适形粒子治疗系统的制作方法

1.本发明涉及一种带电粒子治疗系统。
2.更具体地，本发明涉及一种用于利用带电粒子射束照射患者体内的靶区的治疗系统，并且治疗系统包括带电粒子射束发生器、用于传送带电粒子射束的射束传送系统、用于将带电粒子射束递送至靶区的照射装置以及跨过带电粒子射束的路径放置的能量成形装置。
3.能量成形装置包括多个能量成形元件，多个能量成形元件分别被设计成用于修改单能量粒子射束的入射粒子的能量，使得不同粒子能量的混合物在其输出端处被递送，以在靶区的相应区域中形成展出布拉格峰(sobp)，其目的是靶区的照射或多或少符合其3d形状。


背景技术：

4.带电粒子治疗系统在本领域中是熟知的。它们的功能是通过用带电粒子射束(诸如质子、离子等的射束等)照射靶标体积来破坏生物体(以下称为“患者”)的特定3d区域(以下称为“靶区”)中的不健康细胞。目前存在利用粒子射束照射靶标的几种照射技术。这些技术可以大致分类为散射技术和扫描技术。在第一类中，宽散射射束作为整体来照射靶区，而在第二类中，窄射束在其上扫描时照射靶区。
5.无论照射技术如何，目的始终是减少患者位于靶区之外(侧向(x、y)和深度(z)两者)的细胞的不期望的照射。这个目的通常被称为“改进适形照射”。
6.为了改进适形照射，特别是在深度方向上，已经提出了若干解决方案，诸如在粒子射束(例如脊形滤波器、范围补偿器、能量选择系统)的路径中放置能量成形装置(有时也称为能量调制器)。
7.在美国专利申请us2018068753a1中公开了包括这种能量调制器的治疗系统的示例。根据这种已知系统，能量调制器(在文件us2018068753a1中被称为“脊形过滤器”)跨过带电粒子射束发生器与患者之间的射束路径放置。位于能量调制器上游的射束扩散装置(有时称为“散射器”)在能量调制器的表面上扩散粒子射束。能量调制器由多个阻尼元件组成，每个阻尼元件具有沿着照射方向逐步改变的横截面面积。当带电粒子穿过这种阻尼元件时，在阻尼元件的输出端处产生粒子能量的特定分布，并且当靶区被粒子射束照射穿过阻尼元件时，这个特定能量分布将在靶区的交叉区域中产生对应的特定展出布拉格峰轮廓(sobp)。众所周知，粒子能量在阻尼元件的输出端处的分布将取决于阻尼元件的材料和几何形状，更具体地取决于其阶梯台阶的不同宽度和高度。阶梯台阶的高度将确定其输出端处的平均粒子能量，而阶梯台阶的宽度将确定粒子比率。
8.这种已知的能量调制器是为给定患者和待照射的特定场定制的，并且因此不能再用于另一患者或另一射束取向。
9.韩国专利号kr101546656中公开了包括这种能量调制器的已知治疗系统的另一示例。根据这种已知系统，能量调制器(在文件kr101546656中称为“可变补偿器”)由多个阻尼
元件构成，每个阻尼元件包括沿照射方向延伸的一定高度的流体柱。当带电粒子穿过这种阻尼元件时，它们的能量减小，由此相对于柱中的流体的高度减小了靶区中布拉格峰的对应深度。此外，每个阻尼元件的流体柱的高度由控制单元单独地控制，从而允许将照射射束的带电粒子的穿透深度适配至靶区的远端边缘。然而，这种已知的粒子治疗系统不适配于在靶区中实现sobp。
10.在美国专利公开号us2008/0260098中公开了包括这种能量调制器的已知治疗系统的另一示例。这种已知的能量调制器类似于kr101546656的调制器，并且因此还意在调制布拉格峰的深度，以便仅符合靶区的远侧边缘。当射束根据单一主光射束方向向靶标照射时，它不能够或至少不被配置成用于向靶区的每个3d区域递送患者特定和计划的sobp。最终，可以通过根据各种主射束方向照射靶标同时以多个照射角度改变各种阻尼元件的阻尼功率，利用这种系统能够产生sobp，尽管从该文献不清楚这具体是如何实现的。在任何情况下，在处理过程中必须改变主射束方向和必须改变不同阻尼元件的阻尼功率增加了处理时间，这是不期望的。此外，由于以各种照射角度递送的剂量的相互依赖性，这样的方法不允许以足够的自由度将3d适形剂量递送到靶标。


技术实现要素：

11.因此，本发明的目的是提供一种治疗系统，该治疗系统被适配成更好地符合靶区中期望的3-d剂量分布来照射靶区，并且其能量调制器可以针对不同的患者和/或针对不同的照射场来重新使用或重新配置。
12.为此，本发明提供了一种利用带电粒子射束照射患者体内的靶区的治疗系统，该治疗系统包括：
