CN102164636B

CN102164636B - 图像引导多源放射疗法

Info

Publication number: CN102164636B
Application number: CN200980137932.8A
Authority: CN
Inventors: D·A·杰夫雷; K·J·布朗; G·布特斯马; M·鲁欣; P·卡尔松
Original assignee: Elekta AB
Current assignee: Elekta AB
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: CA2732222C; WO2010012983A1; JP5559170B2; CN102164636A; EP2326390A1; CA2732222A1; US20100027744A1; US7729473B2; AU2009275698A2; EP2326390B1; AU2009275698B2; JP2011529363A; AU2009275698A1

Abstract

提出一种高度紧凑的高性能体积成像系统，其与多源钴60伽玛辐射器集成在一起，以便对颅内、眼窝以及头部和颈部目标进行高通过量、高精度及最小创伤的分次治疗。

Description

图像引导多源放射疗法

发明领域

本发明涉及一种用于对患者进行无创辐射治疗的图像引导系统。

背景技术

在历史上，最初通过外科手术处理来进行对颅脑损伤的治疗—即通过在颅骨中产生孔来接近脑组织。很明显在这样的外科手术中需要极高精度，并且为此Lars Leksell在二十世纪四十年代后期开发出立体定向框架。所述立体定向框架通过提供一个在其中进行操作的精确参照系来帮助外科医师。立体定向框架通常经由钉针（pin）附着到患者上，所述钉针在局部麻醉下延伸穿过软解剖体并且紧靠骨骼，从而提供关于刚性体（其是颅骨）固定的参照系。考虑到颅骨内的脑组织在人体的正常移动期间表现出相对较小的移动，因此所述立体定向框架允许关于脑组织及其相关结构精确地定位外科手术器械。

Leksell随后试图把颅内外科手术的范围扩展到通过外科手术方法难以到达的区域，比如颅底。为此，他开发出伽马刀，一种多源放射治疗设备。其包括安装在通常为半球形或圆柱形的固定支架上的201个钴⁶⁰源。所述各源围绕所述支架分布，并且每一个都被校准以产生指向单个已定义点的射束。因此，该点处的总剂量由所有源提供，而远离该点的总剂量则至多来自一个或仅少数源。

为了通过伽马刀进行治疗，把立体定向框架贴附到患者的骨骼解剖体上，以便固定患者（以及由此损伤）关于仪器的位置。在所述框架被放在适当的位置的同时利用诸如计算机断层摄影（CT）和磁共振成像（MRI）之类的诊断成像形式来局部化将要治疗的损伤体积（此后称其为目标），并且随后把局部化坐标与所述框架相关。随后通过关于辐射单元仔细定位（与患者贴附的）所述框架来实现对目标的治疗。因此所述框架是针对颅内损伤的治疗过程的长期存在且重要的部分。

发明内容

对于立体定向框架的使用存在两个重要缺陷：

（i）所述框架是有创的，并且不能长时间段保持在适当的位置。因此对于需要在延长的时间进程（多天）内进行多次照射（exposure）的治疗（其通常被称作分次治疗）不容易使用。这就把所能治疗的损伤类型限制到可以利用单次剂量治疗的损伤。

（ii）所述方法假设仪器和有关目标连同周围正常解剖体之间是刚性变换。这关于颅骨内损伤是有效的假设，但是无法应用于诸如颈部和上肩部之类的更宽的区域。因此这也就把所能治疗的损伤类型限制到可以将其作为刚性体对待的体积内的损伤。

本发明试图提供一种用于多源辐射单元的基于体积的x射线图像引导系统，其适用于对诸如脑部、眼睛、头部以及颈部部位（即多源单元所能接近的所有部位，而不必仅仅是与颅骨一起充当刚性体的那些部位）内的癌变损伤之类的病症进行无创辐射治疗。通过依赖图像引导来得到位置精度，可以使得立体定向框架不再必要。可能需要对患者解剖体进行某种形式的固定；立体定向框架可以被用于这一目的，但是不必成为唯一的选择。一种替换形式的固定可能是适用的，比如在WO96/036292A1中公开的较小创伤的颚式夹钳（jaw clamp）。

虽然这样的固定方法在患者返回放射治疗设备时可能无法提供相同的位置再现性，但是这一点可以由所述图像引导系统来补偿。实际上，所述固定系统只需要在治疗期间保持患者静止而不需要提供空间参照系。

