Устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии и способ управления пучком протонов с использованием этого устройства

Авторы патента:

A61N5/10 - рентгенотерапия; гамма-лучевая терапия; терапия облучением элементарными частицами (A61N 5/01 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2790928:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) (RU)

Группа изобретений относится к области лучевой терапии. Устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии содержит падовую камеру, связанный с ней блок контроля и обнаружения отклонений, снабжено интегрирующими электродами, расположенными перед падовой камерой, активная плоскость которой разделена на «ячейки», а также соединенными последовательно электронным анализатором, каждый из входов которого соединен с выходом соответствующего интегрирующего электрода, аналоговым мультиплексором, каждый из соответствующих входов которого соединен с выходом соответствующей «ячейки», и блоком считывающей электроники, выход которого соединен со входом блока контроля и обнаружения отклонений. Активная плоскость каждого из интегрирующих электродов совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» активной плоскости падовой камеры и расположена к ней вплотную. Технический результат – повышение точности контроля параметров пучка протонов, упрощение конструкции, повышение надежности устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Заявленная группа изобретений относится к области лучевой терапии с использованием для лечения протонов и может быть применена в практической дозиметрии для определения поглощенной дозы от пучка протонов для медицинских целей, в частности, в протонной терапии при облучении малоинтенсивным сканирующим «карандашным» пучком протонов больших патологических очагов с требованием большой точностью подведения дозы к области патологического очага.

Известен способ контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, в котором с помощью двух газовых пропорциональных камер (координатно-чувствительных детекторов) контролируют плотность интенсивности облучения мишени у пациента. Одну камеру устанавливают за последней квадрупольной линзой, а вторую -перед пациентом (см. SU 1338154 А1, МПК A61N 5/10, опубл. 23.05.1988).

Основными недостатками известного способа являются невысокая точность в определении плотности потока проходящих через камеры протонов и отсутствие возможности измерять полную дозу за выпуск ускорителя.

Известна т.н. многоканальная падовая камера OCTAVIUS Detector 1500XDR, выпускаемая компанией PTW Freiburg GmbH (ptwdosimetry.com).

К недостаткам известной камеры относится высокая стоимость ее изготовления и обслуживания.

Известно устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, содержащее две падовые камеры, предназначенные для последовательной установки перед пациентом и за последним сканирующим магнитом, и связанный с ними блок контроля и обнаружения отклонений (см. RU 2747365 С1, МПК A61N 5/10, опубл. 04.05.2021). Известен (см. там же) способ управления пучком протонов в процессе протонной терапии, включающий предварительное задание допустимых значений параметров профиля распределения дозы, измерение во время облучения пациента значений упомянутых параметров при помощи вышеописанных падовых камер, количественное сравнение упомянутых измеренных значений упомянутых параметров с упомянутыми допустимыми значениями и отключение пучка протонов при отклонении упомянутых измеренных значений упомянутых параметров от упомянутых допустимых значений.

К недостаткам известного устройства и способа следует отнести сложность и, как следствие, дороговизну их изготовления и применения. Кроме этого, не обеспечивается надлежащая точность контроля параметров пучка протонов во время облучения пациента.

Известные устройство и способ и приняты в качестве ближайших аналогов к заявленным устройству и способу.

Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, состоит в создании устройства для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии и способа управления пучком протонов с использованием этого устройства, позволяющих обеспечить точное подведение пучка протонов к области патологического очага пациента при одновременном упрощении и, как следствие, удешевлении их изготовления и применения.

При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении точности контроля параметров пучка протонов за каждый спот от полного выпуска ускорителя, а также в упрощении используемых при этом технических средств при сохранении их высокой надежности.

Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания устройства для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, содержащего падовую камеру, предназначенную для установки перед пациентом и за последним сканирующим магнитом, и связанный с ней блок контроля и обнаружения отклонений, которое снабжено интегрирующими электродами, расположенными перед падовой камерой, активная плоскость которой разделена на «ячейки», а также соединенными последовательно электронным анализатором, каждый из входов которого соединен с выходом соответствующего интегрирующего электрода, аналоговым мультиплексором, каждый из соответствующих входов которого соединен с выходом соответствующей «ячейки», и блоком считывающей электроники, выход которого соединен со входом блока контроля и обнаружения отклонений. Активная плоскость каждого из интегрирующих электродов совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» активной плоскости падовой камеры и расположена к ней вплотную.

Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается, кроме этого, в результате создания способа управления пучком протонов в процессе протонной терапии, включающего предварительное задание допустимых значений параметров профиля распределения дозы, измерение во время облучения пациента значений упомянутых параметров при помощи падовой камеры, количественное сравнение упомянутых измеренных значений упомянутых параметров с упомянутыми допустимыми значениями и отключение пучка протонов при отклонении упомянутых измеренных значений упомянутых параметров от упомянутых допустимых значений, в котором в вышеописанном устройстве осуществляют облучение пучком протонов каждой из «ячеек» активной плоскости падовой камеры и активной плоскости соответствующего интегрирующего электрода и определение номера интегрирующего электрода и номера соответствующей «ячейки», через которую прошел спот пучка протонов.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства.

На фиг. 2 представлена схема координатно-чувствительной камеры.

На фиг. 3а и фиг. 3b представлен пример реализации заявленного способа.

Устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, показанное на фиг. 1, содержит падовую камеру (1), активная плоскость которой разделена на «ячейки» (2), каждая из которых содержит ппадов (3), и интегрирующие электроды (4), расположенные перед падовой камерой (1). Активная плоскость каждого из интегрирующих электродов (4) совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» (2) активной плоскости падовой камеры (1) и расположена к ней вплотную, образуя общую координатно-чувствительную камеру (5), показанную на фиг. 2. Устройство, кроме этого, содержит соединенные последовательно электронный анализатор (6), каждый из входов которого соединен с помощью токового вывода (7) с выходом соответствующего интегрирующего электрода (4), аналоговый мультиплексор (8), каждый из соответствующих входов которого соединен с помощью токового вывода (9) с выходом соответствующей «ячейки» (2), блок считывающей электроники (10), блок контроля и обнаружения отклонений (11), программируемую матрицу (12) и компьютер (13).

Заявленное устройство используют следующим образом.

Из ускорителя (14), в частности, синхротрона, выпускают пучок протонов (15) для облучения мишени (16), например, опухоли. Для привязки положения мишени (16) к оси пучка протонов (15) введена система координат х, у, z (17). Пучок протонов (15), выпущенный из ускорителя (14), фокусируется двумя квадрупольными линзами (18) и проходит через сканирующие магниты (19). Координатно-чувствительную камеру (5) располагают между пациентом, т.е. перед мишенью (16), и за последним сканирующим магнитом (19). Активные плоскости интегрирующих электродов (4) и «ячеек» (2) перпендикулярны оси z (20), которую называют глубиной. Ось х (21) называют шириной, ось у (22) - высотой.

Пучок протонов (15) в течении одного полного выпуска ускорителя (14) облучает активные плоскости интегрирующих электродов (4) и «ячеек» (2). Электронный анализатор (6) по импульсу тока определяет, через какой номер интегрирующего электрода (4) прошел спот пучка протонов (15).

На фиг. 1 показаны два луча спота пучка протонов (15), один из которых проходит через номер N(i) (23) интегрирующего электрода (4). Второй луч проходит через номер N(i+4) (24). Для любого луча спота всегда происходит совпадение номера интегрирующего электрода (4) и номера «ячейки» (2). Если спот пучка протонов (15) прошел через какой-либо номер «ячейки» (2), то сработает интегрирующий электрод (4) с таким же номером.

После определения электронным анализатором (6) номера сработавшего интегрирующего электрода (4), этот номер в виде кода передается на аналоговый мультиплексор (8), число входов (24) которого равно числу «ячеек» (2).

Сигналы, соответствующие профилю распределения дозы, со всех n падов сработавшей «ячейки» (2) поступают на вход аналогового мультиплексора (8) по коду поступившего номера и далее поступают на блок считывающей электроники (10). Запуск блока считывающей электроники (10) происходит по сигналу от ускорителя (14).

Заявленный способ обеспечивает контроль параметров пучка протонов (15), проходящего через каждую «ячейку» (2) падовой камеры (1) за полный выпуск ускорителя (14), который осуществляют следующим образом.

За один спот, проходящий через каждую «ячейку» (2) падовой камеры (1), измеряют параметры профиля распределения дозы. Измеренные параметры для каждой ячейки (2) хранят в буфере памяти блока считывающей электроники (10) Далее измеренные параметры для всех «ячеек» (2) за полный выпуск ускорителя (14) передают на блок контроля и обнаружения отклонений (далее - БКОО) (11). В БКОО (11) заранее, при калибровке координатно-чувствительной камеры (5), записывают допустимые значения этих параметров. В программируемой матрице (FPGA) (12) программируют применяемые алгоритмы облучения. Если БКОО (11) и программируемая матрица (12) обнаруживают отклонение измеренных параметров от допустимых, то отключают пучок протонов (15).

Если за полный выпуск ускорителя (14) БКОО (11) и FPGA (12) не обнаруживают отклонений, то профили распределения дозы передают по линии связи (25) на компьютер (13) для записи и визуализации. Основные управляющие сигналы от ускорителя (14) передают по линии связи (26).

