6cm(d鵬)深度，底部的兩條曲線對應(yīng)于10cm深度。非扁平光束的蒙特卡羅模型在平坦濾波器從Elekta加速器的初級濾波器帶被移除后，在沒有濾波器的情況下執(zhí)行模擬并與測量數(shù)據(jù)進行比較。這些測量的目的是要驗證沒有平坦濾波器的蒙特卡羅模型的精確度以精確地模擬光束。對于相交平面分布比較顯示在圖3中。未顯示測量的主測線(槍耙)方向和蒙特卡羅分布之間的比較。這些測量的橫向分布具有較差的對稱性，由于去除平坦濾波器后控制光束被認(rèn)為是困難的。從圖3可以得出這樣的結(jié)論去除濾波器的蒙特卡羅模型6MV和10MV光束顯示與測量數(shù)據(jù)精確匹配。然后對從2x2cm2至30x30cm2范圍內(nèi)的各種場的尺寸執(zhí)行模擬。下面的圖表顯示了沒有平坦濾波器的情況下對于6MV光束在1.6cm深度的橫向分布。圖4中的曲線是所有10x10cr^場的CAX劑量的標(biāo)準(zhǔn)化。圖4顯示了對于從2x2到30x30cm2范圍內(nèi)場尺寸的6MV無濾波器的光子束在深度1.6cm的蒙特卡羅計算的橫向相交平面分布。下一步是比較平坦光束和非平坦光束的蒙特卡羅模型。圖5顯示了蒙特卡羅計算橫向分布和去除平坦濾波器對中心軸(CAX)劑量的效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)，對于10xl0cn^場尺寸的6MV光子束，在濾波器被去除的情況下，CAX劑量與標(biāo)準(zhǔn)平坦光束比較增加到2.35倍。這個數(shù)字也顯示了在有和沒有平坦濾波器盼瞎況下對于10x10cm210MV光束的CAX劑量。在這種情況下，由于對于Elekta10MV平坦濾波器更重要，根據(jù)大量被使用的材料沒有濾波器的CAX劑量比標(biāo)準(zhǔn)平坦光束高4.18倍。圖5(a)和5(b)顯示了對于標(biāo)準(zhǔn)的、平坦的和不平坦的6MV和10MV10x10cm2光束在d皿的蒙特卡羅模擬之間的比較。所有的分布都被標(biāo)準(zhǔn)化為標(biāo)準(zhǔn)光束的中心軸劑量以顯示移除了平坦濾波器的對CAX劑量的影響。C、束平坦度的量化使用平均超過場尺寸的80%的變換來計算每個橫向分布的平坦度，公式為平坦度=100XD""x-Dmln對于10x10cm2光束的6MV模擬，平坦光束和非平坦光束在cU的平坦度分別為2.37%和6.21%。同樣，在IOcm深度相同的百分比的分別為1.88X和5.77%。對于10MV模擬，在2.3cm(O深度和10cm深度的3.96%和7.71%的平坦度百分比，分別對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)光束和非平坦光束。在10cm深度平坦度被計算，對于平坦光束是2.92%，對于非平坦光束是839%。D、在中心軸的劑量圖6(a)和6(b)通過比較標(biāo)準(zhǔn)平坦的6MV和10MV光束與相同的無濾波器光束來顯示蒙特卡羅百分深度劑量曲線。對于無濾波器光束，劑量隨著深度的快速下降與較柔軟的(softer)中心軸光束一致。從平坦的和非平坦的10x10cm26MV和10MV光束的模擬也可以獲得在中心軸上的深度劑量曲線。發(fā)現(xiàn)在深度比cU大的劑量沉積隨著濾波器的移除更迅速地下降。正是由于這一事實，隨著濾波器的移除，在中心軸的區(qū)域中的光束不再被濾波器變硬。劑量隨著深度的ffl3t降低與柔軟的中心軸光束一致。為了研究平坦濾波器對光子能量譜的影響，執(zhí)行具有BEAMDP，聘的各相空間文件的分析。作為光子能量函數(shù)的光子注量形成無濾波器光束對標(biāo)準(zhǔn)光束的圖形。如所期待的，每單位能量的光子注量對于無濾波器光束是足夠大的，特別是在峰值光子能量的區(qū)域內(nèi)。圖7(a)和7(b)顯示了對于6MV光束和10MV光束的光子注量譜，其顯示了移除光子平坦濾波器的效果。圖7顯示了對于6MV光束和10MV光^f^10x10cm2場的光子注量譜。在這兩種情況下，fflil去除平坦濾波器來增加峰值光子能量，顯示出平坦濾波^W硬化光束的效果。對于6MV光束在有和沒有平坦濾波器的峰值能量分別是0.48MV和0.33MeV。