未滤波的放射治疗的制作方法

专利名称：：未滤波的放射治疗的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种执行方妇寸治疗的方法。更具体地，本发明涉及一种新的强度调制放射治疗(MRT)技术，使用没有平坦滤波器的线性加速^j专输适形y辐射剂量。这种没有i^波器的新技术M:减少ty寸到周围的正常组织的辐射来提高病人的放射治疗。
背景技术：
：强度调制放射治疗(MRT)是一种用于需要放射治疗的癌症病人的治疗方法。IMRT是一种提供符合耙的辐射剂量并且避免周围的重要组织的非常精确的治疗方法。^fflIMRT治疗^/人不同的角度进行的并且是ilil改变治疗区域的辐射束的强度，而不是将单独的，辐射光^151人体。辐射被有效地分成数以千计的细小的细束的辐射光束。具有毫M度，这些光束从多个角度iSA人体，并相交于毒瘤上。导致以高辐射剂量作用于肿瘤，以更低的辐射剂量作用于周围的健康组织。一种用于调制辐射光束的强度的方法是基于将多叶准直^(MLC)移进和移出来自辐射治疗机的辐射束的方法。MLC包括多个窄机械刀片或叶片，它们通过微型电动机和机械传动联接被单独地控制。计算机控制微型电动机驱动各个刀片进出以对辐射束成形。基于IMRT治疗机的MLC的一个优点是相同的MLC能被自动地控制以支持接^^疗的每个病人的各自的需求。换句话说，MLC为每一个新病人而被改装。与光子平坦滤波器一起使用了几十年的线性加速器，使光子平面注量分布和剂量分布更加均匀。这些滤波器，都导致注量衰减和光束污染。现在，如强度调制方妇朽台疗(MRT)技术的时期，平坦滤波器的作用变得多余，并且平坦滤波器现在仅通过M^注量禾赠强翻寸的辐射来M^光束的效率。对于本领域技术人员来说，本发明的其他目的和优点aai后面的优选实施例和附图的详细说明将变成显而易见。
发明内容我们的技术涉及用于复杂治疗的平坦滤波器的移除以及与多叶准直器一起使用的逆向设计来成形剂量分布。aai取消平坦滤波器，齐u量率增加并且横向翻寸M^。通过减少靶周围正常组织的剂量提高了病人的治疗，并且也减少了治疗时间。光束轮廓的平坦在像MRT的技賴中是多余的，因为平面注量是由多叶准直器(MLC)控制。对于许多现代的线性加速器，由于平坦滤波器能简单地从光路中被机械移除，因此取消平坦滤波器不需要对该单^iS行物理改变。这种新技术在于MRT，并且3D适形y辐射剂量使用不具有平坦滤波器的线性加速器来传送。这种技术通过减少Mt到周围的正常组织的辐射以及减少电子污染来提高了病人的放射治疗。它增加了剂量率，以缩短治疗时间。为了使平面注量的光子分布和剂量分布更一致，线性加速器已经与光子平坦滤波器一起使用了几十年。然而，这些滤波器已经导致了注量衰减以及光束污染。现在在如强度调制力妇寸治疗(MRT)的技术时代，平坦滤波器的功能变得多余。il31减少注量并增加翻寸的辐射，平坦滤波器现在仅减少了光束的效率。图l(a)和l(b)显示了对于6MV和10MV的CAX百分深度剂量的蒙特卡罗(MonteCarlo)和水体模测量。图2(a)和2(b)显示了对于6MV和10MV的d匿和10cm横向分布深度的蒙特卡罗(MonteCarlo)和水体模测量。图3显示了对于6MV10x10cm2光束的蒙特卡罗(MonteCarlo)和测量数据之间的比较。图4显示了对于从2x2到30x30cm2的场尺寸的6MV无i^波器光子束在1.6cm深度的蒙特卡罗计算的横向相交平面分布。图5(a)和5(b)显示了对于标准的、平坦的和不平坦的6MV和10MV10><10cn^光束在d皿的蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟之间的比较。所有的分布都被标准化为标准光束的中心轴齐U量以显示移除了平坦滤波器的CAX剂量的效应。图6(a)和6(b)M31比较标准平坦的6MV和10MV光束与相同的无滤波器光束，来显示蒙特卡罗(MonteCarlo)百分深度剂量曲线。