Пример реализации заявленного способа.

На фиг. 3а показана «ячейка» (2), имеющая 5×5 падов. Граница сработавшей «ячейки» (2) обозначена как (27), «ячейка» (2), через которую прошел спот пучка протонов (15), как (28). Пад обозначен как (29). Параметры профиля распределения дозы d20, d50, d80 и d90, применяемые в клинической протонной терапии, обозначены как (30). На фиг. 3b показан профиль распределения дозы, который измерила «ячейка» (2) за спот по координатам х (31) и у (32). Видно, что спот пучка протонов (15) прошел через пад с номером 4 по координате х и номером 3 по координате у. Для контроля выбирали параметр d50 - доза на уровне 50% от измеренного профиля по координатам х и у.

Из измеренных профилей распределения дозы по каждому споту за полный выпуск ускорителя вычисляли дозы на уровне 50% от максимума распределения, так называемый медицинский параметр d50:

d(x,y)_50L=f(x,y) - доза на левом крыле профиля распределения дозы на уровне 50% от максимума, измеренная падовой камерой для координат х, у;

d(x,y)_50R - f(x,y) - доза на правом крыле профиля распределения дозы на уровне 50% от максимума, измеренная падовой камерой для координат х, у.

Далее вычисляли следующий параметр:

К_х,у=d(x,y)_50L/d(x,y)_50R,

который контролировали БКОО (11) и записывали в компьютер (13) за каждый выпуск ускорителя (14).

Именно этот параметр наиболее чувствителен для любого отклонения пучка протонов при облучении мишени по заданному алгоритму. В случае отклонения параметра К_х,у от заданного, происходит отключение ускорителя (14).

Таким образом, использование заявленного устройства и реализация заявленного способа позволяет достичь полного соответствия между планируемыми параметрами медицинского пучка протонов и реально используемыми во время облучения пациента.

1. Устройство для контроля параметров пучка протонов в процессе протонной терапии, содержащее падовую камеру, предназначенную для установки перед пациентом и за последним сканирующим магнитом, и связанный с ней блок контроля и обнаружения отклонений, отличающееся тем, что оно снабжено интегрирующими электродами, расположенными перед падовой камерой, активная плоскость которой разделена на «ячейки», а также соединенными последовательно электронным анализатором, каждый из входов которого соединен с выходом соответствующего интегрирующего электрода, аналоговым мультиплексором, каждый из соответствующих входов которого соединен с выходом соответствующей «ячейки», и блоком считывающей электроники, выход которого соединен со входом блока контроля и обнаружения отклонений, при этом активная плоскость каждого из интегрирующих электродов совпадает по геометрическим размерам и месту расположения с соответствующей «ячейкой» активной плоскости падовой камеры и расположена к ней вплотную.

2. Способ управления пучком протонов в процессе протонной терапии, включающий предварительное задание допустимых значений параметров профиля распределения дозы, измерение во время облучения пациента значений упомянутых параметров с помощью падовой камеры, количественное сравнение упомянутых измеренных значений упомянутых параметров с упомянутыми допустимыми значениями и отключение пучка протонов при отклонении упомянутых измеренных значений упомянутых параметров от упомянутых допустимых значений, отличающийся тем, что в устройстве по п. 1 осуществляют облучение пучком протонов каждой из «ячеек» активной плоскости падовой камеры и активной плоскости соответствующего интегрирующего электрода и определение номера интегрирующего электрода и номера соответствующей «ячейки», через которую прошел спот пучка протонов.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство выбора параметров облучения, используемое в системе управления и способах их применения, содержит: отборочную часть для отбора множества наборов точек облучения и углов облучения; расчетную часть для расчета оценочного значения, соответствующего множеству наборов точек облучения и углов облучения; и выборочную часть для выбора наилучшего набора осуществимых точек облучения и углов облучения из всех отобранных точек облучения и углов облучения на основании оценочных значений, рассчитанных расчетной частью.

Способ радиотерапии раннего рака желудка // 2789963

Изобретение относится к медицине, а именно к радиотерапии и онкологии, и может быть использовано для стереотаксической лучевой терапии раннего рака желудка. Через инструментальный канал видеогастроскопа с диаметром 2,8 мм на интактную слизистую оболочку желудка по периферии опухоли устанавливают рентгеноконтрастные метки - гемостатические клипсы.

Система загрузки источника ионизирующего излучения в аппарат для лучевой терапии // 2789808

Изобретение относится к медицине. Система для загрузки источника ионизирующего излучения в аппарат для лучевой терапии, который включает в себя входное гнездо для загрузки источника и входное гнездо для загрузки имитатора источника, содержит систему блокировки гнезда для загрузки имитатора, капсулу с источником ионизирующего излучения с закрепленным на ней гибким стержнем, выполненным с возможностью перемещения приводными роликами механизма загрузки источника ионизирующего излучения в аппарат для лучевой терапии, оснащенным магнитом.

