CN109562276B - 用于粒子疗法的作为在纵向平面中旋转的臂状件的机架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于粒子束流疗法的系统(2、2’)，该系统在沿粒子束流(4)的流动方向观察时包括：a)可调节式机架(10、10’)，其用于将束流输送至靶体体积，所述机架包括：a1)用于入射的粒子束流(4)的束流耦合部分(6)，所述入射的粒子束流(4)定向成大致水平，从而限定水平面；a2)第一束流弯曲部分(8、8’)，其包括多个束流偏转和/或聚焦磁体(12、14)，其中，第一弯曲部分(8、8’)使粒子束流(4)以可调节角度弯曲到竖向平面中、或者在所述水平面中弯曲90度，但是第一束流弯曲部分(8、8’)具有沿着所述入射的粒子束流(4)的轴以可调节角度旋转的机械可能性；a3)束流传输部分(16)，其接纳离开第一束流弯曲部分(8、8’)的粒子束流(4)并将粒子束流(4)导引至第二束流弯曲部分(18)；a4)第二束流弯曲部分(18)，其包括多个束流偏转磁体和/或束流聚焦磁体；a5)束流喷嘴(20)，其包括用于粒子束流(4)出射的窗口；以及b)病人检查床/椅(22)，该病人检查床/椅能够在水平面中或者在与水平面平行的平面中旋转并且可选地能够竖向地进行调节，其中，c)所述机架(10、10’)被倾斜机构(24)支撑，该倾斜机构(24)允许机架(10、10’)竖向地倾斜角度Φ₁，Φ₁∈[‑90°；+90°]，其中，机架(10、10’)包括布置在第一束流弯曲部分(8、8’)的区域中的枢轴(7、7’)，以及d)旋转机构(26)，该旋转机构布置成使得第二束流弯曲部分(18)和束流喷嘴(20)能够绕由角度Φ₁所给出的方向旋转角度Φ₂，其中，Φ₂∈[‑180°；+180°]。

Description

用于粒子疗法的作为在纵向平面中旋转的臂状件的机架

技术领域

本发明涉及一种用于粒子的机架。

背景技术

在质子疗法和离子疗法中通常使用机架，以将入射的束流从最佳角度导向患者身上的靶体(通常为肿瘤)。机架是安装在机械结构件上的束流传输系统(通常包括磁体)，该机架能够绕定位于治疗位置处的患者——通常躺着但是在一些情况下也坐置在专用治疗床/椅上——旋转。通常，机架的旋转角度略微大于360度，但是在一些机架中也使用略微大于180度，以节省空间并且在治疗期间在任何时候允许进入治疗床/椅。在欧洲专利申请15194 795.9中以及在国际专利申请WO 2013/149945 Al中公开了对于质子疗法所使用的典型的可旋转式机架的示例。

对于各种机架取向而言，可旋转式机架以笔形束分辨率输送要沉积到癌性肿瘤体积中的剂量，这使得能够将精确的剂量积聚在该肿瘤体积中，从而由于呈现在被称作布拉格峰中的束流停止效应而恰好地防止肿瘤体积周围的健康的组织受到损伤。然而，C形臂形式的这些机架需要相当大的空间，以允许涉及重量为10吨的系统的旋转。在每个机架角度处，束流输送部件(特别是清扫磁体和最后一个束流弯曲磁体)需要非常精确的定位，以便获得所需的束流特征，比如束流能量和束流位置以及束流方向。

发明内容

因此，本发明的目的是提供下述系统：该系统代替用于粒子束流疗法的当前可旋转式机架并且该系统提供了区别于现有技术机架的显著地更简单的设定且至少允许束流输送方面的灵活性。与当前所用的可旋转式机架相比，本发明的优点还将提供重量更轻的系统以及更小的所需空间。

