CN109791810A - 辐射输送装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本文描述的辐射输送装置与现有结构相比具有紧凑和轻质的设计。辐射输送装置包括：源体，包括多个辐射源和准直器部件，用于将来自辐射源的辐射引导到共同的聚焦区域，其中辐射源布置在准直器部件内。在一些实施例中，例如，源体定位在准直器部件的内腔内。
Description
相关申请数据
本申请要求根据35U.S.C§119(e)的2016年7月6日提交的美国临时专利申请62/359,051优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于将来自多个源的辐射传递到共同焦点的装置，并且特别涉及用于治疗的辐射传递装置，包括立体定向放射外科(SRS)和立体定向放射治疗(SBRT)。
背景技术
多年来已经开发了许多放射疗法用于治疗各种患病组织，例如癌组织。通过提高传递的辐射的准确度和精确度，致力于改进放射疗法的重大努力，从而限制对邻近健康组织的损害。例如，SRS和SBRT是采用许多精确聚焦的辐射束来治疗肿瘤和大脑、颈部和身体其他部位的各种异常的先进疗法。每个辐射束对光束穿过的组织的影响非常小。然而，当光束集中聚焦在共同点或区域时，辐射剂量足以破坏或损坏患病组织。
目前有几种不同结构和辐射源的SRS机器可供使用。光子束或线性加速器(LINAC)机器使用单个X射线源来治疗患病的脑和/或身体组织。质子束或重带电粒子放射外科是另一种单源装置。由于与质子束装置的构建和安装相关的极高成本，对质子束放射外科手术的访问通常是有限的。或者，也可以使用多源设备。例如，伽玛刀(Gamma)装置采用多个(例如多达201个)单独的伽马射线源，其在锥形或半球形源体中的均匀径向位置处划分。准直器主体定位在源体内，以将伽马射线束引导到患者大脑或身体中的共同焦点。此外，源体布置在屏蔽体中以防止辐射暴露于外部环境。屏蔽装置通常非常大且体积大，通常重达20吨。这样的重量使得Gamma装置的安装变得复杂，并且可能需要更新设施基础设施以确保适当的负载支持。附加，屏蔽装置需要将患者移动到封闭的圆柱形治疗室中，这会对患有幽闭恐怖症的患者造成不适。
发明内容
鉴于前述缺点，提供了具有新架构的辐射输送装置。在一些实施例中，与现有架构相比，本文所述的辐射传递装置具有紧凑且轻质的设计。紧凑且轻质的设计可以便于装置的安装并简化装置的使用以在各种身体位置处理患病组织。简而言之，辐射输送装置包括源体，该源体包括多个辐射源和准直器部件，准直器部件用于将来自辐射源的辐射引导到共同的聚焦区域，其中辐射源布置在准直器部件内。在一些实施例中，例如，源体定位在准直器部件的内腔内。使辐射源布置在准直器部件内标志着与源体围绕准直器的现有辐射传输装置的基本不同。本文描述的辐射输送装置可以配置用于与SRS和/或SBRT装置集成。
在另一方面，提供了引导辐射的方法。在一些实施例中，一种引导来自多个辐射源的辐射的方法包括将包括辐射源的源体定位在准直器部件的内腔内，并利用准直器部件将辐射引导到共同的聚焦区域。如本文进一步所述，准直器部件可包括主准直器主体，主准直器主体包括一组或多组用于引导辐射的主准直器通道。可以旋转源体和/或主准直器主体以使辐射源与主准直器通道对准。准直器部件还可以包括至少一个附加准直器主体，该准直器主体具有一组或多组附加准直器通道，用于将辐射引导到共同的焦点。在一些实施例中，旋转附加准直器主体以使一组附加准直器通道与主准直器通道对准。
在以下详细描述中进一步描述了这些和其他实施例。
附图说明
图1示出了根据本文描述的一些实施例的源体。
图2示出了根据本文描述的一些实施例的源体的横截面视图。
图3示出了根据本文描述的一些实施例的主准直器主体的立体图。
图4示出了根据本文描述的一些实施例的主准直器主体的横截面视图。
图5示出了根据本文描述的一些实施例的附加准直器主体。
图6示出了根据本文描述的一些实施例的附加准直器主体的横截面视图。
图7示出了根据一些实施例的源体、主准直器主体和次级准直器主体的组装。