图7(a)和7(b)显示了对于6MV光束和10MV光束的光子注量谱，其显示了移除光子平坦滤波器的效果。图8显示了从2x2，10x10和30x30cm2场模拟获得的绝对剂量的比较。在这里显示的模拟用于在1.6cm深度的6MV光束。具体实施例方式MRT(强度调制方妇寸治疗)正ffiit成为一种通用的治疗方式，最iffit行的一项研究声称，美国三分之一的辐射肿瘤学家在4OT这项技术。现代治疗机被设计劇每动态MLC和备有IMRT系统集成进去，但目前许多仍在使用的线性加速器具有作为加载项的MLC。在这两种情况下直线加速器被设计以使得MRT治疗和标准治疗可以在相同的单元上执行。传统的3D适形治疗需要扁平光束，因为通常为每个单独的光束在靶体积内达至购匀的剂量补偿是不能实现的。然而，在产生IMRT治疗计划中，计划者以给耙^iR提供所需剂量并且不伤害周围的正常的或重要的组织的非均匀密度矩阵而告终。为了达到这个目标，不需要扁平光束。在IMRT计划期间，光束的调制和传^i!51许多在传送端口的子束以及分割的场来执行，并且事实上考虑了传统的方面，你将看到它的优点在于具有不需要通过大块厚金属(即平坦滤波器)的所有t^t的更清洁的光束。因此，期望移除平坦滤波器会由于横向光子散射的减少和中心轴光子注量的增加而导致更好的MRT治疗。更具体地，通过从光束路径中移除平坦滤波器仅仅是为了MRT治疗，可以期望更高剂量率以及更加锐利、以几何学定义的场，因此导致更好的MRTi钱诉蹄疗。平坦滤波器的有害特性是由增加横向融寸和减少该滤波器产生的中心轴注量所造成的。在MRT的特殊瞎况下，由于在病人平面光束调制和MLC移动组合，注量被改变，因此滤波器不再需要。这已经显示了用于特殊的断层治疗的情况的专用的MRT系统。这里，我们显示了用于更一般的线性加速器瞎况的辐射特性的蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟。材料与方法ElektraSL-25的蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟使用BEAMnrc代码执行蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟。使用Elekta精确模型SL"25，ffl31该模拟与使用Welhofer(ScanditronixWellhofer)扫描水体模测量的娜进行比较，6MV和10MV育g量的光子束被最初建模和启用。在模型中加速器的头部被分为结构模i^(也就是耙)、初级准直器、平坦滤波器、监视器室、镜、MLC以及X和Y口(jaw)。使用附加的部件模拟加速器的出口和水ffli表面之间的空气间隙，在该空气间隙中形成相空间平面。用于传输的能量界限(cutoff)被设置为ECUT=0.7MeV，PCUT=0.01MeV和球电刊globalelectron)界限=2.0MeV。具有SBS参数N,=10和H皿=100的电子区糊一斥和选择性籾致辐射(Bremsstahlung)分裂被使用。不使用俄式轮盘和光子加压(forcing)。然而在距离源100cm的平面处创建相空间文件，其用于使用DOSXYZarc代码模拟的体模(phantom)的输入。400><106的记录被用于加速器的模拟。对于DOSXYZ体模，200x106的记录被用于所有场尺寸，从而为更大场尺寸提供足够统计数据。深度齐嗄和横向分布在很^f呈度上取决于电子束撞击到光子革巴时盼性质。该重要的参数是指电子能量、能量的扩散以及光束的空间分布。对于6MV和IOMV光束，j顿的电子育g量分别为6.50Mev和9.50MeV，肖g量的扩散分别为1.0MeV和0.8MeVFWHM，并且径向分布分别为0.11cm和O.lOcmFWHM。当与水体模测量比较时，从这些模拟中获得的深度剂量曲线在最大剂量范围内偏离不到1%，在所有其他深度偏离不到5%。一旦符合足够水平的测量数据的蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟被建立，就从6MV和10MV光束模型中移除平坦滤波器。