因此，通过把成像引导系统合并到多源辐射例行程序中将允许：（i）可以持续更长时段的无创治疗，从而潜在地增加对于特定损伤的治疗的生物效应，（ii）可以应用在更广区域（即头部、颈部并且可能还有上肩部区域）上的无创治疗；以及（iii）在整个治疗过程中对于目标的更加精确的局部化。

当然，在这样做时会有问题。具体来说，伽马刀的几何结构不适于提供图像引导系统。患者周围的源阵列以及相关联的屏蔽和校准将会妨碍当前可用的任何形式的成像。

因此，本发明提供一种放射治疗设备，其包括：治疗辐射源阵列，其中的每一个治疗辐射源处在固定位置处并且指向共同的会聚点；检查辐射源及用于其的检测器，能够同步移动以使得能够产生与所述共同会聚点间隔开的成像点周围的部位的体积图像，并且通过关于所述共同会聚点固定的支座以及该支座与所述检查源和检测器之间的铰接部（articulation）而得到支撑以允许其移动；以及可以在第一位置与第二位置之间转位（index）的患者支架，所述第二位置从第一位置移位等于所述成像点与共同会聚点之间的位移的位移。

以这种方式，当将患者置于患者定位系统上时对其进行成像，并且随后将其移动经过已知位移从而进入到所述治疗源阵列中。由于所述位移是已知的，并因此所述会聚点关于体积图像的位置也是已知的，从而使得位置精度得以保持。可以通过患者支架或以其他方式进行较小的调节，以便将体积图像中的一项或多项特征与会聚点配准（register）。

所述治疗辐射源可以是特性明确并且可靠性得到证明的钴⁶⁰源。替换地，可以采用其他源。

所述铰接部是允许在初始成像步骤期间把成像系统置于治疗系统前方并且随后将其移开以允许接近（通常是）半球形或圆柱形的治疗体积的部件。这些铰接部优选地包括C形臂，在所述C形臂的相对端上安装所述检查源和检测器。可以通过包括线性致动器的一个或多个联动装置把所述C形臂附着到支座上，以便例如允许这样的移动处于空间高效方式。

替换地或另外，可以通过旋转接合把所述C形臂附着到支座上。如果只通过旋转接合附着所述C形臂，则优选的是所述铰接部还包括从支座延伸到旋转接合的臂，从而把旋转接合与支座间隔开并且允许旋转C形臂，以便收集对于体积图像来说必要的数据并且避开治疗体积放置C形臂结构。

替换地，可以通过线性致动器把所述臂附着到支座上。按照这种方式，所述线性致动器可以被用来移走C形臂，并且所述旋转接合可以被用来按照需要旋转成像系统以便生成体积图像。因此，所述线性致动器可以被设置成从第一位置和第二位置移动所述臂，其中在第一位置所述臂位于患者支架与治疗源阵列之间，在第二位置所述臂离开（clear of）患者支架与治疗源阵列之间的空间。

在另一种替换方案中，可以通过另一个旋转接合把臂附着到支座上。所述另一个旋转接合可以被设置成从第一位置和第二位置移动所述臂，其中在第一位置所述臂位于患者支架与治疗源阵列之间，在第二位置所述臂离开患者支架与治疗源阵列之间的空间。

因此，本发明允许对体积图像进行分析以便确定关于目标位点的局部化信息，并且允许根据所述局部化信息来调节患者支架的位置，以便解决指定目标位置与实际目标位置之间的差异。为此优选地提供适当的控制装置。

调节装置可以被设置成根据所述检查源和检测器的运动来调节患者支架的位置。这可以有助于在其围绕患者支架旋转时适应所述检查系统，同时把患者保持在检查系统的视场内。一般来说，所述检查源和检测器按照旋转方式移动过角度φ，在这种情况下所述调节装置优选地按照线性方式使患者支架移动与k.sin(φ+α)成比例的距离，其中k和α是常数。患者支架朝向所述检测器的移动是优选的，因为这有助于把患者保持在检查系统的有用视场中。

相应地，本发明考虑到图像引导的无创多源辐射系统，其包括：包括以自动机方式（robotically）驱动的辐射源的多源辐射子系统，其能够对头颅损伤以及头部和颈部损伤进行高精度治疗；包括一个或多个辐射检测器和x射线管的体积x射线成像子系统，其能够进行高分辨率（100μm）成像而不限于仅仅包括高分辨率成像；患者定位子系统；以及用于在各子系统之间传送局部化信息的控制系统。

