УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭКРАНИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2020 года по МПК A61N5/10 A61B6/10 

Область техники, к которой относится изобретения

[0001] Настоящее изобретение в одном аспекте относится к устройству для экранирования излучения для лучевой терапии, в частности к устройству для экранирования излучения на основе медицинских изображений; и в другом аспекте настоящее изобретение относится к способу экранирования излучения для лучевой терапии, в частности к способу экранирования излучения на основе медицинских изображений.

Уровень техники

[0002] С развитием ядерной физики, такие средства лучевой терапии, как кобальт 60, линейный ускоритель и электронные пучки, стали одним из основных способов лечения рака. Однако обычная фотонная или электронная терапия имеет ограничения из-за физических ограничений радиоактивных лучей; например, при уничтожении опухолевых клеток поверждается также множество нормальных тканей на линии действия пучка. С другой стороны, чувствительность опухолевых клеток к радиоактивным пучкам сильно отличается, поэтому во многих случая обычная лучевая терапия теряет в эффективности в случае радиационно-стойких злокачественных опухолей (таких как мультиформная глиобластома).

[0003] Для уменьшения радиационного повреждения нормальных тканей, окружающих опухоль, в лучевой терапии в химиотерапии была задействована таргетная терапия. Для опухолевых клеток с высокой радиационной стойкостью также были разработаны источники излучения с высокой ОБЭ (относительной биологической эффективностью), такие как протонная терапия, терапия тяжелыми частицами, нейтрон-захватная терапия и так далее. Среди них нейтрон-захватная терапия сочетает в себе такргетную терапию с ОБЭ, например, бор-нейтрон-захватная терапия (БНЗТ). Благодаря специфической группировке боронированных фармацевтических препаратов в опухолевых клетках и точной регуляции нейтронного пучка БНЗТ является лучшим выбором для лечения рака, чем обычная лучевая терапия.

[0004] Во время лучевой терапии генерируются различные излучения, например, во время бор-нейтрон-захватной терапии генерируются нейтроны и фотоны низких и высоких энергий. Эти излучения могут в различной степени повреждать нормальные ткани. Поэтому в области лучевой терапии уменьшение радиационного загрязнения в отношении внешней среды, медицинского персонала или нормальной ткани пациента с обеспечением эффективного лечения является чрезвычайно важной проблемой. В существующем оборудовании лучевой терапии экранирование излучения в основном сосредоточено на помещении, где размещается оборудование, и на самом оборудовании, без учета излучения, выходящего из устройства в нормальные ткани пациента. Кроме того, при этом невозможно сформировать таргетированное и высокоточное экранирование излучения в соответствии с индивидуальными особенностями пациентов, например, положением, размером, формой и так далее.

[0005] Данные медицинских изображений, такие как данные от магнитно-резонансной томографии (МРТ) или компьютерной томографии (КТ), могут предоставить подробную информацию о геометрии ткани в отношении внутренних особенностей человека и предоставить основание для данных для твердого моделирования внутренних структур человека. Поэтому существует необходимость в создании способа и устройство экранирования излучения на основе медицинских изображений, которые могут формировать таргетированное и высокоточное экранирование, и уменьшать или исключать облучение нормальной ткани пациента.

Сущность изобретения

[0006] Настоящее изобретение относится к устройству для экранирования излучения на основе медицинских изображений, выполненное с возможностью экранирования нормальных тканей от облучения устройством радиационного облучения. Устройство экранирования излучения на основе медицинских изображений содержит средства сканирования медицинских изображений, средства обработки данных и трехмерного моделирования и экран. Средства сканирования медицинских изображений выполнены с возможностью сканирования облучаемой области облучаемого объекта и выводит воксельные данные медицинских изображений. Средства обработки данных и трехмерного моделирования выполнены с возможностью создания трехмерной фантомной модели ткани в соответствии с вексельными данными медицинских изображений и создания трехмерной модели экрана в соответствии с трехмерной фантомной моделью ткани. Экран формируют посредством печати данных трехмерной модели экрана, переданных на 3D-принтер, и располагают между облучающим устройством и облучаемой областью.

[0007] Варианты осуществления этого аспекта изобретения могут включать в себя один или несколько из следующих признаков.

[0008] Трехмерную модель экрана могут создавать на основе трехмерной фантомной модели ткани в сочетании с информацией об облучающем устройстве и взаимном расположении облучающего устройства и облучаемой области.

