CN103260700A - 包括辐射治疗设备、机械定位系统和磁共振成像系统的治疗设备 - Google Patents

Abstract

一种治疗设备（400、500）包括辐射治疗设备（402）、机械定位系统和磁共振成像系统（404）。辐射治疗设备包括辐射治疗源（408）。辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转辐射治疗源。治疗设备还包括存储器，包含机器可执行指令（468、470、472、474、476）。所述指令的执行令所述处理器重复如下操作：利用所述磁共振成像系统采集（100）所述磁共振数据；从所述磁共振数据重建（102）磁共振图像（460）；在所述磁共振图像中配准（104）目标区的位置（462）；根据经配准的目标区的位置生成（106）辐射治疗控制信号（464）；根据经配准的目标区和辐射治疗控制信号生成（108）机械定位控制信号（466）；以及向所述辐射治疗系统发送（110）所述辐射治疗控制信号并向所述机械定位系统发送（110）所述机械定位控制信号。

Description

包括辐射治疗设备、机械定位系统和磁共振成像系统的治疗设备

技术领域

本发明涉及磁共振引导的辐射治疗，尤其涉及根据磁共振数据控制辐射治疗系统和机械定位系统。

背景技术

在辐射治疗（RT）的操作规程中，相对于承载RT源的旋转弧体的静止中心定位受试者。定位表示对受试者台的高度和横向两个方面的调节。需要这样定位以优化病灶中的剂量，其超出从不同角度施加RT射线能够获得的变化。

MR和线性加速器（LINAC）的集成通过改善病灶的瞄准，尤其是对于运动器官而言，在辐射治疗中打开了新的局面。在实际的实施方案中，LINAC绕着受试者旋转以从多个角度轰击总目标体积（GTV）和临床目标体积（CTV），同时使周围组织的辐射曝光最小化。

磁共振设备和LINAC辐射治疗源的组合是已知的。通常，LINAC源被置于绕磁体的旋转机架上，并且设计所述磁体，使得LINAC在磁体的零场区域中旋转。该概念的另一特定的特征是使用分裂式梯度线圈，其防止LINAC射束的衰减。

美国专利申请US2009/0149735公开了一种组合式辐射治疗系统和磁共振成像设备。在辐射源与MRI设备之间工作的接口允许与成像同时进行辐照。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了一种治疗设备、一种计算机程序产品、和一种控制治疗设备的方法。在从属权利要求中给出了实施例。

当前的辐射治疗系统通常使用多叶准直器（MLC）精密调节辐射源。MLC包括诸多薄金属板，所述薄金属板由机械驱动器控制和移动以对辐射束成形。MLC是辐射治疗装置中最关键（设计复杂性、材料和制造成本、控制故障、辐射泄露、可靠性问题……）的部件之一。

新型集成磁共振图像（MRI）引导的RT装置允许在辐照期间对目标区进行高分辨率的实时成像。然而，多叶准直器可能很昂贵。本发明的实施例通过执行磁共振成像（MRI）跟踪用于引导和调制恒定尺寸的辐射束的实时控制回路，可以消除对多叶准直器的需求或允许使用更简单和较不昂贵的多叶准直器。这可能具有显著减小装置复杂性和/或成本和/或尺寸的益处。可以经由实时射束调制解决可靠性和辐射泄露问题并提高处置精确度。

一些实施例使用具有多个笔形射束准直器的圆柱形准直器。可以将圆柱形准直器描述为“转轮准直器”。

辐射治疗（RT）是肿瘤处置的最有效选择之一（其他为手术、化学治疗）。在RT流程期间，辐射源（例如线性加速器-LINAC/磁控管）产生高能辐射（例如光子），其能够破坏细胞的DNA，由此杀死所述细胞。因为它同样破坏了恶性以及健康的细胞，所以必须经由空间/时间/强度调制将其聚焦在明确界定的目标区。当前，这是利用像辅助准直器、光阑和多叶准直器（MLC）的部件实现的。MLC包括带台阶的金属板（叶），所述金属板（叶）被置于辐射路径中作为吸收体，并且能够由微型电动机非常精确地进行控制和移动。这允许对射束成形并将其调整到目标区（肿瘤形状）的投影，这被称为三维共形辐射治疗。RT期间的实时成像（例如集成辅助X射线成像、使用RT辐射发射、MR）允许在流程期间调节治疗射束，获得图像引导的RT（IGRT）。

当前有MLC的不同设计在使用，但它们可能具有以下共同局限：

-中心的叶宽（>1.5mm）导致与叶平面表面正交的有限空间分辨率

-叶对的数量（～20...120）导致大数目的机械驱动器，（光学）传感器导致高度的复杂性和较低可靠性

-最大场尺寸（～40cm×40cm）导致有限的处置区域（无需重新定位患者）

-叶片运动速度限制射束形状调整的速度

-叶间的辐射泄露（2...5%）导致必须有备份准直器以减少泄露

为了能够进行图像引导的辐射治疗，对叶片定位、屏蔽、紧凑性、机械负载和患者安全的精确度和/或可重复性和/或速度和/或控制的高要求导致MLC部件复杂/昂贵且令人遗憾地易出故障。

本发明的实施例可以协同患者台执行实时成像（例如MRI），（例如笔形）射束控制允许跟踪目标区（肿瘤）并同时结合患者定位进行射束引导和/或切换，以将辐射引导到目标。这允许消除对复杂、昂贵而易出故障的射束成形（例如利用MLC）的需求。

本发明的一些实施例与当前使用的系统相比显著简化，因为多叶准直器和光阑（用于减小叶片的辐射泄露）被简单的准直块（例如，笔形射束准直器）替代。

在一些实施例中，简单的笔形射束准直器比MLC可以具有更小的最大开口，实现更小的辐照面积（更低剂量，更长处置时间）。然而，这可以由显著简化的机架或具有多个笔形射束准直器的圆柱形准直器的更快工作来补偿。可以按照离散的角步幅旋转这样的准直器，以使期望的准直器部分处于辐射路径中，由此生成不同直径的辐射束，而没有前面针对MLC列出的众多问题。

