УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК A61N5/10 

Область техники

[001] Настоящее изобретение относится к устройству для лучевой терапии с использованием сверхвысокой мощности дозы излучения.

Уровень техники

[002] Рак является основной причиной смертей во всем мире, и его лечение осуществляется с помощью хирургии, лучевой терапии (RT) и химиотерапии. Наблюдается быстрый рост заболеваемости им, однако имеет место лишь медленное улучшение излечимости, несмотря на недавний прогресс, особенно в иммунотерапии и роботизированной хирургии, и внедрение новых молекулярно-целевых препаратов.

[003] Со времени первых исследований Рентгена и Марии Кюри в начале XX века, лучевая терапия остается важным инструментом для лечения рака. Хотя недавний прогресс в лучевой терапии сделал возможным повышение точности и эффективности данного метода лечения, остающиеся побочные эффекты, например повреждения здоровых тканей, все еще являются проблемой, которая ограничивает его использование.

[004] Доставка высоких доз лечебного излучения к опухолям зависит от способности предохранять нормальные ткани от вредного воздействия излучения. В течение прошлого века как фракционирование, так и точная оптимизация объема проявили себя как наиболее мощные инструменты для получения дифференциального воздействия на нормальные ткани и опухоли, тем самым сводя к минимуму побочные эффекты.

[005] Альтернативным и дополняющим новым решением для ограничения вызываемых излучением повреждений здоровых тканей является уменьшение времени облучения при так называемой флэш-радиотерапии или флэш-терапии. Традиционная лучевая терапия обычно направлена на введение общей дозы от 20 до 70 Гр в каждую опухоль, обычно в дозах 2 Гр на фракцию, причем каждая фракция вводится в течение нескольких минут. В течение последних нескольких лет был проведен ряд экспериментов, которые показали, что лучевая терапия со сверхкоротким временем облучения (менее 100 мс) обеспечивает возможность значительного снижения побочных эффектов. В частности, было показано, что при доставке излучения в виде небольшого количества сверхинтенсивных импульсов с очень высокой дозой и сверхвысокой интенсивностью дозы в импульсе (обычно доза на импульс составляет свыше 1,5 Гр, а средняя интенсивность дозы - свыше 10⁶ Гр в пределах импульса), здоровые ткани не затрагиваются, в то время как реакция опухолевой ткани остается неизменной, что приводит к более эффективному лечению.

[006] Документ «Лечение первого пациента с помощью лучевой флэш-терапии», авторы J. Bourhis и др., Лучевая терапия и онкология, 2019, Radiother Oncol., 11 июля 2019, S0167-8140(19)32959-7, относится к первому случаю клинического применения лучевой флэш-терапии. Этот документ раскрывает применение существующего устройства лучевой терапии для лечения поверхностной опухоли кожи электронами с энергией 5,6 МэВ с получением дозы 15 Гр в 10 импульсах, каждый с длительностью 1 мкс, при общем времени облучения 90 мс, что соответствует средней мощности дозы 150 Гр/с. По сравнению с реакцией кожи после воздействия обычной лучевой терапии, использующей фракционированное облучение с дозой 20-21 Гр, реакции на лучевую флэш-терапию, связанные с введением 15 Гр за 90 мс, были минимальными. Этот эксперимент показал техническую осуществимость и клиническую безопасность доставки пациенту высокой разовой дозы вместо эквивалентной обычной дозы, фракционированной в течение нескольких минут облучения.

[007] Первый ключевой аспект лучевой флэш-терапии связан с мощностью дозы пучка излучения: высокая доза излучения, которая обычно фракционируется и подается за несколько минут при обычной лучевой терапии, должна подаваться за очень малую долю секунды при лучевой флэш-терапии, обычно в диапазоне миллисекунд. Второй ключевой аспект лучевой флэш-терапии заключается в том, что эффективное сбережение здоровых тканей при облучении больших полей (10 см и выше) требует более коротких значений времени доставки по сравнению с теми, которые описаны до настоящего времени и необходимы для обеспечения сбережения здоровых тканей при флэш-терапии в малых полях облучения (в диапазоне нескольких см).

[008] Известно, что электроны теряют приблизительно 2 МэВ/см в воде, так что пучок излучения с энергией приблизительно 6 МэВ может использоваться лишь для лечения опухолей кожи или других поверхностных опухолей. По этой причине пучок электронов обычно не используется для лечения опухолей, расположенных глубоко в организме. Для лечения глубоко расположенных опухолей с помощью электронов при флэш-терапии потребуется пучок электронов с намного более высокой энергией, например в диапазоне от 30 до 250 МэВ или выше.

[009] Дополнительная проблема возникает в том случае, когда речь идет о лечении большого объема опухолей с помощью лучевой терапии или лучевой флэш-терапии. Существующее инструменты для лучевой терапии не способны осуществлять лечение больших объемов с помощью лучевой флэш-терапии, поскольку генерируемый пучок излучения не имеет требуемых характеристик для доставки требуемой дозы при условиях флэш-терапии.

[010] В целом, когда речь идет о лечении глубоко расположенной опухоли и/или большой опухоли с помощью лучевой флэш-терапии, существующие технологии не обеспечивают удовлетворительных решений, в частности по той причине, что они непригодны для генерирования электронного пучка со сверхвысокой мощностью дозы излучения, имеющего необходимую энергию для лечения больших и/или глубоко расположенных опухолей.

Раскрытие сущности изобретения

[011] Вышеуказанные проблемы решены с помощью устройства и способа согласно настоящему изобретению.

[012] Настоящее изобретение относится к устройству для лучевой терапии пациента с использованием сверхвысокой мощности дозы излучения, содержащему:

- источник излучения для обеспечения пучка излучения,

- линейный ускоритель для ускорения указанного пучка излучения до достижения заданной энергии и

- модуль доставки пучка для доставки пучка излучения от указанного источника излучения в направлении пациента для обработки целевого объема с помощью дозы излучения,

отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью генерирования ускоренного пучка излучения, имеющего заданную энергию от приблизительно 50 МэВ до приблизительно 250 МэВ, более предпочтительно от приблизительно 120 МэВ до приблизительно 150 МэВ, для доставки дозы излучения сверхвысокой мощности величиной по меньшей мере приблизительно 10 Гр, предпочтительно до приблизительно 25 Гр, предпочтительно до приблизительно 35 Гр, более предпочтительно до приблизительно 40 Гр, в течение общего времени, менее приблизительно 200 мс, предпочтительно менее приблизительно 100 мс, предпочтительно менее приблизительно 50 мс, предпочтительно менее приблизительно 10 мс,

так что устройство выполнено с возможностью создания поля облучения для обработки целевого объема величиной по меньшей мере приблизительно 30 см³, предпочтительно от приблизительно 30 см³ до приблизительно 1000 см³, с помощью указанной дозы излучения сверхвысокой мощности, и/или целевого объема, расположенного на глубине по меньшей мере приблизительно 5 см в тканях пациента, предпочтительно от приблизительно 5 см до приблизительно 25 см, с помощью указанной дозы излучения сверхвысокой мощности.

