强度调制放射治疗(IMRT)是一种用于需要放射治疗的癌症病人的治疗方 法。IMRT是一种提供符合靶的辐射剂量并且避免周围的重要组织的非常精确的 治疗方法。使用IMRT治疗是从不同的角度进行的并且是通过改变治疗区域的 辐射束的强度，而不是将单独的大型辐射光束通过人体。
辐射被有效地分成数以千计的细小的细束的辐射光束。具有毫米精度，这 些光束从多个角度进入人体，并相交于毒瘤上。导致以高辐射剂量作用于肿瘤， 以更低的辐射剂量作用于周围的健康组织。
一种用于调制辐射光束的强度的方法是基于将多叶准直器(MLC)移进和移 出来自辐射治疗机的辐射束的方法。MLC包括多个窄机械刀片或叶片，它们通 过微型电动机和机械传动联接被单独地控制。计算机控制微型电动机驱动各个 刀片进出以对辐射束成形。基于IMRT治疗机的MLC的一个优点是相同的MLC 能被自动地控制以支持接受放疗的每个病人的各自的需求。换句话说，MLC为 每一个新病人而被改装。
与光子平坦滤波器一起使用了几十年的线性加速器，使光子平面注量分布 和剂量分布更加均匀。这些滤波器，都导致注量衰减和光束污染。现在，如强 度调制放射治疗(IMRT)技术的时期，平坦滤波器的作用变得多余，并且平坦 滤波器现在仅通过减少注量和增强散射的辐射来减少光束的效率。
对于本领域技术人员来说，本发明的其他目的和优点通过后面的优选实施 例和附图的详细说明将变成显而易见。

我们的技术涉及用于复杂治疗的平坦滤波器的移除以及与多叶准直器一起 使用的逆向设计来成形剂量分布。
通过取消平坦滤波器，剂量率增加并且横向散射减少。通过减少靶周围正 常组织的剂量提高了病人的治疗，并且也减少了治疗时间。光束轮廓的平坦在 像IMRT的技术种是多余的，因为平面注量是由多叶准直器(MLC)控制。对 于许多现代的线性加速器，由于平坦滤波器能简单地从光路中被机械移除，因 此取消平坦滤波器不需要对该单元进行物理改变。
这种新技术在于IMRT，并且3D适形γ辐射剂量使用不具有平坦滤波器的 线性加速器来传送。这种技术通过减少散射到周围的正常组织的辐射以及减少 电子污染来提高了病人的放射治疗。它增加了剂量率，以缩短治疗时间。
为了使平面注量的光子分布和剂量分布更一致，线性加速器已经与光子平 坦滤波器一起使用了几十年。然而，这些滤波器已经导致了注量衰减以及光束 污染。
现在在如强度调制放射治疗(IMRT)的技术时代，平坦滤波器的功能变得 多余。通过减少注量并增加散射的辐射，平坦滤波器现在仅减少了光束的效率。

图1(a)和1(b)显示了对于6MV和10MV的CAX百分深度剂量的蒙特卡罗 (Monte Carlo)和水体模测量。
图2(a)和2(b)显示了对于6MV和10MV的dMAX和10cm横向分布深度 的蒙特卡罗(Monte Carlo)和水体模测量。
图3显示了对于6MV 10×10cm2光束的蒙特卡罗(Monte Carlo)和测量数 据之间的比较。
图4显示了对于从2×2到30×30cm2的场尺寸的6MV无滤波器光子束在 1.6cm深度的蒙特卡罗计算的横向相交平面分布。
图5(a)和5(b)显示了对于标准的、平坦的和不平坦的6MV和10MV 10×10 cm2光束在dmax的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟之间的比较。所有的分布都被标 准化为标准光束的中心轴剂量以显示移除了平坦滤波器的CAX剂量的效应。
图6(a)和6(b)通过比较标准平坦的6MV和10MV光束与相同的无滤波器 光束，来显示蒙特卡罗(Monte Carlo)百分深度剂量曲线。
图7(a)和7(b)显示了对于6MV光束和10MV光束的光子注量谱，其显示 了移除光子平坦滤波器的效果。
图8显示了从2×2，10×10和30×30cm2场模拟获得的绝对剂量的比较。在 这里显示的模拟用于在1.6cm深度的6MV光束。

