[实用新型]重离子放射治疗多功能三维适形调强装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及重离子放射治疗多功能三维适形调强装置。

背景技术

恶性肿瘤(癌症)是一种常见病、多发病,也是对人类健康危害极大的疾病，并一直是困扰世界各国的难题。据1995年世界卫生组织出版的“国家癌症控制内容”资料，1990年全世界因癌症死亡的人数约为600万,新增病例1000万。我国肿瘤防治办公室的调查资料也显示，全国每年因癌症死亡人数约140万，占我国死亡总人数的20％，居各种死亡原因的第二位，并且仍在以每年1.3％的速度增加。因此，癌症预防和治疗新方法研究是国家“人口与健康”战略目标的主要内容之一。据统计，经不同方法治疗的癌症患者五年存活率已达45％以上，其中，有四成是经过放射治疗的。近年来，癌症放射治疗的治愈率和有效控制率明显提高，放射治疗使某些早期局部性肿瘤获得根治。同时放射治疗对癌症所在部位的器官及其功能的保留有重要意义。

很久以来，放射治疗都采用常规治疗(电子、X和g-射线等)方法，它们对某些肿瘤虽然具有较好的疗效，但由于其物理和生物特性的缺陷，在杀死癌细胞的同时，使周围健康组织也受到较大损伤，造成明显的毒副作用，甚至出现一些并发症。尽管对放射治疗设备进行非常严密的设计，但癌瘤周围的正常组织和器官仍然受到相当剂量的照射。为了避免肿瘤周围的正常组织(特别是对放射线敏感的重要组织和器官)受到不必要的损伤，有时不得不减少总剂量，致使肿瘤靶区得不到足够的照射剂量，因此极大地降低了肿瘤的治愈率。据统计，在所有的常规放疗病人中，约有1/3病人局部肿瘤未能得到控制；另有报告称，在美国每年有10万个癌症病人由于局部肿瘤未控而导致治疗失败。

质子和重离子是重带电粒子，不同于常规射线：由于它们的质量很大，进入人体内的运动可近似看成是直线，质子和重离子在射程的末端能量损失最大，在人体内形成尖锐的“Bragg”峰，离子越重，此峰越窄，形成峰之前是低平坦的坪，峰后是陡直的尾。因而它们在人体内有确定的射程，射程的大小决定于它们能量的大小。利用质子和重离子能量损失集中于射程末端的性质，在治疗肿瘤时，根据肿瘤的深度来调节质子和重离子能量的大小，使“Bragg”峰位于肿瘤位置，达到对肿瘤的最大程度的杀伤，而且到达肿瘤所必需穿过的正常组织的损伤非常小，肿瘤后面的正常组织几乎不受任何影响。

测量重离子剂量分布一般都是在射线束垂直入射到表面平坦、均匀的水体模中进行的，由于射程一致，获得的深度剂量分布一般都是规整的。将重离子束应用到患者体内，目的是使重离子高剂量区(Bragg峰)包裹照射肿瘤靶区而使正常组织受照射区域最小；在使用重离子束照射肿瘤靶区时，由于人体曲面和组织的不均匀性，重离子束经过的水等效厚度不一致，导致重离子布拉格峰在人体靶区的位置不一致，从而造成高剂量区的照射偏差，伤害到正常组织或危急器官。

为了解决这一问题，一方面需要进行辐射场的横向适应，采用准直器对辐射场进行构形，使辐射场横截面边缘与肿瘤靶区在束流方向最大投影相吻合，即经过束流准直器形成照射野，保护横向的正常组织；一方面要进行组织补偿，在束流方向上调整Bragg峰的深度位置，使之与肿瘤靶区后沿形状相符合，保护肿瘤靶区后沿的正常组织。

目前的束流准直器多为多叶准直器(multi-leafcollimator)，当叶片构形后，在横向上截取与肿瘤靶区在束流方向上的投影轮廓相适形的照射野，射野内的束流可顺利通过，在射野外的束流被叶片阻挡不能通过，从而可实施适形照射治疗。

补偿器是根据患者病灶形状及大小制作的个体设备，其设计参数应由治疗计划软件系统依据靶区重建图像及束流入射路径等因素给出，原理为：沿束流入射方向，确保从补偿器表面任意一点到病灶后沿的水等效厚度相同。目前一般情况下补偿器由轻质组织等效材料如有机玻璃(PMMA)经数控机床加工而成。

目前的准直器和补偿器都是独立的单个设备。尤其是补偿器加工方式仍属于离线加工方法，需要在治疗提前加工出来，时效性不强。且需要为每一各射野加工一个适形块，且材料不能重复利用，成本较高，耗时长，效率不高。因此在适形调强技术层面存在改进的必要性和可行性。

在现有重离子放射治疗中，照射野的横向准直适形和束流纵向的组织补偿(被动的束流强度调节)功能分别由准直器(光阑，多叶光栅等)和组织补偿器(楔形块，铅块等)两个独立的设备来实现。而目前除了准直器这一类别出现了电动多叶光栅准直器之外，组织补偿器(包括楔形块，铅块等)还只能依靠人工加工，手动摆位，并且无法实现组织补偿器的重复利用。

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