[013] В настоящем изобретении устройство обеспечивает возможность генерирования ускоренного пучка излучения с энергией по меньшей мере от приблизительно 50 МэВ до приблизительно 250 МэВ, более предпочтительно от приблизительно 120 МэВ до приблизительно 150 МэВ. При этой крайне высокой энергии и общем заряде генерируемого ускоренного пучка обеспечивается возможность доставки дозы излучения до приблизительно 25 Гр, до приблизительно 35 Гр, более предпочтительно до приблизительно 40 Гр, за общее время, находящееся в миллисекундном диапазоне.

[014] В предпочтительном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью генерирования ускоренного пучка излучения, имеющего заданную энергию от приблизительно 50 МэВ до приблизительно 250 МэВ, более предпочтительно от приблизительно 120 МэВ до приблизительно 150 МэВ, для доставки дозы излучения сверхвысокой мощности величиной по меньшей мере приблизительно 10 Гр, предпочтительно до приблизительно 25 Гр, предпочтительно до приблизительно 35 Гр, более предпочтительно до приблизительно 40 Гр, в течение общего времени, менее приблизительно 200 мс, предпочтительно менее 100 мс, предпочтительно менее 50 мс, предпочтительно менее 10 мс.

[015] В варианте осуществления указанное общее время составляет менее приблизительно 1 мс.

[016] Когда речь идет о создании большого поля облучения в условиях лучевой флэш-терапии (со сверхвысокой мощностью дозы), например, для целевого объема величиной по меньшей мере приблизительно 30 см³, предпочтительно от приблизительно 30 см³ до приблизительно 1000 см³, более предпочтительно от приблизительно 30 см³ до по меньшей мере приблизительно 1000 см³, существующие инструменты неспособны доставлять требуемую дозу в условиях лучевой флэш-терапии, в первую очередь, из-за того, что ускоренный луч не является достаточно мощным, чтобы обеспечить требуемую дозу для всего целевого объема в течение общего времени в миллисекундном диапазоне длительности. Это также справедливо в случае, если целевой объем расположен по меньшей мере на глубине приблизительно 5 см в тканях пациента, так что существующее устройство не в состоянии обеспечить излучение со сверхвысокой мощностью дозы (то есть лучевую флэш-терапию).

[017] Энергия электронного пучка определяет глубину проникновения в воду или ткани. Если рассматривать существующую лучевую флэш-терапию, использующую пучок излучения с энергией 6 МэВ, то доза составит 85% на глубине 2 см. При превышении глубины 2 см затухание пучка является очень сильным, так что лечение целевого объема уже является невозможным в условиях лучевой флэш-терапии. Иначе говоря, уровень энергии пучка излучения зависит от того, насколько глубоко в тканях расположен целевой объем. Поэтому существующие устройства могут использоваться лишь для лечения поверхностного целевого объема в условиях лучевой флэш-терапии.

[018] В настоящем изобретении ускоренный высокоэнергетический луч пригоден для доставки необходимой дозы к общему целевому объему, будь то большой целевой объем или глубоко расположенный целевой объем. Например, при пучке излучения с энергией 30 МэВ мы обнаруживаем 85% дозы на глубине приблизительно 10 см. Таким образом, высокоэнергетические пучки этого типа эквивалентны высокоэнергетическому мегавольтному рентгеновскому излучению по проникающей способности. Повышение энергии пучка излучения обеспечивает возможность регулирования глубины проникновения. Необходимо иметь пучок излучения с энергией по меньшей мере 30 МэВ для нацеливания на большой целевой объем или глубокий целевой объем. Пучок излучения с энергией от 50 МэВ до 150 МэВ обычно обеспечивает необходимую глубину для любого пациента, хотя верхний предел энергии отсутствует. Иррадиирование в условиях лучевой флэш-терапии при этих энергиях никогда не достигалось у пациентов, тем более в случае больших полей (диаметр свыше 10 см).

[019] В качестве преимущества, настоящее изобретение обеспечивает намного меньшие побочные эффекты для здоровых тканей по сравнению с обычной лучевой терапией, при сохранении неизменным воздействия на опухоли.

[020] С помощью настоящего изобретения, благодаря очень коротким промежуткам времени лечения и возможности регулирования или настройки доставки ускоренного пучка с помощью средств доставки пучка (например, изгибанию пучков электронов с помощью магнитов), обеспечивается возможность легкого переключения ускоренного пучка с одного помещения/одного пациента на другое/другого. Устройство по настоящему изобретению является экономичным, поскольку одна линия ускоренного пучка способна обслуживать большое, возможно неограниченное, количество лечебных помещений. Она способна последовательно доставлять требуемую дозу большому количеству пациентов.

[021] В настоящем изобретении обеспечена значительно повышенная эффективность в отношении опухолей с множественной лекарственной устойчивостью, благодаря возможности доставки большей биологически эквивалентной дозы (biological equivalent dose, BED) к опухолям большого размера, по сравнению с обычной лучевой терапией. Например, отличительные признаки настоящего изобретения, которые обеспечивают возможность создания эффекта сбережения здоровых тканей при лучевой флэш-терапии приблизительно на 33% предписанной дозы, были интегрированы в систему планирования лечения и было проведено сравнение с обычной лучевой терапией. Это выразилось в возможности безопасной доставки пациенту разовой дозы 28 Гр при лучевой флэш-терапии, причем тот же пациент и та же опухоль были подвергнуты паллиативному лечению с помощью обычной лучевой терапии с дозой 46 Гр в 23 фракциях. Биологически эквивалентная доза (BED) для опухоли при данном облучении с разовой дозой 28 Гр превышает 100 Гр, что, как известно, дает высокий лечебный эффект, особенно по сравнению с обычной дозой 46 Гр, которая была подана фактически.

[022] В качестве преимущества, в настоящем изобретении предложена возможность лечения пациента необходимой лечебной дозой с общим количеством фракций лучевой терапии, значительно сокращенным по сравнению с обычной лучевой терапией. Например, общая доза 28 Гр может быть введена в одной фракции лучевой флэш-терапии, в то время как при использовании обычной лучевой флэш-терапии потребуется множество фракций (обычно приблизительно 12 или 14 фракций). При обычной лучевой терапии существует необходимость в отслеживании движения опухоли во время лучевой терапии, чтобы уменьшить внешнюю зону воздействия вокруг опухоли и ограничить объем здоровых тканей, подвергающихся воздействию облучения с высокой дозой. В настоящем изобретении сверхбыстрая доставка дозы в диапазоне миллисекунд делает ненужным контроль движения опухоли во время облучения. Это также обеспечивает возможность повышения конформности при доставке пучков и, следовательно, повышения эффективности сбережения здоровых тканей.

[023] В частности, ускоренный пучок (т.е. пучок излучения) представляет собой пучок электронов с очень высокой энергией (very high energy electron, VHEE) с зарядом по меньшей мере приблизительно 1000 нКл, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1500 нКл. Предпочтительно, доза прямо пропорциональна заряду. Устройство по настоящему изобретению выполнено с возможностью обеспечения высокого заряда, составляющего по меньшей мере 1000 нКл, и, таким образом, высокой дозы.

