CN111936205B - 放射治疗控制系统 - Google Patents

Abstract

一种放射治疗系统，包括患者支撑件、放射束发生器、其上安装有放射束发生器的台架和控制系统，台架是可移动的以使放射束发生器围绕患者支撑件旋转，该控制系统包括安装在台架上并被配置为向患者支撑件、放射束发生器和台架提供实时控制信号的实时控制系统。

Description

放射治疗控制系统

技术领域

本发明涉及用于控制放射治疗设备的控制系统。尤其地，本发明涉及操作期间的实时控制的方面。

背景技术

图1中示出了一种已知类型的放射治疗系统，其包括患者支撑件10，通常称为治疗台或治疗床，其可在纵向方向x-x和竖直方向z-z上移动。可旋转台架12安装在包含治疗台10的房间中，以便在治疗台10上延伸。台架12承载放射治疗射束发生器14，该放射治疗射束发生器14可以将放射治疗射束投射到治疗台10上。台架12被安装成使得它可以围绕纵轴x-x旋转。通过这种方式，放射治疗射束可以从任何方向指向治疗台。控制系统16向台架12、放射治疗射束发生器14和治疗台10提供控制信号。通过提供实时控制信号，控制系统16可以动态地调节系统的操作，诸如射束产生和成形、台架12的旋转以及治疗台10的移动。通过这种方式，可以为具有要通过放射疗法治疗的肿瘤的患者提供治疗，在该治疗中，放射治疗射束的形状与肿瘤或肿瘤的一部分的形状相匹配，并且放射治疗射束可以从多个不同的旋转位置指向肿瘤。这可用于优化肿瘤接收的放射剂量，同时将对健康组织的辐射降至最低。

控制系统的配置，尤其是提供实时控制信号的连接通常将台架限制为在任何方向上的一个完整旋转，之后必须通过在相反方向上反向旋转来将其重置。

本发明解决了对控制系统的需求，该控制系统可以与各种台架配置一起使用，并且可以减轻在治疗过程中对台架的旋转数的限制。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种放射治疗系统，包括患者支撑件、放射束发生器、其上安装有放射束发生器的台架以及控制系统，台架是可移动的以使放射束发生器围绕患者支撑件旋转，该控制系统包括实时控制系统，所述实时控制系统安装在台架上并被配置为向患者支撑件、放射束发生器和台架提供实时控制信号。

控制系统还可以包括台架外控制系统，该台架外控制系统与台架分开地安装并且被配置为与安装在台架上的实时控制系统交换控制信号。

台架可以包括具有孔的环形结构，患者支撑件可以延伸通过孔，并且台架可以在任一方向上旋转超过360°。环形台架可以包括一个以上的滑环，通过滑环为放射束发生器和安装在台架上的任何其他电力组件提供电力，并且滑环还可以提供与安装在台架上的实时控制系统的数据链路。台架可以包括用于电力和数据的分立的滑环。

系统还可以包括在实时控制系统和台架外控制系统之间的无线数据连接。

台架外控制系统可以包括治疗计划系统，该治疗计划系统被配置为提供实时控制例程以由安装在台架上的实时控制系统实施。

实时控制系统可以被配置为控制由放射束发生器产生的射束的产生和成形。

可以在台架外控制系统与患者支撑件之间提供光纤链路，以提供实时控制信号。

台架外控制系统可以包括用于控制台架旋转的台架驱动控制器，其中，实时控制系统被配置为向台架驱动控制器提供控制信号。

可以在台架上提供成像系统，用于在用放射治疗射束进行治疗期间获取患者的图像，实时控制系统被配置为向成像系统提供控制信号。

本发明的其他方面将从以下描述中显而易见。

附图说明

现在将通过示例并参考附图来描述本发明，其中：

图1是一种已知类型的放射治疗系统；

图2是一种放射治疗和MRI相结合的系统；

图3示出了图2的系统的控制系统的总体示意图；

图4示出了控制系统的更多细节。

具体实施方式

图2示出了包括放射治疗设备和磁共振成像(MRI)设备的系统。在图3中示意性地示出了放射治疗设备106和MRI设备104。

该系统包括用于在设备中支撑患者的患者支撑件或治疗床110。如WO2009/007737中所述，治疗床110可沿着水平平移轴(标记为“I”)移动，使得躺在治疗床上的患者被移动到放射治疗和MRI设备中。