[0013]-带电粒子射束发生器，
[0014]-用于传送带电粒子射束的射束传送系统，
[0015]-照射装置，该照射装置用于将带电粒子射束递送到靶区，
[0016]-跨过带电粒子射束的路径放置的能量成形装置，所述能量成形装置包括第一预定组的相邻能量成形元件和至少第二预定组的相邻能量成形元件，第一预定组的相邻能量成形元件被适配成当被带电粒子射束的粒子穿过时在所述第一预定组的能量成形元件的输出端处递送第一期望粒子能量分布，至少第二预定组的相邻能量成形元件被适配成当被带电粒子射束的粒子穿过时在所述第二预定组的能量成形元件的输出端处递送第二期望粒子能量分布，所述第二期望粒子能量分布不同于所述第一期望粒子能量分布。
[0017]
第一预定组和第二预定组中的每个预定组的能量成形元件的每个能量成形元件包括单独的流体层或固体材料层。
[0018]
治疗系统进一步包括控制单元，该控制单元被配置为：
[0019]-当照射装置被定向成根据第一主射束方向将粒子射束递送到靶区时，调节第一预定组的相邻能量成形元件的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度，以获得所述第一期望粒子能量分布，以及
[0020]-当照射装置被定向成根据第一主射束方向将粒子射束递送到靶区时，调节第二预定组的相邻能量成形元件的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度，以获得所述第二期望粒子能量分布，
[0021]
每个流体或固体材料的所述厚度是在带电粒子射束的带电粒子的传播方向上的厚度。
[0022]
在本发明的上下文中，“一组能量成形元件的输出端处的粒子能量分布”通常被理解为粒子能量的概率密度函数，对于每个粒子能量值，该函数给出了在该组能量成形元件的输出端处具有所述粒子能量值的粒子的数量与在该组能量成形元件的输出端处的粒子的总数的比率。
[0023]
在本发明的上下文中，预定组的相邻能量成形元件意味着这样的组不被认为是“能量成形元件的任何组”，而是控制单元预先良好定义和熟知的相邻能量成形元件的组。预定组的相邻能量成形元件总体上对应于靶区的特定的预定义区域，在带电粒子射束的粒子已经穿过所述预定组的能量成形元件之后，当靶标的特定的预定义区域被带电粒子射束照射时，实现期望的或计划的剂量分布以及因此期望的或计划的sobp。
[0024]
例如，所述期望的或计划的剂量分布可以来自治疗计划系统。
[0025]
与文件us2018068753a1中公开的系统不同，根据本发明的治疗系统可以通过根据待治疗的特定靶区来调节流体或固体材料的厚度而重新用于不同的靶区。
[0026]
与文献kr101546656中公开的本发明不同，根据本发明的治疗系统被适配成在靶区的不同3d区域中生成特定计划的sobp并且能够用单个且可配置的装置进行更好的适形照射。
[0027]
与文献us2008/0260098中公开的系统不同，根据本发明的治疗系统被适配成在射束根据单个主射束方向被引导至靶区时在靶区的不同3d区域中产生特定计划的sobp并且因此更快且更准确。
[0028]
优选地，控制单元被配置成使得：
[0029]-第一期望粒子能量分布包括在第一最小能量(emin1)下的第一粒子比率(prmin1)和在第一最大能量(emax1)下的第二粒子比率(prmax1)，
[0030]-第二期望粒子能量分布包括在第二最小能量(emin2)下的第三粒子比率(prmin2)和在第二最大能量(emax2)下的第四粒子比率(prmax2)，
[0031]
并且使得emaxl不同于emax2。
[0032]
通过这种优选的治疗系统，可以实现对靶区的远侧边缘的更好的照射一致性。
[0033]
更优选地，控制单元被配置成使得prmax1不同于prmax2。通过这种优选的治疗系统，可以实现对靶区的甚至更好的照射一致性。
[0034]
优选地，控制单元被配置为使得emin1不同于emin2。通过这种优选的治疗系统，可以实现对靶区的近侧边缘的更好的照射一致性。
[0035]
甚至更优选地，控制单元被配置成使得prmin1不同于prmin2。通过这种优选的治疗系统，可以实现对靶区的甚至更好的照射一致性。
[0036]