[024] Устройство согласно настоящему изобретению может содержать два комплементарных средства для достижения высокой конформности распределения дозы:

- 1) несколько линий пучков (предпочтительно, две или три, так что сохраняются условия лучевой флэш-терапии), сходящихся одновременно с разных углов и/или разных углов, используемых от одной фракции к другой;

- 2) индивидуальное формообразование каждой линии пучка.

Это обеспечивает возможность сохранения высокой конформности при одновременном обеспечении, в дополнение к этому, высоких характеристик лучевой флэш-терапии.

[025] В предпочтительном варианте осуществления модуль доставки пучка содержит разделительные средства для разделения ускоренного пучка, именуемого одиночным ускоренным пучком, на множество линий ускоренного пучка с дозой излучения приблизительно 7 Гр на пучок, предпочтительно приблизительно 10 Гр на пучок, более предпочтительно приблизительно 20 Гр на пучок, доставляемый в течение указанного общего времени.

[026] В варианте осуществления обеспечен линейный ускоритель для создания одиночного ускоренного пучка, содержащего множество серий сгустков частиц, предпочтительно две или три серии сгустков частиц, причем модуль доставки пучка содержит разделительные средства для разделения указанного одиночного ускоренного пучка излучения на множество линий ускоренного пучка, разделенных определенным углом, с последующей фокусировкой каждой из указанных линий пучка в направлении пациента для одновременного достижения целевого объема, причем каждая линия пучка соответствует серии сгустков частиц.

[027] В качестве преимущества, в данном варианте осуществления обеспечен линейный ускоритель для ускорения и транспортировки различных частей пучка с дискретными энергиями. При обычной терапии пациент облучается под множеством углов для достижения требуемой конформности. Это осуществляют путем вращения источника излучения вокруг пациента. В условиях лучевой флэш-терапии, т.е. при длительности максимум несколько мс, имеет место недостаток времени на перемещение больших объектов. Вместо этого в настоящем варианте осуществления мы исходим, например, из двух-трех траекторий в пределах диапазона времени лучевой флэш-терапии для достижения требуемой конформности. Например, при общем времени обработки в диапазоне мс (миллисекунд) первая половина ускоренного пучка поступает с одного направления, а вторая половина - с другого. В настоящем изобретении вместо перемещения объектов обеспечивается возможность распространения пучка через разные линии пучка путем ускорения пучка до разных энергий. Энергии отличаются, например, по меньшей мере приблизительно на 10%, что является достаточным для их разделения в дипольном магните. Общую энергию предпочтительно выбирают исходя из клинических соображений.

[028] В качестве преимущества, обеспечивается возможность разделения ускоренного пучка излучения на несколько линий пучка. Ускоренный пучок излучения может достигать пациента с одного или более направлений одновременно (в диапазоне нескольких мс) за один сеанс лечения. Преимущество разделения пучка состоит в достижении высокой конформности при доставке дозы в опухоль.

[029] В предпочтительном варианте осуществления авторами настоящего изобретения было обнаружено, что три (3), предпочтительно два (2), одновременных пучка, сходящихся в целевом объеме, обеспечивают весьма удовлетворительные результаты с точки зрения как достижения высокой конформности на опухоли, так и оптимального сбережения здоровых тканей при лучевой флэш-терапии по всему пути (т.е. траектории) каждого отдельного пучка (сбережение здоровых тканей с помощью лучевой флэш-терапии лучше работает при высокой дозе, т.е. свыше 10 Гр на пучок), например, для доставки общей дозы 20 Гр.

[030] Эффект лучевой флэш-терапии необходим для сбережения здоровых тканей внутри больших объемов. Эффект лучевой флэш-терапии может наблюдаться преимущественно при высокой дозе на фракцию; это означает, что для достижения эффективного сбережения нормальных тканей вдоль каждого пучка важно наличие лишь очень малого количества пучков, сходящихся в опухоли. Например, доза 20 Гр, подаваемая в двух пучках, должна поддерживать эффект сбережения при лучевой флэш-терапии по всем путям каждого пучка, если используются лишь 2 пучка (на 10 Гр каждый), или если используются 3 пучка (7 Гр каждый), но если используется больше пучков, то эффект сбережения при лучевой флэш-терапии вдоль путей каждого пучка должен исчезнуть (он должен исчезнуть при дозе ниже 7 Гр). В качестве преимущества, при наличии двух или трех пучков устройство сочетает в себе возможность получения оптимального эффекта сбережения при лучевой флэш-терапии наряду с очень хорошей конформностью распределения дозы. Как высокая конформность, так и лучевая флэш-терапия будут способствовать эффективному сбережению нормальных тканей, в то время как в существующем устройстве может использоваться лишь высокая конформность

[031] В частности, если используется более чем одна фракция, например две фракции, то расположение пучка с точки зрения баллистики может отличаться от одной фракции к другой, например, вследствие простого перемещения пациента на 90°. В этом случае конформность может быть повышена.

[032] В варианте осуществления каждая серия имеет энергию, которая отличается от других как минимум приблизительно на 10%, и/или каждая линия пучка имеет энергию по меньшей мере приблизительно 50 МэВ.

[033] В одном варианте осуществления разделительные средства выбраны из перечня, содержащего разделительные средства на основе энергии, использующие магнитный спектрометр, и средства на основе радиочастотного дефлектора.

[034] В одном варианте осуществления радиочастотный дефлектор используется для разделения ускоренного пучка на линии пучка вдоль разных траекторий. В данном варианте одиночный энергетический пучок может быть разделен на несколько линий пучка.

[035] В одном варианте осуществления каждый канал сгустков частиц имеет энергию, которая отличается от других как минимум на приблизительно 10%, и разделение траекторий в системе доставки пучка осуществляется с использованием магнитного спектрометра.

[036] Для разделения по энергии с использованием магнитного спектрометра, линейный ускоритель ускоряет и транспортирует пучок в систему доставки пучка с двумя или более энергиями Эти энергии предпочтительно различаются как минимум приблизительно на 10%. Например, это осуществляется от одной серии сгустков частиц к другой серии сгустков частиц (например, имеют место приблизительно 10 серий сгустков частиц за один сеанс лечения) путем изменения входного уровня радиочастотной мощности. В качестве альтернативы, это может осуществляться в пределах радиочастотного импульса путем изменения радиочастотной фазы, на которой находится сгусток. Разные энергетические пучки отклоняются на разные углы в первом диполе, как в магнитном спектрометре. Затем пучки следуют по отличным друг от друга путям, чтобы одновременно сойтись (в диапазоне нескольких мс) на целевом объеме.

[037] Пучок более высокой энергии изгибается в меньшей степени по сравнению с пучком более низкой энергии в дипольном магните. Все серии сгустков частиц выходят из линейного ускорителя вдоль одной и той же линии, но изгибаются под разными углами в первом диполе. В пределах некоторого расстояния они движутся по траекториям, расходящимся друг от друга. На достаточном расстоянии они могут быть изогнуты обратно в направлении пациента и сходиться на опухоли

[038] Средства на основе энергии, использующие магнитный спектрометр, являются предпочтительным решением, например, поскольку они являются более дешевыми по сравнению со средствами на основе радиочастотного дефлектора, что обеспечивает преимущество.