这里使用的“计算机可读存储介质”涵盖任何有形的存储介质，其可以存储可由计算装置的处理器执行的指令。计算机可读存储介质可以称为计算机可读非暂态存储介质。计算机可读存储介质也可以称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够被计算装置的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、光盘、磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的范例包括紧致盘（CD）和数字多用盘（DVD），例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指各种类型的记录介质，其能够被计算机装置经由网络或通信链路访问。例如，可以通过调制调解器、因特网或局域网检索数据。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是直接可被处理器访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括，但不限于：RAM存储器、寄存器和寄存器文件。

“计算机储存器”或“储存器”是计算机可读存储介质的范例。计算机储存器是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机储存器的范例包括，但不限于：硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、CD-ROM和固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机储存器也可以是计算机存储器或反之亦然。

这里使用的“计算装置”涵盖包括处理器的任何装置。这里使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。提到包括“处理器”的计算装置应当被解释为可能包含超过一个处理器或处理内核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统之内或分布于多个计算机系统间的许多处理器。术语计算装置还应当被解释为可能指均包括处理器的计算装置集合或网络。很多程序让多个处理器执行其指令，多个处理器可以在相同的计算装置之内或甚至可以分布于多个计算装置之间。

这里使用的“用户接口”是允许用户或操作员与计算机或计算机系统交互的接口。也可以将“用户接口”称为“人机接口装置”。用户接口可以向操作员提供信息或数据和/或从操作员接收信息或数据。用户接口可以使计算机能够接收来自操作员的输入并可以向用户提供来自计算机的输出。换言之，用户接口可以允许操作员控制或操作计算机，接口可以允许计算机指出操作员的控制或操控的效果。在显示器或图形用户界面上显示数据或信息是向操作员提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、点击棒、图形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、头戴送受话器、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计接收数据都是能够从操作员接收信息或数据的用户接口部件的范例。

这里使用的“硬件接口”涵盖使计算机系统的处理器能够与外部计算装置和/或设备交互和/或控制其的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算装置和/或设备发送控制信号或指令。硬件接口也可以使处理器能够与外部计算装置和/或设备交互数据。硬件接口的范例包括，但不限于：通用串行总线、并行端口、IEEE1284、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。

这里使用的“医学图像数据”涵盖利用医学成像扫描器采集的二维或三维数据。这里将医学成像扫描器定义为适于采集关于患者物理结构的信息并构造二维或三维医学图像数据集合的设备。医学图像数据能够用于构造对医师诊断有用的可视化。可以利用计算机执行这种可视化。

这里将“磁共振（MR）数据”定义为涵盖在磁共振成像扫描期间由磁共振设备的天线记录的原子自旋发射的射频信号的测量结果。这里将磁共振成像（MRI）图像定义为磁共振成像数据之内包含的解剖数据的重建二维或三维可视化。可以利用计算机执行这种可视化。

在一个方面中，本发明提供了一种治疗设备，其包括用于处置受试者目标区的辐射治疗设备。所述辐射治疗设备包括用于向目标区中引导电磁辐射的辐射治疗源。所述电磁辐射可以是例如，但不限于：X射线源、LINACX射线源和放射性同位素γ辐射源生成的高能光子。这里使用的放射性同位素γ辐射源涵盖使用放射性同位素，用于生成γ辐射的辐射源。

在一些实施例中，辐射治疗设备可以包括用于移动辐射治疗源的机架。所述治疗设备还包括用于定位受试者支撑物的机械定位系统。所述机械定位系统能够物理地移动受试者支撑物。所述治疗设备还包括磁共振成像系统，用于采集来自成像区的磁共振数据。目标区处在成像区之内。所述磁共振成像系统包括用于在成像区之内生成磁场的磁体。所述辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转辐射治疗源。在一些实施例中，将辐射治疗源整体地旋转。在其他实施例中，仅旋转辐射治疗源的一部分。在一些实施例中，同时转转磁体和受试者支撑物。磁体可以具有孔或路径，允许辐射治疗源辐照受试者。在一些实施例中，辐射治疗设备适于至少部分绕磁体旋转辐射治疗源。

所述治疗设备还包括用于控制治疗设备的处理器。如这里使用的，处理器也可以是多个处理器。例如，单个计算机系统可以具有超过一个处理器。而且提到处理器也可以是指分布于多个计算机系统中的处理器。

所述治疗设备还包括存储器，其包含用于供处理器执行的机器可执行指令。所述指令的执行令处理器利用磁共振成像系统重复采集磁共振数据。在采集磁共振数据之后，所述指令的执行令处理器重复从磁共振数据重建磁共振图像。所述指令的执行还令处理器在磁共振图像中配准目标区的位置。可以利用标准图像配准技术实现这一操作。例如，可以使用或训练被成像的解剖结构，或者也可以使用自我加载的模型。

所述指令的执行还令处理器根据配准的目标区的位置生成辐射治疗控制信号。辐射治疗控制信号令辐射治疗源辐照目标区。辐射治疗控制信号是能够用于控制辐射治疗源的持续时间、强度、能量和位置的控制信号。所述指令的执行还令处理器根据配准的目标区和辐射治疗控制信号生成机械定位控制信号。机械定位控制信号令所述机械定位系统对受试者进行定位。实质上，基于配准的磁共振图像，生成了辐射治疗控制信号和机械定位控制信号。

所述指令的执行还令处理器向辐射治疗系统发送辐射治疗控制信号，并向机械定位系统发送机械定位控制信号。在这一点上，如果完成了治疗，所述指令将令处理器停止辐照目标区。然而，如果仍然继续治疗，所述指令将令该过程循环，处理器将利用磁共振成像系统采集磁共振数据并重复刚刚描述的过程。这种方法的实施例特别有利，因为磁共振数据是重复采集的，并且这被用于发送辐射治疗控制信号和机械定位控制信号以修改对目标区的处置。