优选地，控制单元被配置成使得(emax1
–
emin1)不同于(emax2
–
emin2)。通过这种优选的治疗系统，可以实现对靶区的甚至更好的照射一致性。
[0037]
优选地，每个能量成形元件具有圆柱形表面。通过这种优选的治疗系统，能量成形元件可以彼此靠近地对准，从而节省空间并增加压实度。
[0038]
更优选地，所有能量成形元件具有相同的六边形横截面，这允许最紧凑的能量成形装置。
[0039]
优选地，每个能量成形元件是包含流体或固体材料的管。使用这种优选的治疗系统，每个流体层或固体材料层的厚度可以通过控制单元容易地调节。而且，不同的能量成形元件可保持具有不同停止功率的不同流体或固体材料。
[0040]
优选地，所述流体是液体。示例性液体是呋喃(c4h4o)和葡萄糖溶液(c6h
12
o6)。优选地，所述固体材料是颗粒状固体材料。
[0041]
优选地，能量成形元件与穿过它们的带电粒子射束的粒子的传播方向对准。
[0042]
更优选地，每组能量成形元件相对于入射带电粒子射束的粒子的传播方向对准。
[0043]
优选地，治疗系统包括用于在靶区上扫描带电粒子射束的射束扫描仪，并且带电粒子射束在能量成形装置前方的光斑大小基本上等于第一预定组的相邻能量成形元件的横截面并且基本上等于第二预定组的相邻能量成形元件的横截面。
[0044]
可替代地，能量成形元件相对于带电粒子射束的粒子的传播方向横向地布置，优选地相对于带电粒子射束的粒子的传播方向垂直地布置。通过这种可替代方案，能量成形元件可以跨过粒子的传播方向堆积，并且能量成形元件的堆积的层的数量、它们相应的取向、它们相应的高度和横截面以及它们所包含的流体或固体材料可以被适配成在靶区中实现期望的sobp。
[0045]
优选地，带电粒子射束发生器是回旋加速器或同步加速器。优选地，在带电粒子射束发生器的输出端处的标称射束能量在70mev至250mev的范围内。
附图说明
[0046]
本发明的这些和其他方面将通过示例并参照附图进行更详细地解释，在附图中：
[0047]
图1示出了根据本发明的治疗系统的示意图；
[0048]
图2a示出了根据本发明的治疗系统的示例性能量成形装置的3-d视图；
[0049]
图2b示出了图2a的能量成形装置的截面视图；
[0050]
图2c示出了根据本发明的治疗系统的优选的能量成形装置的截面视图；
[0051]
图3a示出了图1的治疗系统在处于操作时的更详细的视图；
[0052]
图3b示出了当使用图3a的治疗系统时在xz平面中沿着各个射束方向的示例性剂量分布；
[0053]
图3c示出了当使用图3a的治疗系统时在xz平面中沿各个射束方向的示例性粒子能量分布；
[0054]
图4示出了根据本发明的能量成形元件组，其中，能量成形元件是与带电粒子射束的粒子的传播方向对准的管；
[0055]
图5a示出了根据本发明的能量成形元件组，其中，能量成形元件是相对于带电粒子射束的粒子的传播方向横向地布置的管；
[0056]
图5b示出了图5a的相邻能量成形元件上的缩放；
[0057]
图6示出了如图5a中布置的能量成形元件，但能量成形元件填充有固体材料而不是液体。
[0058]
除非另外指明，这些图不是按比例绘制的。通常，相同的部件在附图中由相同的附图标记表示。
具体实施方式
[0059]
图1示出了根据本发明的示例性治疗系统(100)的示意图。该系统包括用于生成带电粒子(诸如质子或碳离子或任何其他类型的离子等)的典型单能量射束的带电粒子射束发生器(3)(诸如回旋加速器或同步加速器等)。由带电粒子射束发生器(3)递送的典型的射束能量例如在70mev至250mev的范围内。该系统还包括用于将带电粒子射束从粒子射束发生器(3)传送至照射装置(5)(有时被称为喷嘴)的射束传送系统(4)。照射装置(5)具有主射束轴线(z)(也称为主射束方向)并且被适配成用于将带电粒子射束(6)以适当形式递送至患者(该患者在此未示出)体内的靶区(1)。该系统还包括能量成形装置(10)，该能量成形装置(10)被放置在发生器(3)与靶区(1)之间的射束路径中。在该示例中，能量成形装置(10)放置在照射装置(5)与患者之间的射束路径中，但其也可集成到照射装置(5)中。
[0060]