[039] Модуль доставки пучка с радиочастотным дефлектором (дефлекторами) использует для отклонения пучка радиочастотные поля вместо статического магнитного поля. Они подаются в виде импульсов таким же образом, что и в случае линейного ускорителя, так что обеспечивается возможность независимого отклонения каждой серии.

[040] В частности, после разделения в основном диполе, ускоренное излучение проходит вдоль разных линий пучка. После изгибания излучения обратно к пациенту, эти линии пучка сходятся на опухоли, при этом они разделены углами обычно от 30 до 90 градусов, более предпочтительно от 30° до 60°, в частности от 30° до 60°. Предпочтительно, изгибающий элемент каждой линии пучка направляет линию пучка к пациенту под определенным углом. Полную оптимизацию количества и углов пучков выбирают в сочетании с факторами, связанными с клиническим распределением дозы.

[041] Известно, что при лучевой терапии и терапии заряженными частицами полезно доставлять дозу к целевому объему с разных направлений для достижения оптимальной конформности распределения дозы. В обычном инструменте для лучевой терапии, для оптимизации дозы, подаваемой на целевой объем, используют движущийся линейный коллиматор. Однако механическое перемещение невозможно в диапазонах времени, используемых при лучевой флэш-терапии (миллисекундный диапазон, т.е. диапазон мс). В варианте осуществления решение по настоящему изобретению состоит в обеспечении отдельных линий пучка, предпочтительно 2 или 3, которые будут с точностью сходиться в целевом объеме в одном и том же месте и в одно и то же время, т.е. в диапазоне нескольких миллисекунд. Это обеспечивает возможность сбережения здоровых тканей как за счет высокой конформности при доставке пучка, так и за счет эффекта лучевой флэш-терапии.

[042] Количество путей, то есть линий пучка, предпочтительно составляет два или три, поскольку при большем количестве путей/линий пучка эффект лучевой флэш-терапии, который действует, преимущественно, при высокой дозе на фракцию, будет значительно уменьшен или полностью подавлен.

[043] В качестве преимущества, могут иметь место два средства по настоящему изобретению, оба из которых являются комплементарными, для достижения оптимальной конформности распределения дозы: первое средство регулирует форму каждой линии ускоренного пучка, а второе средство разделяет исходный пучок на несколько линий пучка, которые одновременно сходятся в опухоли. В целом, настоящее изобретение обладает уникальной способностью к обеспечению в высокой степени конформной доставки излучения, наряду с оптимальными параметрами, необходимыми для лечения больших опухолей в режиме лучевой флэш-терапии.

[044] В одном варианте осуществления устройство содержит средства формообразования пучка для управления конформным излучением пучка, поступающего на целевой объем, например средства формообразования в системе доставки, предпочтительно, после линейного ускорителя. Например, средства формообразования пучка содержат средства фокусировки, обеспечивающие регулирование размера поперечного сечения ускоренного пучка или линии (линий) ускоренного пучка для достижения оптимального формообразования пучка и оптимальной конформности лечения для целевых объемов со сложными формами.

[045] Могут иметь место множество средств для регулирования поперечного профиля пучка. Например, каждый из основных элементов устройства может иметь функцию коллимации пучка, т.е. пучка в источнике излучения (т.е. инжекторе), в линейном ускорителе (linear accelerator, linac) и в системе доставки пучка. Коллимация в источнике излучения и линейном ускорителе придаст одинаковую форму, обычно круглую, различным линиям пучка, в то время как коллимация в системе доставки пучка придаст независимые формы разным линиям. Оконечные фокусирующие квадруполи в системе доставки луча также могут использоваться для регулировки фокальной формы, например, от кругов к эллипсам. Предпочтительно, наиболее важная коллимация должна представлять собой коллимацию на конце линейного ускорителя, и возможно наличие устройства лишь с этой коллимацией.

[046] В одном варианте осуществления указанная доза излучения содержит импульсы излучения ускоренного пучка излучения, причем каждый импульс излучения содержит по меньшей мере один сгусток частиц, и устройство выполнено с возможностью доставки дозы излучения сверхвысокой мощности, составляющей по меньшей мере приблизительно 2 Гр на импульс излучения, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 5 Гр на импульс излучения, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10 Гр на импульс излучения, при мощности дозы в импульсе излучения по меньшей мере приблизительно 106 Гр/с, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 107 Гр/с, и предпочтительно с общим числом импульсов излучения, меньшим 10, более предпочтительно меньшим 3. Таким образом, устройство выполнено с возможностью доставки, в условиях лучевой флэш-терапии, необходимых для получения эффекта лучевой флэш-терапии даже при облучении больших полей (с размером, большим или равным 10 см), при общем времени обработки для дозы 25 Гр, находящемся в диапазоне нескольких миллисекунд (менее 50 мс, предпочтительно меньше 10 мс), и общем количестве импульсов излучения, меньшем 10, предпочтительно меньшем 3.

[047] В варианте осуществления устройство выполнено с возможностью доставки дозы с однородностью (иначе говоря, равномерностью) охвата целевого объема, составляющей по меньшей мере приблизительно 85%. В качестве преимущества, обеспечивается возможность достижения однородности путем комбинирования конструкции источника излучения (в частности, например, формы профиля лазерного пятна в инжекторе), конструкции линейного ускорителя (например, фокусирующей решетки и управления кильватерными полями) и модуля доставки (например, расширения пучка и коллимации на конце линейного ускорителя). Например, коллимация состоит в пропускании пучка через отверстие с отсечением наружных частей и придает пучку четко выраженную форму.

[048] В одном варианте осуществления источник излучения представляет собой источник электронов. Таким образом, доза доставляется пациенту в виде электронов.

[049] Предпочтительно, источник излучения представляет собой сильноточный источник электронов.

[050] В одном варианте осуществления источник излучения представляет собой источник электронов, и устройство дополнительно содержит преобразовательный модуль для преобразования пучка электронов в пучок фотонов. Таким образом, доза доставляется пациенту в виде фотонов.

[051] В одном варианте осуществления источник излучения представляет собой источник протонов. Таким образом, доза доставляется пациенту в виде протонов.

[052] В одном варианте осуществления источник (2) излучения выполнен с возможностью доставки дозы излучения в виде последовательности сгустков частиц с производительностью до десяти серий сгустков частиц по 250 нК каждый, за указанное общее время.

[053] В одном варианте осуществления источник излучения выбран из перечня, содержащего радиочастотный инжектор с лазерным возбуждением (именуемый РЧ-пушкой) и термоэмиссионный инжектор.

[054] РЧ-пушка состоит из радиочастотной полостной системы (в S, C или X-диапазоне) и лазерной системы с короткими импульсами (1-2 пс). Лазер ударяет по катоду полостной системы и испускает сгустки электронов с зарядом приблизительно 1 нС. Луч ускоряется, например, до приблизительно 5 МэВ.

[055] Термоэмиссионный инжектор основан на непрерывном пучке электронов, генерируемом нагретым катодом вследствие термоэлектронной эмиссии. Пучок собирают в сгустки и ускоряют с помощью радиочастотной полостной системы, например, до приблизительно 5 МэВ

[056] Линейный ускоритель предназначен для ускорения пучка, поступающего от источника излучения, до конечной энергии величиной по меньшей мере приблизительно 30 МэВ.