该目的根据本发明通过用于粒子束流疗法的系统而实现，该系统在沿粒子束流的流动方向观察时包括：

a)可调节式机架，该可调节式机架用于将束流输送至靶体体积，所述机架包括：

a1)束流耦合部分，该束流耦合部分用于入射的粒子束流，所述入射的粒子束流定向成大致水平，从而限定水平面；

a2)第一束流弯曲部分，该第一束流弯曲部分包括多个束流偏转和/或聚焦磁体，所述第一弯曲部分使束流以可调节角度弯曲到竖向平面中、或者在水平面中弯曲90度，但是具有沿着入射的粒子束流的轴以可调节角度旋转的机械可能性；

a3)束流传输部分，该束流传输部分接纳离开第一束流弯曲部分的粒子束流并将粒子束流导引至第二束流弯曲部分；

a4)第二束流弯曲部分，该第二束流弯曲部分包括多个束流偏转磁体和/或束流聚焦磁体；

a5)束流喷嘴，该束流喷嘴包括用于粒子束流出射的窗口；以及

b)病人检查床/椅，该病人检查床/椅能够在水平面中或者在与水平面平行的平面中旋转和/或转动，并且可选地，该病人检查床/椅能够竖向地进行调节，

其中，

c)机架被倾斜机构支撑，该倾斜机构允许机架相对于水平面竖向地倾斜角度Φ₁，Φ₁∈[-90°；+90°]，其中，机架包括布置在束流耦合部分的区域中的枢轴；以及

d)旋转机构，该旋转机构布置成使得第二束流弯曲部分和束流喷嘴能够绕由角度Φ₁所给出的方向旋转角度Φ₂，其中，Φ₂∈[-180°；+180°]。

该系统布局的优点在于，治疗室的占用面积相对于根据现有技术的常规机架的治疗室的占用面积的减小、以及使第二束流弯曲部分上下移动的非常简单的机械构型。此外，能够将降能器和/或束流扫描系统安装在位于第一束流弯曲部分与第二束流弯曲部分之间的束流传输部分中，而扫描系统可以安装在位于第二束流弯曲部分的下游的喷嘴中。此外，与常规机架相比，两个旋转轴在如何构建治疗角度以及如何可以校正最终不对准的选择方面实现附加自由度。

相对于可以容易实施和/或维护——即用于质量控制——的系统的几何设定，可以选择以下基本设定：

a)Φ₁最大并且Φ₂＝0°导致粒子束流从竖向方向向下指向病人检查床/椅；

b)Φ₁最小并且Φ₂＝180°导致粒子束流从竖向方向向上指向病人检查床/椅；

c)Φ₁＝0°并且Φ₂＝90°导致粒子束流沿水平方向从一侧指向病人检查床/椅；以及

d)Φ₁＝0°并且Φ₂＝90°以及病人检查床/椅在水平面中旋转180°导致粒子束流沿水平方向从另一侧指向病人检查床/椅。

这些设定允许根据治疗计划的需求和要求对束流取向进行“调节”并且允许根据基本设定a)至d)容易地回到一个位置。因此，所述设定允许将Φ₂的范围扩展为[-180°；+180°]。

倾斜角度Φ₂的范围优选地可以从0°至+180°，使得等中心点和病人检查床/椅总是处于机架的同一侧。以这种方式，机架的占用面积被减至最小。

为了实现可以以不复杂的方式进行控制的机械设定，倾斜机构可以包括伸缩臂状件，或者包括基于一个或更多个链沿着提升臂状件的提升式机构。

此外，束流传输部分也可以包括伸缩部分。这使得操作者能够在倾斜期间就束流穿过水平面的点(系统的等中心点)而言保持位置。在本文中，这在束流传输部分可以进行长度调节时是合适的，以便补偿机架的水平部件由于倾斜所导致的变化。以这种方式，等中心点将位于与在第一弯曲部分之后的束流的方向垂直的直线上。

在一些设备处，可能不会将粒子束流恰好沿第一弯曲部分和/或第二弯曲部分所需的方向进行输送。因此，当第一束流弯曲部分可以包括也在水平面中偏转的一组磁体时是有用的。第一弯曲部分本身还可以绕与入射的束流方向一致的轴机械地旋转。第一束流弯曲部分的机械旋转与由于第一弯曲部分中的磁场所导致的90度偏转相结合限定了机架的第一角度Φ₁。因此，第一束流弯曲部分能够使束流不仅沿由第一角度Φ₁所给出的方向弯曲、而且弯曲到另一方向，即弯曲到束流在其产生——即在回旋加速器中产生——之后被输送到的水平面中。

在优选实施方式中，该系统可以另外地包括束流扩散系统，该束流扩散系统用以使束流沿与束流离开第二弯曲部分的方向垂直的横向方向扩散。束流扩散系统可以包括增大束流直径的散射系统和/或沿横向方向扫描束流的快速偏转磁体系统。束流扩散系统可以在第二弯曲部分之前(上游)或之后(下游)进行校准。

附图说明

在下文中参照在以下各图中描绘的附图对本发明的各优选实施方式进行详细地描述，在附图中：

图1图示了关于用于粒子疗法的第一系统的立体图；

图2图示了关于用于粒子疗法的第二系统的立体图，该第二系统与图1相比仅进行了稍微修改；

图3图示了根据图1的系统在粒子束流被竖向向下导引(a)以及竖向向上导引(b)时的位置；以及

图4图示了根据图1的系统在粒子束流被从一侧水平地导引时的位置，其中，(a)是从一侧观察的视图，(b)是从上方观察的视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于粒子束流疗法输送的第一系统2。系统2包括用于入射的粒子束流4的束流耦合部分6，该束流耦合部分6之后是第一弯曲部分8。在本示例中，机架10被倾斜机构24支撑，该倾斜机构24允许机架10竖向地(沿着z轴)倾斜第一角度Φ₁，Φ₁∈[-90°；+90°]，其中，机架10包括承载件(枢轴)7，该承载件(枢轴)7布置在束流耦合部分6的入口处，以便使得整个机架10能够沿z方向倾斜。第一弯曲部分8使粒子束流4比如质子束流或离子束流在竖向yz平面中弯曲角度Φ₁。

此外，第二弯曲部分18和束流喷嘴20能够通过旋转机构26旋转，该旋转机构26布置成使得第二束流弯曲部分18和束流喷嘴20能够绕由角度Φ₁给出的方向旋转角度Φ₂，其中，Φ₂∈[-180°；+180°]，但是优选地，Φ₂∈[0°；+180°]，以限制机架的占用面积。

此外，将第一束流弯曲部分8连接至第二束流弯曲部分18的束流传输部分16可以以伸缩的方式关于该束流传输部分16的长度进行调节，并且允许大约0.5m的长度的变化。

在所示出的示例中，第二束流弯曲部分18使束流弯曲90度至135度的范围内的固定角度。该第二束流弯曲部分18能够沿着下述轴线旋转：该轴线大致等于由进入第二束流弯曲部分18的未扫描的(或者中央的)束流的Φ₁所给出的方向。该旋转角度Φ₂涵盖至少180度且介于0度(针对于向下的束流)与+180度(针对于向上的束流)之间。Φ₂的适当值随Φ₁变化。Φ₁和Φ₂的结合确定了患者处的束流方向的入射角。

可以确定以下三个主要的入射方向：

当Φ₁最大(+)且Φ₂＝0°时，粒子束流4从竖向方向向下指向患者(参见图3(a))；

当Φ₁最小(﹣)且Φ₂＝180°时，粒子束流4沿竖向方向向上指向患者(参见图3(b))；

当Φ₁＝0°且Φ₂＝90°时，粒子束流4沿水平方向指向患者(参见图4(a)和图4(b))。

在所有取向中，可以通过小的弯曲磁体(转向磁体)为Φ₁和Φ₂增加小的偏差，以用于微调患者处的入射角。位于第二弯曲部分18的出口处的喷嘴20可以包括用以核查所施加的剂量和束流特征的设备。病人检查床22是下述定位系统的一部分：该定位系统可以使患者位置在水平面中转动且旋转。该调节的范围必须足够大以补偿随Φ₁和Φ₂变化的等中心点的运动。

为了对方向有共识，应用以下定义：

水平面是当Φ₁为0°时在出射第二束流弯曲部分18的粒子束流4的高度处的平面。该水平面通常等于在耦合部分6处的入射的粒子束流4的水平。

治疗角度是在等中心点处的粒子束流相对于患者取向的角度，并且治疗角度由Φ₁和Φ₂的组合以及病人检查床/椅22的取向来确定。

等中心点是从喷嘴20出射的束流穿过水平面的位置。通常，Φ₂由Φ₁的值来确定，但是Φ₂可以在特殊治疗角度或治疗靶体位置的情况下进行不同的选择。

从束流传输部分16直到且包括第二束流弯曲部分18的部件安装成使得这些部件总是在机械稳定或校正的位置中对准。等中心点的位置在空间上不是固定的并且等中心点的位置随着Φ₁的变化沿着水平面中的曲线移动。该曲线的形状取决于是否使用了定位在第一束流弯曲部分10与第二束流弯曲部分18之间的束流传输部分16具有可调节(可伸缩)长度的选项。在这种情况下，该束流传输部分16的长度随着Φ₁变化。该选项使得等中心点的位置能够沿着水平面中的直线移动。这对于核查患者相对于机架的定位的日常检查以及与成像设备结合而言是有利的。然而，通过用于这些检查的合适的工具，随着Φ₁和Φ₂变化的等中心点的位置的弯曲轨迹也是可能的。

第二束流弯曲部分18可以被设计成使得该第二束流弯曲部分18在大于360度或大于180度的范围的Φ₂内旋转。180度版本具有主要的优点，比如更小的治疗室、病人检查床22的更小的移动范围以及更容易的旋转构型。这是在附图中所示出的版本。

在此所提出的机械布局的可能优点在于：

·治疗室的占用面积相对于常规机架的治疗室的占用面积减小；

·使第二束流弯曲部分18上下移动的非常简单的机械构型；

·能够将降能器和/或扫描系统(清扫磁体)安装在位于第一束流弯曲部分8与第二束流弯曲部分18之间的束流传输部分16中，或者束流扫描系统可以安装在第二束流弯曲部分18的喷嘴20中；

·与常规机架相比，两个旋转轴在如何构建治疗角度的选择上允许一个额外的自由度。

图2示意性示出了利用粒子束流4进行治疗的系统2’，该系统2’与系统2相比进行了稍微修改。目前，在直线加速器和/或回旋加速器和/或同步加速器中产生的粒子束流4被沿着x方向水平地输送至在下文中被称为机架10’的粒子束流机架。所述机架10’包括耦合部分6。在该耦合部分6处，机架10可以借助于旋转承载件7’而沿着x轴旋转角度Φ₁。除了该旋转承载件7’之外，耦合部分6还提供了在粒子束流4进入第一弯曲部分8’之前进行束流聚焦(准直器)和束流控制/诊断的设备(未具体示出)。通常，该第一弯曲部分8’包括多个偶极和/或四极磁体12、14，所述多个偶极和/或四极磁体12、14被控制成通过其磁场使粒子束流4弯曲到所需方向。在本示例中，如果第一弯曲部分8’未被旋转，则第一束流弯曲部分8’使粒子束流4从x方向弯曲到y方向，因此在水平面中的弯曲90度的角度。

第一束流弯曲部分8’之后是束流传输部分16，该束流传输部分16接纳离开第一束流弯曲部分8’的粒子束流4并将粒子束流4导引至第二束流弯曲部分18。束流传输部分16可以包括用于束流诊断的另一设备以及例如从WO 2013/149945 Al中已知的清扫磁体。

第二束流弯曲部分18包括多个束流偏转磁体和/或束流聚焦磁体，以便将粒子束流4经由束流喷嘴20输送至病人检查床22，该束流喷嘴20包括用于使粒子束流4出射出机架10’的窗口。病人检查床22还可以包括允许患者在直立位置中进行治疗的病人检查椅。病人检查床/椅22能够在水平面中(在此由x轴和y轴给出)旋转和/或转动。可选地，病人检查床/椅也可以竖向地进行调节。

在本示例中，机架10’被倾斜机构24支撑，该倾斜机构24允许机架10’竖向地(在yz平面中沿着z轴)倾斜第一角度Φ₁，Φ₁∈[-90°；+90°]，其中，机架10’包括旋转承载件(枢轴)7’，该旋转承载件(枢轴)7’布置在束流耦合部分6的入口处以便使得整个机架10’能够沿着x轴旋转。此外，第二弯曲部分18和束流喷嘴20能够通过下述旋转机构26旋转：该旋转机构26布置成使得第二束流弯曲部分18和束流喷嘴20能够旋转角度Φ₂，其中，Φ₂∈[-180°；+180°]，但是优选地Φ₂∈[0°；+180°]，以便限制机架10’的绕由角度Φ₁所给出的方向的占用面积。