这种治疗系统可以应用各种靶标照射技术，诸如射束散射、射束摆动、射束扫描或其他方法等。能量成形装置(10)放置在执行所述射束散射、射束摆动或射束扫描的装置的下游。照射装置(5)可以安装在台架上以使所述装置围绕等角点旋转，或者它可以是固定射束线类型或任何其他类型。这种系统在本领域中是众所周知的，并且因此将不再进一步详细描述。
[0061]
在此感兴趣的是能量成形装置(10)，该能量成形装置(10)包括第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)和至少一个第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)，第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)被适配成当被带电粒子射束(6)的粒子穿过时在所述第一预定组(12)的能量成形元件的输出端处递送第一期望粒子能量分布，至少一个第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)被适配成当被带电粒子射束的粒子穿过时在所述第二预定组(22)的能量成形元件的输出端处递送第二期望粒子能量分布，所述第二期望粒子能量分布不同于所述第一期望粒子能量分布。
[0062]
在该示例中，每个能量成形元件包括具有厚度的单独的流体层13或固体材料层。优选地，所述流体是液体。示例性液体是呋喃(c4h4o)和葡萄糖溶液(c6h
12
o6)。优选地，固体材料是粒状材料或粉末形式的材料。示例性粒状固体材料是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的粒子、聚苯乙烯的粒子、莱克森(lexan)的粒子、高密度聚乙烯的粒子。
[0063]
系统进一步包括控制单元(14)，该控制单元(14)被配置成：
[0064]-当照射装置被定向成根据第一主射束方向(图1的z方向)将粒子射束递送到靶区时，调节第一预定组(12)的能量成形元件(11)的每个单独的流体层或固体材料层(13)的每个流体或固体材料的厚度，以获得所述第一期望粒子能量分布，以及
[0065]-当照射装置被定向成根据第一主射束方向(图1中的相同z方向)将粒子射束递送到靶区时，调节第二预定组(22)的能量成形元件(21)的每个单独的流体层或固体材料层(13)的每个流体或固体材料的厚度，以获得所述第二期望粒子能量分布。
[0066]
在本发明的上下文下，每种流体或固体材料的所述厚度是所述流体或固体材料在带电粒子的传播方向上的厚度。
[0067]
第一预定组的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度是由控制单元根据靶区(1)的将由输出第一预定组的能量成形元件的带电粒子照射的第一区域中的第一期望空间剂量分布来调节的。所述期望第一空间剂量分布例如是由用于相关靶区(1)的所述第一区域的治疗计划规定的剂量分布。
[0068]
第二预定组的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度是由控制单元根据靶区(1)的将由输出第二预定组的能量成形元件的带电粒子照射的第二区域中的第二期望空间剂量分布来调节的。所述期望第二空间剂量分布例如是由用于相关靶区(1)的所述第二区域的治疗计划规定的剂量分布。
[0069]
优选地，控制单元(14)在粒子射束(6)开启之前调节第一预定组和第二预定组的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的厚度。
[0070]
在图1的示例中，第一预定组和第二预定组(12、22)的能量成形元件(11、21)是在z方向上定向的圆柱形管，并且至少部分地填充有液体或固体材料，诸如颗粒状固体材料等。
[0071]
然而，只要这种流体层或固体材料层的厚度(在带电粒子的传播方向上)借助于控制单元(14)来调节，将跨带电粒子的路径放置流体层或固体材料层的任何其他实施例将适合，以便在照射装置被定向成根据第一主射束方向(图1中的z方向)将粒子射束递送到靶区的同时在第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)的输出端处以及第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)的输出端处实现期望的粒子能量分布。