图8A示出了辐射输送装置的横截面视图，其中源体旋转到关闭位置。
图8B示出了辐射输送装置的横截面视图，其中源体旋转到打开位置。
图9A和9B示出了根据一些实施例的源体的非同心布置。
图10A和10B示出了辐射输送装置与平移装置的连接，用于将输送装置移动到各种身体位置。
图11示出了根据本文描述的一些实施例的源体的立体图。
图12示出了根据本文描述的一些实施例的源体的横截面视图。
图13示出了根据本文描述的一些实施例的主准直器主体的立体图。
图14示出了根据本文描述的一些实施例的主准直器主体的横截面视图。
图15示出了根据本文描述的一些实施例的附加准直器主体。
图16示出了根据本文描述的一些实施例的附加准直器主体的横截面视图。
具体实施方式
通过参考以下详细描述和示例以及它们之前和之后的描述，可以更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文描述的元件、装置和方法不限于详细描述和示例中呈现的具体实施例。应该认识到，这些实施例仅仅是对本发明原理的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对于本领域技术人员来说，许多修改和调整是显而易见的。
在一个方面，提供了辐射输送装置。辐射输送装置包括：源体，包括多个辐射源和准直器部件，用于将来自辐射源的辐射引导到共同的聚焦区域，其中辐射源布置在准直器部件内。在一些实施例中，例如，源部件和相关联的辐射源定位在准直器部件的内腔内。源体可以具有周围准直器部件允许的任何设计和任何数量的单独辐射源。在一些实施例中，例如，源体包括沿着主体的纵向轴线延伸的表面。各个辐射源可沿表面布置在孔或囊中。在一些实施例中，辐射源沿纵向表面布置成线或线性阵列。在一些实施例中，包括孔或囊的纵向表面呈现曲率。该表面可以具有与辐射输送到共同焦点区域的任何曲率，其与准直器部件一起。例如，纵向弯曲表面可呈现弓形形状，例如双曲线弧形。或者，表面在纵向上不呈现曲率。此外，本文所述的辐射输送装置的共同焦点区域可具有与本发明的目的不相矛盾的任何直径和/或形状。在一些实施例中，共同焦点区域具有2mm至60mm的直径。共同焦点区域也可呈现圆形、椭圆形或多边形。
图1示出了根据本文描述的一些实施例的源体的立体图。源体10通常遵循双曲线圆柱体的形状。多个单独的辐射源11沿着源体10的纵向轴线13布置在孔12中。在图1的实施例中，源体10还包括圆柱形突起，用于接合驱动装置，以使源体10在打开和关闭位置之间旋转，如本文进一步描述的。图2示出了图1中的源体10的横截面视图。如图2所示，孔12布置在双曲面圆柱形表面中并沿着源体10的纵向轴线13延伸成一直线。辐射源11位于孔12中。源体10的其余部分可以是实心结构，以辅助屏蔽放射性辐射源。
11示出了根据本文描述的附加实施例的源体的立体图。源体110呈圆柱形。与图1相反，圆柱体不呈现双曲线形状。因此，包括布置在孔113中的各个辐射源112的纵向表面111是平坦的或者在纵向方向上不呈现曲率。源体110的其余部分可以是实心结构，以帮助屏蔽放射性辐射源。图12示出了图11中的源体110的横截面视图。如图12所示，孔113布置在圆柱形表面中并沿着源体110的纵向轴线114延伸成一直线。辐射源112位于孔113中。值得注意的是，孔113成角度，以便与准直器部件一起将辐射传递到共同的聚焦区域。成角度的孔113可以允许使用在沿着纵向轴线114延伸的方向上不弯曲的圆柱形源体。这些实施例可以通过避免双曲线圆柱和/或其他复杂形状来简化源体结构。而且，单个孔113的特定角度可以取决于孔113沿圆柱的位置。如图12所示，位于汽缸端部附近的孔113可以相对于位于汽缸中心的孔113呈现更大的角度。
源体可以采用与本发明的目的不相矛盾的任何辐射源。在一些实施例中，各个辐射源是显示γ发射的放射性材料。例如，钴-60、铱-192和铯137中的一种或多种可以用作单独的辐射源。在其他实施例中，辐射源可以在电磁波谱的其他区域中具有发射，例如在X射线区域中。
