患者定位系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明通常涉及一種用于諸如質子治療的醫療應用中的患者定位系統。
【背景技術】
[0002] -些粒子治療系統使用加速器以生成粒子束而用于治療疾病，諸如腫瘤。在一些 粒子治療系統中，在磁場的存在下，粒子在空腔內部的軌道中被加速，并通過引出通道從空 腔中移除。磁場再生器在空腔的外部附近產生磁場不均勻性以扭曲一些軌道的間距和角 度，從而它們朝引出通道進動，并最終進入。由粒子組成的束（"粒子束"）離開引出通道。
[0003] 粒子束用于治療患者。典型地，通過粒子束靶標腫瘤來破壞腫瘤的全部或部分。粒 子束在合適部位的應用包括將患者定位以使得束能夠施加至靶標。
【發明內容】
[0004] -種用于定位患者以進行治療的示例方法可包括:將基準點與患者相關聯；當患 者在治療床上時獲取基準點和輻射靶標的圖像，其中圖像是在待執行治療的治療室內獲取 的;確定治療室內基準點的位置;確定圖像中基準點的位置;基于治療室內和圖像中基準點 的位置確定輻射靶標相對于治療系統的位置；以及基于輻射靶標的位置將治療床移動到治 療室內的治療位置中。該示例方法可單獨地或組合地包括一個或多個下述特征。
[0005] 可以使用成像系統獲取圖像，所述成像系統配置為獲取患者和基準點的內部圖 像。可以使用配置為獲取基準點的外部圖像的成像系統進行治療室內基準點的位置的確 定。
[0006] 圖像可包括下述中的一個或多個:X射線攝影圖像、由計算機斷層(CT)成像設備獲 取的CT圖像、由磁共振成像(MRI)設備獲取的MRI圖像、由正電子發射斷層成像(PET)設備獲 取的PET圖像、由視頻表面成像設備獲取的圖像、或由SPECT/CT設備獲取的圖像。圖像可包 括三維(3D)圖像或二維(2D)圖像。
[0007] 示例方法還可包括治療處于治療位置的患者。治療患者可包括通過使用包括粒子 加速器系統的治療系統以質子輻射患者。粒子加速器系統可具有等中心點，并且等中心點 可包括治療位置。
[0008] 確定輻射靶標相對于治療系統的位置可包括:根據圖像確定輻射靶標相對于基準 點位置的位置;確定基準點相對于圖像外部的參考坐標系的位置；以及基于基準點相對于 參考坐標系的位置以及根據圖像的輻射靶標的位置，確定輻射靶標相對于治療系統的位 置。治療系統可具有等中心點。將治療床移動到治療位置內可包括移動治療床以使得輻射 靶標的位置對應于等中心點的位置。圖像外部的參考坐標系可以是包括治療系統的真實世 界空間的一部分。
[0009] 示例方法可包括關于基準點將患者固定至治療床;或將基準點相對于患者固定。
[0010] 將治療床移動到治療位置內可以利用將治療床從獲取圖像的成像位置自動地移 動到患者保持在治療床上時的治療位置的機器機構來執行。移動治療床可以在患者保持在 治療床上時手動地執行。
[0011] 將基準點與患者相關聯可包括布置患者上的基準點。將基準點與患者相關聯可包 括識別患者上的解剖學標志并將解剖學標志指定作為基準點。將基準點與患者相關聯可包 括在患者的至少部分上布置框架以及將基準點固定至框架。
[0012] 該示例方法還可包括:基于治療室內和圖像中的基準點的位置，確定輻射靶標的 方位;以及基于輻射靶標的方位定向治療。
[0013] 該示例方法還可包括：隨時間追蹤基準點的運動；以及基于基準點的運動控制治 療床的運動和/或基于基準點的運動控制治療。獲取基準點的圖像可包括獲取不同時刻的 圖像。該示例方法還可包括:基于不同時刻處基準點的不同位置識別基準點的運動；以及基 于運動控制治療。
[0014] -種示例治療系統包括:用于支撐患者的治療床;與患者相關聯的基準點;在患者 處于治療床上時獲取基準點和輻射靶標的圖像的成像系統，其中圖像是在待進行治療的治 療室內獲取的;移動治療床的機構；以及計算機系統，其被編程以將基準點的位置與圖像中 基準點對準，并基于基準點的位置及基于圖像來確定輻射靶標相對于治療系統的位置。治 療床至治療室內治療位置的運動可基于輻射祀標的位置。該示例治療系統可單獨地或組合 地包括一個或多個下述特征。
[0015] 成像系統可配置為獲取患者和基準點的內部圖像。成像系統可以是第一成像系統 并且治療系統還可包括第二成像系統，其配置為獲取基準點的外部圖像。
