CN117339120A - 用于发射引导式高能光子传输的系统 - Google Patents
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Abstract
本文公开了放射治疗系统和方法。这些放射治疗系统和方法用于发射引导式放射治疗，其中，检测来自定位于患者肿瘤区域的标记物或示踪物的伽马射线并将它用于向肿瘤引导辐射。本文所述的放射治疗系统包括门架，该门架包括可旋转环，该可旋转环经由旋转机构联接到固定框架，使得可旋转环以约70RPM以内的速度旋转；所述系统还包括安装在所述可旋转环上的辐射源(例如，MV X射线源)以及安装在所述可旋转环上的一个或多个PET检测器。
Description
本申请是申请日为2017年11月15日、申请号为201780083180.6、发明名称为“用于发射引导式高能光子传输的系统”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年11月15日提交的美国临时专利申请No.62/422,404的优先权，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明涉及用于控制放射治疗的系统、设备和方法。所述系统、设备和方法可用于发射引导式高能光子传输。
背景技术
放射治疗涉及从一个或多个方向瞄准肿瘤的辐射。在一些放射治疗系统中，安装在门架上的辐射源围绕台面或卧榻上的患者旋转，并将辐射引向患者的肿瘤。当辐射源围绕患者旋转时，患者台面或卧榻可以沿平行于辐射源的旋转轴线的方向移动。以这种方式，基于患者的图像和在治疗过程(session)之前通过各种成像模态产生的患者和肿瘤的图像，可以从各种门架角度并在各种患者台面或卧榻位置处将辐射施加到患者的肿瘤。
发射引导式放射治疗(EGRT)基于由正电子发射断层成像(PET)示踪剂发射的在治疗过程期间定位于肿瘤的正电子发射路径来施加辐射。除了用于治疗性地照射肿瘤区域的辐射源之外，EGRT系统还具有用于感测源自肿瘤区域内的正电子发射路径的PET检测器阵列，其可提供实时位置数据。这可以减少肿瘤定位与对该肿瘤的照射之间的延迟。为了及时响应指示肿瘤实时位置的正电子发射路径的检测，发射引导式放射治疗系统的门架可以以在约10转/分钟(RPM)至约70RPM范围内的速度旋转。可能需要改进门架旋转机构、辐射源和/或辐射传感器(例如，PET检测器、伽马射线或X射线检测器等)，以便适应这种升高的转速。相反，PET检测器中时间分辨率的增加可能会减少所需的旋转延迟，这是由于PET事件的有限空间范围与这些事件的时间分辨率相关联。
发明内容
本文公开了放射治疗系统和方法。该放射治疗系统可包括门架，该门架包括固定(位置固定)框架和构造成以约70RPM以内的速度旋转的可旋转环。该放射治疗系统可包括治疗辐射源、一个或多个光束整形部件、成像系统(例如，一个或多个PET检测器、kV CT成像系统)以及安装在可旋转环上的支持电子器件。这些部件可以安装和布置在可旋转环上，使得由环快速旋转(例如，约50RPM或更高)产生的机械力和/或其它扰动不会干扰它们的功能。放射治疗系统还可包括温度管理系统，该温度管理系统构造成将由可旋转环上的部件产生的热量(以及通过使环以70RPM以内的速度旋转产生的热量)经由固定框架传递到设施冷却系统(facility cooling system)。这些放射治疗系统和方法可以用于生物引导式放疗，例如发射引导式(受引导的发射的，emission-guided)放疗，其中定位于患者目标区域(例如，肿瘤区域)的来自标记物或示踪物的伽马射线可被检测并被用于将辐射引导到目标区域。这些系统和方法还可以有助于减少辐射暴露或递送至非靶区域，例如肿瘤周围的正常或健康组织和/或辐射敏感结构或器官(例如，有风险的器官)。
放射治疗系统的一个变型可以包括门架，该门架包括固定框架和构造成以约高达70RPM旋转的可旋转环，其中可旋转环可包括滚筒，该滚筒具有第一环形端面、与第一端表面相对的第二环形端面，该滚筒的位于所述端面之间的长度使得当环旋转到高达约70RPM时第一和第二端面的偏转(偏差)小于约0.5mm。该系统还可包括：滑环(slip-ring)，它位于固定框架与可旋转环之间并且配置成在可旋转环旋转到高达约70RPM时在其间传送电信号；治疗辐射源，它包括线性加速器(直线加速器)和磁控管；沿滚筒的长度安装的一个或多个PET检测器；温度管理系统，其将热量从可旋转环传递到固定框架上的冷却流体。直线加速器可以通过第一安装组件沿着滚筒的长度附接并且封装在与直线加速器和第一安装组件分开的辐射屏蔽中，磁控管可以沿着滚筒的长度径向安装，使得磁控管的阴极支承件与当可旋转环旋转到高达约70RPM时产生的向心力的方向对齐。可以使用与第一安装组件分开的第二安装组件将辐射屏障安装到门架上。例如，第二安装组件可以不直接接触第一安装组件，和/或第一安装组件和第二安装组件可以通过气隙分开，和/或直线加速器和辐射屏障通过气隙分开。辐射屏障和第二安装组件可以不接触直线加速器。任选地，一些变型可包括使用滚珠丝杠联接到直线加速器和第一安装组件的致动器，使得线性加速器的位置被配置为由致动器调节。致动器可以是或者可以不是可移除的，和/或可以从远程地点控制，例如可旋转门架所在的房间之外的地点。
该系统还可包括位于可旋转环上的第一控制器和位于固定框架上的第二控制器。第一控制器可以产生用于所述治疗辐射源和所述一个或多个PET检测器的控制命令，第二控制器可以产生用于门架运动系统的控制命令，第一控制器与第二控制器之间的同步数据可以经由滑环传输(传递)。治疗辐射源的启动和PET数据的获取可以基于由第一控制器产生的信号，环的旋转可以基于由第二控制器产生的信号，同步信号可以经由滑环在处理器之间传输以使治疗辐射源的启动、PET数据的获取和门架运动同步。在一些变型中，滑环可包括数据刷块和动力(电力)刷块。该系统还可以包括第一通信接口和第二通信接口，该第一通信接口包括安装在可旋转环上的第一接收元件和安装在固定框架上的第一发射器元件，第一发射器元件被配置为在可旋转环移动时将第一多个信号发送至第一接收元件，该第二通信接口包括安装在可旋转环上的第二发射器元件和安装在固定框架上的第二接收元件。第二发射器元件可以被配置为在可旋转环移动时将第二多个信号发送至第二接收元件。第一多个信号可以横跨第一通信接口传输，第二多个信号(例如，门架转速数据、来自一个或多个正电子发射检测器的正电子发射数据、来自跨越治疗辐射源安装在可旋转环上的辐射检测器的辐射数据)同时通过第二通信接口传输。在一些变型中，系统可以包括设置在辐射源前方的多叶准直器，该多叶准直器可以被配置为将多叶准直器的各个叶的位置数据传输至第二发射器元件以用于传输至第二接收元件。第二控制器可以与第一发射器元件通信，第一多个信号包括来自第二控制器的辐射源命令。替代地或附加地，第一多个信号可以包括多叶准直器命令和/或来自第二控制器的门架旋转命令。第一通信接口和第二通信接口可以使用感应(电感)信号传输方法或电容信号传输方法来传输信号。