Герметичный алмазный детектор для спектрометрии нейтронов, в том числе в водном фантоме // 2789208

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к герметичному детектору для спектроскопии нейтронов в водном фантоме. Чувствительным элементом является алмазный детектор.

Способ определения снижения радиационно-индуцированной миграции клеток рака молочной железы человека линии mcf-7 // 2789099

Предложенная группа изобретений относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использована для определения снижения радиационно-индуцированной миграции клеток рака молочной железы человека линии MCF-7. Предложен способ, в котором миграционную активность опухолевых клеток in vitro определяют с помощью теста заживления раны: клетки инкубируют, добавляют водонерастворимый димерный бисбензимидазол с 5 метиленовыми группами в составе линкера (DB(5) или водонерастворимый димерный бисбензимидазол с 7 метиленовыми группами (DB(7), через 24 часа создают рану на непрерывном клеточном монослое и облучают оставшиеся клетки в дозе 4 Гр, инкубируют в течение 48 часов при температуре +37°С, определяют ширину свободной от клеток полосы через 24 и 48 часов после облучения в сравнении с исходным значением, принятым за 100%.

Способ прицельной брахитерапии рака предстательной железы под навигацией гибридной псма-рецепторной сцинтиграфии // 2788859

Изобретение относится к области медицины, а именно к онкологии, в частности к радиотерапии и ядерной медицине, и может быть использовано для прицельной брахитерапии рака предстательной железы под навигацией гибридной ПСМА-рецепторной сцинтиграфии. Вводят пациенту 99mTc-ПСМА из расчета 6,3 МБк на кг веса.

Азаиндолилпиридоны и диазаиндолилпиридоны // 2788659

Изобретение относится к области органической химии, а именно к гетероциклическому соединению формулы (I) или к его фармацевтически приемлемой соли, где X представляет собой N или CR1; R1 выбран из Н, С1-С3алкила, С3-С6циклоалкила, циано, фенила, моноциклического гетероарила, при этом указанный фенил и указанный гетероарил возможно и независимо замещены одним заместителем, выбранным из C1-С3галогеналкила и С1-С3алкила; R2 представляет собой атом водорода; R3 выбран из А, фенила и моноциклического гетероарила, при этом указанный фенил и указанный гетероарил возможно и независимо замещены одним R4; R4 независимо выбран из галогена, C1-С6алкила и C1-С6галогеналкила; R7 представляет собой С1-С6алкил, при этом указанный C1-С6алкил возможно замещен одним R8; R8 выбран из фенила, возможно замещенного одним R9; R9 выбран из галогена; А представляет собой R10 выбран из атома водорода, C1-С3галогеналкила и фенила, и при условии, что, когда R10 представляет собой фенил, X представляет собой N или СН, Y представляет собой СН2, NSO2R7, О или связь; где указанный гетероарил представляет собой ароматическую группу из атомов углерода, в которой от одного до двух атомов углерода заменено на один или два гетероатома, независимо выбранных из азота, кислорода и серы.

Способ адъювантной лучевой терапии больных с метастазами рака предстательной железы в регионарных лимфатических узлах таза после радикальной простатэктомии // 2787556

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой терапии, и может быть использовано для адъювантной лучевой терапии больных с метастазами рака предстательной железы в регионарных лимфатических узлах таза после радикальной простатэктомии. Осуществляют лучевое воздействие в режиме умеренного гипофракционирования с модуляцией интенсивности динамическими арками по принципу «симультантного интегрированного буста» на регионарные лимфатические узлы таза, ложе удаленной предстательной железы и одновременное профилактическое облучение забрюшинных лимфатических узлов.

Способ контроля параметров пучка в процессе протонной терапии и устройство для его осуществления // 2786345

Группа изобретений относится к области лучевой терапии с использованием протонов. Способ контроля параметров пучка в процессе протонной терапии дополнительно содержит этапы, на которых измерение параметров пучка осуществляют путем облучения каждого участка поверхности координатно-чувствительной плоскости многоканальной падовой ионизационной камеры и расположенной перед ней плоскости люминофорного экрана, разделенной на ячейки, совпадающие по геометрическим размерам с участком поверхности многоканальной падовой ионизационной камеры, при этом дополнительно осуществляют идентификацию и считывание параметров пучка посредством цифровой видеокамеры, анализатора номера ячейки и аналогового мультиплексора.

Система нейтрон-захватной терапии // 2783500

Изобретение относится к медицине. Система нейтрон-захватной терапии содержит устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка.