Thermoacoustic Range Verification During Delivery of a Clinical Plan by a Synchrocyclotron: transition from research prototype to turnkey clinical device

同步回旋加速器交付临床计划期间的热声范围验证:从研究原型到交钥匙临床设备的过渡

基本信息

  • 批准号:
    10600975
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Particle therapy is a technique for treating solid tumors that is potentially more precise than x-ray radiation therapy. Charged particles enter the patient at relativistic speeds, depositing increasingly more dose as they come to rest inside the patient. X-ray photon beams deliver an exponentially decaying dose along the beam path, dosing healthy tissue before and after the tumor. Proton therapy causes less collateral damage, and when patient alignment is accurate, delivers less dose to healthy proximal tissue and spares distal tissue altogether. Today, patients are positioned by matching bony structures in daily x- ray images to planning CT volumes acquired days (or weeks) prior. Inter-fraction changes to soft tissue (weight loss, edema) are common and intra-fraction changes (digestion, respiration, etc.) are unavoidable. Range errors incorrectly dose healthy tissue and undertreat the tumor, limiting benefits of proton therapy. Therefore, the American Society for Therapeutic Radiation Oncology currently supports proton therapy for tumors near the base of the neck, spine, eye and in pediatric patients, and only in the context of research studies for most other tumor sites. Thermoacoustic range verification relies upon stress confinement and is suitable for compact synchrocyclotrons recently introduced by two manufacturers, IBA and Mevion. A prototype system has been validated for use with IBA systems and the same receive chain has been validated for Mevion. System design for a thermoacoustic range verification (tARV) device will be finalized and validated during Phase II. The tARV consists of a wireless ultrasound array around which six thermoacoustic receivers are packed. A compact (65mm x 55mm) data acquisition (DAQ) board provides 56-59 dB gain over the thermoacoustic frequency range of 10-100 kHz, samples at 500 ksps to minimize aliasing of high frequency noise, and stores data to a secure data card onboard. A compact gamma detector monitors beam intensity and provides a trigger to the DAQ. End-to-end validation requires software integration with the treatment planning system (TPS) software used in radiotherapy clinics. Furthermore, QA and clinically realistic test objects, called phantoms, are required. Thermoacoustics is a hybrid technique that combines aspects of ultrasound imaging and radiation therapy. Commercial phantoms designed for ultrasound imaging have not yet been vetted for radiation therapy. We will integrate software, quantify materials in ultrasound phantoms already produced by CIRS, Inc and add dosimetric capability to enable end-to-end validation in a clinical environment.
粒子疗法是一种治疗实体瘤的技术,可能比 X 射线放射疗法更精确。 带电粒子以相对论速度进入患者体内,当它们停留在患者体内时,会沉积越来越多的剂量。 病人。 X 射线光子束沿光束路径传递呈指数衰减的剂量,在之前和之后对健康组织进行给药 肿瘤后。 质子治疗造成的附带损害较小,并且当患者对准准确时,可以减少对健康人的剂量 近端组织并完全保留远端组织。如今,患者在日常 X-检查中通过匹配骨结构来定位 射线图像与几天(或几周)前获取的计划 CT 体积进行比较。软组织的分次间变化(体重减轻、水肿) 是常见的,并且部分内的变化(消化、呼吸等)是不可避免的。范围错误会导致健康剂量不正确 组织和肿瘤治疗不足,限制了质子治疗的益处。因此,美国治疗学会 放射肿瘤学目前支持对颈部、脊柱、眼睛和儿科底部附近的肿瘤进行质子治疗 患者,并且仅在大多数其他肿瘤部位的研究背景下进行。 热声范围验证依赖于应力限制,适用于紧凑型同步回旋加速器 最近由两家制造商 IBA 和 Mevion 推出。原型系统已经过验证,可与 IBA 一起使用 系统和相同的接收链已针对 Mevion 进行了验证。 热声范围验证 (tARV) 装置的系统设计将在阶段期间完成和验证 二. tARV 由无线超声阵列组成,周围装有六个热声接收器。紧凑型 (65mm x 55mm) 数据采集 (DAQ) 板在 10-100 的热声频率范围内提供 56-59 dB 增益 kHz,以 500 ksps 采样以最大限度地减少高频噪声的混叠,并将数据存储到板载安全数据卡中。一个 紧凑型伽马检测器可监控光束强度并为 DAQ 提供触发。 端到端验证需要与治疗计划系统 (TPS) 软件集成 放射治疗诊所。此外,还需要质量保证和临床真实的测试对象(称为模型)。热声学 是一种结合了超声成像和放射治疗方面的混合技术。商业模型设计 超声成像尚未经过放射治疗审查。我们将集成软件,量化材料 CIRS, Inc 已生产的超声体模,并增加了剂量测定功能,可在 临床环境。

项目成果

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