一些变型还可包括安装到可旋转环上并与第一接收元件通信的第一位置传感器，以及安装到固定框架上并与第二接收元件通信的第二位置传感器。可旋转环可包括多个定位器或索引标记，它们位于环的圆周周围并且可被第二位置传感器检测，固定框架可包括多个定位器或索引标记，它们位于框架的圆周周围并且可被第一位置传感器检测。第一多个信号可以包括来自第一位置传感器的索引标记数据，第二多个信号可以包括来自第二位置传感器的索引标记数据。第一和/或第二控制器可配置成接收并比较第一和第二多个信号以识别第一和第二多个信号中的差异。第一和/或第二控制器可配置成生成信号以指示第一和第二多个信号之间的差异。第一多个信号可包括来自第一位置传感器的可旋转环的角位置数据，第二多个信号可包括来自第二位置传感器的可旋转环的角位置数据。该系统还可以包括控制器，该控制器配置成接收和比较第一和第二多个信号以识别第一和第二多个信号中的差异。用于识别第一多个信号与第二多个信号之间的差异的方法的一个变型可以包括计算第一多个信号随时间的导数，计算第二多个信号随时间的导数，确定计算出的导数之间的差值，如果差值超过预定阈值则产生位置传感器故障信号。
在一些变型中，该系统还可包括壳体，该壳体限定封包门架的容积。该壳体可包括沿着滚筒的长度的一个或多个侧向(横向)舱口，该舱口构造成允许接近治疗辐射源和一个或多个PET检测器。放射治疗系统还可包括运动系统，该运动系统包括围绕可旋转环的多个转子元件、跨越转子元件的被封包在固定框架内的定子元件、以及位于多个转子元件附近的滚珠轴承。所述一个或多个转子元件可包括一个或多个磁性或电感元件，所述定子元件可包括线圈。
放射治疗系统还可包括治疗辐射源，它构造成产生沿着束路径发射的辐射束，该辐射束具有二维投影，该二维投影具有x轴方面(分量，aspect)和y轴方面，该系统还包括设置在束路径中的束限制组件。束限制组件的一个变型可包括：上夹爪，其构造成使辐射束的y轴方向成形；多叶准直器，其构造成使辐射束的x轴方面成形；以及下夹爪，其构造成使辐射束的y轴方面成形。多叶片准直器可位于上夹爪与下夹爪之间。上夹爪的位置可以比多叶准直器和下夹爪更靠近辐射源，下夹爪的位置可以比多叶准直器和上夹爪更远离辐射源。上夹爪可包括相对于竖直轴成第一角度倾斜的向内面，下夹爪可包括相对于竖直轴成第二角度倾斜的向内面，并且第一角度可小于第二角度。辐射束可具有由焦线(焦直线)限定的束边界和束扩展，上夹爪可包括未沿焦线对准的向内面，下夹爪同此。上夹爪的向内面可相对于竖直轴成第一角度倾斜，下夹爪的向内面可相对于竖直轴成第二角度倾斜，所述焦线可相对于竖直轴成第三角度倾斜。第一角度可小于第二角度。
放射治疗系统的磁控管可构造成提供RF能量以使直线加速器中的电子加速。磁控管可包括环形阳极和阴极，所述环形阳极具有一个或多个包括中央空腔的空腔，所述阴极位于环形阳极的中央空腔中，阴极支承件可以将阴极联接到环形阳极，使得阴极支承件的纵向轴沿门架的径向轴对准。
在一些变型中，温度管理系统可包括第一组热交换器和第二组热交换器，所述第一组热交换器构造成将从旋转环产生的热传递到固定框架，所述第二组热交换器构造成将热从固定框架传递到外部散热器。例如，外部散热器可以是闭环的设施液体系统。
任选地，放射治疗系统的一些变型可包括安装在可旋转环上的第二门架，以及安装在第二门架上的kV系统。该kV系统可包括kV辐射源和设置在kV辐射源的束路径中的可旋转准直器。可旋转准直器可具有阻挡束的第一构型和传输束的第二构型。旋转可旋转准直器可以在第一和第二构型之间转换。可旋转准直器可包括由辐射阻挡材料制成的柱体和横向于柱体的纵向轴的开孔。在第一构型中，开孔可以不沿着束路径对准，而在第二构型中，开孔可以沿着束路径对准。
放疗设备的一个变型可包括可旋转门架，该可旋转门架包括孔(孔腔，孔洞)和联接到门架的辐射源。可旋转门架的孔可包括第一部分和第二部分，其中第二部分的直径大于第一部分的直径。在一个变型中，第二部分的至少一个区域可包括椭圆体。放疗设备还可包括图像投影仪，其构造成照亮第二部分的至少一个区域。照亮装置可包括一个或多个图像和/或视频。放疗设备或系统可任选地包括沿着孔的表面设置的柔性显示器。该柔性显示器可以是有机发光二极管(OLED)显示器。在一些变型中，放疗设备可包括构造成在孔内输出声音的音频设备。任选地，放疗系统可包括气流装置，该气流装置构造成引导气流通过孔的第二部分。一些变型可以包括：光学眼睛跟踪器，其构造成检测孔中的患者的眼睛位置和眼睛注视中的一者或多者；以及处理器，其构造成使用眼睛位置和眼睛注视来改变照明。对应于第一部分的门架可以是可旋转的，对应于第二部分和辐射源中的一者或多者的门架可以是固定的。第一部分可包括第一端和第二端，其中第一端可包括圆形开口，第二部分可包括联接到第二端的封壳。在一些示例中，第一部分的直径可以是基本上恒定的，而第二部分直径可变化。在另一些示例中，第二部分的直径可以比第一部分的直径大约四倍以内。
本文描述了放疗系统的另一变型，该放疗系统包括：可旋转门架，其包括患者区域并且构造成将患者接纳在患者平台上并从辐射源输出束；患者定位系统，其构造成将患者定位在患者区域中；设置在患者区域中的麦克风阵列和扬声器阵列；以及处理器，其构造成使用患者定位系统定位患者耳朵并使用麦克风阵列和耳朵位置产生噪声消除信号。扬声器阵列可以构造成输出噪声消除信号。在一些变型中，麦克风阵列和扬声器阵列可设置在门架的一端中。本文还描述了一种用于放疗系统的噪声消除方法，其可包括接收设置在放疗系统的患者治疗区域中的患者的耳朵位置数据，使用麦克风阵列接收从放疗系统产生的噪声，使用耳朵位置数据和接收的噪声产生噪声消除信号，从扬声器阵列输出消除信号。该方法可任选地包括对患者成像以生成耳朵位置数据。
本文还公开了一种处理放疗患者的方法。这种方法的一个变型可包括使用设置在登记室中的登记系统将第一患者的身体登记至第一患者平台，将第一患者身体在第一患者平台上从登记室移动到放疗室，将第一患者平台停靠(对接)至设置在放疗室中的放疗系统，其中停靠第一患者平台可包括将第一患者平台移动到放疗系统的患者治疗区域中，以及使用放疗系统治疗第一患者。一些方法还可包括在第一患者完成每个步骤之后对第二患者和第二患者平台执行每个上述步骤。该方法可以包括在服药室中给第一患者服用放射性同位素和将第一患者从服药室移动到登记室。在完成针对第一患者的每个步骤之后，可对第二患者和第二患者平台执行这些步骤，在完成针对第二患者的每个步骤之后还可对第三患者执行这些步骤。