这样的体积成像子系统可以产生在视场内的所有点处、在接近100μm的分辨率下具有（相对的和绝对的）高几何保真度的重建图像。可以按照与空间分辨率和视场相符的性能确定图像采集轨迹（旋转和平移）。

可以通过适当的电子装置把根据这些图像确定的目标局部化信息传输或者以其他方式传送到所述系统的控制系统，并且可以通过所述源、屏蔽和患者的相对复合移动来解决指定目标与实际目标之间的差异。该处理在理想情况下是有效的，以用于在辐射处理之前、期间以及之后定位及监控内部目标。

可以把次级光学监控子系统与所述单元集成在一起，以便提供对辐射参照系内的各对象的相对位置以及患者的内部解剖体的外部代替物的高分辨率临时监控。因此，前面限定的放射治疗设备还可以包括被布置成观察患者支架中的患者的光学检测器。

所述光学检测器可以是诸如立体视频摄影机之类的视频摄影机。所述光学检测器优选地被安装在固定到患者支架的臂上；由于目的是检测患者关于支架的移动，并且因此把所述光学检测器安装在患者支架本身之上将会大大简化这一目的。所述臂可以被铰接，以帮助患者进入和出去。

附图说明

下面将通过举例的方式参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是控制系统的图示。

图2是具有轨道旋转的C形臂x射线成像配置的草图。

图3是对于整个单元的坐标系的草图，画出了在其上安装所述成像子系统的可能轴承位置的轮廓。

图4示出了置于所述单元上的图1的C形臂。

图5是具有角旋转和倾斜角的C形臂x射线成像配置的草图。

图6示出了处于旋转状态下的图5的C形臂。

图7a和7b是分别从前方和侧方看去的安装在线性轨上的x射线管检测器系统的草图。

图8a、8b和8c示出了贴附到辐射单元前方的图7a和7b的系统。图8a示出了处于停放或装载状态下的系统，图8b示出了处于活动或已布置状态下的单元，并且图8c示出了处于操作中的单元。

图9是可以利用贴附到所述辐射单元前方的旋转轴承停放或布置的x射线管检测器系统的草图。

图10示出了所述旋转轴承的设置。

图11是所涉及到的两个旋转轴承的等角投影草图。

图12a到12d以及13a到13d是处于停放以及各种已布置位置的基于线性轨的x射线系统的渲染（rendering）。

图14a到14d、15a到15f以及16a到16e是各种单平面采集轨迹的视图，其中包含相对于移动对象固定的变化的源到轴和检测器距离。

图17a到17d是两源360度图像采集几何结构的二维视图。

图18和19是分别从侧方和后方看去的实时光学监控系统的草图，其可以对放置在患者和框架上的标记进行3D跟踪。

具体实施方式

本发明的目的是设计一种体积x射线成像系统，其可以与多源伽玛辐射单元集成在一起以用于在线成像和目标局部化。

本发明通过x射线管/检测器子系统来实现该目的，所述x射线管/检测器子系统被安装到辐射单元或附近结构并且能够快速旋转、采集2D图像以及重建3D图像。所述检测器优选地具有矩形表面，其长度和宽度分别定义锥形射束和扇形射束角。围绕被定义为躺椅的长轴的z轴来执行所述仪器的旋转，其中检测器的长侧（锥形角）与旋转平面平行。所述体积成像子系统应当紧凑并且使得适应于所述多源辐射单元的规范，同时保持高精确度。在这些约束下，所述成像子系统的各种实施例是可能的。

在图1中绘出了整个系统的控制结构以及集成的成像引导系统的概观。控制系统基于几何和剂量测定目的处理从体积成像和实时监控子系统到辐射子系统的数据。数据流是双向的：去往及来自所述控制系统。来自体积成像和实时监控子系统的数据被馈送到控制系统中，所述控制系统随后可以关于剂量测定和几何目的的需求来更新患者位置或源配置。

将要描述的第一实施例是如图2到4中所示的具有围绕z轴的轨道旋转的C形臂系统。从图3和4可以明显看出，该上下文中的轨道旋转指的是在C形臂圆周方向上的旋转。在由C形臂的性质所施加的约束下，围绕195度的旋转是可能的。本实施例的上下文中的角旋转指的是垂直于C形臂圆周的方向（即关于z轴）的旋转。