所有其他参数保持不变。水中的测量在Wellhofer扫描水ffli里所有的测量被设置在100cmSSD，以及0.1cc电离室。6MV和10MV光束用蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟作比较研究。在蒙特卡罗(MonteCarlo)模型的试运行获得后，6MV和10MV平坦滤波器从在加速器的头部的初级旋转带上被移除。在旋转带中留下了光子束可以通过的孑L。深度电离分布、横向主测线(transverseinJine)(枪革巴方向)和横切面分布在cU和10cm处被测量。深度剂量分布在深度30cm处被测量和被标准化为在中心轴的最大室读数(muximumchamberreading)。横向分布在主测线和横切面方向从5x5到30x30cm2的场范围内被测量。这些分布也被标准化为中心轴的最大室读数。结论蒙特卡罗(MonteCarlo)模型i^I行如上所述，标准的蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟，被传送的6MV和10MV平坦光束与通过扫描水体模获得的测量数据匹配较好。这些测量的目的是为了表明蒙特卡罗(MonteCarlo)模型与在水傳^莫里执行的剂量测量的精确匹配。图1(a)和1(b)显示对于6MV和10MV的CAX百分深度剂量的水体模测量和蒙特卡罗(MonteCarlo)。对于在100cmSSD上10x10cm2场内中心轴百分深度剂量分布显示为6MV和10MV，实心点显示实验测量，空心点显示蒙特卡罗模型。关于测量，也得到30x30cm2的场内的蒙特卡罗模型的平坦度和对称性的横向分布作为比较。图2(a)和2(b)显示了对于在d目和10cm的深度的主测线方向的6MV和IOMV计算的蒙特卡罗的横向分布与测量娜的比较。在所有情况下，在测量数据和蒙特卡罗模拟数据之间建立了好的一致性。图3显示了对于6MV10x10ci^光束的蒙特卡罗和测量数据之间的比较。顶部的两条曲线对应于1.6cm(d鹏)深度，底部的两条曲线对应于10cm深度。非扁平光束的蒙特卡罗模型在平坦滤波器从Elekta加速器的初级滤波器带被移除后，在没有滤波器的情况下执行模拟并与测量数据进行比较。这些测量的目的是要验证没有平坦滤波器的蒙特卡罗模型的精确度以精确地模拟光束。对于相交平面分布比较显示在图3中。未显示测量的主测线(枪耙)方向和蒙特卡罗分布之间的比较。这些测量的横向分布具有较差的对称性，由于去除平坦滤波器后控制光束被认为是困难的。从图3可以得出这样的结论去除滤波器的蒙特卡罗模型6MV和10MV光束显示与测量数据精确匹配。然后对从2x2cm2至30x30cm2范围内的各种场的尺寸执行模拟。下面的图表显示了没有平坦滤波器的情况下对于6MV光束在1.6cm深度的横向分布。图4中的曲线是所有10x10cr^场的CAX剂量的标准化。图4显示了对于从2x2到30x30cm2范围内场尺寸的6MV无滤波器的光子束在深度1.6cm的蒙特卡罗计算的横向相交平面分布。下一步是比较平坦光束和非平坦光束的蒙特卡罗模型。图5显示了蒙特卡罗计算横向分布和去除平坦滤波器对中心轴(CAX)剂量的效应。发现，对于10xl0cn^场尺寸的6MV光子束，在滤波器被去除的情况下，CAX剂量与标准平坦光束比较增加到2.35倍。这个数字也显示了在有和没有平坦滤波器盼瞎况下对于10x10cm210MV光束的CAX剂量。在这种情况下，由于对于Elekta10MV平坦滤波器更重要，根据大量被使用的材料没有滤波器的CAX剂量比标准平坦光束高4.18倍。图5(a)和5(b)显示了对于标准的、平坦的和不平坦的6MV和10MV10x10cm2光束在d皿的蒙特卡罗模拟之间的比较。所有的分布都被标准化为标准光束的中心轴剂量以显示移除了平坦滤波器的对CAX剂量的影响。