本文公开了操作放疗系统的方法的一个变型，该方法包括：提供放疗系统，该放疗系统包括可旋转门架、设置在门架的患者区域中并构造成相对于门架移动的患者平台、安装在门架上并包括构造成从多个门架角度打开和关闭的多个叶片的准直器、以及联接到准直器的辐射源；接收患者的治疗计划，该治疗计划包括一组打开的叶片和相应的门架角度；使用辐射源和治疗计划从准直器输出辐射束；以及使用治疗计划改变患者平台和门架中的一者或多者的速度。在一些变型中，该方法可包括使准直器的速度优先于患者平台和门架的速度。使准直器的速度优先可包括改变患者平台和门架中的一者或多者的速度以维持准直器的速度。在一些方法中，可以在没有辐射束发射的情况下提高患者平台速度。替代地或附加地，门架速度可以是恒定的并且患者平台速度可以变化，或者患者平台速度可以是恒定的并且门架速度可以变化。
本文公开了定位患者身体结构的方法的一个变型，其中该方法可以包括：将放射性基准(基准点)联接到患者的外部部分(其中放射性基准对应于患者身体结构)；定位放射性基准和联接到患者平台的患者；以及使用放射性基准的定位将患者身体结构登记至患者平台。放射性基准可以包括水凝胶，和/或可以是500千伏点源(point source)。在一些变型中，该方法可包括在放射性基准联接到患者的情况下使用放疗束治疗患者。该方法可任选地包括与治疗步骤并行地定位放射性基准，并使用位置数据确定患者身体结构的移动。在一些变型中，该方法可以包括将金属基准联接到患者的外部部分—其中金属基准对应于患者身体结构，并定位金属基准。外部部分可包括皮肤、患者的开孔、胸骨和髋部中的一者或多者。在一些变型中，该方法可以包括在对应于患者身体结构的第一皮肤位置处标记患者，其中放射性基准可以在第一位置处联接到患者。替代地或附加地，放射性基准可以包括被构造用于插入开孔中的开孔块，和/或可以联接到被穿在患者身上的患者衣服上。
用于定位患者身体结构的方法的另一变型可包括：定位患者的内部感兴趣区域；将放射性基准植入到感兴趣区域中；定位放射性基准和联接到患者平台的患者；以及使用放射性基准的位置将感兴趣区域登记至患者平台。植入的放射性基准可包括水凝胶和示踪剂中的一者或多者。
本文还公开了放疗系统的一个变型，其可包括可旋转门架、使用第一安装组件安装到门架上的线性加速器、以及设置在线性加速器上并使用与第一安装组件分开的第二安装组件安装在门架上的辐射屏障。例如，第二安装组件可以不直接接触第一安装组件，和/或第一安装组件和第二安装组件通过气隙分开。辐射屏障和第二安装组件可以不接触线性加速器，例如，线性加速器和辐射屏障可以通过气隙分开。在一些变型中，门架可包括具有外表面和内表面的壳体，第一安装组件可附接到内表面上，而第二安装组件可附接到外表面上。该系统可任选地包括致动器，该致动器使用滚珠丝杠联接到第一安装组件，使得致动器联接到线性加速器。致动器可以构造成调节线性加速器的位置。致动器可以是可移除的，和/或可以从远程位置控制。例如，可旋转门架可以位于房间内，而远程位置可以位于房间外。
本文公开了放射治疗系统的一个变型，该放射治疗系统可包括：可旋转门架，其包括可移动地联接到固定框架的可旋转环；安装在可旋转环上的辐射源；第一通信接口，其包括安装到第一可旋转环上的第一接收元件和安装到固定框架上的第一发射元件，该第一发射元件构造成在可旋转环移动的同时将第一多个信号传输到第一接收元件；以及第二通信接口，其包括安装到可旋转环上的第二发射元件和安装到固定框架上的第二接收元件，其中第二发射元件构造成在可旋转环移动的同时将第二多个信号传输到第二接收元件。在一些变型中，第一多个信号可以经第一通信接口传输，而第二多个信号可以同时经第二通信接口上传输。一些变型可以包括设置在辐射源前方的多叶准直器，其中多叶准直器可构造成将多叶准直器的各个叶片的位置数据传输到第二发射元件以用于传输到第二接收元件。第二多个信号可包括门架转速数据。一些变型还可包括一个或多个正电子发射检测器，其中第二多个信号包括来自一个或多个正电子发射检测器的正电子发射数据。该系统可以包括跨越辐射源安装在可旋转环上的辐射检测器，其中第二多个信号包括来自辐射检测器的辐射数据。控制器可以位于固定框架上并与第一发射元件通信，其中第一多个信号可包括来自控制器的辐射源命令。该系统可包括设置在辐射源前方的多叶准直器，其中第一多个信号包括来自控制器的多叶准直器命令。第一多个信号可包括来自控制器的门架旋转命令。在一些变型中，第一通信接口和第二通信接口可以使用感应信号传送方法来传输信号。任选地，该系统可包括：第一位置传感器，其安装在可旋转环上并与第一接收元件通信；以及第二位置传感器，其安装在固定框架上并与第二接收元件通信。可旋转环可包括多个索引标记，其位于环的圆周周围并且可由第二位置传感器检测，固定框架可包括多个索引标记，其位于框架的圆周周围并且可由第一位置传感器检测。第一多个信号可包括来自第一位置传感器的索引标记数据，而第二多个信号包括来自第二位置传感器的索引标记数据。该系统还可以包括控制器，该控制器配置成接收和比较第一和第二多个信号以识别第一和第二多个信号中的差异。例如，该控制器可以配置成产生信号以指示第一和第二多个信号之间的差值。第一多个信号可包括来自第一位置传感器的可旋转环的角位置数据，而第二多个信号包括来自第二位置传感器的可旋转环的角位置数据。该系统还可包括控制器，该控制器配置成接收和比较第一和第二多个信号以识别第一和第二多个信号中的差异。识别第一多个信号与第二多个信号之间的差异可包括：计算第一多个信号随时间的导数；计算第二多个信号随时间的导数；确定计算出的导数之间的差值；以及如果该差值超过预定阈值，则产生位置传感器故障信号。
本文描述了放射治疗系统的一个变型，该放射治疗系统可包括：辐射源，其构造成产生沿着束路径发射的辐射束，该辐射束具有二维投影，该二维投影具有x轴方面和y-轴方面；以及设置在束路径中的束限制组件。束限制组件可包括：上夹爪，其构造成对辐射束的y轴方向进行整形；多叶准直器，其构造成对辐射束的x轴方面进行整形；以及下夹爪，其构造成对辐射束的y轴方面进行整形，其中多叶准直器位于上夹爪与下夹爪之间。在一些示例中，上夹爪的位置可以比多叶准直器和下夹爪更靠近辐射源，并且下夹爪的位置可以比多叶准直器和上夹爪更远离辐射源。辐射源可包括线性加速器。上夹爪可包括相对于竖直轴线成第一角度倾斜的向内面，而下夹爪可包括相对于竖直轴线成第二角度倾斜的向内面，其中第一角度小于第二角度。辐射束可具有由焦线限定的束边界和束扩展，并且上夹爪可包括不沿着焦线对准的向内面，下夹爪也是如此。上夹爪的向内表面可相对于竖直轴线成第一角度倾斜，下夹爪的向内面可相对于竖直轴线成第二角度倾斜，并且焦线可以相对于竖直轴线成第三角度倾斜，其中第一角度可小于第二角度。