[0009] Материал экрана может включать по меньшей мере один из материала для экранирования нейтронов и материала для экранирования фотонов, причем экран может быть закреплен на поверхности облучаемого объекта так, что совпадает с формой поверхности облучаемого объекта. Экран может иметь центральное сквозное отверстие, причем отношение диаметра центрального сквозного отверстия к максимальному размеру внутренней больной ткани в облучаемом объекте в направлении, перпендикулярном направлению пучка, составляет 1-2, при этом максимальная толщина экрана может составлять от 3 до 20 мм, а площадь внешней поверхности экрана может составлять от 10 до 200 см.

[0010] Излучение, генерируемое облучающим устройством, может быть ослаблено экраном не менее чем на 50%, при этом отношение глубины проникновения в нормальной ткани излучения, прошедшего через экран, к глубине проникновения в нормальной ткани излучения, не прошедшего через экран, составляет не более 50%.

[0011] Настоящее изобретение в другом аспекте относится к системе лучевой терапии, включающей облучающее устройство и экран, при этом облучающее устройство выполнено с возможностью облучения облучаемого объекта для формирования облучаемой области; при этом экран расположен между облучающим устройством и облучаемой областью и сформировано посредством печати на 3D-принтере.

[0012] Варианты осуществления этого аспекта изобретения могут включать в себя один или несколько из следующих признаков.

[0013] Система лучевой терапии может дополнительно содержать средства сканирования трехмерных изображений и средства обработки данных и трехмерного моделирования, причем средства сканирования трехмерных изображений выполнены с возможностью сканирования облучаемой области и вывода трехмерных данных; средства обработки данных и трехмерного моделирования выполнены с возможностью создания трехмерной модели облучаемой области в соответствии с трехмерными данными и создания трехмерной модели экрана в соответствии с трехмерной моделью облучаемой области; экран может быть сформирован посредством печати на 3D-принтере, причем в 3D-принтер вводятся данные трехмерной модели экрана.

[0014] Система лучевой терапии может дополнительно содержать средства сканирования медицинских изображений и средства обработки данных и трехмерного моделирования, причем средства сканирования медицинских изображений выполнены с возможностью сканирования облучаемой области и вывода вексельных данных медицинских изображений; средства обработки данных и трехмерного моделирования выполнены с возможностью создания трехмерной фантомной модели ткани в соответствии с воксельными данными медицинских изображений и создания трехмерной модели экрана в соответствии с трехмерной фантомной моделью ткани; экран может быть сформирован посредством печати на 3D-принтере, причем в 3D-принтер вводятся данные трехмерной модели экрана.

[0015] Облучающее устройство может содержать устройство генерации излучения, узел формирования пучка и коллиматор, причем устройство генерации излучения выполнено с возможностью генерирования излучения, узел формирования пучка выполнен с возможностью регулирования качества пучка излучения, генерируемого устройством генерирования излучения, а коллиматор выполнен с возможностью концентрирования излучения, проходящие через узел формирования пучка, при этом экран расположен между коллиматором и облучаемой областью.

[0016] Система лучевой терапии может представлять собой систему бор-нейтрон-захватной терапии, облучаемый объект может представлять собой больного раком, а устройство генерации излучения может представлять собой устройство генерации нейтронов, содержащее ускоритель и мишень, при этом ускоритель выполнен с возможностью ускорения заряженных частиц для взаимодействия их с мишенью для генерирования нейтронов.

[0017] Во время бор-нейтрон-захватной терапии нормальные ткани пациента могут принимать дозу излучения менее 18 Гр.

[0018] Система лучевой терапии может дополнительно содержать процедурный стол, причем облучение может проходить через экран и воздействовать на больную ткань пациента на процедурном столе, причем экран может быть закреплен на поверхности облучаемого объекта или на процедурном столе или коллиматоре.

[0019] Настоящее изобретение в третьем аспекте относится к способу экранирования излучения на основе медицинских изображений, включающему в себя следующие этапы: сканирование облучаемой области облучаемого объекта с помощью средств сканирования медицинских изображений и вывод воксельных данных медицинских изображений облучаемой области; создание трехмерной фантомной модели ткани в соответствии с вексельными данными медицинских изображений; создание трехмерной модели экрана в соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани; ввод данных трехмерной модели экрана в 3D-принтер для печати экрана; установка и позиционирование экрана.