因此，本实施例采用在支座12上支撑的C形臂10。所述C形臂是部分圆形的，并且被支撑在支座12内的线性致动器上。这就允许C形臂10在支座12内滑动，从而产生C形臂10经过角度θ的必要旋转。在C形臂10的任一端上的是诊断源14和二维平板检测器16。随着所述C形臂旋转，所述源14和检测器16扫过标称180o的弧。

图3示出了治疗辐射单元18。在围绕准直器（未示出）的圆柱阵列中设置钴⁶⁰源阵列。所述准直器本质上是圆柱形的并且是一个实心钨段，在其中形成多个准直器孔洞（bore），它们中的一个或多个用于每个源。使所述孔洞形成角度以使得每一个都指向单一共同会聚点，这意味着所述会聚点接收来自实际上所有源的非常高的剂量。可以把各源从其相关联的一个或多个准直器孔洞移开，以便在使患者对准的同时关断辐射源，并且随后将其移动到施加剂量的地方。孔20允许把患者的头部部位放置在辐射单元18之内，从而允许施加治疗剂量。支座12可以如12a处所示被放置在所述孔上方或者如12b处所示被放置在所述孔下方，或者以其他方式放置。图4示出了安装在孔20下方的12b处的处于适当位置的系统。患者22被支撑在患者支架24上。所述支架被定位成把患者22的头部置于C形臂10的弧内。从而通过旋转C形臂10，可以产生患者的体积CT图像。随后可以把患者支架转位到另一位置，在该位置处患者22通过孔20伸入并且其头部处于辐射单元内以进行治疗。

考虑到患者的移动完全处于患者支架24的控制之下，因此位移是已知的，并且可以把体积CT图像与患者22的当前位置相关。这就允许通过患者支架24对患者位置进行细微调节，以便把目标结构置于辐射单元的等中心或会聚点处并且允许进行治疗。

取决于C形臂的圆周，必要的取向可能受到辐射单元和/或患者支架24的定位的限制或阻碍。可能的解决方案是采用yz平面内的倾斜角，正如图3中所示出的那样。此时C形臂26通过旋转接合30被安装在支撑臂28上，以便允许源32和检测器34在如图5和6中所示的位置之间旋转，其间有180o的旋转。支撑臂28把C形臂26定位在辐射单元18前方，并且其中源32和检测器34的视平面向前倾斜。因此，这种性质的旋转允许捕获患者头部的CT图像。

由于轨道C形臂旋转情况下的潜在地受到限制的旋转角以及角度C形臂旋转情况下的受到约束的空间，在图7和8中示出了x射线成像系统的另一个实施例。在该变型中，x射线管（源）100和检测器102沿着旋转构台104连接，所述旋转构台104接着通过带状物驱动的旋转轴承108被安装到支撑臂106。支撑臂106通过线性轴承112被安装到辐射单元110，从而允许支撑臂106的整体（bodily）水平移动。这就允许按照需要停放或布置所述系统。

因此，如图7a和7b中所示，由源100发出并且由检测器102检测到的锥形射束能够覆盖患者头部114的一般体积。于是，构台104围绕轴承108的旋转允许收集许多此类图像以及准备体积CT图像。

（相对于患者而言）位于该位置处的构台104、源100和检测器102被理想地放置成采集患者的图像，但是也被定位成阻碍接近辐射单元110。因此，线性轴承112允许整个子组件整体向一侧移动，从而将其定位成如图8a中所示离开辐射单元110的接近孔116，从而允许患者支架上的患者向前转位已知的位移进入到辐射单元110中。在需要时可以操作线性轴承112以将所述子组件带到接近孔116前方的位置并且采集图像。

图8c示出当处于接近孔116前方的位置时，构台104可以围绕旋转轴承108旋转，以便围绕关于目标体积的圆形路径载送源100和检测器102。

图9到11描绘了基于旋转轴承的一个实施例的草图。再次，x射线管（源）100和检测器102沿着旋转构台104连接，所述旋转构台104接着通过带状物驱动的旋转轴承108被安装到支撑臂106。然而，在此实施例中，支撑臂106通过其上端处的第二旋转轴承118被安装到辐射单元110，从而允许关于该上端整体旋转支撑臂106。这允许按照需要停放或布置所述系统。