本文还公开了放射治疗系统的一个变型，该放射治疗系统可包括：可旋转门架，其包括可移动地联接到固定框架的可旋转环，该可旋转门架具有径向轴线；安装在可旋转环上的线性加速器；和安装在可旋转环上的磁控管，其构造成提供RF能量以使电子在线性加速器中加速。磁控管可包括：环形阳极，其具有包括中央空腔的一个或多个空腔；位于环形阳极的中央空腔中的阴极；和将阴极联接到环形阳极的阴极支承件，其中阴极支承件的纵向轴线沿着门架的径向轴线对准。可旋转环的旋转可以产生具有一方向的向心力，其中阴极支承件的纵向轴线可沿该向心力的方向对准。
本文描述了一种放射治疗系统，其可包括：构造成以至少30RPM的速度旋转的门架，该门架包括固定框架和联接到该固定框架的可旋转环；安装在可旋转环上的辐射源；和温度管理系统，该温度管理系统包括第一组热交换器和第二组热交换器，所述第一组热交换器构造成将从旋转环产生的热传递到固定框架，所述第二组热交换器构造成将热从固定框架传递到外部散热器。外部散热器可以是闭环的设施液体系统。
附图说明
图1A-1C是发射引导式放射治疗系统的变型的说明性图示。图1A是门架和患者平台的一个变型的透视图。图1B描绘了图1A的门架和患者平台的截面图。图1C描绘了图1A的门架和患者平台的另一透视图。
图2是门架的一个变型的说明性截面图。
图3A是可以在放射治疗系统中使用的通信接口的一个变型的框图表示。图3B是门架的一个变型的截面图。图3C是门架的框图。图3D描绘了门架的一个变型的示意性侧视图。图3E描绘了用于门架的一个变型的滑环的正视图。图3F描绘了门架的一个变型的示意性侧视图。图3G描绘了用于门架的一个变型的转子和定子元件的正视图。
图4A-4B是线性加速器(直线加速器)的变型的说明性描绘。图4A是直线加速器的一个变型的截面图。图4B描绘了图4A的直线加速器的分解透视图。图4C是具有直线加速器和安装组件的门架的一个变型的透视图。图4D是直线加速器位置调节组件的一个变型的俯视图。图4E是直线加速器位置调节组件的一个变型的侧视图。图4F是具有MV检测器、安装组件和位置调节组件的门架的一个变型的透视图。图4G-4H描绘了图4F的MV检测器和位置调节组件的透视图和分解透视图。图4I-4J描绘了MV位置调节组件的各种构型。
图5A-5E是可与可旋转门架一起使用的温度管理系统的一个变型的说明性描绘。图5A是表示从门架的可旋转环到门架的固定框架的传热或冷却路径的一个变型的框图。图5B是具有温度管理系统的一个变型的门架的正视图。图5C是图5B的门架的侧视图。图5D是图5B的门架的透视图。图5E是图5A的门架的另一透视图。
图6A-6B是门架的某些其它变型的说明性描绘。图6A是门架的截面侧视图。图6B是图6A的门架的局部剖切透视图。图6C是具有孔内显示器的门架的一个变型的示意性侧视图。图6D是具有孔内显示器的门架的一个变型的正视图(端视图)。图6E-6F是具有孔内显示器的门架的一个变型的示意性侧视图。
图7是放射治疗系统的一个变型的说明性截面图。
图8A是门架的正视图。图8B是安装在图8A的门架上的辐射束路径和束整形部件的一个变型的截面正视图。图8C是图8B的辐射束路径和束整形部件的示意性截面图。图8D是图8B的辐射束路径和束整形部件的放大视图。图8E是针对上夹爪的不同偏移值的y轴辐射剂量或注量曲线的图示。图8F描绘了安装在弯曲轨道上的束整形部件的一个变型。
图9A-9B是磁控管的一个变型的说明性描绘。图9A是磁控管的侧视图。图9B是图9A的磁控管和门架的截面侧视图。
图10是准直器时序图的一个变型的说明性描绘。
图11是束转换器的一个变型的说明性描绘。
图12是用于放射治疗系统的患者工作流程的一个变型的说明性示意图。
图13A描绘了kV CT门架环的一个变型，图13B描绘了用于kV成像系统的kV辐射源准直器的一个变型。图13C是图13B的kV辐射源准直器的透视分解图。
图14A是kV辐射源准直器的第一构型的截面图。图14B是图14A的kV辐射源准直器的第二构型的截面图。
图15A概略性地描绘了由包括盘的可旋转环承受的力。图15B概略性地描绘了由包括滚筒结构的可旋转环承受的力。
图16A描绘了包括滚筒结构的可旋转门架的一个变型。图16B描绘了包括滚筒结构的可旋转环的一个变型的示意性正视图(左侧)和侧视图(右侧)。图16C描绘了包括滚筒结构的可旋转门架的一个变型的示意性正视图。
图16D描绘了包括盘的可旋转环的一个变型的示意性正视图(左侧)和侧视图(右侧)。图16E描绘了包括盘的可旋转门架的一个变型的示意性侧视图。
图17A描绘了放射治疗系统的一个变型的后侧透视图。图17B描绘了放射治疗系统的一个变型的侧视图。
具体实施方式
本文总体上描述了用于发射引导式高能光子传输的系统、设备和方法。在一些变型中，所述系统、设备和方法可用于将辐射剂量递送至患者的期望区域(例如，将治疗剂量递送至患者肿瘤)。通常，本文描述的放射治疗系统可包括门架，该门架包括：可旋转环，该可旋转环经由旋转机构联接到固定框架，使得可旋转环以约10RPM至约70RPM旋转；辐射源(例如，MV X射线源)，它安装在可旋转环上；和一个或多个PET检测器，它安装在可旋转环上。安装在可旋转环上的辐射源可以将辐射剂量递送至患者，并且安装在可旋转环上的PET检测器可以检测PET事件。辐射源和PET检测器可以是共面的(例如，两者都安装在可旋转环上，布置成使得辐射源的束平面与PET检测器的检测平面共面)，并且PET检测器可以布置成避免与治疗辐射束路径交叉。放射治疗系统可包括患者治疗区域，该患者治疗区域包括延伸穿过门架的纵向孔或通道。在一些变型中，旋转环可以包括第一通信接口，固定框架可以包括第二通信接口。在这些示例中的一些示例中，第一和第二通信接口两者都可以构造成在环旋转时在其间发送和接收数据。
在一些变型中，门架可包括温度管理系统，该温度管理系统构造成消散由于可旋转环的运动而产生的任何热量。温度管理系统可包括两组热交换器和管道，第一组可以构造成从旋转门架向固定框架传热，而位于固定框架上的第二组可以构造成从固定框架向外部热系统(例如，闭环、设施液体系统)传热。例如，第一组可以包括强制通风热交换器和/或辐射热交换器，第二组可以包括与外部热系统的外部冷却流体联接的热交换器。