[057] В одном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью осуществления сканирования целевого объема. Во время сканирования облучают последовательные области, каждый раз в условиях лучевой флэш-терапии. Между последовательными облучениями в условиях лучевой флэш-терапии перемещают целевую область путем сброса траекторий пучка в системе доставки пучка. Таким образом покрывают объем серией независимых вокселей лучевой флэш-терапии в течение доставки одной и той же фракции.

[058] В варианте осуществления линейный ускоритель содержит радиочастотные ускоряющие конструкции, способные ускорять пучок излучения (т.е. необходимый общий заряд) за необходимое общее время.

[059] В варианте осуществления линейный ускоритель выполнен с возможностью ускорения от одной до по меньшей мере десяти серий сгустков частиц, каждая из которых имеет длительность приблизительно 250 нс и каждая из которых содержит 250 сгустков по 1 нК каждый, в пределах 10 мс, и таким образом удовлетворяются условия лучевой флэш-терапии. Предпочтительно, линейный ускоритель выполнен с возможностью работы в пакетном режиме с частотой до приблизительно 1000 Гц, предпочтительно между приблизительно 100 и 1000 Гц.

[060] В одном варианте осуществления линейный ускоритель выполнен с возможностью ускорения пучка с градиентом ускорения пучка, превышающим по меньшей мере приблизительно 35 МэВ/м.

[061] В варианте осуществления линейный ускоритель работает на частоте, выбранной из перечня, содержащего X-диапазон, C-диапазон или S-диапазон, предпочтительно X-диапазон.

[062] В варианте осуществления линейный ускоритель представляет собой линейный ускоритель на основе многогигагерцевых радиочастотных систем.

[063] Предпочтительно, линейный ускоритель представляет собой сильноточный линейный ускоритель, например сильноточный линейный ускоритель X-диапазона. Например, необходимый для лечения общий заряд 2500 нК перед коллимацией обеспечивается в десяти сериях сгустков частиц, по 250 нК на серию сгустков частиц. Сгусток частиц имеет длительность 250 нс, так что ток равен 1 А.

[064] В варианте осуществления устройство содержит средства стабилизации пучка для достижения максимального изменения дозы облучения приблизительно +/-2% за один месяц. Например, луч стабилизируется посредством обратной связи. Непосредственно перед доставкой пациенту луч будет перемещаться по прямой траектории вперед в результате выключения основного диполя (если модуль доставки содержит разделительные средства на основе энергии, использующие магнитный спектрометр). Последовательность импульсов излучения (серия сгустков частиц) будет определена с помощью диагностических и машинных параметров, и она будет отрегулирована для доведения заряда до требуемых значений. После завершения луч будет направлен на пациента. Также во время лечения будет иметь место обратная связь путем отслеживания дозы по каждому импульсу излучения (серии сгустков частиц) и коррекции отклонений по последующим импульсам излучения (сериям сгустков частиц).

[065] В одном варианте осуществления устройство выполнено с возможностью обеспечения однородности дозы внутри целевого объема по меньшей мере приблизительно на 80%, предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 85%, на глубине в тканях по меньшей мере приблизительно 15 см, предпочтительно приблизительно 20 см. Основное преимущество состоит в обеспечении меньшего количества внутриопухолевых вариаций дозы.

[066] В одном варианте осуществления доза доставляется за 3-20 импульсов излучения, предпочтительно 10 импульсов излучения. Предпочтительно, количество импульсов должно быть как можно меньше, в идеальном случае от одного до трех. Количество импульсов излучения зависит от величины заряда на один (радиочастотный) импульс, и указанная величина заряда ограничена, главным образом, возможностями источника излучения. Оно также зависит от стабильности переноса пучка через линейный ускоритель, предпочтительно до приблизительно 1 А. Наконец, оно также связано со стоимостью установленной системы питания линейного ускорителя.

[067] В одном варианте осуществления устройство содержит по меньшей мере два модуля доставки пучка, причем каждый модуль доставки выполнен с возможностью лечения одного пациента. В данном варианте осуществления множество лечебных помещений могут быть оснащены одним источником электронов и одним линейным ускорителем. Известно, что основная часть стоимости оборудования приходится на систему, проходящую до конца линейного ускорителя, т.е. от источника излучения до линейного ускорителя включительно. Добавление большего количества модулей доставки очень эффективно с точки зрения затрат. Кроме того, поскольку время лечения значительно короче, чем время подготовки пациента, наличие нескольких модулей доставки увеличивает пропускную способность оборудования прямо пропорционально количеству модулей доставки.

[068] Настоящее изобретение дополнительно относится к способу обработки целевого объема опухоли пациента с помощью излучения со сверхвысокой мощностью дозы, включающему:

- обеспечение устройства по настоящему изобретению;

- настройку устройства таким образом, чтобы генерировать ускоренный пучок излучения, имеющий заданную энергию от приблизительно 50 МэВ до приблизительно 250 МэВ, более предпочтительно от приблизительно 120 МэВ до приблизительно 150 МэВ, для доставки дозы излучения со сверхвысокой мощностью дозы, которая (доза) составляет по меньшей мере приблизительно 10 Гр, предпочтительно до приблизительно 25 Гр, предпочтительно до приблизительно 35 Гр, более предпочтительно до приблизительно 40 Гр, в течение общего времени менее приблизительно 200 мс, предпочтительно менее чем приблизительно 100 мс, предпочтительно менее приблизительно 50 мс, предпочтительно менее приблизительно 10 мс; и

- доставку дозы излучения в целевой объем по меньшей мере примерно 30 см³, предпочтительно от приблизительно 30 см³ до приблизительно 1000 см³, и/или в целевой объем, расположенный на глубине по меньшей мере приблизительно 5 см в тканях пациента, предпочтительно от приблизительно 5 см до приблизительно 25 см.

[069] Конкретные преимущества указанного способа и указанного устройства по настоящему изобретению, описанного в данном документе, схожи и поэтому не будут повторно описаны в данном документе.

[070] В варианте осуществления лечение включает

- доставку дозы излучения в целевой объем, расположенный на глубине по меньшей мере приблизительно 10 см в тканях пациента, и/или целевой объем, имеющий диаметр по меньшей мере приблизительно10 см.

[071] В одном варианте осуществления лечение включает введение дозы в виде импульсов излучения ускоренного пучка излучения, причем указанная доза составляет по меньшей мере приблизительно 2 Гр на импульс излучения, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 5 Гр на импульс излучения, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10 Гр на импульс излучения, при мощности дозы в импульсе излучения по меньшей мере приблизительно 10⁶ Гр/с и, предпочтительно, общем количестве импульсов излучения, менее 10, более предпочтительно менее 3. Иначе говоря, лечение включает введение дозы в условиях, необходимых для получения эффекта лучевой флэш-терапии при облучении большого поля (диаметр больше или равен 10 см), т.е. доза в импульсе излучения составляет не менее 2 Гр, предпочтительно больше, мощность дозы в импульсе составляет 106 Гр/с, предпочтительно больше, общее время лечения для дозы 25 Гр находится в диапазоне нескольких миллисекунд (менее 50 мс, предпочтительно менее 10 мс), и суммарное количество импульсов излучения составляет менее 10, предпочтительно менее 3.