同樣地，對于10MV光束的例子中，其中平坦濾波器的設(shè)計導(dǎo)致更大的光束硬化效果，對于標(biāo)準(zhǔn)光束和無濾波器光束峰值光子能量是1.13MeV和0.33MeV。E、場外劑量隨著平坦濾波器的移除，人們會期望橫向光子散射的量減少，其效果是在場以外的點的劑量將有所減少。為了研究此效果，在有平坦濾波器和沒有平坦濾波器的6MV光束的模擬之間比較在輻射場邊緣和超出輻射場邊緣的相對劑量。對于6MV束從2x2cr^至30x30cr^范圍內(nèi)的各種尺寸的場運行模擬。在所有情況中，對于無濾波器光束，場ii^劑量更大。下面在圖8中，顯示了對于平坦的無濾波器的6MV光束2x2cm2、10x10cm2和30x30cn場?？梢钥闯?，在任何情況下，在該分布的兩翼無濾波器光束的相對劑量都比標(biāo)準(zhǔn)場的相對劑量大。該分布的底部在1.6cm深度。在10cm深度的相同的分布顯示了相同的效果；對于無濾波器光束場外的劑量更高。圖8是從2x2、10x10和30x30cr^場的模擬得到的絕對劑量的比較。在這里顯示的為6MV光束在深度1.6cm的模擬。對于各場尺寸顯示了平坦光束和非平坦光束的分布，以使得能夠比較輻射場邊緣的劑量?？梢钥闯觯瑢τ跓o濾波器光束的所有場尺寸，在場邊緣的劑量更大。為了量化場外的劑量，劍門認(rèn)為場外2cm處的點(如在2><2咖2場離軸距離3cm處)并且對于到中央軸的右側(cè)和左側(cè)的體素(voxel)取相對劑量的均值。下表顯示了對于平坦和非平坦的6MV光束在輻射場外2cm的點的相對劑量(標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)于該場尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、平坦光束的CAX劑量)。在此考慮的所有分布是位于最大劑量的深度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表1顯示了對于各場尺寸場外相對劑量的比較。給出了^場尺寸在輻射場ii^外^S射場ii^的點的相對劑量。結(jié)論隨著平坦濾波器的移除，光子束將不會發(fā)生顯著的散射，否則他們將M，結(jié)果導(dǎo)致到病人平面的更清潔的光束。對于MRT治療，需要扁平光子束的傳統(tǒng)治療對于光束被調(diào)制以達(dá)到在靶體積內(nèi)劑量的均勻是沒有必要的。事實上，對于IMRT的情況，從光束產(chǎn)生的注量圖最終很變得不均勻。從無平坦濾波器的加速器顯著增加的劑量率在短時間內(nèi)提供污染較少的光束有重要意義。6和10MV光子束的深度劑量的計算圖表明通過從光束中去除平坦濾波器，可以實現(xiàn)超過最大劑量深度的更好的劑量衰退。另一方面，由于更少的硬化光束，最大劑量率深度的點將更接近表面(對于6X為l-2mm，對于10X為2-3mm)。場外劑量是一個需要進一步研究的現(xiàn)象，并會來的工作中進行詳細(xì)的討論，但在治療場劑量分布的測量和計算顯示較少翻寸、顯著高的光子注量，并且全部成為更清潔光束被用于MRT治療。在無濾波器的加速器中超出最大劑量深度的劑量的更好的衰減也再次表明去除濾波器時光束更清潔。散射和貢獻(xiàn)給深度劑量的較低能量光子的量與光束能量成正比，并且相當(dāng)值得用于臨床光子射束。郷本說明書中所討論的特殊的結(jié)構(gòu)、方法或具體實施例僅僅是為了例證性地說明被披露的本發(fā)明。這些基于本說明書的教導(dǎo)的結(jié)構(gòu)、方法或具體實施例的變形對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見，因此其被包含作為在此披露的本發(fā)、"h述給出的本發(fā)明的詳細(xì)描述用于解釋性目的。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下作出多種改變和變形是顯而易見的。因此，前面的整個描述是為了例證性而不是限制性意義，本發(fā)明的范圍完全由所附的權(quán)利要求所定義c權(quán)利要求1、一種用于放射治療的在病人平面產(chǎn)生高能量X射線的方法，包括步驟2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，包括M:M^翻寸到周圍正常組織的輻射和M^電子污染來改善病人的方謝治療的步驟。