[0072]
通过在z方向(或根据穿过所述管的带电粒子的传播方向)上定向的此类圆柱形管作为能量成形元件，例如特定管的液体厚度可以通过使用放置在管内的第一活塞来调节，以便将液体与气体(诸如空气等)分离。在该示例中，第一活塞将根据第一活塞的两侧上的液体和气体的压力在管中移动，直到实现它们各自的压力的平衡。液体和气体均可以保持在专用罐中，每个罐分别流体连接至管的相对端，其中，通过控制单元(14)调节它们各自的压力，例如，通过移动液体罐中的第二活塞。液体罐中的活塞可以例如通过经由轴作用在第二活塞上的步进马达来回移动，马达的每一步最终转化为管中的液体厚度的变化。液体罐可以例如是注射器，步进马达连接至注射器的活塞。管的端部与罐之间的连接件被适配成使罐在粒子射束的路径之外。所述连接件可以例如被定形状为具有90
°
弯曲的弯头并且具有足够的长度，以将罐布置在粒子射束的路径之外。在这个示例中，所有管以相同的方式被配备，不同连接件的长度被适配成容纳管的数目，并且它们的步进电动机各自被控制单元(14)单独地控制。可以使用类似的系统来调节管中的粒子固体材料而不是液体的厚度。
[0073]
图2a示出了图1的能量成形装置(10)的3-d视图，以及图2b示出了图1的能量成形装置(10)在垂直于主射束轴线(z)的平面(xy)中的横截面。这些图图示了第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)以及第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)。在那些图中，能量成形元件(11、21)是具有不同横截面并且与z轴对准的管。每个组(12、22)的相邻能量成形元件中的这种管的数量及它们相应的横截面是根据有待在相邻能量成形元件的组的输出端处实现的粒子能量分布来选择的。
[0074]
必须选择属于给定组(12、22)的相邻能量成形元件的管的数量以及它们相应的横截面，以便在靶区(1)的前边缘与远侧边缘之间沿着将相邻能量成形元件的给定组输出的带电粒子的路径实现期望的sobp。
[0075]
在能量成形元件的给定组中的每个管由控制单元填充有不同厚度的相同液体或相同固体材料的示例性情况下，相邻能量成形元件的给定组中的每个管将输出具有不同能量的带电粒子，每个能量是在靶区中期望的sobp的特定布拉格曲线(并且然后是布拉格峰)的起点处。将输出第一预定组(12)的相邻能量成形元件的具有特定能量的带电粒子的分数近似地与属于相邻能量成形元件的给定组的管的横截面成比例，流体或固体材料厚度已经
被控制单元(14)调节以输出特定能量的带电粒子。
[0076]
控制单元(14)在相邻能量成形元件的给定组的输出端处将期望的/计划的粒子能量分布转变成单独的液体或固体材料厚度并且相应地填充该组的不同能量成形元件。
[0077]
第一预定组或第二预定组的能量成形元件中的管的数量及其相应区段还必须符合靶区中待照射的相应圆柱形子体积的直径，如例如由所述治疗计划(空间剂量分布)所定义的。实际上，第一预定组(12)的能量成形元件的总横截面必须尽可能多地匹配靶区中的所述相应圆柱形子体积的横截面。这同样适用于第二预定组的相邻能量成形元件(22)。
[0078]
在笔形射束扫描(pbs)的情况下，第一预定组(11)的相邻能量成形元件的总横截面还必须尽可能匹配所述第一预定组(11)的相邻能量成形元件的输入端处的pbs光斑的大小和形状。这同样适用于第二预定组(22)的相邻能量成形元件。
[0079]
在这些示例中，每个管(11、21)具有例如包括在2mm与10mm之间的直径，第一预定组的管包括例如在5个与15个之间的管(11)，以及第二预定组的管包括例如在5个与15个之间的管(21)。
[0080]
图2c示出了根据本发明的治疗系统的优选能量成形装置在xy平面中的截面视图。在这种优选实施例中，所有能量成形元件(11、21)都是以蜂窝方式布置的相同六边形截面的管。
[0081]
这种能量成形装置(10)被特别设计成用于减小入射带电粒子的能量，从而使得期望粒子能量分布将存在于预定组的相邻能量成形元件的输出端处。
[0082]