[072] Доза может подаваться за любое количество импульсов излучения. Предпочтительно, количество импульсов излучения составляет менее 20. В одном варианте осуществления лечение включает введение дозы, доставляемой за количество импульсов излучения от 1 до 10, например 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 импульсов излучения.

[073] В одном варианте осуществления лечение включает введение общей дозы в одной фракции.

[074] В еще одном варианте осуществления лечение включает введение дозы, разделенной на несколько фракций, например 2 или 3 фракции. Предпочтительно, количество фракций составляет менее 3, что является подходящим для получения эффекта лучевой флэш-терапии.

[075] В настоящем изобретении большой целевой объем означает целевой объем, имеющий диаметр по меньшей мере приблизительно 5 см (равный или больший), причем диаметр означает один размер через весь целевой объем, если этот целевой объем не является сферическим. Целевой объем может иметь любые размер или форму. Например, указанный диаметр составляет от приблизительно 5 см до приблизительно 30 см, предпочтительно от приблизительно 5 см до приблизительно 20 см.

[076] В контексте настоящего изобретения выражение «глубоко расположенный целевой объем» означает целевой объем, расположенный на глубине по меньшей мере приблизительно 5 см в тканях, предпочтительно на глубине от приблизительно 5 см до приблизительно 30 см в тканях, предпочтительно от приблизительно 5 см до приблизительно 25 см, и предпочтительно от 10 см до 20 см.

[077] Лучевая флэш-терапия может быть определена как лучевая терапия, при которой сбережение тканей достигается при эквивалентной дозе, уменьшенной по меньшей мере приблизительно на 33% по сравнению с обычной дозой лучевой терапии, при сохранении неизменным влияния на опухоли.

[078] При использовании в данном документе, термин «лечение» или «терапия» относится к введению лечебного средства в опухоль или в организм субъекта, у которого диагностирована опухоль. Лечебное средство может вводиться в количестве или терапевтической дозе, которые достаточны или эффективны для уничтожения опухолевых клеток, замедления роста опухоли, уменьшения размера опухоли или полного удаления опухоли субъекта (т.е. в терапевтически эффективном количестве). Термин также включает в себя выбор лечения или плана лечения и предоставление вариантов лечения медицинскому учреждению или субъекту.

[079] В некоторых вариантах осуществления способ обработки целевого объема опухоли пациента путем облучения со сверхвысокой мощностью дозы, как описано в данном документе, дополнительно включает введение одного или более дополнительных терапевтических средств, выбранных из группы, содержащей терапевтическое вещество (такое как вещества для химиотерапии, радиопротекторы или радиосенсибилизаторы), иммуномодулирующее вещество (например такое, как молекулы ингибитора иммунной контрольной точки, молекулы активатора иммунной контрольной точки, ингибитор хемокина, ингибитор фактора ингибирования миграции макрофагов (MIF), фактор роста, цитокин, интерлейкин, интерферон, антитела, которые связываются с клетками иммунной системы, такие как биспецифические антитела, которые связываются с Т-клетками и опухолевым антигеном, клеточный иммуномодулятор, такой как клетки CAR-T, вакцина, онколитический вирус и любая их комбинация), сенолитический агент, радиосенсибилизатор, наночастицы или их комбинации. Указанные дополнительные терапевтические средства могут вводиться одновременно, или в качестве адъюванта, или в ходе неоадъювантной процедуры.

[080] При использовании в данном документе, термин «приблизительно» относится к числовым значениям или диапазонам числовых значений и диапазону чисел, которые специалистами в данной области техники могут рассматриваться как эквивалентные приведенным в тексте значениям, т.е. плюс или минус десять процентов. Например, «приблизительно 10 см» относится к 10 см +/- 10%, то есть от 9 см до 11 см. В настоящем изобретении доза относится к общей дозе излучения в Гр, доставляемой пациенту. Доза может вводиться в нескольких фракциях.

[081] Используемый в данном документе термин «пациент» хорошо известен из уровня техники и относится к млекопитающему, включая собаку, кошку, крысу, мышь, обезьяну, свинью, и, наиболее предпочтительно, человека. В некоторых вариантах осуществления изобретения, под пациентом имеется в виду пациент, нуждающийся в лечении, или пациент, страдающий раком. Термин не обозначает конкретный возраст или пол. Таким образом, предполагается охват взрослых и новорожденных пациентов, независимо от их принадлежности к мужскому или женскому полу.

[082] При использовании в данном документе, термин «радиоволновой импульс» относится к импульсу радиоволны, используемому в линейном ускорителе. Линейный ускоритель использует радиоволновые импульсы микроволновой мощности для ускорения пучка излучения от источника излучения, например пучка электронов от источника электронов. Например, эти радиоволновые импульсы имеют длительность приблизительно 250 нс, и они могут повторяться с частотой повторения 1 кГц, то есть с периодом 1 мс, в пакетном режиме. Предпочтительно, для длительной работы оптимальная частота повторения составляет приблизительно 100 Гц. Например, частота микроволн находится в X-диапазоне, в частности составляет 12 ГГц, но также может находиться в C-диапазоне (5,7 ГГц) или S-диапазоне (3 ГГц).

[083] При использовании в данном документе, термин «импульс излучения» относится к импульсу частиц после линейного ускорителя. Каждый импульс ускоряет по меньшей мере серию сгустков частиц, например сгустков электронов, если пучок излучения представляет собой пучок электронов, или сгустков протонов, если пучок излучения представляет собой пучок протонов. Например, сгустки частиц имеют протяженность приблизительно 10 пс и поступают каждую 1 нс, так что в радиоволновом импульсе длительностью 250 нс содержится 250 сгустков частиц. Каждый сгусток частиц имеет заряд 1 нК, что дает общий заряд 2500 нК (до коллимации) и средний ток во время импульса, равный 1 А.

[084] Варианты осуществления, описанные в данном документе в отношении устройства, также применимы к способам согласно настоящему изобретению, с необходимыми изменениями.

[085] Варианты осуществления, описанные в данном документе применительно к способу, также применимы к устройству согласно настоящему изобретению, с необходимыми изменениями.

Краткое описание чертежей

[086] Дополнительные конкретные преимущества и признаки настоящего изобретения станут более понятны из нижеследующего неограничивающего описания по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения, относящегося к нижеследующим сопроводительным чертежам, на которых:

- на Фиг. 1 и 2 представлено устройство согласно настоящему изобретению в первом варианте осуществления;

- на Фиг. 3 показано моделирование лучевой флэш-терапии по настоящему изобретению в отношении пациента с обширным (10 см в диаметре) раком легкого;

- на Фиг. 4 показана эволюция когнитивного сбережения мозга мыши после облучения мозга дозой 10 Гр с помощью электронного пучка с энергией 6 МэВ; и

- на Фиг. 5 показаны дозиметрические имитации проникновения излучения в грудную клетку при облучении одним электронным лучом в диапазоне энергий от 25 МэВ до 140 МэВ.