射束几何形状当然与图7a和7b中所示的相同。构台104围绕轴承108的旋转再次允许收集许多x射线图像以及准备体积CT图像。

可以通过第二旋转轴承118的旋转把构台104、源100和检测器102移出接近孔116，所述第二旋转轴承118将旋转整个子组件，从而使其被定位成离开辐射单元110的接近孔116，正如图8a中所示出的那样。于是这允许把患者支架上的患者向前转位已知位移进入到辐射单元110中。在需要时可以操作另一个旋转轴承118以将所述子组件带到接近孔116前方的位置中并且采集图像。

图9也示出当处于接近孔116前方的位置时，构台104可以围绕旋转轴承108旋转角度θ，以便围绕关于目标体积的圆形路径载送源100和检测器102。

图10示出了支撑臂106的任一端上的两个旋转轴承108、118的设置。关于另一个旋转轴118的旋转将在如图10中所图示的停放位置与以虚线所示的已布置位置120之间转移支撑臂106。当支撑臂106处于正确的已布置位置120处时，在辐射单元110上的邻近支撑臂106定位止动装置（stop）122，以便提供稳固的转位点。这可以是简单地防止支撑臂106进一步移动的刚性止动装置，或者其还可以合并对于支撑臂106的检测器（比如邻近检测器或微型开关），以便提供支撑臂106处于正确位置的反馈。

图11示出了如何能够容易地提供两个旋转轴承的独立旋转。可以提供一对同心轴124，外轴穿过所述另一个旋转轴承118以附着到支撑臂106上并驱动该支撑臂106，并且内轴穿过支撑臂106以驱动上齿轮126，该上齿轮126位于支撑臂106前方，与所述另一个旋转轴承118同心地安装在内轴上。其随后通过带状物或链条驱动132来驱动安装在支撑臂106下端处的自由旋转轴130上的下齿轮128，其中所述带状物或链条驱动132连接两个齿轮126、128。随后把构台104安装在自由旋转轴130上。

按照上述方式，可以独立控制两个旋转轴承108、118。可以驱动外轴124来旋转支撑臂106并且把子组件移入或移出所述位置，并且一旦所述子组件处于适当的位置就可以驱动内轴124，以便旋转构台104。

当然，在所述另一个旋转轴承118旋转90o之后，上齿轮126将不再位于下齿轮128上方，而是将位于其一侧。如果这允许的话，所述另一个旋转轴承118的进一步旋转将把下齿轮128置于上齿轮126上方。但是，下齿轮128在其大部分时间将位于上齿轮126下方并且因为该原因而选择名称；它们不意图暗示任何形式的永久空间关系。

图12a到12d以及13a到13d描绘了对于利用线性轨的根据本发明的系统的计算机渲染，示出了在被停放和被布置时的所述系统。图12a到12d示出了构台臂的各种旋转，并且图13a到13d示出了变化的倾斜角度。首先处理图12，图12a示出了停放的系统，并且图12b示出了已布置并且处于零旋转角的系统。图12c示出了以小的旋转角布置的系统，并且图12d示出了在射线管碰到躺椅之前所允许的最大旋转角。

因此，图12a图示处于伽马刀辐射设备前方的患者支架150，在图中示出了所述设备的前板152，其中包括可以通过其将患者伸入以接收一次或多次剂量的接近孔154。患者支架150包括被整形成适配患者的肩部的肩部约束装置156。患者被置于支架150上，其肩部恰好处于约束装置156后方；所述设备被编程为使得患者支架可以按照需要移动而不允许约束装置156碰撞任何其他物体。考虑到我们已经知道患者处于约束装置156后方，这就防止患者肩部在支架150的移动期间碰撞任何物体。

线性致动器158附着到辐射单元152的前方。所述线性致动器158包括固定于在孔154的上方并在其一侧的前板152上的适当位置处的轨160，以及可以沿着轨160在任一方向上驱动的滑梭162。臂164从滑梭162向下延伸，并且在与辐射单元的等中心相同的高度处具有旋转轴承165。构台166附着到旋转轴承165上，并且一般被设置成C形臂构台的形式，即在一端具有检查x射线源168并且在另一端具有平板检测器170。所述源168和平板检测器170被安装在构台166的前方，并且其轴通常与构台166平行；因此检测器170被定位成接收由源168发出在二者之间的开放空间内的任何物质衰减之后的辐射。