[0020] Варианты осуществления этого аспекта изобретения могут включать в себя один или несколько из следующих признаков.

[0021] Этап создания трехмерной модели экрана в соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани дополнительно включает сбор или ввод информации об облучающем устройстве и взаимном расположении облучающего устройства и облучаемой области, создание трехмерной модели экрана в сочетании с данными трехмерной фантомной модели ткани и определение положения экрана.

[0022] В способе и устройстве для экранирования излучения на основе медицинских изображений в соответствии с настоящим изобретением экран формируется посредством трехмерной печати, и может быть сформирован отдельно в соответствии с индивидуальными особенностями различных облучаемых объектов, и может быстро моделировать сложные формы более таргетированно, является более таргетированным и имеет большую точность, и может обеспечить и лучший эффект экранирования излучения. Краткое описание чертежей

[0023] На фиг. 1 схематично показано устройство бор-нейтрон-захватной терапии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0024] На фиг. 2 показана логическая блок-схема способа экранирования излучения на основе медицинских изображений в варианте осуществления настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 3 схематично показано взаимное расположение экрана и облучаемого объекта в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

[0026] Настоящее изобретение более подробно описано далее со ссылкой на прилагаемые чертежи так, чтобы специалисты в данной области техники могли реализовать его в соответствии с описанием.

[0027] Как показано на фиг.1, система лучевой терапии в настоящем варианте осуществления предпочтительно представляет собой систему 100 бор-нейтрон-захватной терапии, содержащую устройство 10 генерации нейтронов, узел 20 формирования пучка, коллиматор 30 и процедурный стол 40. Устройство 10 генерации нейтронов содержит ускоритель 11 и мишень Т, причем ускоритель 11 выполнен с возможностью ускорения заряженных частиц (таких как протоны, дейтроны и т.д.) для генерирования пучка заряженных частиц Р, например пучка протонов так, что пучок заряженных частиц Р облучает мишень Т и взаимодействует с мишенью Т для генерации пучка нейтронов N, причем мишень Т представляет собой металлическую мишень. Соответствующие ядерные реакции всегда определяются в соответствии с такими характеристиками, как желаемая энергия и выход нейтронов, доступная энергия и ток ускоренных заряженных частиц и осуществлением металлической мишени, среди которых наиболее обсуждаемыми являются ⁷Li (р,n) ⁷Ве и ⁹Ве(р,n) ⁹В, являющиеся эндотермическими реакциями. Их энергетические пороги составляют 1.881 МэВ и 2.055 МэВ соответственно. Эпитермальные нейтроны считаются идеальным источником нейтронов для БНЗТ. Теоретически, бомбардировка литиевой мишени протонами с энергией, лишь немного превышающей пороги, обеспечивает возможность получения нейтронов с относительно низкой энергией, которые могут быть использованы в клинических условиях без необходимости в множестве замедлений. Однако Li (литий) и Be (бериллий) и протоны с пороговой энергией имеют небольшое сечение действия. Чтобы произвести достаточные потоки нейтронов, обычно выбирают протоны высокой энергии для обеспечения ядерных реакций. Идеальная мишень должна преимущественно иметь высокий выход нейтронов, может получить распределение энергии нейтронов вблизи области энергий эпитермальных нейтронов (подробнее описано далее), с малым чрезмерно сильным излучением, безопасной, недорогой и легкодоступной, имеет высокую термостойкость и т.д. Однако на практике никакая ядерная реакция не может отвечать всем требованиям. Мишень в вариантах осуществления настоящего изобретения выполнена из лития. Однако как хорошо известно специалистам в данной области техники, мишень Т также может быть изготовлена из металла, отличного от лития или бериллия, например тантала (Та) или вольфрама (W). Мишень Т может быть выполнена в виде диска или других твердых форм, или в виде жидкости (жидкого металла). Ускоритель 11 может представлять собой линейный ускоритель, циклотрон, синхротрон, синхроциклотрон, устройство 10 генерации нейтронов также может представлять собой ядерный реактор без использования ускорителя и мишени. Независимо от источника нейтронов для БНЗТ - ядерного реактора или ядерных реакций между ускоренными заряженными частицами и мишенью, создается только смешанные поля излучений, то есть пучки содержат нейтроны и фотоны с низкой и высокой энергией. Для БНЗТ глубоких опухолей, за исключением эпитермальных нейтронов, чем больше остаточное количество радиационных лучей, тем больше доля неселективного накопления дозы в нормальной ткани. Следовательно, излучение, вызывающее излишнюю дозу, должно быть уменьшено настолько, насколько это возможно. Кроме того, для нормальных тканей облучаемого субъекта следует избегать слишком большого количества различных излучений, что также вызывает накопление излишней дозы.