在另一实施例中，所述辐射治疗源包括笔形射束准直器。这里使用的笔形射束准直器涵盖具有固定光阑的准直器。笔形射束准直器意图是将辐射束或电磁辐射射束准直成清晰界定的辐射束。

在另一实施例中，所述辐射治疗源包括圆柱形准直器组件。圆柱形准直器组件包括多个笔形射束准直器，其包括笔形射束准直器。圆柱形准直器组件具有旋转轴。辐射源具有射束路径。圆柱形准直器组件的旋转导致从多个笔形射束准直器选取选定的射束准直器以旋转进入射束路径中。圆柱形准直器组件可以具有旋转轴。绕这一轴旋转可能导致不同的笔形射束准直器被旋转到射束路径中。这具有若干益处。第一个益处是这允许选择不同的笔形射束准直器。而且，绕其轴旋转圆柱形准直器组件允许轻微改变准直器的位置。在一些实施例中，将准直器组件的旋转简单用于选择不同的准直器。在其他实施例中，少量旋转组件可以简单地令辐射源的射束路径轻微偏移。

在另一实施例中，所述辐射治疗控制信号包括令所述圆柱形准直器组件选取选定的射束准直器的命令。实质上，向辐射治疗系统发送辐射治疗控制信号，这令圆柱形准直器将特定笔形射束准直器移动或旋转到射束路径中。这是有利的，因为可以选择不同尺寸的笔形射束准直器。这可以辅助理想地处理受试者的目标区。

在另一实施例中，所述辐射治疗控制信号包括令所述圆柱形组件根据时间进行受控的角旋转的命令。这是有利的，因为圆柱形组件的受控旋转可以允许射束路径轻微偏移。

在另一实施例中，辐射治疗源安装在绕旋转轴旋转的机架上。在一些实施例中，安装辐射治疗源使其指向旋转轴。

在另一实施例中，辐射治疗设备适于倾斜辐射治疗源和/或准直器。相对于辐射治疗源的旋转轴，可调节的准直器可以是倾斜的，笔形射束准直器可以是倾斜的，圆柱形准直器可以是倾斜的。

在另一实施例中，将所述电磁辐射引导到目标区中至少部分受到圆柱形组件根据时间进行的受控角旋转的控制。

在另一实施例中，所述辐射治疗控制信号包括令所述辐射治疗系统根据时间执行如下操作中的任一项的命令：调节辐射源的定时、调节辐射源的强度、控制辐射源相对于磁体的角位置、以及这些的组合。通过调节辐射源的定时，可以将这解释为打开或关闭辐射源。对于一些实施例而言，例如，X射线源或线性加速器，可以调节辐射源的强度。辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转。辐射治疗源绕受试者支撑物的旋转控制等价于相对于受试者的目标区控制辐射源的角位置。本实施例是有利的，因为可以精确控制辐射进入目标区的方向。

在另一实施例中，所述机械定位控制信号令所述机械定位系统根据时间调节受试者支撑物的位置。本实施例是有利的，因为调节受试者支撑物的位置允许相对于辐射治疗源移动受试者。这样可以允许在治疗目标区的过程期间补偿受试者的外部和/或内部运动。

在另一实施例中，所述目标区的位置与受试者支撑物、所述辐射治疗设备和所述磁共振成像系统相互配准。本实施例特别有利，因为受试者支撑物、辐射治疗设备和磁共振成像系统的坐标系是相关的。亦即，如果坐标是对象或位置的、或在三者之一中已知的，那么在其余几者中也是已知的。这是有利的，因为能够使用利用磁共振成像系统获取的图像或磁共振数据以确定目标区相对于受试者支撑物和辐射治疗设备的坐标系的位置。这使得能够控制受试者支撑物和辐射治疗设备以将辐射精确引导到目标区中。

在另一实施例中，所述辐射治疗源包括能调节的射束准直器。更新的辐射治疗控制信号包括用于控制射束准直器的命令。辐射治疗控制信号可以包括用于根据时间控制射束准直器的命令。可以将此用于至少部分补偿外部或内部的受试者运动。能调节的射束准直器可以是例如多叶准直器。这里使用的能调节的射束准直器涵盖针对辐射束或源的准直器，其能够根据时间改变其孔径或轮廓。多叶准直器通过移动许多板而工作，以调节孔径的形状和/或尺寸。

在另一实施例中，重复执行所述机器可执行指令形成闭合控制器，用于将所述电磁辐射引导到所述目标区中。重复采集磁共振数据并使用所述磁共振数据生成更新的辐射治疗控制信号和机械定位控制信号。这形成了闭合控制回路。

在另一实施例中，辐射治疗源是LINAC X射线源或线性加速器X射线源。

在另一实施例中，辐射治疗源是用于生成X射线或γ辐射的LINAC。磁体适于生成围绕磁体的低磁场区。辐射治疗设备适于使得辐射治疗源关于低磁场区域之内的磁体旋转。低磁场区之内的磁场强度低于LINAC源的操作阈值。操作阈值定义了防止LINAC源正确工作的磁场强度。在现代圆柱形孔膛磁共振成像磁体中，通常有若干补偿线圈。补偿线圈生成与用于生成主磁场的线圈相反的磁场。这导致圆柱形磁体外部的区域大致在轮胎形的中间平面中并且具有低磁场。低磁场区可以是围绕具有补偿线圈的圆柱形磁体的这一轮胎形区。

在另一实施例中，所述操作阈值低于50mT，优选低于10mT。

在另一实施例中，辐射治疗源是X射线管。当辐射治疗源是X射线管时，将X射线管置于磁体孔膛之内或者使用分裂磁体是有利的。分裂磁体使用两个圆柱形磁体部分作为单一磁体。通常，分裂磁体在同平面处具有开放区域，允许直接访问受试者。