在一些变型中，放射治疗系统还可包括安装在门架的可旋转环上的辐射源。例如，辐射源可包括线性加速器(直线加速器)和径向安装的磁控管。磁控管的阴极支承件可以相对于门架沿径向方向定向。或者，辐射源可包括直线加速器和速调管。通过相对于电子注入速率或电子束枪的长度改变由辐射源(例如，磁控管或速调管)产生的射频(RF)脉冲的脉冲速率或长度，可以改变放疗系统的辐射束脉冲速率。在一些变型中，直线加速器可以使用第一安装组件安装在可旋转门架上，设置在直线加速器上的辐射屏障可以使用与第一安装组件分开的第二安装组件安装在门架上。在一些变型中，第二安装组件不直接接触第一安装组件，和/或第一和第二安装组件可以通过气隙分开。
在另一些变型中，一个或多个准直元件可以位于辐射束路径中。例如，放射治疗系统可包括：上夹爪，其构造成沿着第一轴线或尺寸(例如，y轴或宽度)对辐射束进行整形；多叶准直器，其构造成沿着正交于第一轴线或尺寸的第二轴线或尺寸(例如，x轴或长度)对辐射束进行整形；和下夹爪，其构造成沿着第一轴线或尺寸对辐射束进行整形。直线加速器相对于一个或多个准直元件的位置可以通过可以远程控制的马达(例如，致动器)来调节。例如，放射治疗系统可以在房间或掩体中，位于不同房间(例如，控制室)的操作员可以通过控制联接到直线加速器的马达来调节直线加速器的位置。任选地，除了治疗辐射源(例如，MVX射线源)之外，放射治疗系统可以包括安装在可旋转环上的成像辐射源(例如，kV X射线源)，其中成像辐射源可构造成在治疗过程之前和/或期间和/或之后获取患者的图像。成像辐射源和治疗辐射源可以位于沿着门架孔的长度的不同纵向位置(使得由成像辐射源产生的辐射束不与治疗辐射源共面)或位于相同的纵向位置(使得由成像辐射源产生的辐射束平面可以与由治疗辐射源产生的辐射束平面共面)。在一些变型中，成像辐射源和治疗辐射源可以具有分开的直线加速器、辐射源、电子注入器和束转换器组件，而在另一些变型中，成像辐射源和治疗辐射源可以具有相同的直线加速器、辐射源、电子注入器和束转换器组件。
在该系统的一些变型中，具有可旋转门架的放疗设备可包括孔，该孔构造成减轻由于在小空间内的限制而引起的患者不适(例如，幽闭恐惧症)。在一些情况下，患者在治疗期间可以被镇静，以避免幽闭恐惧症并限制患者在患者平台上的移动。然而，镇静会带来风险，并且对于诸如老年人、晚期疾病患者和/或服用药物的患者等一些患者群体而言可能是不希望的。如本文所述，放疗设备可以促进与限制相关的患者舒适度，并且鼓励患者在较长时间内保持静止以接受放射治疗处理，并且可以帮助减少镇静剂的使用。在一些变型中，孔可以朝向该孔的端部在直径上增大(即，可变直径孔或阶梯式孔)，具有模拟扩大空间的听觉/视觉感官提示，以减少患者的焦虑。在一些变型中，可旋转门架可以被封闭在壳体内。壳体可包括尺寸适于患者的纵向通道或孔。该通道或孔可以在一端开口并在相对端封闭(例如，封闭的孔)或者可以在两端开口(例如，开放的孔)。通过在患者处于递送系统中时在患者上方提供气流，可以进一步增强患者的舒适度。
本文公开的放射治疗系统还可以用于断层放疗方法，其中当患者卧榻移动通过患者治疗区域时治疗辐射源围绕该区域旋转。这可以提供X射线照射的螺旋图案。在一些方法中，指向患者治疗区域的辐射可以是强度调制的，例如，其中辐射束在每个门架角度下和在每个卧榻位置处的强度可以变化。例如，当治疗计划需要更高水平的调制时，门架和/或患者平台可能减慢，并且当需要更少调制时，门架和/或患者平台可以提高速度。
I.系统
门架
总体上，本文描述的系统可包括具有固定框架和经由旋转机构联接到固定框架的可旋转环的门架、安装在可旋转环上的治疗辐射源(例如，MV X射线源)、以及安装在可旋转环上的一个或多个PET检测器。放射治疗系统还可以包括与治疗辐射源相对安装在可旋转环上的MV检测器。从治疗辐射源发射的束可以由一个或多个夹爪和/或多叶准直器(例如，二元多叶准直器)和/或在需要时任何数量的束整形部件如附加准直器或夹爪整形。旋转机构可包括滑环和传动系，它们能使环以约10RPM至约70RPM旋转。可旋转环可围绕患者治疗区域旋转，该区域可包括穿过门架的孔或通道。门架可以被封闭在壳体内，壳体可以具有与门架孔或通道相对应的壳体孔或通道。门架壳体可以是患者与门架之间的机械和/或可视屏障。
放射治疗系统还可以包括患者平台，该患者平台构造成将患者移入和移出患者治疗区域。患者平台在门架的孔或通道内的位置、辐射源(其可以是治疗辐射源)在患者治疗区域周围的位置(例如，辐射源在门架孔或通道周围的周向位置)以及来自辐射源的辐射脉冲可以由控制器定时，使得期望的剂量被递送到患者的期望区域(例如，肿瘤区域)。在一些变型中，可旋转环可构造成沿一个或多个方向(例如，顺时针和/或逆时针)连续旋转360度，而在另一些变型中，可旋转环可构造成沿一个或多个方向旋转小于360度(例如，顺时针旋转约270度，逆时针旋转约270度，从竖直轴线顺时针旋转约150度，从竖直轴线逆时针旋转约135度，从竖直轴线顺时针旋转约180度，从竖直轴线旋转约150度等)。
一个或多个PET检测器可以沿着可旋转环的圆周的至少一部分(例如，内周、外周或内周与外周之间的任何位置)安装。PET检测器相对于孔或患者区域的长度的位置可以与MV或治疗辐射源和MV检测器的位置相同(例如，在旋转环的相同“切片”上)。也就是说，由治疗辐射源发射的辐射束可以与PET检测器在同一平面上。PET检测器可以布置成避免与辐射束路径交叉，相反，MV检测器可以位于治疗辐射束路径中。在一些变型中，PET检测器可以跨越环的圆周的子集(例如，180度)。例如，第一PET检测器阵列可以安装在可旋转环的第一部段或长度上，其长度约为环周长的25％，第二PET检测器阵列可以安装在环的第二部段或长度上，其长度约为环周长的25％。在该变型中，环由PET检测器覆盖的部分约为环周长的50％。第一和第二PET检测器阵列可以大致彼此相对地定位(例如，彼此直接相对，使得每个PET检测器阵列的中心彼此相距大约80度)，或者任选地，第一PET检测器阵列可以从第二PET检测器阵列偏移，使得它们不彼此相对(例如，每个PET检测器阵列的中心彼此小于约180度，例如，约45度、约90度、或约120度、或约150度等)。在PET检测器不在与治疗辐射源相同的平面或旋转环的“切片”上(即，PET检测器不与治疗辐射源共面)的变型中，PET检测器可以跨越环的整个圆周(例如，360度)。