IMRT(强度调制放射治疗)正迅速成为一种通用的治疗方式，最近进行的 一项研究声称，美国三分之一的辐射肿瘤学家在使用这项技术。现代治疗机被 设计成将动态MLC和备有IMRT系统集成进去，但目前许多仍在使用的线性加 速器具有作为加载项的MLC。在这两种情况下直线加速器被设计以使得IMRT 治疗和标准治疗可以在相同的单元上执行。传统的3D适形治疗需要扁平光束， 因为通常为每个单独的光束在靶体积内达到均匀的剂量补偿是不能实现的。然 而，在产生IMRT治疗计划中，计划者以给靶体积提供所需剂量并且不伤害周 围的正常的或重要的组织的非均匀密度矩阵而告终。为了达到这个目标，不需 要扁平光束。在IMRT计划期间，光束的调制和传送通过许多在传送端口的子 束以及分割的场来执行，并且事实上考虑了传统的方面，你将看到它的优点在 于具有不需要通过大块厚金属(即平坦滤波器)的所有散射的更清洁的光束。 因此，期望移除平坦滤波器会由于横向光子散射的减少和中心轴光子注量的增 加而导致更好的IMRT治疗。更具体地，通过从光束路径中移除平坦滤波器仅 仅是为了IMRT治疗，可以期望更高剂量率以及更加锐利、以几何学定义的场， 因此导致更好的IMRT计划和治疗。平坦滤波器的有害特性是由增加横向散射 和减少该滤波器产生的中心轴注量所造成的。在IMRT的特殊情况下，由于在 病人平面光束调制和MLC移动组合，注量被改变，因此滤波器不再需要。这已 经显示了用于特殊的断层治疗的情况的专用的IMRT系统。这里，我们显示了 用于更一般的线性加速器情况的辐射特性的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟。
材料与方法
Elektra SL-25的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟
使用BEAMnrc代码执行蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟。使用Elekta精确 模型SL-25，通过该模拟与使用Welhofer(Scanditronix Wellhofer)扫描水体模测 量的数据进行比较，6MV和10MV能量的光子束被最初建模和启用。在模型中 加速器的头部被分为结构模块(也就是靶)、初级准直器、平坦滤波器、监视器室、 镜、MLC以及X和Y口(jaw)。使用附加的部件模拟加速器的出口和水体模表 面之间的空气间隙，在该空气间隙中形成相空间平面。用于传输的能量界限 (cutoff)被设置为ECUT＝0.7MeV，PCUT＝0.01MeV和球电子(global electron) 界限＝2.0MeV。具有SBS参数Nmin＝10和Nmax＝100的电子区域排斥和选择 性轫致辐射(Bremsstahlung)分裂被使用。不使用俄式轮盘和光子加压(forcing)。 然而在距离源100cm的平面处创建相空间文件，其用于使用DOSXYZarc代码 模拟的体模(phantom)的输入。400×106的记录被用于加速器的模拟。对于 DOSXYZ体模，200×106的记录被用于所有场尺寸，从而为更大场尺寸提供足 够统计数据。
深度剂量和横向分布在很大程度上取决于电子束撞击到光子靶时的性质。 该重要的参数是指电子能量、能量的扩散以及光束的空间分布。对于6MV和 10MV光束，使用的电子能量分别为6.50Mev和9.50MeV，能量的扩散分别为 1.0MeV和0.8MeV FWHM，并且径向分布分别为0.11cm和0.10cm FWHM。 当与水体模测量比较时，从这些模拟中获得的深度剂量曲线在最大剂量范围内 偏离不到1％，在所有其他深度偏离不到5％。
一旦符合足够水平的测量数据的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟被建立，就 从6MV和10MV光束模型中移除平坦滤波器。所有其他参数保持不变。
水中的测量
在Wellhofer扫描水体模里所有的测量被设置在100cm SSD，以及0.1cc 电离室。6MV和10MV光束用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟作比较研究。在 蒙特卡罗(Monte Carlo)模型的试运行数据获得后，6MV和10MV平坦滤波 器从在加速器的头部的初级旋转带上被移除。在旋转带中留下了光子束可以通 过的孔。深度电离分布、横向主测线(transverse inline)(枪靶方向)和横切面 分布在dmax和10cm处被测量。深度剂量分布在深度30cm处被测量和被标准化 为在中心轴的最大室读数(muximum chamber reading)。横向分布在主测线和横 切面方向从5×5到30×30cm2的场范围内被测量。这些分布也被标准化为中心 轴的最大室读数。