与现有设计相反，源组件和相关的辐射源位于准直器部件内。准直器部件包括主准直器主体。在一些实施例中，主准直器主体包括用于容纳源体的内腔或隔室。用于引导来自辐射源的辐射的一组主准直器通道沿着主准直器主体的壁定位。在一些实施例中，主准直器主体包括多组主准直器通道。这组主准直器通道的直径和/或形状可彼此不同，从而允许焦点区域的尺寸和/或形状的变化。一组不同的主准直器通道可围绕主准直器主体的壁径向间隔开。此外，主准直器主体可以具有与本发明的目的不相矛盾的任何形状。在一些实施例中，主准直器主体包括沿主体的纵向轴线延伸的弯曲表面。例如，弯曲表面可以呈现与源体的弓形形状匹配或基本匹配的弧形形状。在一个实施例中，主准直器主体和源体都是双曲线圆柱体。主准直器主体还可以包括齿轮装置或用于接合驱动器的其他装置。驱动器可使准直器主体相对于源体和/或附加准直器主体旋转。
图3示出了根据本文描述的一些实施例的主准直器主体的立体图。主准直器主体30是中空双曲线圆柱体，用于在其中接收源体。一组主准直器通道31沿着主表面准直器主体30的纵向轴线33延伸的弯曲表面32定位。图3的主准直器主体还包括用于接合旋转驱动装置的齿轮34。图4示出了图3的主准直器主体的横截面视图。如图4所示，主准直器通道31延伸穿过主体30的弯曲壁32。此外，主准直器主体30的曲率匹配或基本匹配图2的源体10的曲率，允许辐射源11和准直器通道31的适当对准。
图13示出了根据本文所述的附加实施例的主准直器主体的立体图。主准直器主体300是用于在其中接收源体的中空圆柱体。在图13的实施例中，圆柱形主准直器沿纵向轴线不呈现双曲线形状或其他弯曲形状。主准直器主体300的端部配置成用于联接或接合旋转驱动装置。图14示出了图13的主准直器主体的横截面视图。主准直器主体300包括延伸穿过汽缸壁320的准直器通道310。准直器通道的角度可以匹配或基本上匹配图12的孔113的角度，从而允许辐射源112和准直器通道310的适当对准。
在一些实施例中，辐射输送装置还包括至少一个附加准直器主体，其包括一组或多组附加准直器通道，用于将来自辐射源的辐射引导到共同焦点区域。在一些实施例中，附加准直器主体包括多组附加准直器通道。多组可以围绕附加准直器主体的壁径向间隔开。一组附加准直器通道的尺寸和/或形状可以彼此不同，从而允许根据选择用于引导辐射的特定组来改变焦点区域尺寸和/或形状。在一些实施例中，附加准直器主体可具有2-15组附加准直器通道。
一组附加准直器通道的尺寸和/或形状也可以与主准直器通道不同。此外，一组中的附加准直器通道的数量可以等于或不等于主准直器通道的数量。在一些实施例中，附加准直器通道的数量小于主准直器通道的数量。较少的附加准直器通道可以阻止来自所有辐射源的辐射到达焦点区域。在这样的实施例中，可以改变辐射剂量水平。此外，可以改变进入患者的辐射进入点以避免敏感器官或组织的照射。
附加准直器主体可以具有与本发明的目的不相矛盾的任何形状。附加准直器主体例如可以包括内腔，用于接收相邻的准直器主体，例如主准直器主体和相关的源主体。在一些实施例中，附加准直器主体包括沿主体的纵向轴线延伸的弯曲表面。例如，弯曲表面可以呈现与相邻准直器主体(例如主准直器主体)的弓形形状匹配或基本匹配的弧形形状。在一个实施例中，附加准直器主体和主体都是双曲线圆柱体。附加准直器主体还可以包括齿轮装置或用于接合驱动器的其他装置。驱动器可使准直器主体相对于相邻的准直器主体和/或源体旋转，以将辐射引导到焦点区域。
图5示出了根据本文描述的一些实施例的附加准直器主体。附加准直器主体50是中空的双曲线圆柱体，用于接收主准直器主体和包含在主准直器主体中的相关源体。通过接收主准直器主体，附加准直器主体可以认为是次级准直器主体。如本文所述，预期任何数量的附加准直器主体，包括三级、四级、五级准直器主体等。附加准直器主体50包括附加准直器通道52的组51。组51围绕准直器主体50径向间隔开，每组51沿主体50的纵向轴线53延伸成一直线。每组51个附加准直器通道52可以提供不同的聚焦区域尺寸和/或形状，允许调整辐射剂量。附加准直器主体还可包括用于接合驱动器的装置。驱动器可以旋转附加准直器主体以允许选择期望的附加准直器通道组51。图6示出了图5的附加准直器主体的横截面视图。如图6所示，沿准直器主体50的弧形表面设置一组附加准直器通道52。