图1A-B描绘了放射治疗系统(100)(其可以是发射引导式放射治疗系统)的一个变型，它包括封闭在壳体(103)内的门架(102)、位于门架的孔(105)内的患者治疗区域(104)、以及患者平台(106)。门架(102)可以是可旋转门架、例如圆形门架，它包括固定框架(108)和可旋转环(110)，该环可构造成相对于固定框架(108)以约10RPM至约70RPM顺时针或逆时针(例如，连续旋转)连续旋转360度。壳体(103)的形状可以大体上跟随门架(102)的轮廓，使得患者平台(106)可以被推进和推出孔(105)。封闭在壳体(103)的内部容积内并且在图1B中示出的放射治疗系统(100)还可包括在沿着孔(105)的第一纵向位置处安装在旋转环(110)上的治疗X射线源或辐射源(112)、例如线性加速器(直线加速器)(114)，以及在沿着孔(105)的第二纵向位置处安装在旋转环(110)上的成像X射线源或辐射源(116)。在该变型中，由成像辐射源(116)产生的辐射束可以不与由治疗辐射源(112)产生的辐射束共面。孔(105)的长度(101)可以在约120cm至约210cm之间。在一些变型中，孔(105)的长度(101)可以是约185cm。孔(105)的直径可以在约60cm至约120cm之间。在一些变型中，孔(105)的直径可以是约85cm。患者平台(106)可构造成从平台基部(107)延伸，使得延伸长度(109)可以在约150cm至250cm之间。在一些变型中，延伸长度(109)可以是约190cm。壳体(103)的高度(130)可以在约220cm至约280cm之间。在一些变型中，壳体(103)可具有约250cm的高度。壳体(103)的宽度(132)可在约225cm至325cm之间。在一些变型中，壳体(103)可具有约276cm的宽度(132)。壳体(103)的长度可在约120cm至230cm之间。在一些变型中，壳体(103)可具有约185cm的长度。包括门架和患者平台的放射治疗系统(100)的长度(134)可以在约400cm至约500cm之间。在一些变型中，放射治疗系统(100)的长度(134)可以是约439cm。在一些变型中，深度(例如，凹坑)可以使得孔(105)的轴线距离系统(100)的底部约110cm。在一些变型中，深度可以在约10cm至60cm之间。在一些变型中，深度可以是约32cm。
放射治疗系统(100)还可以包括安装在旋转环(110)上的一个或多个PET检测器。例如，如图1C所示，系统(100)可包括沿着旋转环的圆周(例如，内周)的第一长度(119)安装的第一PET检测器阵列(118)和沿着旋转环的圆周(例如，内周)的第二长度(21)安装的第二PET检测器阵列(120)。第一阵列(118)可以直接位于第二阵列的对面(例如，相隔180度)。第一和第二阵列的长度可以相同或不同。在图1C中的变型中，第一和第二阵列的长度相同，并且每个阵列的长度可以是旋转环(110)的内周的约25％。由第一阵列(118)(和第二阵列(120))占据的圆弧可以具有约90度的掠角，但也可以具有任何期望的掠角(例如，约45度至约180度、约60度、约75度、约120度、约135度、约140度、约150度、约155度等)。在另一些变型中，PET检测器(118，120)可以围绕环的整个周长布置，圆周的可能由治疗辐射源和位于治疗辐射源对面的MV检测器占据的部分除外。在一些变型中，安装在可旋转环上的一个或多个PET检测器阵列或模块可以与由治疗辐射源发射的辐射束共面，并且可各自在方位角上提供大约25％的覆盖(例如，共50％覆盖)，使得当它们旋转时，它们与放疗束线共面相容(即，PET检测器阵列或模块不位于治疗束路径中)。也就是说，每个阵列可以覆盖可旋转门架的总掠角的约25％。可以至少部分地选择PET检测器阵列或模块的宽度(即，沿着孔的长度)，以帮助促进PET事件(例如，发射路径)的获取和检测。例如，PET检测器阵列或模块的宽度可以在约4cm至约20cm之间。在一些变型中，PET检测器阵列或模块的宽度可以是约5cm。
或者，PET检测器阵列可位于与治疗辐射源和/或MV检测器分开的环或门架上。在一些变型中，PET检测器的环或门架可以是不可旋转的，而在另一些变型中，PET检测器的环或门架可以是可旋转的。可旋转的PET检测器环或门架可以与治疗辐射源的环或门架一致地或同步地旋转。例如，PET环或门架可以机械地安装到治疗辐射源的环或门架上，使得其中一个门架的旋转引起另一个门架旋转。或者，PET环或门架可以与治疗辐射源的环或门架分开地旋转。例如，运动控制器可以使两个门架或环一起旋转或分开旋转，这可能是期望的。
任选地，除了治疗辐射源之外，放射治疗系统还可以包括安装在可旋转环上的kVX射线源或成像辐射源，以及也与kV X射线源或成像辐射源相对地位于可旋转环上的kV X射线检测器。来自kV X射线源或成像辐射源的辐射可以沿着第一平面发射，而来自治疗辐射源的辐射可以沿着第二平面发射。第一平面和第二平面可以不是共面的。例如，成像辐射源可以在延伸穿过门架的孔或通道的第一纵向位置处安装在可旋转环上，而治疗辐射源可以在孔或通道的第二纵向位置处安装在可旋转环上。成像辐射源和治疗辐射源安装在其上的可旋转环可以是相同或不同的可旋转环，其可以构造成一起旋转(例如，同步)或独立旋转(例如，一个门架的旋转与另一门架的旋转是分开的)。第一平面和第二平面可以大体上彼此平行，或者可以相对于彼此成非零角度。在另一些变型中，第一平面和第二平面可以是共面的。例如，成像辐射源可以安装在与治疗辐射源相同的孔或通道的纵向位置处。替代地或附加地，可以存在单个X射线源或辐射源，其可以用于利用辐射治疗患者区域，以及帮助提供可以用于图像或剂量重建的数据。放射治疗系统可包括与kV或成像辐射源相对地安装在可旋转环上的kV检测器。来自kV检测器的数据可用于登记患者在放射治疗系统内的位置，和/或产生患者的解剖图像。虽然MV辐射源可以被描述为治疗辐射源，但应该理解，作为来自MV辐射源的照射的结果而获取的数据可以用于计算和产生图像和/或剂量图。治疗辐射源可以是任何类型的电离辐射，例如光子辐射(例如，X射线和伽马射线)和/或粒子辐射(例如，电子、质子、中子、碳离子、阿尔法粒子和贝塔粒子)。
放射治疗系统可包括与门架通信的控制器。该控制器可以包括一个或多个处理器以及与所述一个或多个处理器通信的一个或多个机器可读存储器。该控制器可以通过有线或无线通信信道连接到门架。该控制器可以位于与门架相同的房间或掩体内，或者可以位于与门架不同的房间或掩体内。在一些变型中，控制器可以位于门架上，并且可以例如安装在门架的固定框架上。控制器可以配置成使卧榻的移动与门架的旋转(例如，速度)协调、激活辐射源、打开或关闭准直器叶片/夹爪、检测准直器叶片/夹爪的位置、检测正电子发射路径、检测施加于患者的MV辐射、基于检测到的MV辐射数据来计算递送剂量、存储治疗计划数据、来自其它成像模态(包括但不限于MRI，CT，超声等)的解剖数据。可以通过一个或多个通信接口来促进固定框架与旋转环之间的数据和命令信号的传送，所述一个或多个通信接口构造成在环旋转时连续地发送信号。由PET检测器收集的实时正电子发射数据和/或门架旋转数据(例如，速度)和/或门架位置数据(例如，门架角度)可以横过所述一个或多个通信接口传输到控制器。控制器可以使用这样的数据来更新治疗计划，例如，通过调节环的转速、打开或关闭设置在治疗辐射源上方的多叶准直器的某些叶片和/或通过调节治疗辐射脉冲的时序。