C、束平坦度的量化使用平均超过场尺寸的80%的变换来计算每个横向分布的平坦度，公式为平坦度=100XD""x-Dmln对于10x10cm2光束的6MV模拟，平坦光束和非平坦光束在cU的平坦度分别为2.37%和6.21%。同样，在IOcm深度相同的百分比的分别为1.88X和5.77%。对于10MV模拟，在2.3cm(O深度和10cm深度的3.96%和7.71%的平坦度百分比，分别对应于标准光束和非平坦光束。在10cm深度平坦度被计算，对于平坦光束是2.92%，对于非平坦光束是839%。D、在中心轴的剂量图6(a)和6(b)通过比较标准平坦的6MV和10MV光束与相同的无滤波器光束来显示蒙特卡罗百分深度剂量曲线。对于无滤波器光束，剂量随着深度的快速下降与较柔软的(softer)中心轴光束一致。从平坦的和非平坦的10x10cm26MV和10MV光束的模拟也可以获得在中心轴上的深度剂量曲线。发现在深度比cU大的剂量沉积随着滤波器的移除更迅速地下降。正是由于这一事实，随着滤波器的移除，在中心轴的区域中的光束不再被滤波器变硬。剂量随着深度的ffl3t降低与柔软的中心轴光束一致。为了研究平坦滤波器对光子能量谱的影响，执行具有BEAMDP，聘的各相空间文件的分析。作为光子能量函数的光子注量形成无滤波器光束对标准光束的图形。如所期待的，每单位能量的光子注量对于无滤波器光束是足够大的，特别是在峰值光子能量的区域内。图7(a)和7(b)显示了对于6MV光束和10MV光束的光子注量谱，其显示了移除光子平坦滤波器的效果。图7显示了对于6MV光束和10MV光^f^10x10cm2场的光子注量谱。在这两种情况下，fflil去除平坦滤波器来增加峰值光子能量，显示出平坦滤波^W硬化光束的效果。对于6MV光束在有和没有平坦滤波器的峰值能量分别是0.48MV和0.33MeV。同样地，对于10MV光束的例子中，其中平坦滤波器的设计导致更大的光束硬化效果，对于标准光束和无滤波器光束峰值光子能量是1.13MeV和0.33MeV。E、场外剂量随着平坦滤波器的移除，人们会期望横向光子散射的量减少，其效果是在场以外的点的剂量将有所减少。为了研究此效果，在有平坦滤波器和没有平坦滤波器的6MV光束的模拟之间比较在辐射场边缘和超出辐射场边缘的相对剂量。对于6MV束从2x2cr^至30x30cr^范围内的各种尺寸的场运行模拟。在所有情况中，对于无滤波器光束，场ii^剂量更大。下面在图8中，显示了对于平坦的无滤波器的6MV光束2x2cm2、10x10cm2和30x30cn场。可以看出，在任何情况下，在该分布的两翼无滤波器光束的相对剂量都比标准场的相对剂量大。该分布的底部在1.6cm深度。在10cm深度的相同的分布显示了相同的效果；对于无滤波器光束场外的剂量更高。图8是从2x2、10x10和30x30cr^场的模拟得到的绝对剂量的比较。在这里显示的为6MV光束在深度1.6cm的模拟。对于各场尺寸显示了平坦光束和非平坦光束的分布，以使得能够比较辐射场边缘的剂量。可以看出，对于无滤波器光束的所有场尺寸，在场边缘的剂量更大。为了量化场外的剂量，劍门认为场外2cm处的点(如在2><2咖2场离轴距离3cm处)并且对于到中央轴的右侧和左侧的体素(voxel)取相对剂量的均值。下表显示了对于平坦和非平坦的6MV光束在辐射场外2cm的点的相对剂量(标准化关于该场尺寸的标准、平坦光束的CAX剂量)。在此考虑的所有分布是位于最大剂量的深度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表1显示了对于各场尺寸场外相对剂量的比较。给出了^场尺寸在辐射场ii^外^S射场ii^的点的相对剂量。结论随着平坦滤波器的移除，光子束将不会发生显着的散射，否则他们将M，结果导致到病人平面的更清洁的光束。对于MRT治疗，需要扁平光子束的传统治疗对于光束被调制以达到在靶体积内剂量的均匀是没有必要的。事实上，对于IMRT的情况，从光束产生的注量图最终很变得不均匀。从无平坦滤波器的加速器显著增加的剂量率在短时间内提供污染较少的光束有重要意义。