Осуществление изобретения

[087] Настоящий раздел «Осуществление изобретения» предназначен для иллюстрирования настоящего изобретения неограничивающим образом, поскольку любой признак варианта осуществления может сочетаться с любым другим признаком иного варианта осуществления таким образом, чтобы обеспечивалось преимущество.

[088] На Фиг. 1 и 2 представлено устройство 1 согласно настоящему изобретению по первому варианту осуществления.

[089] Устройство 1 содержит источник 2 излучения, линейный ускоритель 2 и модуль 3 доставки пучка. Устройство 1 выполнено с возможностью подачи дозы излучения в целевой объем 5 пациента (не показан на фигурах).

[090] Источник 2 излучения представляет собой сильноточный источник электронов, в частности радиочастотный фотоинжектор с лазерным возбуждением. Фотоинжектор генерирует сгустки электронов и ускоряет их до энергии, при которой они становятся релятивистскими. Он состоит из набора связанных резонансных полостей, питающихся от системы клистронных модуляторов. Короткий лазерный импульс падает на заднюю поверхность первой полости, вызывая эмиссию электронов для формирования сгустка за счет фотоэлектрического эффекта. Задняя поверхность фотокатода покрыта Cs2Te для повышения квантовой эффективности, и используется лазер с длиной волны 262 нм. Пучок ускоряется с помощью микроволновых полей с мощностью приблизительно 110 МВ/м. Последовательные лазерные импульсы во время радиочастотного импульса формируют последовательность сгустков. Последовательные радиочастотные импульсы обеспечивают множество серий.

[091] В варианте осуществления, представленном на Фиг. 1 и 2, фотоинжектор работает в S-диапазоне, в частности на 2,9985 ГГц, имеет 1,5 ячейки и ускоряет пучок до 5 МэВ. Фотоинжектор питается от клистрона и требует приблизительно 30 МВт входной мощности.

[092] Фотоинжектор создает сгустки с зарядом 0,308 нК через промежутки 1/3 нс между сгустками, обеспечивая средний ток во время импульса приблизительно 1 А. На серию приходится 953 сгустка. Длина каждого сгустка составляет приблизительно 300 микрометров.

[093] Линейный ускоритель 3 (linear accelerator, linac) представляет собой сильноточный линейный ускоритель, работающий в X-диапазоне. В варианте осуществления, представленном на Фиг.1 и 2, линейный ускоритель имеет ускоряющие конструкции, параметр которых по длине составляет восемь с половиной метров, и он работает с градиентом 35 МВ/м под нагрузкой, обусловленной пучком. Линейный ускоритель питается от двух клистронов X-диапазона с пиковой мощностью 50 МВт и компрессоров радиочастотных импульсов. Линейный ускоритель ускоряет пучок вплоть до энергии лечения. В настоящем примере линейный ускоритель состоит из повторяющихся радиочастотных блоков, которые состоят из клистронного модулятора, радиочастотного импульсного компрессора, волноводной схемы и множества ускоряющих конструкций.

[094] В варианте осуществления, представленном на Фиг.1 и 2, линейный ускоритель ускоряет пучок, выходящий из инжектора, от 5 МэВ до регулируемых энергий вплоть до максимальной энергии 140 МэВ. Линейный ускоритель работает в X-диапазоне, в частности на частоте 11,994 ГГц. Радиочастотный блок состоит из модулятора, возбуждающего 50 МВт клистрон, импульсного компрессора и четырех ускоряющих конструкций. Импульсный компрессор обеспечивает повышение в 2,8 раза коэффициента усиления мощности. Каждая ускоряющая конструкция имеет длину 0,5 и работает в режиме бегущей волны с опережением по фазе на 2π/3. Каждый радиочастотный блок обеспечивает повышение энергии пучка до 70 МэВ. Ускоряющий градиент при номинальном токе пучка приблизительно 1 А составляет до 35 МВ/м. Два радиочастотных блока дают максимальную энергию 140 МэВ.

[095] Сочетание магнитных элементов и РЧ-фокусировки обеспечивает управление свойствами пучка. Ускоряющие конструкции оснащены функцией демпфирования мод высшего порядка для транспортировки сильноточного пучка без нестабильности.

[096] Модуль доставки пучка состоит из обычных проводящих магнитов, одного основного дипольного магнита для отклонения и разделения разных энергетических пучков, дипольных магнитов для обеспечения траекторий, которые входят в пациента под определенными углами, и квадрупольных магнитов для направления пучка, с последующим регулированием размера пятна облучения пучком, входящим в пациента.

[097] Система доставки пучка, представленная в данном примере, состоит из сепараторного магнита и изгибающего магнита (в качестве изгибающих средств) для соответствующего разделения одиночного ускоренного пучка по множеству линий пучка и направления указанного множества линий пучка на пациента. Сепараторный магнит используется для направления потоков дискретных энергий указанного одиночного пучка по указанному множеству линий пучка. Указанное множество линий пучка расходятся после сепараторного магнита. Изгибающие магниты вблизи середины отдельных линий направляют траектории частиц обратно на целевой объем. Квадруполи в каждом тракте пучка также расширяют пучок от миллиметрового размера в линейном ускорителе до окончательных размеров для лечения, которые могут превышать 15 см.

[098] В варианте осуществления, представленном на Фиг. 1 и 2, сепараторный магнит имеет длину 55,5 см и половинную апертуру 15 мм. Изгибающие магниты имеют длину 80 см и половинную апертуру 25 мм.

[099] Квадруполи в линиях пучка имеют длину 20 см и половинные апертуры от 18 до 35 мм.

[0100] На Фиг. 3 представлено моделирование лучевой флэш-терапии по настоящему изобретению у пациента с обширным раком легкого. В данном случае устройство согласно настоящему изобретению использовалось для моделирования лучевой флэш-терапии у больного раком легкого T4-N0 с размером опухоли 10 см.

[0101] Вследствие близости опухоли к критическим органам, таким как плечевое сплетение и пищевод, как показано на Фиг. 3, данный пациент мог получать лишь дозу 46 Гр в 23 фракциях при обычной лучевой терапии, что приводило к получению опухолью биологически эквивалентной дозы (BED) 46 Гр. Моделирование лучевой флэш-терапии с использованием устройства согласно настоящему изобретению обеспечило возможность безопасной доставки одиночной дозы 28 Гр. Это соответствует BED 115 Гр с высоким лечебным эффектом для опухоли. Предпочтительно, при данном моделировании осуществляется интегрирование нормального коэффициента сбережения тканей, составляющего 33% при условиях лучевой флэш-терапии.

[0102] На Фиг. 4 показана эволюция когнитивного сбережения мозга мыши после облучения мозга с дозой 10 Гр с помощью пучка электронов 6 с энергией 6 MэV. Экспериментальные данные заимствованы из P. Montay-Gruel et al., Radiother Oncol, 2017; 124:365-9. Кривая представляет логарифмическую аппроксимацию данных. На фигуре показано, каким образом влияние на нейропротекцию, оцениваемое с помощью новых тестов распознавания объекта (вертикальная ось: степень распознавания в процентах), изменяется в зависимости от общего времени при доставке дозы 10 Гр (горизонтальная ось, в мс). Это убедительно доказывает необходимость доставки излучения менее чем за 200 мс, предпочтительно менее чем за 100 мс, более предпочтительно менее чем за 50 мс, для того, чтобы обеспечить преимущество в виде защитного эффекта от лучевой флэш-терапии, как предложено в настоящем изобретении.