系统102(如图3所示，包括MRI设备104和放射治疗设备106)可以用于产生位于治疗床110上的患者的实时图像。MRI设备包括主磁体116，其用于产生用于磁共振成像的主磁场。由磁体116产生的磁场线大致平行于中心平移轴线I。主磁体116包括一个或多个线圈，其轴线平行于平移轴线I。如图所示，一个或多个线圈可以是单个线圈或多个不同直径的同轴线圈。主磁体116中的(多个)线圈被布置成使得磁体116的中心窗口没有线圈。磁体116还可包括一个或多个有源屏蔽线圈，用于在磁体116外部产生与主磁场大小近似相等且极性相反的磁场。系统102的较敏感部件，例如加速器，位于磁体116外部的磁场至少被消除至一阶的该区域中。MRI设备104还包括两个梯度线圈118、120，其产生叠加在主磁场上的梯度磁场。这些线圈118、120在合成磁场中产生梯度，该梯度允许质子的空间编码，使得它们的位置可以从发生共振的频率(拉莫尔频率)来确定。梯度线圈118、120围绕与主磁体116共同的中心轴线而定位，并且沿着该中心轴线彼此移位。该位移在两个线圈118、120之间产生间隙或窗口。在主磁体116还包括各线圈之间的中心窗口的实施例中，两个窗口彼此对准。

RF系统122以不同的频率向患者发送无线电信号，并检测那些频率下的吸收，使得可以确定患者体内质子的存在及其位置。RF系统122可以包括例如既发送无线电信号又接收反射信号的单个线圈、专用收发线圈、或多元件相控阵线圈。控制电路124控制各种线圈116、118、120和RF系统122的操作，并且信号处理电路126接收RF系统的输出，用于生成由治疗床110支撑的患者的图像。

系统102还包括放射治疗系统106，其向由治疗床110支撑的患者递送放射剂量。包括至少放射束发生器130(例如，X射线源)的放射治疗设备106的大部分安装在台架或底座128上。台架128是具有孔的环形结构，治疗床110可以延伸到该孔中，并且当治疗床110插入治疗区域时，台架128可以由一个或多个台架/底座电机134提供电力而连续地围绕治疗床110旋转。在所示的实施例中，放射线检测器136也安装在台架128上，与放射束发生器130相对，并且台架的旋转轴位于放射线检测器136与放射束发生器130之间。台架128被布置成使得它可以在任何方向上旋转超过360度，提供滑环以允许向安装在台架128上的组件提供电力。

图3所示的放射治疗系统106的控制电路138还包括图4示意性示出的控制系统。该控制系统包括两个主要部分：安装在台架128上以使随其旋转的台架上系统200，以及与台架128分开安装的台架外系统300。在台架上系统与台架外系统之间提供了两种数据连接：无线数据链路210和提供延伸通过台架128上的滑环214的数据信号路径的硬线链路212。滑环214可以包括一个或多个独立的环，并且各个环可以用于电力或数据传输(或两者)。例如，可以提供两个滑环，一个用于数据，另一个用于电力。

台架上系统200包括实时控制器216，其负责向位于台架上和台架外的放射治疗系统106的各种功能组件提供实时(RT)控制信号。作为在RT控制下的台架上组件的示例，放射束发生器130的各种动态操作方面在RT控制器216的控制下。这些包括影响辐射源输出218的诸如电子枪控制、RF调制等方面，以及诸如控制多叶准直器(MLC)132的叶片的定位或者光阑块的定位之类的光束成形方面220。

作为在台架上RT控制下的台架外组件的示例，治疗床110还被提供有来自RT控制器216的控制信号221，使得其在台架的孔中的移动可以与放射线发生器和射束成形系统的操作相协调，并且台架电机134也在RT控制器216的RT控制下，用于旋转台架128以将放射线发生器定位在治疗床110周围的不同方位位置。

RT控制器216可以被编程为存储用于各种系统组件的操作的控制信号的集合。因为在实时控制下的几个台架上组件既需要控制信号的精确时间同步，又需要相对高的数据带宽，所以RT控制器216通过诸如以太网(Ethernet)网络222之类的硬线数据网络连接至这些组件。可以提供以太网交换机224来将组件218、220、221等连接至RT控制器216。尽管台架外组件也需要控制信号的精确时间同步，但所需的带宽相对低。在这种情况下，数据通道可以例如通过包括位于台架外的CAN桥228的CAN RT网络212来通过滑环214。还提供了与台架外系统300的接口240。

某些台架上组件不需要“硬”RT控制，因此可以经由与台架上的关联的以太网交换机224接口连接的Wi-Fi网络210被提供来自台架外系统300的控制信号。可以在这种“软”RT控制下的组件的示例包括用于台架上组件的温度控制的水调节系统230、成像系统232的通用控制以及非RT组件(未示出)。另外，该网络210还可以用于将控制例程上传到RT控制器216以进行硬RT控制。

台架外系统300还可以包括专用于不用于系统的直接RT控制的功能的其他子系统，例如用于生成要发送到RT控制器216的控制例程的治疗计划系统302、数据处理系统304、成像系统306等。所有这些子系统都可以利用使用硬线的以太网网络308或Wi-Fi连接来连接。

因为治疗床110位于MRI设备104的高磁场区域内，所以可以通过光纤连接310来提供控制信号。台架外系统300可以位于与台架128和包含治疗床110的治疗室分开的房间中。