可旋转环和固定框架
总体上，本文所述的系统可包括门架，该门架包括附接或安装组件，其可有助于减轻可能导致位置变化的快速旋转环(例如，约50RPM、约60RPM、约70RPM)的振动和/或向心力的影响。例如，安装在以约60RPM或更高的速度旋转的环上的部件可能承受比以较慢速度(例如，约10RPM、约20RPM)旋转的门架上更高水平的向心力。安装在可旋转环上的部件如辐射源、各种检测器(例如，MV检测器、kV检测器、PET检测器)以及多叶准直器、夹爪、直线加速器和所有支承结构可具有约为2吨的总重量。使两吨以约60RPM的速度在直径为约1.4米的环上旋转可产生可能导致环本身偏转的力，并且还可产生可能影响环安装部件的可靠工作的力。本文描述的放射治疗系统的各种部件和子系统可包括专门的安装组件和/或布置结构和/或定向，以帮助减轻这些力的影响。在一些变型中，门架还可以包括马达或致动器，以在辐射源移位或变得与放射治疗系统的其它部件(例如，多叶准直器、夹爪、检测器)失准的情况下有利于辐射源的位置调整。虽然一些放射治疗系统可包括本文描述的所有部件，但应该理解，如可能需要，一些变型可包括这些部件的子集。
一些放射治疗系统可包括连续旋转的门架，其包括可旋转环和固定框架。门架可以构造成在一个或多个方向上旋转360度或更多(例如，能够逆时针旋转360度或更多和/或顺时针旋转360度或更多)。连续旋转的门架可以从传统马达和联接的驱动系统或从集成的转子和定子设计接收其旋转力。例如，连续旋转的门架可包括位于可旋转环上的一个或多个嵌入的磁性元件或电感元件。门架的固定框架可包括嵌入的电感元件或磁性元件。在这种布置中，可旋转环可以以与转子相对于旋转系统的定子旋转类似的方式相对于固定框架旋转。为了减少从定位病变或目标区域到治疗辐射递送的时间的延迟，系统可以以比传统放疗系统高得多的速度旋转治疗辐射源和递送硬件。放射治疗系统可以包括转子和定子元件，其集成在支承轴承的相同结构中，这可以有助于门架使数吨硬件以约70RPM以内(例如，至少约50RPM、约60RPM等)的速度连续旋转(例如，360度)。
图2是包括可旋转环(202)和固定框架(204)的门架(200)的一个变型的截面示意图。可旋转环(202)可包括具有一个或多个转子元件的臂(206)，所述转子元件可以是嵌入的磁性或电感元件(214)。转子元件可被封装在环臂(206)的壳体或可旋转环(202)内。例如，嵌入的磁性或电感元件可包括封装在钢中的稀土磁体和/或电磁体和/或线圈。可以存在围绕可旋转环(202)的圆周设置多个转子元件(214)，例如，3、4、5、7、8、10、12、15、19、20、24、25、28、30、50、64、75、100、125、128、135、150、175、200、256个等。在一些变型中，转子元件(214)可以均匀地分布在可旋转环(202)周围。固定框架(204)可包括臂(208)，其构造成经由滚珠轴承组件(210)与环臂(206)可旋转地接合。滚珠轴承组件(210)可以至少部分地由轴承壳体或轴承板(211)封闭和固定。一个或多个定子元件或驱动马达(212)可以在环臂(206)上靠近封装式或嵌入式转子元件(214)的位置处安装在框架臂(208)上，并且在驱动马达与转子元件之间可以存在空间或间隙(例如，驱动马达与转子元件壳体之间的间隙)。任选地，驱动马达(212)可以集成或嵌入轴承壳体或板(211)内。在一些变型中，马达(212)可以是感应马达，其构造成在可旋转环上施加原动力，可旋转环具有在约20秒内从静止到约60RPM的约3400kg*m的惯性。马达(22)的启动则可以在臂(208)中感应磁场，该磁场在封闭或嵌入式转子元件(214)上施加磁力，从而产生引起可旋转环(202)旋转的原动力。环(202)相对于固定框架(204)的旋转可以由滚珠轴承组件(210)支承。滚珠轴承组件(210)可以位于环臂(206)与框架臂(208)之间，邻近转子元件(214)与驱动马达或定子元件(212)之间的界面。例如，滚珠轴承壳体(211)可以具有凹部且环臂(206)可以具有相应的凹部，并且滚珠轴承组件(210)可位于由所述凹部形成的空腔内。在一些变型中，定子元件可包括多个单独的线圈，这些线圈布置在环形带中(也在图3G中示出)。滚珠轴承组件(210)的部件、环臂(206)和框架臂(208)之间的机械接触可包括一种或多种润滑剂和/或表面改性，以减少各部件之间的摩擦。任选地，可以省略或减少滚珠轴承组件(210)和/或滚珠轴承壳体或板(211)的和/或框架臂(208)与固定框架(204)之间的某些焊接接头，以帮助减少框架和旋转门架偏转，这可帮助提高轴承寿命，同时保持所需的结构支承。将磁性或电感元件(214)嵌入或封装在外壳或壳体内可有助于减少可能扰乱直线加速器中的电子束的杂散磁场的量。增加转子元件的数量和/或将转子元件分布在门架周围可有助于减少或消除当转子元件未与驱动马达对准时可能发生的齿槽转矩。
高达数吨的质量在高转速下的旋转产生高水平的动能。安装在可旋转环上的部件可以被固定，使得它们保持附接，尽管具有高水平的动能(例如，因此它们不会对安全构成威胁)。系统轴承公差构造成使得它们减少可导致紧固件松动的振动。例如，可以使用诸如粘合环氧树脂、扭矩扳手、机械锁定紧固件和受控组装程序的工业实践来固定用于可旋转环上的部件的紧固件。一些变型可以包括安装在可旋转环上的一个或多个加速度计，并且可以分析来自该加速度计的数据以检测松动的紧固件或部件。当使用放射治疗系统时，门架的旋转可以表现出由振动和运动表现出的周期性加速度，并且可以使用一个或多个加速度计来测量。在一些变型中，可以将门架旋转时(例如，在治疗过程期间)来自一个或多个机载加速度计的加速度数据的傅里叶分析与基线加速度数据进行比较。检测到的差异可以指示可旋转部件何时开始松动，并且可以对操作员产生通知。