图12a示出了处于停放位置的设备，即其中滑梭162处于轨160的远离孔154的一端。图12b示出了在沿着所述轨把滑梭移动到某位置之后的系统，其中臂164正好置于孔154前方，并且旋转轴承165正好置于所述等中心前方。其结果是源168和检测器170的旋转中心现在与所述等中心重合，除了纵向位移之外。然而，该位移是已知的，所以其由所述设备的各组件的尺寸决定。

应当提到的是，臂164和构台166的尺寸被确定成使得其处于图12b中所示的已布置位置，在没有围绕旋转轴承165旋转的情况下，检测器170恰好处于支架150上方。因此可以从该位置围绕旋转轴承165旋转构台166，以便围绕患者旋转源168和检测器170，从而正如它所做的那样从各个方向采集x射线图像。在小的旋转之后，所述构台到达如图12c中所示的位置。最终，所述构台到达如图12d中所示的最大角度，在该角度处，源168将要碰撞支架150，如图12d中所示出的那样。为了限制检查x射线束的必要宽度并从而确保其质量，与检测器170相比，源168被安装为更加远离旋转轴承165。这样可以最大化源168与患者之间的距离，但是意味着不可能进行全360o旋转。因此，在旋转到图12d中所示的最大位置之后，可以以反方向旋转构台166，直到到达另一方向上的相应最大点为止。

旋转轴承165与检测器170之间的距离当然受到所述等中心与支架150顶部之间的高度差限制，因此检测器170可以如图12b中所示并且如前面所提到的那样离开支架150。在任何情况下，只要检查器170处于患者下方，精确的距离就不那么重要。因为该原因，（如图12a中所示）所述仪器停放时检测器处于底部并且源处于顶部。

在按照前述方式收集了图像之后，可以把所述图像传递到适当的计算装置以构造体积CT图像。可以把构台166返回如图12b中所示的直立位置并且沿着轨160移动滑梭162，以便如图12a中所示出的那样停放所述设备。孔154没有离开（The aperture 154 is not clear），并且可以通过移动支架150将患者向前转位一定位移以便把患者的头部和肩部置于辐射单元内，其中所述位移等于源168和检测器170的旋转中心与所述辐射单元的等中心之间的位移。因此患者所处的体积CT图像中心处的位置现在处于所述等中心处；可以通过患者支架150进行细微调节，以便在递送剂量之前将所期望的结构放置在所述等中心处。按照这种方式可以实现图像引导的多源放射治疗。

图13a到13d示出了表明如何能够合并倾斜角的另一个实施例。其中的每一幅图都包括等角投影视图和侧视图。该实施例采用了位于构台172下端的源170和位于其上端的检测器174。源170和检测器174被定位成离在其上安装构台172的旋转轴承176标称相等的距离，以便允许构台臂进行360o旋转。取决于所述源的精确锥形射束角，作为360o旋转的交换这可能包括牺牲某些视场（或者接受更宽的射束发散）。但是该实施例与图13的实施例的不同之处在于，所述旋转轴承包括附加的铰接部以允许构台172如所图示地那样前倾，其中所述构台的上端变得更加远离辐射单元178并且其下端更加靠近辐射单元178。这允许患者支架180下方更好的间隙（clearance），其中源170和检测器174的实际旋转中心相对于构台臂172的下端向前移动，从而不需要正好经过患者的头部下方。

图13a到13d示出了包括倾斜角的系统的各种渲染。具体角度如下：

前面关于图12a到12d描述的实施例涉及到把包括源和检测器的成像系统的旋转中心放置成与辐射系统的等中心成线（尽管从其移位），并且通常放置在成像的对象的中心处。然而，这一点并非至关重要。在旋转轨迹方面，存在如图14到16中所示的利用单一x射线源的若干种所提出的变型。在图14a到14d中示出的第一种变型涉及围绕固定的等中心204和位于支架208上方的静止对象206简单地旋转源200和检测器202，并且通常对应于图12的那些。源到轴距离（SAD）是1000mm，而轴到检测器距离（ADD）是200mm。于是大约28o的扇形角和大约37o的锥形角将是足够的。如图中所示，对于这种几何结构允许260o的旋转，并且结果得到的放大率大约为1.2。图14a到14d示出了如下的不同旋转角φ：