当输出相邻能量成形元件的给定组的带电粒子进入靶区(1)时，在靶区(1)的相应区域中产生若干布拉格峰，其组合将导致所谓的“扩展出布拉格峰”(sobp)。这种能量成形装置的功能和基本操作本身在本领域中是众所周知的，因此也将不进一步描述。
[0083]
图3a示出了图1的治疗系统(100)在处于操作中时的视图，即在控制单元(14)已经调节第一预定组(12)的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度以获得所述第一期望粒子能量分布并且已经调节第二预定组(22)的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度以获得所述第二期望粒子能量分布之后，以及当带电粒子射束根据第一方向(图3a上的z方向)照射靶区(1)时。
[0084]
图3a更具体地示出了xz平面中的特定靶区(1)的横截面，以及相同xz平面中的能量成形装置(10)的相应横截面。在这个xz平面中，粒子射束(6)的带电粒子可以例如遵循第一射束方向(z1x)，该第一射束方向(z1x)拦截靶区(1)的由两个第一点(a1x、b1x)在深度上界定的第一区域。这些带电粒子跨过第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)并且在靶区(1)中产生第一sobp(sobp-z1x)，当这些带电粒子沿着第一射束方向(z1x)时，第一sobp的轮廓(基本上宽度、高度以及深度位置)基本上对应于所述第一区域中的期望剂量分布。在图3b的曲线图中示出了沿着第一射束方向(z1x)的期望剂量分布以及期望第一sobp(sobp-z1x)，其中，水平轴线zix表示射束方向，诸如z1x或z2x等。这同样适用于遵循第二射束方向(z2x)的带电粒子。
[0085]
在图3c中示出了有待在第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)的输出端处产生的粒子能量的对应的期望第一分布，其中，水平轴线指示粒子能量(e)，以线性刻度(记号)用其在范围内的平均值表示，以及其中，竖直轴线表示在第一预定组(12)的相邻能量成
形元件(11)的输出端处具有平均粒子能量的粒子的数量与穿过第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)的粒子的总数的比率(pr)。
[0086]
如图3c所示，所述第一能量分布包括在第一最小能量(emin1)下的第一粒子比率(prmin1)和在第一最大能量(emax1)下的第二粒子比率(prmax1)。第一最小能量(emin1)和第一最大能量(emax1)分别对应于靶区(1)中的第一点(a1x)的深度和第二点(b1x)的深度。
[0087]
从粒子能量的这个期望第一分布，可以根据已知的方法计算第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)的流体层或固体材料层的具体厚度，并且然后在开始靶区的照射之前由控制单元设置。
[0088]
图3a、图3b以及图3c还示出了当粒子射束(6)的粒子在xz平面中遵循第二粒子射束方向(z2x)时的第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)以及相应的期望剂量分布和sobp(sobp-z2x))以及期望的第二期望粒子能量分布。如在图3c上所看到的，第二期望粒子能量分布包括在第二最小能量(emin2)下的第三粒子比率(prmin2)和在第二最大能量(emax2)下的第四粒子比率(prmax2)。第二最小能量(emin2)和第二最大能量(emax2)分别对应于靶区(1)中的另一个第一点(a2x)的深度和另一个第二点(b2x)的深度。
[0089]
从粒子能量的这个期望第二分布，还可以根据已知的方法计算第二预定组(22)的相邻能量成形元件的流体层或固体材料层的具体厚度，并且然后在开始靶区的照射之前由控制单元设置。
[0090]
如另外将理解的，填充有相同高度的相同流体或固体材料的几个相邻能量成形元件的过滤效果或多或少等同于填充有相同高度的相同流体或固体材料的具有较大横截面(即，横截面乘以管的数量)的单个能量成形元件的过滤效果。