[0103] На Фиг. 5 показано дозиметрическое моделирование проникновения излучения в грудную клетку человека при облучении одиночным электронным пучком в диапазоне энергий от 25 МэВ до 140 МэВ. Тонкие линии соответствуют вариациям дозы (изодозам) при облучения дозой 20 Гр на максимальной глубине. Толстая линия показывает объем опухоли диаметром 8 см на глубине 11 см. Фиг. 5 иллюстрирует необходимость в достижении энергии свыше 50 МэВ для предотвращения недостаточного облучения более глубокой части опухоли, как это описано в настоящем изобретении.

[0104] Хотя варианты осуществления были описаны в отношении некоторого количества вариантов осуществления, очевидно, что множество альтернатив, модификаций и вариаций будут очевидны или являются очевидными для специалистов в данной области техники. Соответственно, настоящее раскрытие предназначено для охвата всех таких альтернатив, модификаций, эквивалентов и вариаций, которые находятся в рамках настоящего раскрытия. Например, это относится конкретно к различным устройствам, которые могут быть использованы.

Ссылочные номера

1 1 Устройство согласно первому варианту осуществления 2 2 Источник излучения 3 3 Линейный ускоритель 4 4 Модуль доставки пучка

Изобретение относится к медицине. Настоящее изобретение относится к устройству для лучевой терапии пациента с использованием сверхвысокой мощности дозы излучения, содержащему: источник излучения для обеспечения пучка излучения, линейный ускоритель для ускорения указанного пучка излучения до заданной энергии и модуль доставки пучка для доставки ускоренного пучка излучения. Устройство выполнено с возможностью генерирования ускоренного пучка излучения, имеющего заданную энергию от приблизительно 50 МэВ до приблизительно 250 МэВ, для доставки дозы по меньшей мере 10 Гр в течение общего времени менее приблизительно 200 мс с целью создания поля облучения для обработки целевого объема величиной по меньшей мере приблизительно 30 см³ с помощью указанной дозы излучения со сверхвысокой мощностью дозы и/или для обработки целевого объема, расположенного на глубине приблизительно 5 см в тканях пациента, с помощью указанной дозы излучения со сверхвысокой мощностью дозы. Применение изобретения позволит лечить большие и/или глубоко расположенные опухоли. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (1) для лучевой терапии пациента с использованием сверхвысокой мощности дозы излучения, содержащее:

- источник (2) излучения для обеспечения пучка излучения,

- линейный ускоритель (3) для ускорения указанного пучка излучения до заданной энергии и

- модуль (4) для доставки ускоренного пучка излучения от указанного линейного ускорителя (3) в направлении пациента для обработки целевого объема с помощью дозы излучения,

отличающееся тем, что

устройство (1) выполнено с возможностью генерирования ускоренного пучка излучения, имеющего заданную энергию от 50 МэВ до 250 МэВ, для доставки дозы излучения сверхвысокой мощности величиной по меньшей мере от 10 Гр и до 40 Гр в течение общего времени менее 200 мс,

так что устройство (1) выполнено с возможностью создания поля излучения для обработки целевого объема величиной от 30 см³ до 1000 см³ с помощью указанной дозы излучения сверхвысокой мощности и/или целевого объема, расположенного на глубине от 5 см до 25 см в тканях пациента, с помощью указанной дозы излучения сверхвысокой мощности,

при этом линейный ускоритель (3) выполнен с возможностью генерирования одиночного ускоренного пучка, содержащего серии сгустков частиц,

причем модуль (4) доставки пучка содержит разделительные средства для разделения указанного одиночного ускоренного пучка излучения на линии ускоренного пучка, разделенные определенным углом, с последующей фокусировкой каждой из указанных линий пучка в направлении пациента для одновременного достижения целевого объема, причем каждая линия пучка соответствует сериям сгустков частиц.

2. Устройство (1) по п. 1, в котором модуль (4) доставки пучка содержит разделительные средства для разделения ускоренного пучка излучения на линии ускоренного пучка с дозой излучения от 7 Гр на пучок до 20 Гр на пучок, доставляемый в течение указанного общего времени.

3. Устройство (1) по п. 1, в котором каждая серия имеет энергию, отличную от других по меньшей мере на 10%, и/или каждая линия пучка имеет энергию по меньшей мере 50 МэВ.

4. Устройство (1) по любому из пп. 2, 3, в котором разделительные средства выбраны из перечня, содержащего разделительные средства на основе энергии, использующие магнитный спектрометр, и средства на основе радиочастотного дефлектора.

5. Устройство (1) по любому из пп. 1-4, содержащее средства формообразования пучка для управления конформным облучением с помощью пучка, достигающего целевого объема, например средства формообразования после линейного ускорителя.

6. Устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором указанная доза излучения содержит импульсы излучения ускоренного пучка излучения,

причем каждый импульс излучения содержит по меньшей мере один сгусток частиц и устройство (1) выполнено с возможностью доставки дозы излучения сверхвысокой мощности, составляющей от по меньшей мере 2 Гр на импульс излучения до по меньшей мере 10 Гр на импульс излучения, с мощностью дозы в импульсе излучения от по меньшей мере 10⁶ Гр/с до по меньшей мере 10⁷ Гр/с и с общим числом импульсов излучения менее 10.

7. Устройство (1) по любому из пп. 1-6, выполненное с возможностью доставки дозы с однородностью покрытия целевого объема, составляющей по меньшей мере 85%.

8. Устройство (1) по любому из пп. 1-7, в котором источник (2) излучения представляет собой источник электронов.

9. Устройство (1) по любому из пп. 1-8, в котором источник (2) излучения выполнен с возможностью доставки дозы излучения в виде последовательности серий сгустков частиц с производительностью до десяти серий сгустков частиц по 250 нК каждая за указанное общее время.

10. Устройство (1) по любому из пп. 1-9, в котором указанный ускоренный пучок представляет собой пучок электронов с очень высокой энергией (VHEE) с зарядом по меньшей мере 1000 нК.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором источник излучения выбран из перечня, содержащего радиочастотный инжектор с лазерным возбуждением и термоэмиссионный инжектор.

12. Устройство (1) по любому из пп. 1-11, в котором линейный ускоритель (3) содержит радиочастотные ускоряющие конструкции, способные ускорять пучок излучения за требуемое общее время.

13. Устройство (1) по любому из пп. 1-12, в котором линейный ускоритель (3) работает на частоте, выбранной из перечня, содержащего X-диапазон, С-диапазон или S-диапазон.

14. Устройство (1) по любому из пп. 1-13, выполненное с возможностью осуществления сканирования целевого объема.

15. Устройство (1) по любому из пп. 1-14, содержащее по меньшей мере два модуля (4) доставки пучка, каждый из которых выполнен с возможностью лечения одного пациента.