[0016] 成像系統可包括下述中的一個或多個:獲取X射線攝影圖像的X射線設備、獲取計 算機斷層(CT)圖像的CT設備、獲取磁共振成像(MRI)圖像的MRI設備、獲取正電子發射斷層 成像(PET)圖像的PET設備、由視頻表面成像設備獲取的圖像、或由SPECT/CT設備獲取的圖 像。圖像可包括三維(3D)圖像或二維(2D)圖像。
[0017] 該示例治療系統可包括粒子加速器系統，用于治療處于治療位置的患者。治療患 者可包括通過使用由粒子加速器系統輸出的質子輻射患者。粒子加速器系統可具有等中心 點，其中等中心點包括治療位置。
[0018] 確定輻射靶標相對于治療系統的位置可包括:根據圖像確定輻射靶標相對于基準 點位置的位置;確定基準點相對于圖像外部的參考坐標系的位置；以及基于基準點相對于 參考坐標系的位置以及根據圖像的輻射靶標的位置，確定輻射靶標相對于治療系統的位 置。
[0019] 治療系統可具有等中心點。將治療床移動到治療位置內可包括移動治療床以使得 輻射靶標的位置對應于等中心點的位置。
[0020] 圖像外部的參考坐標系可以是包括治療系統的真實世界空間的一部分。該示例系 統可包括將患者固定至治療床的約束機構。該機構可包括機器機構，其配置為將治療床從 獲取圖像的成像位置自動地移動到患者保持在治療床上時的治療位置
[0021] 該機構可控制以在患者保持在治療床上時手動地移動治療床。基準點可以布置在 患者上。基準點可包括患者上的解剖學標志。在患者的至少部分上可以具有框架，并且基準 點可固定至框架。
[0022] 計算機系統可以被編程以執行包括如下的操作:基于治療室內和圖像中的基準點 的位置，確定輻射靶標的方位；以及基于輻射靶標的方位定向治療。計算機系統可以被編程 以執行包括如下的操作：隨時間追蹤基準點的運動；以及基于基準點的運動控制治療床的 運動。計算機系統可以被編程以執行包括如下的操作：隨時間追蹤基準點的運動；以及基于 基準點的運動控制治療。獲取基準點的圖像可包括獲取不同時刻的圖像，并且計算機系統 可以被編程以執行包括如下的操作：基于不同時刻處基準點的不同位置識別基準點的運 動；以及基于運動控制治療。
[0023] 本發明中所描述的兩個或多個特征，包括那些在該
【發明內容】
部分描述的特征，可 以組合以形成在本文中沒有具體描述的實施方式。
[0024] 本文所描述的各種系統或其一部分的控制，可以通過計算機程序產品來實施，該 計算機程序產品包括存儲在一個或多個非暫態計算機可讀存儲介質中的指令，并且該指令 可在一個或多個處理設備(例如，微處理器、專用集成電路、諸如現場可編程門陣列的程控 邏輯，等)上執行。本文所描述的系統或者其一部分可以作為一種裝置、方法、或電子系統實 施，其可以包括一個或多個處理設備和用于存儲實施所述功能的控制的可執行指令的計算 機存儲器。
[0025] -個或多個實施方式的細節闡述于下面的附圖和說明書中。其它特征、目的和優 點將從說明書、附圖以及權利要求書中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0026] 圖1是示出處于治療空間內的治療系統的透視圖的圖解。
[0027] 圖2是示出治療床及布置于其上的基準點的透視圖的圖解。
[0028] 圖3是可用于圖1的治療系統中的成像設備的透視圖。
[0029] 圖4是示出可由圖1的治療系統執行的過程的流程圖。
[0030] 圖5是示出圖1的治療系統的透視圖的圖解。
[0031] 圖6是示出圖1的治療系統處于獲取圖像的配置的透視圖的圖解。
[0032] 圖7是示出圖1的治療系統處于執行治療的配置的透視圖的圖解。
[0033] 圖8和9是用于粒子治療系統中的示例同步回旋加速器的橫截面圖。
[0034] 圖10是示例粒子束掃描系統的側視圖。
[0035] 圖11是示例粒子束掃描系統的各組件的透視圖。
[0036]圖12是示例治療系統的透視圖。
[0037] 圖13是用于粒子治療系統中的示例同步回旋加速器的各組件的分解透視圖。
[0038] 圖14是示例同步回旋加速器的橫截面圖。
[0039] 圖15是用于同步回旋加速器中的示例離子源的橫截面圖。
[0040] 圖16是用于同步回旋加速器中的示例D形板和示例虛擬(dummy) D形的透視圖。
[0041] 圖17示出了位于治療室中示例粒子治療系統的示例內部臺架內的患者。
[0042] 圖18是可使用可變能量粒子加速器的示例粒子治療系統的概念視圖。
[0043] 圖19是可用于可變能量粒子加速器中的示例磁體系統的透視、分解視圖。
[0044]圖20是示出針對粒子加速器中磁場和距離的各變量的能量和電流的示例曲線圖。