其中φ=0o被定义为所述源正好处于等中心的下方的位置。相应地，在停放位置处以及在成像系统准备移动到停放位置的位置处，φ=180o，如图14d中所示出的那样。因此，所述系统可以在参数50o≤φ≤310o之内旋转。

关于前述设置的一种单源变型涉及到同时侧向偏移患者206以避免患者—成像系统相撞。在这些情况下结果得到的放大率根据旋转角而改变。在图15a到15f中所示的“管在上”设计中，所述源在患者上方旋转过280o的角度。SAD是550mm，且ADD是200mm，而锥形角是大约56o，且扇形角是大约44o。随着所述源和检测器关于固定轴旋转，通过根据函数x_shift=-40sin(φ)操纵支架208，在x方向上把正被成像的对象204朝向检测器移动，从而在270o或90o的角度下会发生最大偏移（+/-40mm）。该等式的一般形式当然是x_shift=k.sin(φ+α)，其中k和α是常数；k将取决于设备的标度（scale），并且α将取决于φ=0o的所选取向。

图15a到15f示出了如下的不同旋转角：

从中可以看出，尽管存在可用空间和射束旋转的限制，但是通过偏移将要成像的对象允许其主要保持在锥形射束内。

在“管在下”设计（图16a到16e）中，所述源在患者下方旋转过240度的最大角度。为了把源200装配在患者206下方，需要对成像系统几何结构进行某些调节，并且在这种情况下SAD是310mm，ADD是310mm，锥形角大约为66o，扇形角大约为52o，并且放大因数为1.32到2.0。这允许高达240o的旋转。随着所述源和检测器关于固定轴旋转，根据函数x_shift=160sin(φ)在x方向上把正被成像的对象206再次朝向检测器移动，从而在270o或90o的角度下会发生最大偏移（160mm）。

图16a到16e示出了如下的不同旋转角：

从中可以再次看出，尽管存在可用空间和射束旋转的限制，但是通过偏移将要成像的对象允许其主要保持在锥形射束内。

如图17中所示的两源方法在利用还便于所述源和检测器的360o旋转的紧凑的源到检测器设置的同时允许增大成像体积的覆盖。因此，一对并排的源200a和200b中的每一个都把发散射束指向单个平板检测器202。检测器202通常与两个源200a、200b的中点对准，并且所述源中的每一个发射在朝向另一个源的轴的一个方向上更宽的略微不对称的锥形射束，从而使得每一个覆盖检测器202的整个区域。这允许290mm的SAD和200mm的ADD。各源间隔200mm，并且因此每一个都离检测器202的中心轴100mm。图17a到17d示出了如下的各个旋转处的所述设置：

利用这种几何结构，所实现的更高紧凑度允许360o的旋转。

当然可以组合前面各实施例的各个方面。举例来说，还可以把所描述的各种旋转几何结构与如图5、6或13中图示的向前倾斜的源－检测器轴一起应用。为了使得成像的体积的覆盖最大化，还可以使得该倾斜角根据旋转角而改变。此外，可以把图15和16的可变x偏移与图17的双源或者其他组合。

如前所述的x射线体积成像子系统可以被用于精确地局部化内部解剖结构的位置。还可以包括光学监控子系统以用于对整个治疗过程（包括体积成像）期间的位移进行连续、实时的3D跟踪。这将允许对患者在成像与治疗之间没有相对于支架移动的连续光学确认。可以在患者和固定框架上放置标记，并且其三维位置由光学系统自动跟踪。

图18和19图示了所述系统。摄影机300被安装在柔性臂302上，所述柔性臂302接着被安装到治疗躺椅304上。因而，在把躺椅移入及移出治疗或成像位置时，在摄影机300、患者306和固定框架308之间建立了恒定且固定的参照系系统。该子系统提供患者设定及固定的增加的信心和精度。可见标记310、312允许简化图像分析。作为一种替换方案，可以例如从搭配有摄影机300的投影仪把条纹（fringe）图案投影到患者306上；这将确保所观察的图像会在患者306移动的情况下显著改变。当然，有可能简单地观察患者306并检测移动。