在另一实施例中，辐射治疗源是放射性同位素γ辐射源。这里使用的放射性同位素γ辐射源涵盖使用放射性同位素生成γ辐射的辐射源。

在另一实施例中，辐射治疗源是碳纳米管X射线管。当辐射治疗源是纳米管X射线管时，将X射线管置于磁体孔膛之内或使用分裂磁体是有利的。分裂磁体使用两个圆柱形磁体部分作为单一磁体。通常，分裂磁体在同平面处具有开放区域，允许直接访问受试者。

在另一实施例中，辐射治疗源是质子束源。对于质子束源，可能有利的是使用所谓的分裂磁体，使得质子束能够进入受试者的目标区。

在另一实施例中，辐射治疗源是带电粒子束源。对于辐射治疗源是带电粒子束源的情况，使用所谓的分裂磁体也是有利的。

在另一实施例中，辐射治疗源是中子束源。对于中子束源，使用分裂磁体也可以是有利的。

在另一实施例中，辐射治疗源是碳离子源。碳离子源还使用带电粒子。在本实施例中，使用所谓的分裂磁体也是有利的。

在本发明的另一方面中，提供了一种包括供处理器执行以控制治疗设备的机器可执行指令的计算机程序产品。计算机程序产品或程序例如可以存储于计算机可读存储介质上。治疗设备包括用于处置受试者的目标区的辐射治疗设备。所述辐射治疗设备包括用于将电磁辐射引导到目标区中的辐射治疗源。所述治疗设备还包括用于定位受试者支撑物的机械定位系统。治疗设备还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振成像数据。目标区处在成像区之内。

所述磁共振成像系统包括用于在成像区之内生成磁场的磁体。辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转辐射治疗源。所述指令的执行令处理器利用磁共振成像系统重复采集磁共振数据。在采集磁共振数据之后，所述指令的执行还令处理器从磁共振数据重建磁共振图像。在重建磁共振图像之后，所述指令的执行还令处理器在磁共振图像中配准目标区的位置。

所述指令的执行还令处理器根据配准的目标区的位置生成辐射治疗控制信号。所述辐射治疗控制信号令辐射治疗源辐照目标区。所述指令的执行还令处理器根据配准的目标区和辐射治疗控制信号生成机械定位控制信号。所述机械定位控制信号令所述机械定位系统对受试者进行定位。所述指令的执行还令处理器向辐射治疗系统发送辐射治疗控制信号并向机械定位系统发送机械位置控制信号。

在另一方面中，本发明提供了一种控制治疗设备的方法。可以由计算机实施所述方法，因此，本发明还提供了一种控制治疗设备的计算机实施的方法。治疗设备包括用于处置受试者的目标区的辐射治疗设备。所述辐射治疗设备包括用于将电磁辐射引导到目标区中的辐射治疗源。所述治疗设备还包括用于定位受试者支撑物的机械定位系统。所述治疗设备还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振成像数据。所述目标区处在成像区之内。所述磁共振成像系统包括用于在成像区之内生成磁场的磁体。

辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转辐射治疗源。所述方法包括重复执行利用磁共振成像系统采集磁共振数据的步骤。在已经采集磁共振数据之后，在采集磁共振数据之后重复如下步骤。所述方法还包括从磁共振数据重建磁共振图像的步骤。所述方法还包括在磁共振图像中配准目标区的位置的步骤。所述方法还包括根据配准的目标区的位置生成辐射治疗控制信号的步骤。所述辐射治疗控制信号令辐射治疗源辐照目标区。在备选实施例中，所述磁共振成像系统的磁体和辐射治疗装置连接并一起旋转。所述磁体具有隙孔或路径，允许辐射治疗源辐照受试者。在一些实施例中，辐射治疗设备适于至少部分绕受试者支撑物旋转辐射治疗源。

所述方法还包括根据配准的目标区和辐射治疗控制信号生成机械定位控制信号的步骤。所述机械定位控制信号令所述机械定位系统对受试者进行定位。所述方法还包括向所述辐射治疗系统发送所述辐射治疗控制信号并向所述机械定位系统发送所述机械定位控制信号的步骤。可以依次重复这些步骤，直到完成对目标区的处置。

根据本发明的一方面，所述辐射治疗设备包括能切换的辐射治疗源，生成治疗辐射，以及

-准直器组件，其从所述治疗辐射形成笔形射束，所述准直器组件包括：

-孔径块，其具有辐射透明窗

-具有若干通道的能旋转的准直器构件

-所述孔径块位于所述辐射治疗源与所述能旋转的准直器构件之间，

并且

-提供控制单元以基于所述准直器构件的角位置开/关所述辐射治疗源。

孔径块从辐射治疗源生成的辐射形成经准直的辐射束。经准直的射束的横径对应于辐射透明窗的直径。经准直的射束冲击到能旋转的准直器构件上。当可旋转准直器的通道处在透明窗处时，笔形射束是由准直射束形成的。笔形射束的横向直径对应于通道沿径向准直的射束的射束路径的宽度。由于能旋转的准直器构件绕其旋转轴旋转，所以若干通道相对于孔径块的透明窗移动。在控制单元的控制下，当打开辐射治疗源时或在通道之一处在透明窗处时，笔形射束由该通道形成。在准直器构件旋转时，不同的通道相继移动到透明窗处的位置。通过在通道位于透明窗处时开关辐射治疗源，可以选择形成笔形射束的通道。因为个体通道位于准直器构件中的不同位置处，所以选择通道以形成笔形射束令笔形射束被引导在待辐照对象中的不同位置。于是，具有切换辐射治疗射束控制的准直器组件使得能够在空间上控制对象中设置的治疗辐射。本发明的准直器组件具有更简单的部件，比常规多叶准直器制造成本较低。