图7示出了根据一些实施例的源体、主准直器主体和附加(次级)准直器主体的组装。驱动传动装置71设置在组件70的一端，用于使源体和包含在第二准直器主体72内的主准直器主体旋转。
图15示出了根据本文描述的其他实施例的附加准直器主体。附加准直器主体500是中空圆柱体，用于接收主准直器主体和包含在主准直器主体中的相关源体。在图15的实施例中，圆柱体不沿纵向轴线呈现双曲线形状或其他弯曲形状。通过接收主准直器主体，附加准直器主体500可以认为是次级准直器主体。或者，附加准直器主体500可以是三级、四级、五级等。附加准直器主体500包括附加准直器通道520的组510。组510围绕准直器主体500径向间隔开，每组510沿主体500的纵向轴线530延伸成一直线。每组510附加准直器通道520可以提供不同的焦点区域尺寸和/或形状，允许调整辐射剂量。附加准直器主体还可包括用于接合驱动器的装置。驱动器可以旋转附加准直器主体以允许选择期望的附加准直器通道组520。图16示出了图15的附加准直器主体的横截面视图。如图16所示，一组附加的准直器通道520沿着准直器主体500的平坦或非弯曲表面530布置，并延伸穿过主体500的壁540。
如本文所述，源体、主准直器主体和/或附加准直器主体可以旋转。这些部件的旋转可以一致或彼此独立。例如，源体可以旋转到“关闭”位置，其中辐射源面向辐射输送装置的屏蔽体。当需要时，源体可以旋转到辐射源面对主准直器主体和任何附加的准直器主体的准直器通道的位置。此外，主准直器主体也可以旋转以用作光束快门。例如，可以旋转主准直器主体以阻止主准直器通道和辐射源的对准，从而阻挡辐射源。附加的准直器主体也可以以类似的方式旋转以关闭辐射源。如上所述，还旋转附加的准直器主体以选择所需的一组准直器通道。
图8A示出了辐射输送装置的横截面视图，其中源体旋转到关闭位置。辐射输送装置80包括具有单独辐射源82的源体81。辐射输送装置80还包括主准直器主体83、次级准直器主体84、屏蔽主体85和驱动装置86。如图8A所示，源体和各个辐射源82面向屏蔽体85。驱动装置86可以将源体81旋转到“打开”位置，如图8B所示。在“打开”位置，辐射源82与主准直器通道87和次级准直器通道88对准，以向共同聚焦区域提供辐射。
在一些实施例中，源体、主准直器主体和/或附加的准直器主体具有非同心或偏心的布置。例如，源体可以相对于主准直器主体和/或附加的准直器主体具有偏心的布置。该偏心布置可以使源体更靠近屏蔽体并且进一步远离辐射输送装置的发射面。当装置不工作时，这种定位可以提供增强的辐射源屏蔽。图9A和9B示出了根据一些实施例的源体的非同心布置。在图9A和9B的轴向横截面视图中，源体91相对于主准直器主体93和次级准直器主体94呈现非同心布置。该非同心布置将源体91放置在距辐射输送装置90的发射面95更远的位置。当源体91旋转到关闭位置时，如图9A所示，这个增加的距离提供了对辐射源的额外屏蔽。随后可以将源体91旋转到打开位置，如图9B所示，其中辐射穿过初级96和次级97准直器通道到达发射面95。在图9A和9B中还示出了多组97次级准直器通道。重要的是，源体、主准直器主体和/或附加的准直器主体可以由一种或多种具有所需辐射屏蔽特性的材料制成。在一些实施例中，例如，辐射输送装置的这些部件部分由钨或钨复合材料制成。
本文所述的辐射输送装置的紧凑设计允许灵活地处理身体中多个位置处的患病组织。辐射输送装置可以连接到用于将装置平移到各种身体位置以进行放射治疗的装置。例如，辐射输送装置可以容易地从头部位置移动到臂和/或腿中的胸部位置或末端位置。图10A和10B示出了辐射输送装置与平移装置的连接，用于将输送装置移动到各种身体位置。