摄影机300是立体的，以便允许更加精确的运动检测，并且支撑臂302通过集成球窝接合314而是柔性的，以允许在患者306进入和出来期间移开所述摄影机。

这样的视觉系统当然可以和其他辐射治疗和/或成像系统一起使用。

当然，应当理解的是，在不偏离本发明范围的情况下可以对前面描述的实施例做出许多改变。举例来说，可以把线性致动器或线性引导附着到治疗室的屋顶，以便执行线性或旋转移动。这样将可以在执行成像之前以非常高的可重复性把检查源和检测器带到共同会聚点。随后，可以将其移回，以便允许患者定位系统执行患者到治疗焦点的相对移动。此外，如果空间有限，则与对患者的所有所需部分进行成像所需要的检测器相比，可能必须使用沿着患者的长轴较短的检测器。在这种情况下将需要在成像之间移动患者，并且需要组合许多体积图像集合以形成扩大的视场。

Claims

1.放射治疗设备，包括：

指向共同会聚点的治疗辐射源阵列；

检查辐射源及用于所述辐射源的检测器，能够同步移动以使得能够产生在与所述共同会聚点间隔开的成像点周围的部位的体积图像，并且通过相对于所述共同会聚点固定的支座而得到支撑；以及

能够在第一位置与第二位置之间转位的患者定位系统，所述第二位置从第一位置移位的位移等于所述成像点与共同会聚点之间的位移；

其中所述检查辐射源及用于所述辐射源的检测器被进一步通过所述支座与所述检查辐射源和所述检测器之间的铰接部而得到支撑，以允许所述检查辐射源及所述检测器的移动，以便于允许第一位置与第二位置之间的患者定位系统的移动。

2.根据权利要求1的放射治疗设备，其中，所述源是钴60源。

3.根据权利要求1的放射治疗设备，其中，所述铰接部包括C形臂，在所述C形臂的相对端上安装所述检查源和检测器。

4.根据权利要求3的放射治疗设备，其中，所述C形臂通过线性致动器附着到所述支座。

5.根据权利要求3的放射治疗设备，其中，所述C形臂通过旋转接合附着到所述支座。

6.根据权利要求5的放射治疗设备，其中，所述铰接部还包括从所述支座延伸到旋转接合的臂，从而把所述旋转接合与所述支座间隔开。

7.根据权利要求6的放射治疗设备，其中，所述臂通过线性致动器附着到所述支座。

8.根据权利要求7的放射治疗设备，其中，所述线性致动器被设置成从第一位置和第二位置移动所述臂，其中在所述第一位置所述臂位于患者支架与治疗源阵列之间，在所述第二位置所述臂离开患者支架与治疗源阵列之间的空间。

9.根据权利要求6的放射治疗设备，其中，所述臂通过其它旋转接合附着到所述支座。

10.根据权利要求9的放射治疗设备，其中，所述其它旋转接合被设置成从第一位置和第二位置移动所述臂，其中在所述第一位置所述臂位于患者支架与治疗源阵列之间，在所述第二位置所述臂离开患者支架与治疗源阵列之间的空间。

11.根据权利要求1到10中的任一项的放射治疗设备，包括多个检查辐射源。

12.根据权利要求1到10中的任一项的放射治疗设备，还包括用于调节患者支架的位置的调节装置。

13.根据权利要求12的放射治疗设备，还包括用于根据体积图像确定局部化信息的装置，以及根据所述局部化信息控制所述确定局部化信息的装置、以便解决指定目标位置与实际目标位置之间的差异的控制装置。

14.根据权利要求12的放射治疗设备，其中，所述调节装置被设置成根据所述检查源和检测器的运动来调节患者支架的位置。

15.根据权利要求14的放射治疗设备，其中，所述检查源和检测器以旋转方式移动。

16.根据权利要求15的放射治疗设备，其中，所述检查源和检测器移动经过角度φ，并且所述调节装置按照线性方式把患者支架移动与k.sin(φ+α)成比例的距离，其中k和α是常数。

17.根据权利要求14到16中的任一项的放射治疗设备，其中，所述调节装置被设置成在通常朝向检测器的方向上移动患者支架。

18.根据权利要求1到10中的任一项的放射治疗设备，还包括被布置成观察患者支架中的患者的光学检测器。

19.根据权利要求18的放射治疗设备，其中，所述光学检测器是视频摄影机。

20.根据权利要求18的放射治疗设备，其中，所述光学检测器是立体视频摄影机。

21.根据权利要求18的放射治疗设备，其中，所述光学检测器被安装在固定到患者支架的臂上。

22.根据权利要求21的放射治疗设备，其中，所述固定到患者支架的臂被铰接。