结论
蒙特卡罗(Monte Carlo)模型试运行
如上所述，标准的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟，被传送的6MV和10MV 平坦光束与通过扫描水体模获得的测量数据匹配较好。这些测量的目的是为了 表明蒙特卡罗(Monte Carlo)模型与在水体模里执行的剂量测量的精确匹配。
图1(a)和1(b)显示对于6MV和10MV的CAX百分深度剂量的水体模测 量和蒙特卡罗(Monte Carlo)。对于在100cm SSD上10×10cm2场内中心轴百分 深度剂量分布显示为6MV和10MV，实心点显示实验测量，空心点显示蒙特 卡罗模型。关于测量数据，也得到30×30cm2的场内的蒙特卡罗模型的平坦度和 对称性的横向分布作为比较。
图2(a)和2(b)显示了对于在dmax和10cm的深度的主测线方向的6MV和 10MV计算的蒙特卡罗的横向分布与测量数据的比较。在所有情况下，在测量 数据和蒙特卡罗模拟数据之间建立了好的一致性。
图3显示了对于6MV 10×10cm2光束的蒙特卡罗和测量数据之间的比较。 顶部的两条曲线对应于1.6cm(dmax)深度，底部的两条曲线对应于10cm深度。
非扁平光束的蒙特卡罗模型
在平坦滤波器从Elekta加速器的初级滤波器带被移除后，在没有滤波器的 情况下执行模拟并与测量数据进行比较。这些测量的目的是要验证没有平坦滤 波器的蒙特卡罗模型的精确度以精确地模拟光束。对于相交平面分布比较显示 在图3中。
未显示测量的主测线(枪靶)方向和蒙特卡罗分布之间的比较。这些测量 的横向分布具有较差的对称性，由于去除平坦滤波器后控制光束被认为是困难 的。从图3可以得出这样的结论：去除滤波器的蒙特卡罗模型6MV和10MV 光束显示与测量数据精确匹配。然后对从2×2cm2至30×30cm2范围内的各种场 的尺寸执行模拟。下面的图表显示了没有平坦滤波器的情况下对于6MV光束 在1.6cm深度的横向分布。图4中的曲线是所有10×10cm2场的CAX剂量的标 准化。
图4显示了对于从2×2到30×30cm2范围内场尺寸的6MV无滤波器的光 子束在深度1.6cm的蒙特卡罗计算的横向相交平面分布。
下一步是比较平坦光束和非平坦光束的蒙特卡罗模型。图5显示了蒙特卡 罗计算横向分布和去除平坦滤波器对中心轴(CAX)剂量的效应。发现，对于 10×10cm2场尺寸的6MV光子束，在滤波器被去除的情况下，CAX剂量与标准 平坦光束比较增加到2.35倍。这个数字也显示了在有和没有平坦滤波器的情况 下对于10×10cm2 10MV光束的CAX剂量。在这种情况下，由于对于Elekta 10MV平坦滤波器更重要，根据大量被使用的材料没有滤波器的CAX剂量比标 准平坦光束高4.18倍。
图5(a)和5(b)显示了对于标准的、平坦的和不平坦的6MV和10MV 10×10 cm2光束在dmax的蒙特卡罗模拟之间的比较。所有的分布都被标准化为标准光束 的中心轴剂量以显示移除了平坦滤波器的对CAX剂量的影响。
C、束平坦度的量化
使用平均超过场尺寸的80％的变换来计算每个横向分布的平坦度，公式 为：

对于10×10cm2光束的6MV模拟，平坦光束和非平坦光束在dmax的平坦度 分别为2.37％和6.21％。同样，在10cm深度相同的百分比的分别为1.88％和 5.77％。
对于10MV模拟，在2.3cm(dmax)深度和10cm深度的3.96％和7.71％的 平坦度百分比，分别对应于标准光束和非平坦光束。在10cm深度平坦度被计 算，对于平坦光束是2.92％，对于非平坦光束是8.39％。
D、在中心轴的剂量
图6(a)和6(b)通过比较标准平坦的6MV和10MV光束与相同的无滤波器 光束来显示蒙特卡罗百分深度剂量曲线。对于无滤波器光束，剂量随着深度的 快速下降与较柔软的(softer)中心轴光束一致。