6和10MV光子束的深度剂量的计算图表明通过从光束中去除平坦滤波器，可以实现超过最大剂量深度的更好的剂量衰退。另一方面，由于更少的硬化光束，最大剂量率深度的点将更接近表面(对于6X为l-2mm，对于10X为2-3mm)。场外剂量是一个需要进一步研究的现象，并会来的工作中进行详细的讨论，但在治疗场剂量分布的测量和计算显示较少翻寸、显著高的光子注量，并且全部成为更清洁光束被用于MRT治疗。在无滤波器的加速器中超出最大剂量深度的剂量的更好的衰减也再次表明去除滤波器时光束更清洁。散射和贡献给深度剂量的较低能量光子的量与光束能量成正比，并且相当值得用于临床光子射束。郷本说明书中所讨论的特殊的结构、方法或具体实施例仅仅是为了例证性地说明被披露的本发明。这些基于本说明书的教导的结构、方法或具体实施例的变形对本领域的技术人员来说是显而易见，因此其被包含作为在此披露的本发、"h述给出的本发明的详细描述用于解释性目的。在不脱离本发明的范围的情况下作出多种改变和变形是显而易见的。因此，前面的整个描述是为了例证性而不是限制性意义，本发明的范围完全由所附的权利要求所定义c权利要求1、一种用于放射治疗的在病人平面产生高能量X射线的方法，包括步骤2、根据权利要求l所述的方法，包括M:M^翻寸到周围正常组织的辐射和M^电子污染来改善病人的方謝治疗的步骤。3、根据权利要求1所述的方法，包括增加剂量率和缩短治疗时间的步骤。4、根据权利要求1所述的方法，包括大幅度增加剂量率并在较短的治疗时间输送污染较少的辐射束的步骤。5、根据权利要求1所述的方法，包括在病人平面输送具有较高光子注量的辐射束的步骤。6、根据权利要求1所述的方法，包括在病人平面输送更洁净的辐射束的步骤。7、根据权利要求1所述的方法，其中移除平坦i^波器的步骤增加剂量率并齡横向跳'8、根据权利要求1所述的方法，包括步骤使用多叶准直器(MLC)控制辐lt源的平面注量；以及逆向治疗计划，以在不使用平坦滤波器的情况下对于辐射束实现靶体积内的均匀。9、根据权利要求1所述的方法，其中线性加速器为IMRT能力的辐射加速器。10、根据权利要求1所述的方法，其中MLC被用于实现均匀以符合传统3D疗法。11、根据权利要求1所述的方法，包括在病人平面通过MLC在辐射场进出的组合以产生光束调制来改变注量的步骤。12、根据权利要求1所述的方法，其中该辐射将3D适形Y辐射剂量输送到病人平面的治疗区域。13、一种不具有平坦滤波器的方謝治疗设备，包括辐射源，其沿光束路径将光束引导至U治疗区域；其中，辐射源为线性加速器；光束成形装置，其可控制择性地准鼓束；以及治疗计划系统，其接口到光束成形装置，用于将成形的光束输送到治疗区域。14、根据权利要求13所述的方鄉治疗设备，其中辐針源包括电子辐針源。15、根据权利要求13所述的方謝治疗设备，其中辐lt源包括MRT能力辐射加速器。16、根据权利要求13所述的方妇寸治疗设备，其中光束成形装置为MLC。17、根据权禾腰求13所述的方谢治疗设备，其中辐針源为育,产生高能量X射线(从4MV到25MV范围内)的任何线性加速器，并且能够提供IMRT治疗。全文摘要这是使用不具有平坦滤波器的直线加速器在IMRT和3D适形γ辐射剂量输送中的一种新技术。该技术通过减少分散到周围的正常组织的辐射和减少电子污染提高了病人的放射治疗。其增加了剂量率以缩短治疗时间。几十年来，直线加速器与光子平坦滤波器一起使得剂量分布更加均匀，其中光子平坦滤波器用于产生平面注量的光子分布。然而，这些滤波器都导致注量衰减和光束污染。现在，在如强度调制放射治疗(IMRT)的技术时期，平坦滤波器的功能变得多余。现在平坦滤波器由于减少了注量并增加了散射而仅仅降低了光束的效率。我们的技术涉及用于复杂治疗的平坦滤波器的移除。其利用逆向计划与多叶准直器形成剂量分布。文档编号A61N5/10GK101421006SQ200780006088公开日2009年4月29日申请日期2007年2月20日优先权日2006年2月21日发明者E·I·帕塞,J·J·费尔德迈尔申请人:托莱多大学