利用磁共振成像的線性加速器放射治療的系統(tǒng)和方法
【專利說明】利用磁共振成像的線性加速器放射治療的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的、名稱為“Systems and Methods For LinearAccelerator Rad1therapy With Magnetic Resonance Imaging” 的美國專利申請序列號13/841，478的優(yōu)先權(quán)，該申請的申請日和全文公開通過援引整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于與磁共振成像結(jié)合的線性加速器放射治療的遞送的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]使用磁共振成像系統(tǒng)(MRI)將放射治療與重復(fù)的實(shí)時(shí)成像結(jié)合在一起，以便在避開附近健康組織的同時(shí)更好地定位和處理治療目標(biāo)是理想的。雖然MRI和諸如線性加速器(直線性加速器)的放射治療系統(tǒng)已經(jīng)彼此單獨(dú)地運(yùn)行了很長時(shí)間，但是將這兩種技術(shù)結(jié)合也出現(xiàn)了很多顯著的技術(shù)難題。這些技術(shù)難題包括在鐵磁和傳導(dǎo)性放射治療設(shè)備中產(chǎn)生的通過MRI的主磁體和梯度線圈的磁場和渦電流，兩者都能夠毀壞MRI提供優(yōu)質(zhì)圖像的能力。此外，MRI的主磁場能夠干擾線性加速器的很多部件，并且直線性加速器部件產(chǎn)生的高功率射頻(RF)同樣可能毀壞MRI的成像能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文公開的是一種將放射治療和磁共振成像結(jié)合在一起的系統(tǒng)和方法。公開的系統(tǒng)的一個實(shí)施方式可以包括磁共振成像系統(tǒng)；機(jī)架；附接至機(jī)架的兩個或更多個防護(hù)容器，所述兩個或更多個防護(hù)容器中的至少兩個容納線性加速器的部件；以及至少一個射頻波導(dǎo)，其連接容納在兩個或更多個防護(hù)容器的至少兩個防護(hù)容器中的部件。
[0006]在另一個實(shí)施方式中，至少一個射頻波導(dǎo)取向成基本上垂直于磁共振成像系統(tǒng)的主磁體的磁場線和/或可以包括磁性防護(hù)。
[0007]在再一個實(shí)施方式中，兩個或更多個防護(hù)容器圍繞機(jī)架的周邊基本上等距地彼此間隔。
[0008]在還一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以包括不容納線性加速器的部件的至少一個防護(hù)容器。
[0009]在一個實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以包括多個附加的射頻波導(dǎo)，所述射頻波導(dǎo)和多個附加的射頻波導(dǎo)基本上圍繞機(jī)架的整個周邊延伸。在一些情況下，射頻波導(dǎo)中的至少一個不傳輸射頻波。
[0010]在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以包括三個防護(hù)容器，在第一防護(hù)容器中容納RF功率源部件、在第二防護(hù)容器中容納循環(huán)器和AFC部件，在第三防護(hù)容器中容納線性加速器部件。
[0011 ] 在再一實(shí)施方式中，至少一個射頻波導(dǎo)包括RF防護(hù)。RF防護(hù)可以是RF吸收材料、RF反射材料以及RF反射和吸收材料的多個層，并且可以包括碳纖維、金剛砂、銅、鋁、或銅或鋁合金或氧化物。
[0012]在一些實(shí)施方式中，RF防護(hù)可以包括水冷卻和空氣冷卻。
[0013]本公開的實(shí)施方式還可以包括一種以下方法:提供磁共振成像系統(tǒng)；提供機(jī)架；將兩個或更多個防護(hù)容器固定至機(jī)架；將線性加速器的部件放置在兩個或更多個防護(hù)容器中；以及將容納在兩個或更多個防護(hù)容器中的至少兩個中的部件與至少一個射頻波導(dǎo)連接。
[0014]在該方法的一些實(shí)施方式中，至少一個射頻波導(dǎo)可以被取向成基本上垂直于磁共振成像系統(tǒng)的主磁體的磁場線。在其他實(shí)施方式中，至少一個射頻波導(dǎo)可以包括磁性防護(hù)。
[0015]在該方法的其他實(shí)施方式中，可以包括多個附加的射頻波導(dǎo)，所述多個附加的射頻波導(dǎo)基本上圍繞機(jī)架的整個周邊延伸。在一些實(shí)施方式中，至少一個射頻波導(dǎo)包括RF防護(hù)，RF防護(hù)可以是RF吸收材料、RF反射材料以及RF反射和吸收材料的多個層，并且可以包括水冷卻和空氣冷卻。
[0016]參照所附附圖和權(quán)利要求書，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]結(jié)合附圖描述本發(fā)明的特征、方面和實(shí)現(xiàn)方式，其中:
[0018]圖1是簡化圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明主題的實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)合磁共振成像系統(tǒng)操作的放射治療裝置的方面；
[0019]圖2是圖1中繪制的裝置的俯視圖；
[0020]圖3是示出示例性線性加速器的各個部件的簡化圖；
[0021]圖4是圖1中繪制的示例性裝置的機(jī)架和相關(guān)部件的截面圖；以及