[0045] 圖21是下述示例結構的側視圖，該示例結構用于在D形板上針對粒子束的每個能 量級的頻率范圍上掃頻電壓，以及用于在粒子束能量變化時改變頻率范圍。
[0046] 在各個附圖中相似參考標記指示相似元件。
【具體實施方式】
[0047] 本文中描述了用于定位患者以進行醫療治療的系統的示例。在一些實現方式中， 示例系統用于定位患者以使用射線療法進行治療，諸如質子或離子治療。在一些實現方式 中，質子或離子治療可使用諸如下文所述的系統來進行。然而，本文所述的示例系統可用于 定位患者用于任何類型的醫療治療并且不限于射線療法或使用質子或離子治療。
[0048] 圖1示出了治療空間12的示例。一般地，治療空間是待執行患者治療的位置。例如， 它可以是單個房間或多個房間。在該示例中，除了別的之外，治療空間12包括治療床13、成 像系統14、和質子治療系統15。在其他實現方式中，可以具有與本文描述的那些組件不同 和/或另外的組件。
[0049] 在該示例中，治療床13包括患者置于其上的平臺。平臺還可包括一個或多個限制 機構（未示出）用于在床移動期間和治療期間支撐患者就位。平臺可以或可以不帶襯墊和/ 或具有對應患者部位形狀的形狀(例如，凹痕）。例如，在治療之前，患者可以置于模具中，其 遵循患者后半背的輪廓，并且所產生的模具結構可結合到治療床的平臺中。諸如這樣結合 到治療床內的模具可以減少治療床運動期間和治療期間的患者運動。
[0050] 運動機構可將治療床從治療空間12內的一個位置自動地移動到治療空間12內的 另一位置。例如，運動機構可包括機器人臂16,其可控制以在如下文所述的六個自動度上移 動患者。在一些實現方式中，手動機構，諸如手動運動臂，可以替代機器人臂，并且可用于手 動定位治療床。在一些實施方式中，床可以不是自動的。在一些實現方式中，治療床的運動 可包括自動和手動定位的組合。治療床的運動通常在患者保持就位在床上時發生。例如，治 療床與其上的患者一起可以在成像位置18和治療位置19之間運動。在成像位置，獲取患者 的圖像。如下文更加詳細地描述的，該圖像用于將在治療位置進行治療的患者定位。
[0051] 關于這點，治療系統配置為確定諸如腫瘤的輻射靶標的位置，以及定位患者以使 得輻射靶標處于合適位置用于由質子治療系統15施加治療。為此，運動機構(諸如機器人臂 16)配置為在成像位置18和治療位置19之間移動治療床13,成像位置18和治療位置19通常 在患者保持在治療床上時都位于治療空間12內。運動可以是自動的（例如，沒有手動干預） 或可包括手動部件。一旦患者處于床上進行成像，在一些實現方式中，本文所述的示例系統 不會要求患者離開床直至治療完成。運動機構可以如下文所述的響應來自計算機系統（圖1 中未示出）的命令，從而在治療位置處相對精確地定位患者。
[0052]在一些實現方式中，成像系統能夠是三維(3D)成像系統。在一些實現方式中，成像 系統能夠是二維(2D)成像系統。在一些實現方式中，成像系統14是計算機斷層成像(CT)系 統;然而，在其他實現方式中，不同類型的成像系統可用于替代或添加至CT系統。例如，成像 系統可以是或包括下述成像系統類型中的一個或多個:CT系統、獲取X射線攝影圖像的X射 線設備、獲取磁共振成像(MRI)圖像的MRI設備、獲取正電子發射斷層成像(PET)圖像的PET 設備、或SPECT/CT設備（其中SPECT是單光子發射計算機斷層成像）、和/或視頻表面成像設 備、或這些成像設備的任意組合(例如，PET/CT、PET/MRI和/或SPECT/CT設備的組合）。在一 些實現方式中，在不同的時間點處獲取圖像以使得能夠追蹤由于諸如呼吸等的患者運動引 起的基準點的運動。
[0053]在一些實現方式中，成像系統14包括用于接收患者并用于獲取患者的3D圖像的區 域(例如，孔）。在CT示例中，圖像可包括內部解剖學結構，諸如器官、腫瘤、和骨骼，它們中的 任意可以是輻射靶標(或基準點，如下文所述）。成像系統14獲取患者或患者的選定部位的 一幅或多幅圖像，選定部位通常是施加質子治療的患者部位。這些圖像用于定位患者進行 治療。
[0054]在一些實現方式中，治療床可包括布置在其上的一個或多個基準點。基準點20的 示例示于圖2中。這些基準點通常是由金屬或其他材料制成，它們顯現在諸如CT圖像的圖像 上。基準點可以在患者周圍的區域布置，例如，在待施加質子治療的患者部位處和/或周圍。 在一些實現方式中，相對于患者布置至少三個基準點以使得能夠使用三角測