[0028] Пучок нейтронов N, генерируемый устройством 10 генерации нейтронов, последовательно проходит через узел 20 формирования пучка и коллиматор 30 и затем облучает пациента 200 на процедурном столе 40. Узел 20 формирования пучка выполнен с возможностью регулировки качества нейтронного пучка N, генерируемого устройством 10 генерации нейтронов, и коллиматор 30 используется для концентрирования нейтронного пучка N так, чтобы нейтронный пучок N имел большую направленность во время процесса обработки. Регулируя коллиматор 30, можно регулировать направление пучка и взаимное расположение пучка и пациента 200 на процедурном столе 40, и также можно регулировать положение процедурного стола 40 и пациента 200 для выравнивания пучка с опухолевыми клетками М в пациенте 200. Эти регулировки могут быть выполнены вручную или автоматически с помощью ряда управляющих механизмов. Понятно, что настоящее изобретение также может быть выполнено без коллиматора, и пучок из узла 20 формирования пучка направляют непосредственно к пациенту 200 на процедурном столе 40.

[0029] Узел формирования пучка 20 дополнительно содержит отражатель 21, замедлитель 22, поглотитель 23 тепловых нейтронов, радиационный экран 24 и выход 25 пучка. Нейтроны, генерируемые устройством 10 генерации нейтронов, имеют широкий спектр энергии в дополнение к эпитермальным нейтронам для соответствия требованиям лечения, при этом предпочтительно как можно сильнее уменьшить количество других типов нейтронов и фотонов, чтобы избежать повреждения оператора или пациентов. Таким образом, нейтроны, выходящие из устройства 10 генерации нейтронов должны проходить через замедлитель 22 для регулирования в нем энергии быстрых нейтронов до области энергии эпитермальных нейтронов. Замедлитель 22 изготовлен из материала, имеющего поперечное сечение, предназначенное в основном для воздействия на быстрые нейтроны, но с трудом воздействующего на эпитермальные нейтроны. В этом варианте осуществления замедлитель 13 выполнен по меньшей мере из D2O, AlF3, Fluental, CaF2, Li2СО3, MgF2 и Аl2O3. Отражатель 21 окружает замедлитель 22, и отражает нейтроны, рассеивающиеся через замедлитель 22, обратно в пучок нейтронов N для повышения качества использования нейтронов, и выполнен из материала, обладающего высокой способностью отражать нейтроны. В этом варианте осуществления отражатель 21 выполнен по меньшей мере из одного из Рb и Ni. Поглотитель 23 тепловых нейтронов, который выполнен из материала, имеющего большое поперечное сечение для воздействия тепловыми нейтронами, и находится сзади замедлителя 22. В этом варианте осуществления поглотитель 23 тепловых нейтронов выполнен из Li-6. Поглотитель 23 тепловых нейтронов используется для поглощения тепловых нейтронов, проходящих через замедлитель 22 для уменьшения содержания тепловых нейтронов в пучке нейтронов N, что позволяет избежать чрезмерных доз в поверхностных нормальных тканях во время терапии. Радиационный экран 24 расположен вокруг выхода 25 пучка в задней части отражателя для экранирования нейтронов и фотонов, выходящих наружу из частей, отличных от выхода 25 пучка. Материал радиационного экрана 24 включает по меньшей мере один из материалов для экранирования фотонов и нейтронов. В этом варианте осуществления материал радиационного экрана 24 содержит материал для экранирования фотонов, свинец (Рb), и материал для экранирования нейтронов, полиэтилен (РЕ). Коллиматор 30 расположен в задней части выхода 25 пучка, а пучок эпитермальных нейтронов, выходящий из коллиматора 30, облучает пациента 200 и замедляется до тепловых нейтронов для достижения опухолевых клеток М после прохождения через поверхностную нормальную ткань. Понятно, что узел формирования пучка 20 может иметь другие конфигурации, если при этом может быть получен пучок эпитермальных нейтронов, требуемый для терапии.

[0030] После того, как пациент 200 принимает или ему вводят борсодержащие (В-10) препараты, борсодержащие препараты избирательно накапливаются в опухолевых клетках М, а затем используется такое преимущество, что борсодержащие (В-10) препараты имеют эффективное сечение поглощения тепловых нейтронов, и две тяжелые частицы ⁴Не и ⁷Li генерируются путем захвата нейтронов ¹⁰В(n,α) ⁷Li и ядерного расщепления. Две заряженные частицы со средней энергией около 2,33 МэВ имеют высокую линейную передачу энергии и характеристики короткого диапазона. Линейная передача энергии и диапазон альфа-частиц составляют 150 кэВ /мкм и 8 мкм соответственно, а в случае тяжелых заряженных частиц ⁷Li составляют 175 кэВ/мкм и 5 мкм соответственно, и общий диапазон двух частиц приблизительно равен размеру одной клетки. Таким образом, радиационное поражение живого организма может быть ограничено на клеточной уровне, так что цель локального убийства опухолевых клеток достигается без значительного повреждения нормальной ткани.

[0031] Система 100 бор-нейтрон-захватной терапии дополнительно содержит устройство 50 экранирования излучения. Хотя пучок нейтронов N, генерируемый устройством 10 генерации нейтронов, проходит через узел формирования пучка 20 и коллиматор 30 и направляется к пациенту 200, он по существу является терапевтическим пучком эпитермальных нейтронов, все еще трудно полностью избежать смешивания других нейтронов и фотонов, эти излучения могут привести к повреждению при облучении нормальной ткани пациента 200. Кроме того, хотя терапевтический пучок эпитермальных нейтронов оказывает очень малое влияние на нормальные ткани человека, еще необходимо снизить возможность вызывать накопление дозы в дальнейшем, и поэтому необходимо предусмотреть экран 50, экранирующий часть пациента, где не требуется облучение пучком.

[0032] Устройство 50 экранирования излучения дополнительно содержит средства 51 сканирования медицинских изображений, средства 52 обработки данных и трехмерного моделирования и экран 53. Средства 51 сканирования медицинских изображений выполнено с возможностью сканирования облучаемой области пациента 200 и вывода воксельных данных медицинских изображений. Облучаемая область определяется как совпадающая часть тела пациента с трехмерным пространством, сформированного путем определения глубины проникновения излучения от торцевой поверхности облучающего устройства (образованного из устройства 10 генерации нейтронов, узла формирования пучка 20 и коллиматора 30) к процедурному столу 40 в направлении излучения, и определения облучаемой плоскости, перпендикулярной направлению излучения. Данные медицинских изображений могут представлять собой данные магнитно-резонансной томографии (МРТ), компьютерной томографии (КТ), позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), ПЭТ-КТ или рентгеновское изображение. Следующие варианты осуществления изложены на основе данных компьютерной томографии (КТ), при этом формат файла КТ обычно DICOM. Однако, специалистам в данной области техники хорошо известно, что также можно использовать другие данные медицинских изображений, если они могут быть преобразованы в трехмерную фантомную модель ткани, то могут быть применены к устройству и способу экранирования излучения на основе медицинских изображений согласно настоящему изобретению.

[0033] После того, как пациент 200 оказывается расположен на процедурном столе 40, проходит сканирование облучаемой области пациента 200 с помощью КТ для формирования файла данных КТ, то есть воксельных данных медицинских изображений. Средства 52 обработки данных и трехмерного моделирования создают трехмерную фантомную модель ткани в соответствии с вексельными данными медицинских изображений, например, с использованием программного обеспечения для 3D-моделирования, такого как программное обеспечение для 3D-визуализации MI-3DVS или САПР. Трехмерная фантомная модель ткани содержит поврежденную ткань и нормальную ткань. В соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани создается трехмерная модель экрана нормальной ткани и определяется положение установки экрана. Трехмерная модель экрана может быть объединена с данными об облучающем устройстве, такими как интенсивность пучка, плотность пучка, диаметр пучка, линия действия облучения и т.д., а также о взаимном расположении облучающего устройства и облучаемой области. В этом процессе также могут быть внесены искусственные поправки в соответствии с реальной ситуацией. Понятно, что КТ-сканирование также может быть выполнено до прихода пациента 200 в процедурную комнату, так что средства 51 сканирования медицинских изображений не обязательно интегрировать в лечебную комнату, а файл данных КТ облучаемой части может быть доступен при сканировании с использованием имеющегося в больнице КТ-сканера. В это время информация об облучающем устройстве, такая как интенсивность пучка, плотность пучка, диаметр пучка, линия действия облучения и т.д. и взаимное расположение облучающего устройства и облучаемой области также определяется в соответствии с облучаемой областью, определенной посредством сканированием, и затем на основе вышеупомянутой информации создается трехмерная модель экрана.

[0034] Экран 53 формируют посредством печати на 3D-принтере, причем в 3D-принтер вводят данные трехмерной модели экрана. Файл формата STL для записи данных трехмерной модели вводит в компьютерную систему и накладывают на двухмерные данные о срезах, а печать выполняют по слоям с помощью управляемой компьютером системы трехмерной печати, и в результате наложения получают трехмерное изделие. Экран 53 может экранировать нормальные ткани пациента 200 от излучения, генерируемого облучающим устройством, причем пучок проходит через экран 53 и затем воздействует на опухолевые клетки М пациента 200 на процедурном столе 40. Экран 53 расположен между облучающим устройством и облучаемой областью, и в этом варианте осуществления экран расположен между коллиматором или выходом пучка и облучаемой областью. Материал экрана 53 содержит по меньшей мере один из материала для экранирования нейтронов и материала для экранирования фотонов. В этом варианте осуществления экран 53 имеет форму пластины и непосредственно закреплен на поверхности тела облучаемой области пациента и совпадает с формой внешней поверхности части тела пациента, где он должен быть установлен, и его легко установить в нужно месте. В качестве средства крепления может выступать адгезив, ремень или муфта. Экран 53 имеет центральное сквозное отверстие 531, и отношение диаметра центрального сквозного отверстия 531 к максимальному размеру опухолевой клетки М в пациенте 200 в направлении, перпендикулярном пучку, составляет 1-2. При уничтожении опухолевых клеток повреждение нормальных тканей сводится к минимуму. В этом варианте осуществления форма центрального сквозного отверстия 531 представляет собой форму внешнего контура проекции опухолевой клетки М, в направлении параллельно направлению пучка, а диаметр, определяемый центральным сквозным отверстием, понимается как диаметр формы внешнего контура. Понятно, что экран 53 может не иметь центрального сквозного отверстия, но иметь другую толщину в центральной части, отличающуюся от остальных частей, или весь экран может иметь разную толщину в разных положениях. Максимальная толщина экрана 53 составляет от 3 до 20 мм, а площадь внешней поверхности составляет от 10 до 200 см². Благодаря использованию трехмерной печати экран 53 может быть отдельно сформирован в соответствии с индивидуальными особенностями различных облучаемых объектов и может быстро моделировать сложные формы, и может быть обеспечен лучший эффект экранирования излучения. В некоторых частях специальной формы частях можно использовать несколько экранов 53 для удобной установки. Экран 53 также может быть закреплен на процедурном столе, коллиматоре или выходе пучка, также можно объединить 3D-принтер с процедурным столом, коллиматором или выходом пучка, после определения взаимного расположения непосредственно распечатать экран в соответствующем положении. После сканирования медицинских изображений опухоли пациента получают таргетированный трехмерный экран, а ослабление излучения при прохождении через экран составляет не менее 50%, предпочтительно не менее 80%, при этом нормальные ткани пациента во время бор-нейтрон-захватной терапии принимают дозу излучения менее 18 Гр. Отношение глубины проникновения в нормальной ткани излучения после прохождения через экран к глубине проникновения в нормальной ткани излучения, не прошедшего через экран, составляет не более 50%. Материал, форма и структура экрана 53 могут быть сконструированы таким образом, чтобы быть более сложными, и линия действия пучка нейтронов из коллиматора или выхода пучка мог меняться в соответствии с трехмерной формой опухолевых клеток, например, центральное сквозное отверстие 531 состоит из разных сегментов линии вдоль направления пучка, а различные части экрана 53 состоят из разных материалов.

[0035] Способ экранирования излучения на основе медицинских изображений согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения содержит следующие этапы:

[0036] S1: средства 51 сканирования медицинских изображений сканируют облучаемую область пациента 200 и выводят вексельные данные медицинских изображений упомянутой облучаемой области;

[0037] S2: средства 52 обработки данных и трехмерного моделирования создают трехмерную фантомную модель ткани в соответствии с вексельными данными медицинских изображений, полученными на S1;

[0038] S3: средства 52 обработки данных и трехмерного моделирования создают трехмерную модель экрана в соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани, полученными на S2;

[0039] S4: данные трехмерной модели экрана вводят в 3D-принтер для печати экрана 53;

[0040] S5: экран 53 устанавливают и позиционируют.

[0041] Этап S3 дополнительно содержит сбор или ввод данных об облучающем устройстве, таких как интенсивность пучка, плотность пучка, диаметр пучка, линия действия облучения и т.д. и взаимного расположения облучающего устройства и облучаемой области, и затем создание трехмерной модели экрана в сочетании с данными трехмерной фантомной модели ткани, и определение положения экрана. В этом процессе искусственная корректировка также может быть выполнена в соответствии с реальной ситуацией.

[0042] В упомянутом варианте осуществления настоящего изобретения устройство сканирования медицинских изображений может использоваться для получения структуры ткани облучаемой области пациента, так что экран может быть получен в соответствии с формой, положением, размером и т.д. опухолевой клетки. Понятно, что в настоящем изобретении также могут быть применены средства сканирования немедицинских изображений, такое как устройство трехмерного сканирования изображений, которое сканирует только форму поверхности тела пациента, с получением трехмерных данных о форме поверхности облучаемой области пациента для трехмерного моделирования и получением трехмерного экрана, совпадающего с формой поверхности облучаемой области.

[0043] Понятно, что настоящее изобретение также применимо к другим областям лучевой терапии, которые хорошо известны специалистам в данной области техники и требуют облучения больной ткани и в то же время экранирования нормальной ткани от облучения или снижения облучения. Устройство генерации нейтронов соответственно заменяется при этом другими устройствами, генерирующими излучение, тагами как устройство генерации протонов, устройство генерации тяжелых ионов, устройство генерации рентгеновских лучей или устройство генерации гамма-излучения и т.д.. Оно также может быть применено к другим заболеваниям, которые можно лечить с помощью радиационного облучения, такого как болезнь Альцгеймера, ревматоидный артрит, а опухолевые клетки заменяются при этом другими больными тканями. Облучаемый объект в настоящем варианте осуществления представляет собой больного раком, хотя и понятно, что облучаемый объект может представлять собой другой организм, например млекопитающее животное.

[0044] Взаимное расположение в упомянутом варианте осуществления настоящего изобретения относится к взаимному расположению вдоль направления пути прохождения пучка, а «задняя часть» относится к положению вниз по потоку по направлению пучка.

[0045] Хотя раскрытые варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники понять настоящее изобретение, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться объемом вариантов осуществления. Для специалистов в данной области техники, если различные изменения находятся в пределах сущности и объема, определенных в настоящем изобретении и прилагаемой формуле изобретения, эти изменения очевидны и находятся в пределах объема защиты заявленного изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройству и способу экранирования излучения на основе медицинских изображений, которые могут формировать таргетированное и высокоточное экранирование излучения в соответствии с индивидуальными различиями пациентов, такими как положение и размер опухоли, чтобы уменьшить или избежать облучения облучающим устройством от нормальных тканей пациента. Устройство экранирования излучения согласно изобретению содержит средства сканирования медицинских изображений, которые сканирует облучаемую область облучаемого объекта и выводят воксельные данные медицинских изображений, средства обработки данных и трехмерного моделирования, которые создают трехмерную фантомную модель ткани в соответствии с воксельными данными медицинских изображений и создают трехмерную модель экрана в соответствии с трехмерной фантомной моделью ткани, экран, напечатанный и созданный после ввода данных трехмерной модели экрана в 3D-принтер, причем экран расположен между облучающим устройством и облучаемой областью. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система лучевой терапии (100), содержащая:

облучающее устройство для облучения облучаемого объекта (200) для формирования облучаемой области, содержащее устройство генерации излучения, причем устройство генерации излучения выполнено с возможностью генерации излучения, и

устройство экранирования излучения на основе медицинских изображений облучающего устройства, содержащее:

средства сканирования медицинских изображений для сканирования облучаемой области облучаемого объекта и вывода воксельных данных медицинских изображений;

средства обработки данных и трехмерного моделирования для создания трехмерной фантомной модели ткани в соответствии с воксельными данными медицинских изображений и создания трехмерной модели экрана в соответствии с трехмерной фантомной моделью ткани;

экран, расположенный между облучающим устройством и облучаемой областью, причем экран сформирован посредством печати данных трехмерной модели экрана, введенных в 3D-принтер,

причем система лучевой терапии представляет собой систему бор-нейтрон-захватной терапии, облучаемый объект представляет собой больного раком, а устройство генерации излучения представляет собой устройство генерации нейтронов, содержащее ускоритель и мишень, причем ускоритель выполнен с возможностью ускорения заряженных частиц для взаимодействия с мишенью для генерации нейтронов, и экран выполнен с возможностью экранирования нормальных тканей больного раком от излучения, генерированного облучающим устройством.

2. Система лучевой терапии по п. 1, в которой трехмерная модель экрана создана в соответствии с трехмерной фантомной моделью ткани в сочетании с информацией об облучающем устройстве и взаимном расположении облучающего устройства и облучаемой области.

3. Система лучевой терапии по п. 1, в которой материал экрана содержит по меньшей мере один из материала для экранирования нейтронов и материала для экранирования фотонов, при этом экран закреплен на поверхности облучаемого объекта так, что совпадает с формой поверхности облучаемого объекта.

4. Система лучевой терапии по п. 3, в которой экран имеет центральное сквозное отверстие, причем отношение диаметра центрального сквозного отверстия к максимальному размеру внутренней больной ткани в облучаемом объекте в направлении, перпендикулярном пучку, составляет 1-2, при этом максимальная толщина экрана составляет от 3 до 20 мм, а площадь внешней поверхности экрана составляет от 10 до 200 см².

5. Система лучевой терапии по п. 1, в которой излучение, генерируемое облучающим устройством, ослабляется экраном не менее чем на 50%, при этом отношение глубины проникновения в нормальной ткани излучения, прошедшего через экран, к глубине проникновения в нормальной ткани излучения, не прошедшего через экран, составляет не более 50%.

6. Система лучевой терапии по любому из пп. 1-5, причем облучающее устройство дополнительно содержит узел формирования пучка и коллиматор, при этом узел формирования пучка выполнен с возможностью регулирования качества пучка излучения, генерируемого устройством генерации излучения, и содержит выход пучка, а коллиматор выполнен с возможностью концентрирования излучения, проходящего через узел формирования пучка, при этом экран расположен между коллиматором или выходом пучка и облучаемой областью.

7. Система лучевой терапии по любому из пп. 1-5, причем нормальные ткани пациента получают дозу излучения менее 18 Гр при бор-нейтрон-захватной терапии.

8. Система лучевой терапии по любому из пп. 1-5, причем система лучевой терапии дополнительно содержит процедурный стол, причем облучение проходит через экран и воздействует на больную ткань пациента на процедурном столе, при этом экран закреплен на поверхности облучаемого объекта, или процедурном столе, или коллиматоре, или выходе пучка.

9. Способ экранирования излучения на основе медицинских изображений для экранирования облучаемого объекта от излучения облучающего устройства в системе лучевой терапии, причем облучающее устройство содержит устройство генерации излучения, причем устройство генерации излучения выполнено с возможностью генерации излучения, причем способ экранирования излучения на основе медицинских изображений содержит этапы:

сканирование облучаемой области облучаемого объекта с помощью средств сканирования медицинских изображений и вывод воксельных данных медицинских изображений облучаемой области;

создание трехмерной фантомной модели ткани в соответствии с воксельными данными медицинских изображений;

создание трехмерной модели экрана в соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани;

ввод данных трехмерной модели экрана в 3D-принтер для печати экрана;

установка и позиционирование экрана;

причем система лучевой терапии представляет собой систему бор-нейтрон-захватной терапии, облучаемый объект представляет собой больного раком, а устройство генерации излучения представляет собой устройство генерации нейтронов, содержащее ускоритель и мишень, причем ускоритель выполнен с возможностью ускорения заряженных частиц для взаимодействия с мишенью для генерации нейтронов, и экран выполнен с возможностью экранирования нормальных тканей больного раком от излучения, генерированного облучающим устройством.

10. Способ по п. 9, причем этап создания трехмерной модели экрана в соответствии с данными трехмерной фантомной модели ткани дополнительно содержит сбор или ввод информации об облучающем устройстве и взаимном расположении облучающего устройства и облучаемой области, и создание трехмерной модели экрана в сочетании с данными трехмерной фантомной модели ткани, и определение положения экрана.