[0022]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明主題的實(shí)現(xiàn)方式的圍繞示例性MRI的磁場強(qiáng)度的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本文公開的是用于將放射治療和磁共振成像結(jié)合在一起的系統(tǒng)和方法。圖1是示例性放射治療系統(tǒng)的簡化的示意圖，該放射治療系統(tǒng)包括安裝在機(jī)架106上的防護(hù)容器104，機(jī)架106能夠旋轉(zhuǎn)到不同位置以能夠從不同角度進(jìn)行放射遞送。在圖1中示出的示例性系統(tǒng)還包括MRI 102，其可以用于在放射治療期間實(shí)時(shí)成像，并且可以是如所示那樣的分體式或開放式MRI (因?yàn)榉派涫恍枰粋鬏斖ㄟ^MRI的側(cè)面，所以其是有益的)。放射治療裝置可以放置在防護(hù)容器104內(nèi)，并且可以用來將治療束引導(dǎo)至躺在檢查臺110上的患者108體內(nèi)的目標(biāo)處。還示出了波導(dǎo)112，其可以用來連接放射治療裝置部件，如以下進(jìn)一步解釋。圖2示出了圖1中示出的簡化的示例性系統(tǒng)的俯視圖。在Dempsey的名稱為“System for Delivering Conformal Radiat1n Therapy while Simultaneously ImagingSoft Tissue”的美國專利8，190,233中描述了相似的系統(tǒng)，該專利特此通過援引并入。本發(fā)明的系統(tǒng)在很多方面不同于在Dempsey的’233中公開的系統(tǒng)，主要不同在于本發(fā)明的放射治療系統(tǒng)特別包括直線性加速器。
[0024]磁共振成像主要是最常用在放射學(xué)中對身體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能成像的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。MRI 例如由 E.MARK HAACKE 等人在 MAGNETIC RESONANCE IMAGING:PHYSICALPRINCIPLES AND SEQUENCE DESIGN(ffiley-Liss 1999)中描述，其特此通過援引并入。在圖1中示出的分體式磁系統(tǒng)包括一對主磁體，并且還能夠包括未示出的常規(guī)的MRI部件，例如，分體式梯度線圈、勻場線圈和RF系統(tǒng)。主磁體產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度可以變化，但是在本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施方式中，主磁場強(qiáng)度是0.35T。
[0025]線性粒子加速器(也成為直線性加速器)是用來以高速加速亞原子離子的粒子加速器類型。直線性加速器由例如C.J.KARZMARK等人在MEDICAL ELECTRONACCELERATORS (McGraw-Hill 公司，Health Profess1ns Divis1n 1993)描述，其特此通過援引并入。直線性加速器可以設(shè)計(jì)成以范圍在4至6兆電子伏特(MV)加速電勢加速相對低能的電子，并且具有駐波導(dǎo)以使其緊湊，并且可以例如以S帶頻或X帶頻操作。
[0026]圖3包括線性加速器300的一些主要部件的簡化圖。簡化的示例性直線性加速器可以包括脈沖調(diào)制器304，其可以放大來自電源302的AC功率，將其整流成DC功率，并且產(chǎn)生用來給電子槍312和RF功率源306供電的高壓DC脈沖。高壓電纜將脈沖調(diào)制器304電連接到電子槍312和RF功率源306。RF功率源306可以是例如磁電管或速調(diào)管。
[0027]RF功率源306產(chǎn)生脈沖功率可以為大約2.5兆瓦(Mff)的微波脈沖，并通過波導(dǎo)307將其發(fā)送到加速共振腔316。波導(dǎo)307可以由波導(dǎo)氣體系統(tǒng)308加壓。加速共振腔316可以由真空栗318排空，并且使用來自RF功率源306的RF脈沖來加速電子槍312產(chǎn)生的電子束314。電子槍312產(chǎn)生電子暴，其進(jìn)入加速共振腔316，共振腔由來自RF功率源306的RF脈沖激勵，加速電子束以接近光束。
[0028]電子束314可以可選地對準(zhǔn)通常由鎢制成的靶320，以產(chǎn)生用于x射線/光子束治療的軔致輻射X射線，或者對于電子束治療可以去除靶。產(chǎn)生的束可以可選地在進(jìn)入準(zhǔn)直器326之前，通過整平過濾器322，準(zhǔn)直器326可以是如以下進(jìn)一步描述的多葉式濾波器。
[0029]在圖3中示出的示例性的簡化的線性加速器300還包括循環(huán)器310和自動頻率控制系統(tǒng)(AFC)328。循環(huán)器310可以控制RF波的流動。例如，其可以發(fā)送由波導(dǎo)反射的能量到RF垃圾靶(dump)，而不是允許該能量返回到RF功率源306，這樣的返回會導(dǎo)致干擾或破壞。循環(huán)器310還可以將反射的RF波傳輸?shù)紸FC 328，AFC 328可以監(jiān)測反射波以確定加速共振腔316的共振頻率是否由于例如加熱而已經(jīng)改變。AFC 328然后可以與控制單元332通信，或者直接與RF功率源306通信，以調(diào)整RF功率源306發(fā)送的RF波的頻率。
[0030]在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，線性加速器的各個部件包括但不限于圖3中示出的直線性加速器部件，可以將線性加速器的各個部件分離成可以附接到機(jī)架106的兩組或更多組部件。圖4示出了這種布置的一個實(shí)施方式，其中線性加速器部件可以分組并且放置在圍繞機(jī)架106的防護(hù)容器104中。在線性加速器部件的特別的分組需要這么多的情況下，RF波導(dǎo)112可以圍繞機(jī)架106放置，連接各個防護(hù)容器104和其中的線性加速器部件。例如，如果RF功率源306位于一個防護(hù)容器中，并且包括電子槍312、加速共振腔316、靶320和頭部324的線性加速器在分離的防護(hù)容器104中，那么就會需要RF波導(dǎo)112(如圖3中