从平坦的和非平坦的10×10cm2 6MV和10MV光束的模拟也可以获得在 中心轴上的深度剂量曲线。发现在深度比dmax大的剂量沉积随着滤波器的移除 更迅速地下降。正是由于这一事实，随着滤波器的移除，在中心轴的区域中的 光束不再被滤波器变硬。剂量随着深度的迅速降低与柔软的中心轴光束一致。 为了研究平坦滤波器对光子能量谱的影响，执行具有BEAMDP程序的各相空间 文件的分析。作为光子能量函数的光子注量形成无滤波器光束对标准光束的图 形。如所期待的，每单位能量的光子注量对于无滤波器光束是足够大的，特别 是在峰值光子能量的区域内。
图7(a)和7(b)显示了对于6MV光束和10MV光束的光子注量谱，其显示 了移除光子平坦滤波器的效果。图7显示了对于6MV光束和10MV光束跨越 10×10cm2场的光子注量谱。在这两种情况下，通过去除平坦滤波器来增加峰值 光子能量，显示出平坦滤波器有硬化光束的效果。对于6MV光束在有和没有 平坦滤波器的峰值能量分别是0.48MV和0.33MeV。同样地，对于10MV光束 的例子中，其中平坦滤波器的设计导致更大的光束硬化效果，对于标准光束和 无滤波器光束峰值光子能量是1.13MeV和0.33MeV。
E、场外剂量
随着平坦滤波器的移除，人们会期望横向光子散射的量减少，其效果是在 场以外的点的剂量将有所减少。为了研究此效果，在有平坦滤波器和没有平坦 滤波器的6MV光束的模拟之间比较在辐射场边缘和超出辐射场边缘的相对剂 量。对于6MV束从2×2cm2至30×30cm2范围内的各种尺寸的场运行模拟。在 所有情况中，对于无滤波器光束，场边缘剂量更大。下面在图8中，显示了对 于平坦的无滤波器的6MV光束2×2cm2、10×10cm2和30×30cm2场。可以看 出，在任何情况下，在该分布的两翼无滤波器光束的相对剂量都比标准场的相 对剂量大。该分布的底部在1.6cm深度。在10cm深度的相同的分布显示了相 同的效果；对于无滤波器光束场外的剂量更高。
图8是从2×2、10×10和30×30cm2场的模拟得到的绝对剂量的比较。在这 里显示的为6MV光束在深度1.6cm的模拟。对于各场尺寸显示了平坦光束和 非平坦光束的分布，以使得能够比较辐射场边缘的剂量。可以看出，对于无滤 波器光束的所有场尺寸，在场边缘的剂量更大。
为了量化场外的剂量，我们认为场外2cm处的点(如在2×2cm2场离轴距 离3cm处)并且对于到中央轴的右侧和左侧的体素(voxel)取相对剂量的均值。 下表显示了对于平坦和非平坦的6MV光束在辐射场外2cm的点的相对剂量 (标准化关于该场尺寸的标准、平坦光束的CAX剂量)。在此考虑的所有分布是 位于最大剂量的深度。
表1

表1显示了对于各场尺寸场外相对剂量的比较。给出了每个场尺寸在辐射 场边缘外或辐射场边缘的点的相对剂量。
结论：
随着平坦滤波器的移除，光子束将不会发生显着的散射，否则他们将通过， 结果导致到病人平面的更清洁的光束。对于IMRT治疗，需要扁平光子束的传 统治疗对于光束被调制以达到在靶体积内剂量的均匀是没有必要的。事实上， 对于IMRT的情况，从光束产生的注量图最终很变得不均匀。从无平坦滤波器 的加速器显著增加的剂量率在短时间内提供污染较少的光束有重要意义。6和 10MV光子束的深度剂量的计算图表明通过从光束中去除平坦滤波器，可以实 现超过最大剂量深度的更好的剂量衰退。另一方面，由于更少的硬化光束，最 大剂量率深度的点将更接近表面(对于6X为1-2mm，对于10X为2-3mm)。 场外剂量是一个需要进一步研究的现象，并会在未来的工作中进行详细的讨论， 但在治疗场剂量分布的测量和计算显示较少散射、显著高的光子注量，并且全 部成为更清洁光束被用于IMRT治疗。在无滤波器的加速器中超出最大剂量深 度的剂量的更好的衰减也再次表明去除滤波器时光束更清洁。散射和贡献给深 度剂量的较低能量光子的量与光束能量成正比，并且相当值得用于临床光子射 束。
变形
本说明书中所讨论的特殊的结构、方法或具体实施例仅仅是为了例证性地 说明被披露的本发明。这些基于本说明书的教导的结构、方法或具体实施例的 变形对本领域的技术人员来说是显而易见，因此其被包含作为在此披露的本发 明的部分。
上述给出的本发明的详细描述用于解释性目的。在不脱离本发明的范围的 情况下作出多种改变和变形是显而易见的。因此，前面的整个描述是为了例证 性而不是限制性意义的说明，本发明的范围完全由所附的权利要求所定义。
相关申请的交叉参考
本申请要求2006年2月21日提交的第60/775,677号美国临时专利申请的 权利。