通常，第一角度Φ₁的范围取决于系统2’的设计。对于系统2’而言，第一角度Φ₁的范围通常可以介于大约-40°与+40°之间。在第一弯曲部分8’之后，出射的束流4相对于水平面对准到Φ₁方向：当Φ₁<0时所述束流向下并且当Φ₁>0时所述束流向上。由于在水平面中弯曲，因此第一弯曲部分8’可以被设计成使得该第一弯曲部分8’还可以用作能量选择系统。

Claims (10)

1.一种用于粒子束流疗法的系统(2、2’)，所述系统在沿粒子束流(4)的流动方向观察时包括：

a)可调节式机架(10、10’)，所述可调节式机架(10、10’)用于将束流输送至靶体体积，所述机架(10、10’)包括：

a1)束流耦合部分(6)，所述束流耦合部分(6)用于入射的粒子束流(4)，所述入射的粒子束流(4)定向成大致水平，并且限定水平面；

a2)第一束流弯曲部分(8、8’)，所述第一束流弯曲部分(8、8’)具有多个束流偏转和/或聚焦磁体(12、14)，所述第一束流弯曲部分(8、8’)构造为使所述粒子束流(4)以可调节角度弯曲到竖向平面中、或者在所述水平面中弯曲90度，但是所述第一束流弯曲部分(8、8’)具有沿着所述入射的粒子束流(4)的轴线机械地旋转可调节角度的能力；

a3)束流传输部分(16)，所述束流传输部分(16)设置成接纳离开所述第一束流弯曲部分(8、8’)的所述粒子束流(4)并将所述粒子束流(4)导引至第二束流弯曲部分(18)；

a4)所述第二束流弯曲部分(18)，所述第二束流弯曲部分(18)具有多个束流偏转磁体和/或束流聚焦磁体；以及

a5)束流喷嘴(20)，所述束流喷嘴(20)形成有用于所述粒子束流(4)出射的窗口；以及

b)病人支撑件，所述病人支撑件安装成用于在所述水平面中或者在与所述水平面平行的平面中旋转和/或转动；

c)倾斜机构(24)，所述倾斜机构(24)支撑所述机架以使得所述机架(10、10’)能够竖向地倾斜倾斜角度Φ₁，所述倾斜角度Φ1围绕布置在所述第一束流弯曲部分(8、8’)的区域中的枢轴(7、7’)，其中，Φ₁∈[-90°；+90°]；以及

d)旋转机构(26)，所述旋转机构(26)布置成使得所述第二束流弯曲部分(18)和所述束流喷嘴(20)能够绕由所述倾斜角度Φ₁所给出的方向旋转角度Φ₂，其中，Φ₂∈[-180°；+180°]。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括以下基本设定：

a)Φ₁最大并且Φ₂＝0°，导致粒子束流(4)从竖向方向向下指向所述病人支撑件(22)；

b)Φ₁最小并且Φ₂＝180°，导致粒子束流(4)从竖向方向向上指向所述病人支撑件(22)；

c)Φ₁＝0°并且Φ₂＝﹣90°，导致粒子束流(4)沿水平方向从一侧指向所述病人支撑件(22)；以及

d)Φ₁＝0°并且Φ₂＝+90°，导致粒子束流(4)沿水平方向从相反侧指向所述病人支撑件(22)。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述倾斜机构(24)包括伸缩臂状件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述束流传输部分(16)包括伸缩部分。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述束流传输部分(16)能够进行长度调节，以便用于补偿所述机架(10、10’)的水平部件由于倾斜角度Φ₁所导致的变化。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一束流弯曲部分(8、8’)包括一组磁体，以便使所述入射的束流偏转到由所述倾斜角度Φ₁所给出的方向。

7.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括光束扩散系统，所述束流扩散系统构造成使所述束流沿与所述束流离开所述第二弯曲部分(18)的方向垂直的横向方向扩散。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述束流扩散系统包括构造为增大束流直径的散射系统和/或构造成沿所述横向方向扫描所述束流的快速偏转磁体系统。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述束流扩散在所述第二弯曲部分(18)的沿所述束流的流动方向的上游或下游被校准。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，在等中心点处的所述粒子束流相对于病人取向的治疗角度由所述倾斜角度Φ₁、所述角度Φ₂的组合以及所述病人支撑件的取向来确定。

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