在优选实施例中，所述能旋转的准直器构件为能旋转的盘，其中相对于所述盘的旋转中心在不同径向位置和方位取向提供所述通道。在能旋转的盘旋转时，每个通道相继形成笔形射束，在不同空间位置处具有其射束路径。这些各个射束路径撞击在待取向的对象上的不同位置。在将所述通道置于孔径块的透明窗处时，通过打开辐射治疗源可以实际辐照对象上的这些位置。这种配置的变化包括能旋转的盘之内用于不同笔形射束直径的具有不同直径的通道组，利用用于强度调制的不同的（弱）辐射吸收介质或用于笔形射束出现位置连续径向运动的螺旋切口（代替旋转盘中的离散孔）填充通道。

于是，具有辐射治疗源的控制的准直器组件允许精确控制实际被辐照对象的区域。特别地，精确地屏蔽要保护的具有敏感组织的区域，不受治疗辐射影响。可以使用被各个通道辐照的不同位置以在能旋转的盘旋转时重复辐照这些位置时构建辐射剂量。这能够精确辐照具有复杂几何形状的区域。特别地，根据本发明的这一方面，可以利用简单而便宜的机械部件精确辐照这种几何形状复杂的区域。

本发明的这一方面的准直器组件能够从治疗用电磁辐射，例如硬X辐射或γ辐射形成笔形射束。也可以由本发明的准直器组件形成粒子辐射，诸如质子或中子的笔形射束。

还要指出，可以基于从磁共振图像配准的目标区，独立于笔形射束的图像引导采用本发明的这一方面。亦即，在本发明的这一方面中，可以基于准直器组件控制器和辐射治疗源中可用的辐射治疗计划控制笔形射束。可以基于事先记录的诊断图像建立这种辐射治疗计划。作为选择，可以基于执行辐射治疗计划期间形成的磁共振图像，在笔形射束辐照期间更新辐射治疗计划，例如，以更新目标区的位置。

附图说明

在下文中将仅通过举例，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了流程图，其示出了根据本发明的方法的实施例；

图2示出了根据本发明的辐射源的实施例；

图3示出了圆柱形准直器组件的顶视图和截面视图；

图4示出了根据本发明的治疗设备的实施例；以及

图5示出了流程图，其示出了根据本发明实施例的治疗设备的运行；

图6示出了本发明一个方面的能旋转的盘的前视图；

图7示出了本发明一个方面的准直器组件的侧视图；

图8示出了能旋转的盘的前视图，在能旋转的盘之内有不同直径的通道组用于不同的笔形射束直径；

图9示出了能旋转的盘的前视图，利用不同的（弱）辐射吸收介质填充通道，用于实现强度调制；以及

图10示出了能旋转的盘的前视图，有螺旋切口（取代旋转盘中的离散孔），用于出现笔形射束位置的连续径向运动。

附图标记列表

200   辐射

202   目标

204   主准直器

206   射束均化器

208   平坦化滤波器

210   离子室

212   楔

214   笔形准直器

300   顶视图

302   截面视图

303   圆柱形准直器组件

304   第一准直器

306   第二准直器

308   第三准直器

310   第四准直器

312   支撑孔

400   治疗设备

402   辐射治疗设备

404   磁共振成像系统

406   机架

408   辐射治疗源

410   旋转轴

412   磁体

414   低温恒温器

416   超导线圈

418   超导屏蔽线圈

420   低磁场区域

422   孔膛

424   磁场梯度线圈

426   磁场梯度线圈电源

428   射频线圈

430   收发器

432   成像区

434   受试者支撑物

436   受试者

437   机械定位系统

438   目标区

440   机架旋转轴

442   辐射束

443   缝隙

444   计算机系统

446   硬件接口

448   处理器

450   用户接口

452   计算机储存器

454   计算机存储器

456   辐射治疗计划

458   磁共振数据

460   磁共振图像

462   目标区的配准的位置

464   辐射治疗控制信号

466   机械定位控制信号

468   控制模块

470   图像重建模块

472   图像配准模块

474   辐射控制信号生成模块

476   机械定位控制信号生成模块

500   治疗设备

502   辐射治疗计划

504   磁共振成像系统

502   辐射治疗计划

504   基于磁共振的目标跟踪

506   治疗控制器

508   LINAC控制

510   机架控制

512   工作台控制

514   旋转角

516   旋转路径

518   台运动方向

具体实施方式

这些附图中的编号类似的元件是等价元件或执行相同功能。如果功能等价，先前论述过的元件未必会在后面的图中加以论述。

图1示出了流程图，其示出了根据本发明的方法的实施例。也可以将该方法作为计算机实施的方法或机器可执行指令形式的计算机程序产品加以实现或执行。

在步骤100中，采集磁共振数据。在步骤102中，从磁共振数据重建磁共振图像。通常，针对体积或称为切片的薄体积采集磁共振数据。提到磁共振图像也可以指多幅图像或多个切片。接下来在步骤104中，在磁共振图像中配准目标区的位置。可以利用标准图像配准技术执行这一操作。例如，可以使用具体解剖结构的模型识别然后用于定位目标区的解剖学界标。接下来在步骤106中，利用磁共振图像上的配准生成辐射治疗控制信号。

接下来在步骤108中，还从磁共振图像生成机械定位信号。辐射治疗系统以及机械定位系统的控制都影响到将瞄准受试者的哪一区域。因此，同时生成辐射治疗控制信号和机械定位信号，亦即，彼此协同地生成辐射治疗控制信号和机械定位信号。接下来在步骤110中，将辐射治疗控制信号发送到辐射治疗系统，将机械定位信号发送到机械定位系统。如果继续对目标区的治疗，然后所述方法回到步骤100，采集更多磁共振数据。如果完成了治疗，那么所述方法在步骤112结束。