在另一方面，提供了引导辐射的方法。在一些实施例中，一种引导来自多个辐射源的辐射的方法包括将包括辐射源的源体定位在准直器部件的内腔内，并利用准直器部件将辐射引导到共同聚焦区域。如本文所述，准直器部件可包括主准直器主体，主准直器主体包括一组或多组用于引导辐射的主准直器通道。可以旋转源体和/或主准直器主体以使辐射源与主准直器通道对准。准直器部件还可以包括至少一个附加的准直器主体，该准直器主体具有一组或多组附加的准直器通道，用于将辐射引导到共同焦点。在一些实施例中，旋转附加准直器主体以使一组附加的准直器通道与主准直器通道对准。本文描述的输送辐射的方法可以是放射治疗方法，包括但不限于SRS和SBRT。
已经描述了本发明的各种实施例以实现本发明的各种目的。应该认识到，这些实施例仅仅是对本发明原理的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将容易明白其许多修改和改编。
Claims (27)
1.一种辐射输送装置，包括：
源部件包括多个辐射源；以及
准直器部件，用于将来自辐射源的辐射引导到共同的聚焦区域，其中辐射源布置在准直器部件内。
2.根据权利要求1所述的辐射输送装置，其中源部件位于准直器部件的内腔内。
3.根据权利要求2所述的辐射输送装置，其中准直器部件包括主准直器主体，主准直器主体包括一组或多组主准直器通道，用于引导来自辐射源的辐射。
4.根据权利要求3所述的辐射输送装置，其中源部件和主准直器主体可相对于彼此旋转。
5.根据权利要求3所述的辐射输送装置，其中源部件可旋转到辐射源面对屏蔽体的位置。
6.根据权利要求3所述的辐射输送装置，其中准直器部件还包括至少一个附加的准直器主体，所述附加的准直器主体包括一组或多组附加的准直器通道，用于引导来自辐射源的辐射。
7.根据权利要求6所述的辐射输送装置，其中附加的准直器通道的形状和/或尺寸与主准直器通道不同。
8.根据权利要求6所述的辐射输送装置，其中主准直器主体布置在附加准直器主体的内腔内。
9.根据权利要求8所述的辐射输送装置，其中源部件、主准直器主体和附加的准直器主体可相对于彼此旋转。
10.根据权利要求8所述的辐射输送装置，其中附加的准直器通道组布置在另外的准直器主体上的不同径向位置处。
11.根据权利要求10所述的辐射输送装置，其中布置在不同径向位置的附加准直器通道具有不同的形状和/或尺寸。
12.根据权利要求8所述的辐射输送装置，其中源部件与主准直器主体和/或附加的准直器主体呈现非同心布置。
13.根据权利要求1所述的辐射输送装置，其中共同焦点区域的直径或宽度为2毫米至60毫米。
14.根据权利要求1所述的辐射输送装置，其中辐射源沿着源部件纵向轴线延伸的弯曲或非弯曲表面布置。
15.根据权利要求1所述的辐射输送装置，其中辐射源包括放射性物质。
16.根据权利要求15所述的辐射输送装置，其中放射性物质选自钴-60、铯-137和铱-192。
17.根据权利要求1所述的辐射输送装置，配置成用于立体定向放射外科设备中的集成。
18.一种将来自多个辐射源的辐射引导到共同焦点区域的方法，包括：
将包括辐射源的源部件定位在准直器部件的内腔中；以及
用准直器部件将辐射引导到共同的焦点区域。
19.根据权利要求18所述的方法，其中准直器部件包括主准直器主体，主准直器主体包括一组或多组用于引导辐射的主准直器通道。
20.根据权利要求19所述的方法，其中旋转源部件和/或主准直器主体以使辐射源与主准直器通道对准。
21.根据权利要求20所述的方法，其中源部件从辐射源面对屏蔽体的位置旋转。
22.根据权利要求19所述的方法，其中准直器部件还包括至少一个附加的准直器主体，所述附加的准直器主体包括一组或多组附加的准直器通道，用于将辐射引导到共同焦点。
23.根据权利要求22所述的方法，其中附加的准直器通道的尺寸和/或形状与主准直器通道不同。
24.根据权利要求22所述的方法，其中附加的准直器通道的数量与主准直器通道的数量不同。
25.根据权利要求22所述的方法，其中主准直器主体布置在附加准直器主体的内腔内。
26.根据权利要求25所述的方法，其中旋转源部件、主准直器主体和/或附加的准直器主体以使主准直器通道和附加的准直器通道与辐射源对准。
27.根据权利要求18所述的方法，其中共同的焦点区域位于患者体内。
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