[发明专利]正电子发射断层扫描引导的质子疗法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月20日提交的美国临时专利申请 No.61/880,559的权益，通过引用方式将上述临时专利申请的全文并 入本文。

技术领域

本发明的总体构思涉及正电子发射断层扫描(PET)，更具体地 说，本发明涉及利用正电子发射断层扫描在放射治疗期间通过动态目 标追踪来协助质子束疗法(PT)。

背景技术

用于癌症治疗的辐射由于会在其穿过的组织细胞中形成离子 (带电粒子)，因此被称为电离辐射。电离辐射通过从原子和分子中 移除电子来产生离子。这样可以杀死细胞或者改变基因使细胞不能生 长。治疗癌症的理想辐射是：在靶体内投放限定剂量分布而在靶体外 没有投放，从而使对肿瘤的剂量最大，对周围正常组织的剂量最小。

电离辐射可以分为两大类：广泛使用的光子(例如X-射线和γ- 射线)；以及粒子辐射(例如电子、质子、中子、碳离子、α-粒子和 β-粒子)。

质子束(质子束疗法(PT或PBT))是粒子束辐射的示例性形 式。质子是原子带正电荷的部分，质子对其穿过的组织的伤害微小， 但是质子可以很好地杀死轨迹末端的细胞。这意味着质子束能够对癌 投放更多的辐射量，同时对正常组织造成很小的副作用。

但是，对质子和重离子来说，因为粒子穿透组织并且不断失去 能量，所以剂量会增加。因此，剂量随着厚度的增加而增加，直到在 粒子射程末端附近出现的布拉格峰(Braggpeak)。在布拉格峰后， (质子的)剂量降到0，或者(重离子的)剂量降到几乎为0。这种 能量沉积分布的优点是：在靶组织周围的正常组织中沉积的能量较少。 离子通过回旋加速器或同步加速器加速。射出粒子束的最终能量限定 了穿透深度，并且因此限定了最大能量沉积的位置。因为通过电磁铁 很容易使粒子束朝横向偏转，所以能够进行光栅扫描方法(即，能够 快速扫描靶区)。如果改变穿透深度，那么可以在三维空间内覆盖整 个靶体，从而根据肿瘤的形状进行放射。

正电子发射断层扫描(PET)是一种生成体内功能过程的图像或 影像的核医学成像技术。系统探测由发射正电子的放射性核素(示踪 剂、放射性示踪剂和放射性药剂等)间接发射的γ-射线偶，其中发 射正电子的放射性核素注入体内的生物活性分子上。放射性核素或放 射性的核素是带有不稳定核的原子，特征是：多余的可用能量在核内 或者通过内部转换施加给其中新产生的辐射粒子。在这个过程中，放 射性核素经过放射性衰变，因此发射出γ-射线和/或亚原子粒子(如 α-粒子或β-粒子)。这些发射物构成电离辐射。放射性核素通常被称 为具有放射性的同位素或者放射性同位素。

当放射性同位素经过正电子发射衰变(也称为β+衰变)时，放 射性同位素会发射正电子，正电子是电子的反粒子，带有与电子相反 的电荷。发射的正电子在组织中传播一小段距离(通常小于1mm， 这取决于同位素)，在此期间正电子损失动能，直到其减速到可以与 电子相互作用的时刻。电子与正电子的相遇会使两者湮灭，并产生沿 着大约相反的方向运动的湮灭光子(γ-光子)偶。这些可以在湮灭光 子偶到达扫描装置的闪烁器时被探测，从而产生通过光电倍增管、硅 基雪崩光电二极管(SiAPD)或硅基光电倍增器(SiPM)探测的光 猝发。

体内的放射性核素浓度的三维分布可以通过正电子发射断层扫 描过程中的计算机分析构建。

正电子发射断层扫描和质子疗法的问题是需要持续发展以改进 它们的多功能性、实用性和效率。

发明内容

本发明的总体构思的示例性实施例可以通过提供与质子治疗系统 一起使用的质子投放引导系统来实现，质子治疗系统具有用于将质子 引向病人靶区的质子投放射嘴，质子投放引导系统包括：正电子发射 断层扫描(PET)系统，正电子发射断层扫描系统具有用于扫描注入 病人体内的放射性示踪剂的探测器单元，正电子发射断层扫描系统包 括用于产生与病人靶区对应的图像的位置信息的处理单元；以及引导 单元，引导单元用于接收来自正电子发射断层扫描系统的位置信息并 根据位置信息指示质子治疗系统将质子引向靶区。

探测器单元可以包括具有开口的部分圆环结构，引导单元可以 包括动作控制单元，动作控制单元构造成能够控制探测器单元的运动， 使得质子发生器射嘴在探测器单元扫描病人体内的放射性示踪剂时 通过开口将质子引向靶区。