图2示出了根据本发明的辐射源的实施例。标记为200的箭头表示辐射束，例如由加速器加速的电子射束。辐射束然后轰击目标202。这会生成高能X射线或γ辐射。在被生成之后，辐射然后行进通过主准直器204。主准直器204执行初步射束成形。主准直器204包括射束均化器206。这种锥状区域进行射束的均化。接下来，射束通过平坦化滤波器208。平坦化滤波器有助于使射束更均匀和均质。接下来，射束通过离子室210以测量辐射剂量。如果剂量过高，可以减少辐射束200中的电子的量。接下来在通过离子室210之后，辐射束通过楔212，其用于使射束进一步平坦化或均匀化。最后，射束通过笔形准直器214。笔形准直器用于将射束准直成窄射束。在其他实施例中，可以用多叶准直器替换笔形准直器214。在本发明的框架之内，辐射治疗源可以是如下中的任一种：LINAC X射线源和X射线管、辐射性同位素γ辐射源、碳纳米管X射线源、质子束源、带电粒子束源、中子束源和碳离子源。

图3示出了圆柱形准直器组件303的顶视图300和截面视图302。圆柱形准直器组件是圆柱形的。在顶视图上可以看到第一准直器304、第二准直器306、第三准直器308和第四准直器310。有一个支撑孔312，圆柱形准直器组件能够绕其旋转。截面视图是跨标记为AB的虚线进行的。在截面视图302中，可以看到第二准直器306、第四准直器310和支撑支架312。

图4示出了根据本发明的治疗设备400的实施例。治疗设备400包括辐射治疗设备402和磁共振成像系统404。辐射治疗设备402包括机架406和辐射治疗源408。机架406用于绕着机架旋转轴440旋转辐射治疗源408。与辐射治疗源408相邻的是圆柱形准直器组件303。圆柱形准直器组件具有旋转轴410，其用于在辐射治疗源408前方旋转不同的笔形准直器。该磁共振成像系统404包括磁体412。

还可以使用永久性或电阻式磁体。使用不同类型的磁体也是可能的，例如，也可以使用裂开式圆柱形磁体和所谓的开放磁体。裂开式圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，只是低温恒温器已经分裂成两个部分，以允许进入磁体的等同平面，使得磁体可以例如结合带电粒子束治疗使用。开放磁体具有两个磁体部分，一个在另一个上方，之间的空间大到足以容纳受试者：这种两部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是常见的，因为受试者受限较小。在圆柱形磁体的低温恒温器内部，有许多超导线圈。在圆柱形磁体的孔膛之内是成像区，其中的磁场很强且均匀到足以执行磁共振成像。

本实施例中示出的磁体412是标准圆柱形超导磁体。磁体412具有低温恒温器414，其中具有超导线圈416。低温恒温器之内还有超导屏蔽线圈418。超导屏蔽线圈418导致低磁场区域420。低磁场区域420围绕磁体412。磁体412具有孔膛422。

在磁体的孔膛之内有磁场梯度线圈424，其用于采集磁共振数据，以对磁体成像区之内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈424连接到磁场梯度线圈电源426。磁场梯度线圈424意在作为代表，以允许辐射通过而不被衰减，它通常将是分裂线圈设计。通常，磁场梯度线圈包含三个独立的线圈集合，用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源426向磁场梯度线圈供应电流。根据时间控制向磁场线圈供应的电流，其可以是斜变的或脉冲的。

有射频线圈428连接到收发器430。射频线圈428与磁体412的成像区432相邻。成像区具有足以执行磁共振成像的高磁场和均匀度的区域。射频线圈428可用于操控成像区之内磁自旋的取向并从也处在成像区之内的自旋接收射频发射。也可以将射频线圈428称为天线或通道。射频线圈428可以包含多个线圈元件。也可以将射频天线称为通道。

可以由独立的发射和接收线圈和独立的发射器和接收器取代射频线圈428和射频收发器430。应当理解，射频线圈和射频收发器仅仅是代表性的。射频天线还意在代表专用发射天线和专用接收天线。同样地，收发器也可以表示独立的发射器和接收器。

磁体422的孔膛之内还有受试者支撑物434，用于支撑受试者436。受试者支撑物434可以由机械定位系统437定位。在受试者436体内有目标区438。在这一具体实施例中，机架的旋转轴440与磁体412的圆柱轴共轴。定位受试者支撑物434，使得目标区438位于机架旋转轴440上。辐射源408被示为生成辐射束442，辐射束442通过准直器303并通过目标区438。由于辐射源408绕着轴440旋转，所以目标区438将始终被辐射束442瞄准。辐射束442通过磁体的低温恒温器414。磁场梯度线圈424具有缝隙443，其将磁场梯度线圈分成两段。缝隙443减小了磁场梯度线圈424对辐射束442的衰减。在一些实施例中，射频线圈428也可以具有缝隙或被分开，以减小辐射束442的衰减。

收发器430、磁场梯度线圈电源426和机械定位系统437全被示为连接到计算机系统444的硬件接口446。计算机系统444被示为还包括处理器448，用于执行机器可执行指令并控制治疗设备的运行和功能。硬件接口446使得处理器448能够与治疗设备400交互并控制治疗设备400。处理器448被示为还连接到用户接口450、计算机储存器452和计算机存储器454。

计算机储存器452被示为包含辐射治疗计划456。辐射治疗计划456包含用于对目标区438进行处置的数据。在一些实施例中，辐射治疗计划456可以包含允许相对于受试者436的解剖学界标识别目标区的数据。计算机储存器452被示为还包含已经由磁共振成像系统404采集的磁共振数据458。计算机储存器452中还存储了磁共振图像460。从磁共振数据458重建磁共振图像460。在计算机储存器452之内是目标区438的配准的位置462。计算机储存器452之内还有辐射治疗控制信号464和机械定位控制信号466。