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括增加劑量率和縮短治療時間的步驟。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括大幅度增加劑量率并在較短的治療時間輸送污染較少的輻射束的步驟。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在病人平面輸送具有較高光子注量的輻射束的步驟。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在病人平面輸送更潔凈的輻射束的步驟。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移除平坦i^波器的步驟增加劑量率并齡橫向跳'8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括步驟使用多葉準(zhǔn)直器(MLC)控制輻lt源的平面注量；以及逆向治療計劃，以在不使用平坦濾波器的情況下對于輻射束實現(xiàn)靶體積內(nèi)的均勻。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中線性加速器為IMRT能力的輻射加速器。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中MLC被用于實現(xiàn)均勻以符合傳統(tǒng)3D療法。11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在病人平面通過MLC在輻射場進出的組合以產(chǎn)生光束調(diào)制來改變注量的步驟。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該輻射將3D適形Y輻射劑量輸送到病人平面的治療區(qū)域。13、一種不具有平坦濾波器的方謝治療設(shè)備，包括輻射源，其沿光束路徑將光束引導(dǎo)至U治療區(qū)域；其中，輻射源為線性加速器；光束成形裝置，其可控制擇性地準(zhǔn)鼓束；以及治療計劃系統(tǒng)，其接口到光束成形裝置，用于將成形的光束輸送到治療區(qū)域。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的方鄉(xiāng)治療設(shè)備，其中輻針源包括電子輻針源。15、根據(jù)權(quán)利要求13所述的方謝治療設(shè)備，其中輻lt源包括MRT能力輻射加速器。16、根據(jù)權(quán)利要求13所述的方婦寸治療設(shè)備，其中光束成形裝置為MLC。17、根據(jù)權(quán)禾腰求13所述的方謝治療設(shè)備，其中輻針源為育,產(chǎn)生高能量X射線(從4MV到25MV范圍內(nèi))的任何線性加速器，并且能夠提供IMRT治療。全文摘要這是使用不具有平坦濾波器的直線加速器在IMRT和3D適形γ輻射劑量輸送中的一種新技術(shù)。該技術(shù)通過減少分散到周圍的正常組織的輻射和減少電子污染提高了病人的放射治療。其增加了劑量率以縮短治療時間。幾十年來，直線加速器與光子平坦濾波器一起使得劑量分布更加均勻，其中光子平坦濾波器用于產(chǎn)生平面注量的光子分布。然而，這些濾波器都導(dǎo)致注量衰減和光束污染?，F(xiàn)在，在如強度調(diào)制放射治療(IMRT)的技術(shù)時期，平坦濾波器的功能變得多余?，F(xiàn)在平坦濾波器由于減少了注量并增加了散射而僅僅降低了光束的效率。我們的技術(shù)涉及用于復(fù)雜治療的平坦濾波器的移除。其利用逆向計劃與多葉準(zhǔn)直器形成劑量分布。文檔編號A61N5/10GK101421006SQ200780006088公開日2009年4月29日申請日期2007年2月20日優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日發(fā)明者E·I·帕塞,J·J·費爾德邁爾申請人:托萊多大學(xué)