[0091]
如图3c所示，控制单元优选地被配置成调节第一预定组(12)的能量成形元件(11)的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度，并调节第二预定组(22)的能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度，使得emax1不同于emax2，还优选使得prmax1不同于prmax2，还优选使得emin1不同于emin2，还优选使得prmin1不同于prmin2，还优选使得(emax1
–
emin1)不同于(emax2
–
emin2)。通过这样的能力，可以获得靶区的良好适形照射。
[0092]
例如，当控制单元(14)已经调节能量成形元件的每个单独的流体层或固体材料层的每个流体或固体材料的厚度以实现所述期望的粒子能量分布之后在能量成形装置(10)上扫描粒子射束(6)时，可以实现这种期望粒子能量分布。
[0093]
在这种情况下，治疗系统优选地包括射束扫描仪以在能量成形装置上扫描带电粒子射束。这种射束扫描仪在本领域中是众所周知的，并且例如可以包括围绕射束线放置的电磁体，以用于在x方向和y方向上偏离粒子射束(6)。因此，当在能量成形装置(10)上扫描具有例如固定能量的粒子射束(6)时，可优选在单次扫描(即，其中粒子射束在每个预定组的能量成形元件上仅传递一次的扫描)中实现靶区的良好深度适形照射。
[0094]
在治疗系统扫描射束的情况下，诸如当使用已知的笔形射束扫描(pbs)技术时，能量成形元件被定大小成使得能量成形装置(10)前方的带电粒子射束(6)的光斑大小基本上等于第一预定组(12)的相邻能量成形元件(11)的横截面并且基本上等于第二预定组(22)的相邻能量成形元件(21)的横截面。
[0095]
这种期望的粒子能量分布还可以在带电粒子射束到达能量成形装置之前用带电
粒子射束的单次或双次散射来实现。在这种实施例中，射束被散射，使得基本上所有预定组的能量成形元件被散射的带电粒子穿过。最终准直器可以可选地用于确保散射射束与靶区(1)的横向边界一致。
[0096]
图4示出了根据本发明的示例性实施例的三个预定组(12、22、32)的相邻能量成形元件(11、21、31)，其中，每个预定组(12、22、32)的能量成形元件相对于入射粒子射束(6)的粒子的传播方向(z1x、z2x、z3x)对准。优选地，给定预定组(12、22、32)的所有能量成形元件与入射粒子射束(6)的传播方向(z1x、z2x、z3x)对准。通过这种优选实施例，入射的带电粒子将仅穿过单个能量成形元件。这样的实施例可以例如与扫描照射方法结合使用，其中，每个预定组(12、22、32)的相邻能量成形元件被分别定位在入射扫描射束的传播方向(z1x、z2x、z3x)上并与其对准。
[0097]
在笔形射束扫描(pbs)的情况下，并且如图4所示，每个预定组的相邻能量成形元件(12)的总横截面必须优选地尽可能多地匹配每个预定组的所述相邻能量成形元件的输入端处的pbs光斑(60)的大小。
[0098]
图4图示了为具有六边形截面的管的能量成形元件。然而，管的截面可以具有任何形状，并且它们的相应截面可以变化。
[0099]
图5a示出了根据本发明的治疗系统(100)的可替代实施例。它类似于上文所描述的治疗系统，除了能量成形元件(11)在此相对于带电粒子射束的粒子的传播方向横向地布置，优选地相对于带电粒子射束的粒子的传播方向垂直地布置，如图5a中以xyz参考系所示，z是主射束方向。
[0100]
在该示例中，能量成形元件(11)是并排布置在堆叠层中的矩形截面的管，每个层位于垂直于带电粒子射束的粒子的主传播方向(z)的平面中(在图5a中，粒子射束的主传播方向(z)垂直于或倾斜于片材的平面)。每层管在那个平面中具有不同的高度和不同的取向。图5a图示了包括四个层(35a、35b、35c、35d)的实施例，但是任何数量的层是可能的。而且，管的截面可以具有除了矩形之外的其他形状。每个管(11)可以由控制单元(14)并且根据与上文所描述的相同或相似的标准单独地填充有流体(优选地液体，诸如呋喃(c4h4o)或葡萄糖(c6h12o6)的溶液等)或填充有固体材料(诸如颗粒状固体材料等)或是留空的。