计算机存储器452被示为包含计算机可执行指令。也可以在计算机储存器452中一式两份地存储相同的指令。计算机存储器454被示为包含控制模块468。控制模块468包含计算机可执行指令，用于操作和控制治疗设备400。计算机存储器454被示为还包含图像重建模块470。使用图像重建模块470从磁共振数据458重建磁共振图像460。计算机存储器454被示为还包含图像配准模块472。

图像配准模块472用于利用磁共振图像460生成目标区438的经配准的位置462。计算机存储器454被示为还包含辐射控制信号发生模块。辐射控制信号发生模块474包含用于生成辐射治疗控制信号464的计算机可执行代码。计算机存储器454被示为还包含机械定位控制信号发生模块476。机械定位控制信号发生模块476包含用于生成机械定位控制信号466的计算机可执行代码。辐射控制信号发生模块464和机械定位控制信号发生模块476可以使用经配准的位置462，并且在一些实施例中，还使用辐射治疗计划456，用于生成辐射治疗控制信号464和机械定位控制信号466。

图5示出了流程图，其示出了根据本发明实施例的治疗设备500的运行。标记为502的方框表示辐射治疗计划。然后由磁共振成像系统404采集磁共振数据。然后使用磁共振数据执行基于磁共振的目标跟踪504。然后使用治疗控制器或治疗控制软件模块506生成控制信号并发送到治疗设备500的各个部件。基于磁共振的目标跟踪504与治疗控制器506组合，相当于图4的计算机存储器454之内存储的软件模块。治疗控制器506然后向线性加速器或辐射治疗源控制器508发送命令。治疗控制器506还向机架控制系统510发送命令。治疗控制器506还向工作台控制器512发送命令。线性加速器或辐射源控制器508控制辐射治疗源502的工作。机架控制器510控制辐射治疗源502绕旋转路径516的旋转。角度514是辐射治疗源402的有角度位置。工作台控制器512能够利用机械定位系统控制受试者支撑物434的位置。箭头518示出了受试者支撑物434的移动方向。在这种情况下，受试者支撑物434沿着机架旋转轴440均等地移动。

图5中的流程图示出了所提出的无MLC系统的控制回路。通常，在开始辐射治疗疗程（基于CT或MR）之前将有辐射治疗计划502可用。这包括治疗射束的优化轨迹（“剂量涂色”），相应地在患者台上定位患者。

利用MR装置404执行患者的预扫描，这样允许在患者体内定位目标区并共同配准患者、MR/RT和治疗计划的坐标系504。然后由治疗控制器506使用这种信息计算并调节辐射源508的定时和强度、RT机架/LINAC510的精确角位置α以及患者（台）沿z轴512的对应位置。

基于治疗计划和连续实时MR成像，治疗控制器能够（经由机架和患者台）连续更新辐射强度和射束焦点，直到目标区中到达处方剂量。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。可以在适当的介质上存储和/或分布的计算机程序，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

图6示出了本发明一个方面的能旋转的盘的前视图。亦即，图6示出了在能旋转的盘安装于治疗设备中时沿笔形射束路径传播方向的能旋转的盘。

能旋转的盘305具有若干通道304、306，与盘表面横断地延伸。盘的主体是不透明的，即对于来自辐射治疗源的辐射是不透明的。通道对于辐射是透明的。如图中所示，各个通道304、306相对于旋转中心307处于不同的径向位置。各个通道还相对于旋转中心处于不同的方位取向。

图7示出了本发明一个方面的准直器组件的侧视图。能旋转的盘305与孔径块320相邻安装，使得仅通道304、306之一与孔径块的辐射透明窗321对应。辐射透明窗例如可以是通常用空气填充的开口，来自辐射疗法的辐射通过其能够基本无衰减或吸收地传播。也可以将辐射透明窗形成为辐射透明材料的窗口。孔径块320牢固安装到辐射治疗设备的结构。在旋转能旋转的盘时，可以使通道中的另一个与辐射透明窗321对应。然后，从辐射治疗源408发射的辐射束442，在与孔径块的窗口321对应的通道304出口处形成窄的笔形射束。由所述通道的位置确定从能旋转的盘出射的笔形射束的空间位置。于是，在旋转能旋转的盘时并使另一通道与孔径块的窗口对应时，以及在能旋转的盘处于其选定位置时打开辐射治疗源时，在另一位置，即所述通道的另一位置，形成笔形射束。于是，通过旋转能旋转的盘并打开或关闭，控制了笔形射束的位置，因此控制了笔形射束冲击要辐照对象的位置。控制器468被配置成基于辐射治疗计划控制能旋转的盘的旋转以及辐射治疗源408的激活。

图8示出了能旋转的盘之内具有不同直径，用于不同笔形射束直径的通道组。图9示出了利用不同（弱）辐射吸收介质填充通道进行强度调制。图10示出了螺旋切口306（取代旋转盘中的离散孔），用于出现笔形射束位置的连续径向运动。

Claims (15)

1.一种治疗设备（400、500），包括：

-辐射治疗设备（402），其用于处置受试者（436）的目标区（438），其中，所述辐射治疗设备包括用于将电磁辐射引导到所述目标区中的辐射治疗源（408）；

-机械定位系统（434），其用于定位受试者支撑物（437）；

-磁共振成像系统（404），其用于采集来自成像区（432）的磁共振数据（458），其中，所述目标区处在所述成像区之内，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区之内生成磁场的磁体（412），其中，所述辐射治疗设备适于至少部分围绕所述受试者支撑物旋转所述辐射治疗源；