MRI系统104的操作实质上可以与放射治疗设备106的操作分开进行。不需要在台架128上提供MRI控制系统124，并且可以在MRI系统104与MRI控制系统124之间提供相对简单的数据连接。MRI系统控制器124可以与台架外系统300在同一房间。

通过在台架218上提供RT控制系统216，可以在台架128旋转超过360度的同时连续地操作该系统。对于大多数实际目的，可以认为台架128的旋转是不受限制的。然而，在停止以重新配置系统之前，限制在特定方向上的旋转数可能是合适的。

此外，台架上RT控制系统200不太容易受到与台架外控制系统300的数据链路210、212的故障的影响。尽管可以从台架外系统300提供基本命令(诸如开始治疗序列、中断或暂停序列、停止治疗或系统启动和关闭序列)，但是只要提供电力(经由滑环214)，操作就不依赖于从台架外系统300到台架上系统200的活动数据。如果该数据链路出现故障，台架上系统200可以继续按照指令操作，或者可以根据情况自行启动暂停、停止或关闭。

台架上控制系统200包括可以存储指令集的中央控制器。即使台架上控制系统200与台架外系统300之间的数据连接断开，放射治疗设备106也可以继续运行，因为台架上控制系统200具有足够的指令和数据来执行原始治疗计划，并且已经向台架上的子系统发送了指令。

尽管上面描述的控制系统与结合的MRI和放射治疗系统一起使用，但是应当理解，它可以单独用于放射治疗系统的控制。这种系统也可以与图1所示类型的放射治疗系统一起使用。在每种情况下，在台架上提供RT控制系统都允许台架旋转超过360度，而无需通过旋转安装提供高带宽RT数据链路。

可以在本发明的范围内进行进一步的改变。

Claims (10)

1.一种放射治疗系统，包括：

患者支撑件；

放射束发生器；

其上安装有所述放射束发生器的台架，所述台架是可移动的以使所述放射束发生器围绕所述患者支撑件旋转；以及

控制系统，其包括：

实时控制系统，其安装在所述台架上以随所述台架旋转，并被配置为向所述放射束发生器和所述台架提供实时控制信号，以控制所述放射束发生器的动态操作方面以及所述放射束发生器与所述患者支撑件的相对定位；以及

台架外控制系统，其与所述台架分开地安装且位于与所述台架分开的房间中并且被配置为经由数据链路与安装在所述台架上的所述实时控制系统交换控制信号，

其特征在于，安装在所述台架上的所述实时控制系统包括中央控制器，所述中央控制器存储指令集，使得所述实时控制系统能够在所述台架外控制系统与所述实时控制系统之间的所述数据链路断开的情况下继续运行，

其中所述台架外控制系统包括治疗计划系统，所述治疗计划系统被配置为提供实时控制例程并将其发送到所述实时控制系统，以由安装在所述台架上的所述实时控制系统实施，其中，所述台架外控制系统可操作以向安装在所述台架上的所述实时控制系统发送控制指令，以存储在所述中央控制器中，所述中央控制器能够存储足够的指令，使得所述实时控制系统能够在所述台架外控制系统与所述实时控制系统之间的所述数据链路断开的情况下继续运行。

2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述台架包括具有孔的环形结构，所述患者支撑件可以延伸通过所述孔，其中所述台架可以围绕延伸通过所述孔的轴线顺时针或逆时针旋转超过360°。

3.根据权利要求2所述的放射治疗系统，其中，所述环形台架包括一个以上的滑环，通过所述滑环为所述放射束发生器和安装在所述台架上的任何其他电力组件提供电力，并且所述滑环提供与安装在所述台架上的所述实时控制系统的数据链路。

4.根据权利要求3所述的放射治疗系统，包括用于提供电力和数据的分立的滑环。

5.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述实时控制系统被配置为控制由所述放射束发生器产生的所述射束的产生和成形。

6.根据权利要求1所述的放射治疗系统，还包括在所述实时控制系统与所述台架外控制系统之间的无线数据连接。

7.根据权利要求1所述的放射治疗系统，还包括在所述台架外控制系统与所述患者支撑件之间的光纤链路，以提供来自所述台架上的所述实时控制系统的所述实时控制信号。

8.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其中，所述台架外控制系统包括用于控制所述台架的旋转的台架驱动控制器，其中，所述实时控制系统被配置为向所述台架驱动控制器提供控制信号。

9.根据权利要求1所述的放射治疗系统，还包括在所述台架上的成像系统，用于在用放射治疗射束进行治疗期间获取患者的图像，所述实时控制系统被配置为向所述成像系统提供控制信号。

10.根据任一前述权利要求所述的放射治疗系统，其中，安装在所述台架上的所述实时控制系统被配置为：在安装在所述台架上的所述实时控制系统与所述台架外控制系统之间的所述数据链路出现故障的情况下，能够自行启动、暂停或关闭。