流体或固体材料的类型对于每个管也可以不同。根据这样的实施例，预定组的相邻能量成形元件包括来自多个层的一个或更多个管。图5a示出了第一预定组的相邻能量成形元件的这种示例性选择，用粗体边框突出显示。管层被定向和被定位成使得相邻能量成形元件限定流体或不同区段的固体材料的堆，在图5a中用虚线圆(40)突出显示。在图5b中图示出了那些截面，其中，我们可以看到七堆流体或固体材料(41至47)，每堆流体或固体材料具有不同的截面并且还具有不同的停止功率。在治疗系统包括扫描仪以在能量成形装置(10)上扫描粒子射束的情况下，虚线圆(40)的区域优选地基本上对应于粒子射束在该位置处的光斑大小。
[0101]
更一般地，预定组的能量成形元件被单独地定位，以沿着入射带电粒子的路径限定流体或固体材料的多个层的不同堆，每个流体或固体材料的特征在于可能不同的停止功率，并且每个堆的特征在于与入射带电粒子射束相交的可能不同的区域。因此，流体或固体材料的层的每个堆输出给定能量(或在宽度与入射粒子射束的范围的宽度相似的范围内的能量)的粒子，给定能量的粒子将由形成堆的流体或固体材料的层的不同厚度和停止功率
产生，而将具有给定能量(或多个能量)的入射带电粒子的部分将取决于流体或固体材料层的堆的相交区域(即，与入射带电粒子射束的带电粒子相交的区域)。对于图5a和图5b中所图示的实施例，流体或固体材料层的每个堆由管制成，而相交区域是管的截面。
[0102]
在能量成形元件相对于带电粒子射束的粒子的传播方向横向地布置的情况下，能量成形元件(11)可以可替代地是固体材料的普通杆而不是填充有流体或固体材料的管。
[0103]
如果能量成形元件是固体材料的普通杆，则以上讨论的并且在图5a和图5b中图示的内容因此也适用。几何考虑仍然有效，并且由于所涉及的固体材料的适当选择，可以对固体材料层的堆的停止功率进行适配。这样的固体材料例如可以是不同类型的塑料，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚苯乙烯、lexan、高密度聚乙烯等或诸如黄铜或钨等的金属。与流体不同，固体材料提供了在任何单个能量成形元件中混合几种材料的可能性。更确切地说，如图6所图示的，我们可以在能量成形元件(11)中包含彼此相邻的各种固体材料，其中，这种能量成形元件(11)是中空管。在图6的示例中，存在三种不同的实心材料(51、52、53)，三种不同的实心材料(51、52、53)中的每一种占据中空管11的一部分。特别地，每个能量成形元件(11)可以包括单独数量的固体材料(51、52、53)，并且也可以单独地选择在各种固体材料之间的边界的位置。这样的配置增加了实现适形照射的自由度的数目。
[0104]
由固体材料的普通杆制成的能量成形元件可以由控制单元在适当的处理配置中以例如类似于多叶准直器(即，多叶准直器)的方式移动。借助于步进电机，使杆在它们相应的处理位置中横向来回移动。
[0105]
由填充有固体材料的管制成的能量成形元件可以通过控制单元以适当的处理配置来布置，例如通过从每个管的一端或从另一端控制管中固体材料的步进电机推杆。
[0106]
已经根据具体实施例描述了本发明，这些实施例是对本发明的展示并且不应被解释为限制性的。权利要求中的附图标记不限制它们的保护范围。动词“包含(to comprise)”、“包含(to include)”、“由
……
组成(to consist of)”或任何其他变体以及它们的对应共轭体的使用不排除除了所陈述的那些之外的要素的存在。在元件之前使用冠词“一种(a)”、“一种(an)”或“该(the)”不排除存在多个这样的元件。
[0107]
本发明还可以被描述如下：
[0108]
一种粒子治疗系统，该粒子治疗系统被适配成用符合期望的3-d剂量分布的带电粒子照射靶区(1)。实现了这种期望的3-d剂量分布，同时在由入射的单能量带电粒子射束(6)穿过的能量成形装置(10)的输出端处递送多个粒子能量分布。能量成形装置包括多个预定组(12、22)的能量成形元件(11、21)，每个组的每个能量成形元件包括单独的流体层或固体材料层(13)，单独的流体层或固体材料层(13)的厚度在照射之前由控制单元(14)单独地适配，以获得所述期望的3-d剂量分布，同时靶区此后根据单个主射束方向(z)被照射。