-处理器（448），其用于控制所述治疗设备；

-存储器，其包含用于供所述处理器执行的机器可执行指令（468、470、472、474、476），其中，所述指令的执行令所述处理器重复执行如下操作：

-利用所述磁共振成像系统采集（100）所述磁共振数据；

-从所述磁共振数据重建（102）磁共振图像（460）；

-在所述磁共振图像中配准（104）所述目标区的位置（462）；

-根据经配准的目标区的位置生成（106）辐射治疗控制信号（464），其中，所述辐射治疗控制信号令所述辐射治疗源辐照所述目标区；以及

-根据所述经配准的目标区和所述辐射治疗控制信号生成（108）机械定位控制信号（466），其中，所述机械定位控制信号令所述机械定位系统对所述受试者进行定位；以及

-向所述辐射治疗系统发送（110）所述辐射治疗控制信号并向所述机械定位系统发送（110）所述机械定位控制信号。

2.根据权利要求1所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗源包括笔形射束准直器（214、304、306、308、310）。

3.根据权利要求2所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗源包括圆柱形准直器组件（303），其中，所述圆柱形准直器组件包括多个笔形射束准直器（214、304、306、308、310），其包括笔形射束准直器，其中，所述圆柱形准直器组件具有旋转轴（312），其中，所述辐射源具有射束路径（442），其中，所述圆柱形准直器组件的旋转令从所述多个笔形射束准直器选取的选定射束准直器旋转到所述射束路径中。

4.根据权利要求3所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗控制信号包括令所述圆柱形准直器组件选择所述选定射束准直器的命令。

5.根据权利要求3或4所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗控制信号包括令所述圆柱形组件根据时间进行受控的角旋转的命令。

6.根据权利要求5所述的治疗设备，其中，将所述电磁辐射向所述目标区中的所述引导至少部分受到所述圆柱形组件根据时间进行的所述角旋转的控制。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗控制信号包括令所述辐射治疗系统根据时间执行如下操作中的任一项的命令：调节所述辐射源的定时、调节所述辐射源的强度、控制所述辐射源相对所述于磁体的角位置、以及这些的组合。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗设备，其中，所述机械定位控制信号令所述机械定位系统根据时间调节所述受试者支撑物的位置。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗设备，其中，所述目标区的位置与所述受试者支撑物、所述辐射治疗设备和所述磁共振成像系统相互配准。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗设备，其中，所述辐射治疗源包括能调节的射束准直器，其中，所述辐射治疗控制信号包括用于控制所述射束准直器的命令。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗设备，其中，所述机器可执行指令的所述重复执行形成闭合控制回路，用于将所述电磁辐射引导到所述目标区中。

12.一种辐射治疗设备，包括：

-能切换的辐射治疗源，其用于生成治疗辐射，

-准直器组件，其用于从所述治疗辐射形成笔形射束，所述准直器组件包括：

-孔径块，其具有辐射透明窗，

-能旋转的准直器构件，其具有若干通道，

-所述孔径块位于所述辐射治疗源与所述能旋转的准直器构件之间，并且

-提供控制单元以基于所述准直器构件的角位置开/关所述辐射治疗源。

13.根据权利要求12所述的辐射治疗设备，其中，

-所述能旋转的准直器构件为能旋转的盘，其中，相对于所述盘的旋转中心以不同径向位置和方位取向提供所述通道。

14.一种计算机程序产品，包括用于供处理器（448）执行的机器可执行指令（468、470、472、474、476），用于控制治疗设备（400、500），其中，所述治疗设备包括用于处置受试者（436）的目标区（438）的辐射治疗设备（402），其中，所述辐射治疗设备包括用于将电磁辐射引导到所述目标区中的辐射治疗源（408），其中，所述治疗设备还包括用于定位受试者支撑物（434）的机械定位系统（437），其中，所述治疗设备还包括用于采集来自成像区的磁共振数据（458）的磁共振成像系统（404），其中，所述目标区处在所述成像区之内，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区之内生成磁场的磁体（412），其中，所述辐射治疗设备适于至少部分绕所述受试者支撑物旋转所述辐射治疗源，其中，所述指令的执行令所述处理器重复执行如下操作：

-利用所述磁共振成像系统采集（100）所述磁共振数据；

-从所述磁共振数据重建（102）磁共振图像（460）；

-在所述磁共振图像中配准（104）所述目标区的位置（462）；

-根据经配准的目标区的位置生成（106）辐射治疗控制信号（464），其中，所述辐射治疗控制信号令所述辐射治疗源辐照所述目标区；

-根据所述经配准的目标区和所述辐射治疗控制信号生成（108）机械定位控制信号（466），其中，所述机械定位控制信号令所述机械定位系统对所述受试者进行定位；以及

-向所述辐射治疗系统发送（110）所述辐射治疗控制信号并向所述机械定位系统发送（110）所述机械定位控制信号。

15.一种控制治疗设备（400、500）的方法，其中，所述治疗设备包括用于处置受试者（436）的目标区（438）的辐射治疗设备（402），其中，所述辐射治疗设备包括用于将电磁辐射引导到所述目标区中的辐射治疗源（408），其中，所述治疗设备还包括用于定位受试者支撑物（434）的机械定位系统（437），其中，所述治疗设备还包括用于采集来自成像区（432）的磁共振成像数据的磁共振成像系统（404），其中，所述目标区处在所述成像区之内，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区之内生成磁场的磁体（412），其中，所述辐射治疗设备适于至少部分绕所述受试者支撑物旋转所述辐射治疗源，其中，所述方法包括重复执行如下步骤：

-利用所述磁共振成像系统采集（100）所述磁共振数据；

-从所述磁共振数据重建（102）磁共振图像（460）；

-在所述磁共振图像中配准（104）所述目标区的位置（462）；

-根据经配准的目标区的位置生成（106）辐射治疗控制信号（464），其中，所述辐射治疗控制信号令所述辐射治疗源辐照所述目标区；

-根据经配准的目标区和所述辐射治疗控制信号生成（108）机械定位控制信号（466），其中，所述机械定位控制信号令所述机械定位系统对所述受试者进行定位；以及

-向所述辐射治疗系统发送（110）所述辐射治疗控制信号并向所述机械定位系统发送（110）所述机械定位控制信号。

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