可旋转环的结构可以构造成承受在高达约70RPM的旋转期间产生的力和/或应力，偏转为约0.5mm或更小。使位于距离旋转轴线约1.4米处的约两吨的质量以约60RPM旋转可以产生比较慢旋转的环(例如，约10RPM或更小)或装载有较小质量的环(例如CT成像环)的力和应力大几个数量级的力(例如，偏转力)和/或应力(例如，环向应力)。传统的放疗和CT成像环通常包括盘并且具有与该盘大致共面的轴承。诸如任何辐射源、辐射检测器、图像检测器、控制器的部件可以安装到盘的前表面或平面上。这可能导致离开盘表面的悬臂负载，这可能导致在约60RPM或更高的速度下旋转期间的不稳定性和/或偏转，尤其是当盘装载有重型部件(例如，辐射屏障、直线加速器等)时。
盘的偏转可以约为盘厚度的立方。尽管增加盘的厚度可能有助于增加盘的刚度，但安装在盘的前表面或平面上的部件仍可能在以约60RPM或更高的速度旋转期间导致不稳定性。包括滚筒结构的可旋转环可以帮助解决在以约60RPM或更高的速度旋转期间的不稳定和偏转。滚筒结构可包括第一环形端面或平面、第二环形端面或平面以及沿着第一和第二环形端面之间的长度延伸的侧向支承或肋结构。侧向支承结构的长度可以是约45cm至约95cm，例如，约60cm、约75cm等。侧向支承或肋结构可以包括多个支承梁和/或托架，和/或笼形结构，和/或在第一和第二端面之间延伸并附接到第一和第二端面上的支柱。侧向支承结构可具有用于放射治疗系统的各种部件的安装表面。偏转与厚度(在滚筒的情况下，该厚度是两个端面的间隔距离，或侧向支承或肋结构的长度)的大致立方关系对于10倍间隔(即60cm间隔对应厚6cm的盘)可以提供例如约0.001倍的偏转。除了增加可旋转环的整体刚度(从而在完全加载并且以约60RPM或更高的速度旋转时减小其偏转)之外，滚筒结构还可以允许放射治疗系统的部件安装在滚筒的内表面(例如，沿着侧向支承结构的径向内表面、环形端面的面向内的表面)和外表面(例如，沿着侧向支承结构的径向向外表面、环形端面的面向外的表面)上。通过使用滚筒结构而不是盘来增加用于安装部件的位置的数量可以允许安装相同数量的部件但安装在具有较小外径的环上。减小可旋转环的整个外径也可以减小其总质量和旋转惯性。沿着滚筒的长度径向安装侧向支承结构上的部件也可以帮助便于安装在环上的部件的维护。其中部件安装在盘的表面或平面上的可旋转环可能需要移除整个壳体或封壳以接近和维护安装在盘表面上的部件。包括滚筒结构的可旋转环可允许经由位于壳体的侧面上的开口和面板(例如，舱口)接近和维护径向安装的部件。可以将滚筒旋转到检修面板或舱口，并且可以径向维护或移除部件而不需要移除整个壳体。任选地，可以设置手动制动器，以在修理或维护期间停止环的旋转或锁定其位置。
图15A和15B概略性地描绘了由盘和滚筒结构承受的不同的力。盘的偏转δ与滚筒的质量与长度的乘积的平方除以滚筒的厚度的立方近似成比例。通过从梁的弯矩开始计算盘的偏转，如图15A所示。
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其中：
E＝杨氏模量
m＝总质量
I＝惯性力矩
其中：
b＝弯曲部分的宽度，其约等于盘的外径。
相反，滚筒结构的偏转δ可以与滚筒的质量和长度的乘积的平方除以滚筒的纵向长度(即，两个端面或平面之间的距离)近似成比例。这可以为滚筒结构对悬臂盘提供刚度对质量的优势。图15B描绘了具有安装在其上的质量的滚筒所承受的力。
其中：
E＝杨氏模量
M＝总质量
I＝惯性力矩
其中：
r＝滚筒结构的内半径
t＝滚筒结构的“厚度”或纵向长度
图16A-16C描绘了包括滚筒结构(1600)的可旋转环的一个变型。滚筒结构(1600)可包括第一端面(1602)、与第一端面相对的第二端面(1604)以及沿第一和第二端面之间的纵向距离或长度设置的侧向支承结构(1606)。第一和第二端面可各自包括具有中心开口(1608)的环形板。滚筒结构(1600)可包括多个外表面(1610)和内表面(1612)，其可适于安装各种部件和电路。如上所述，各种部件可以安装在可旋转环上，例如治疗辐射源，和/或PET检测器，和/或MV检测器，和/或kV检测器，和/或成像系统或辐射源，热交换器等。在一些变型中，较大和/或质量较大的部件可以安装在侧向支承结构上，而较小和/或质量较小的部件可以沿着第一和第二端面或板安装。作为示例，图16A描绘了径向安装在侧向支承梁(1606)上的直线加速器(1614)，以及安装在侧向支承梁(1606)上并且还沿第一和第二端板(1602，1604)安装的辐射屏障安装组件(1616)。梁止挡或配重(1618)可以横跨直线加速器(1614)安装在侧向支承梁(1606)上。束止挡部(1618)可以位于MV检测器(未示出)下方。第二端面或板(1604)可包括用于滚珠轴承和转子支承件的多个凹部(1622)。侧向支承结构或梁可包括围绕滚筒结构(1600)的圆周设置的多个切口或开口(1620)，用于安装部件和/或提供进入路径以维护或移除/更换部件。图16B是包括固定框架(1630)和具有滚筒结构(1632)的可旋转环的门架的正视图以及门架的顶部部分(在旋转轴线(1633)上方)和门架的底部部分(在旋转轴线(1633)下方)的侧视图的示意性描绘。安装在滚筒(1632)上的部件(1634)可以围绕孔(1631)周向设置，滚筒可以构造成围绕旋转轴线(1633)旋转。如上所述，滚筒结构(1632)可经由轴承(1636)(例如滚珠轴承)联接到固定框架(1630)。滚筒(1632)可包括侧向支承结构或梁(1638)，部件(1634)可径向安装在其上。如图16C所示，门架可以被封闭在壳体或封壳(1640)中。将部件(1634)安装在侧向支承梁(1638)上可允许径向接近(例如，沿箭头1642的方向)部件。例如，部件(1634)可以经由可以用虚线(1641)表示的侧向检修面板或舱口沿径向方向(1642)移动或安装。图17A-17B描绘了包括门架和封闭门架的壳体的系统的一个变型，该门架具有可旋转的滚筒结构。壳体可包括一个或多个侧向检修面板或舱口。放射治疗系统(1700)可包括封装在壳体(1702)中的门架，该壳体包括侧向检修面板或舱口(1704)。门架可包括具有如上所述的滚筒结构的可旋转环(1706)，以及径向安装在侧向支承梁或结构上的部件(1708)。当需要维护或更换可旋转环上的部件时，可以旋转环，使该部件与一个或多个检修面板或舱口对准。打开面板或舱口可以允许技术人员修理或移除或安装部件(例如，通过沿径向方向移动该部件)，而无需进一步拆卸壳体的较大部分(例如，壳体的正面或背面)。
图16D-16E描绘了门架的一个变型，其包括可旋转环，该可旋转环包括盘。与包括滚筒结构的可旋转环(如图16A-16C所示)相比，这些部件安装在盘的前表面上，而不是沿径向方向安装。图16D是包括固定框架(1650)和具有盘(1652)的可旋转环的门架的正视图以及门架的顶部部分(在旋转轴线(1653)上方)和门架的底部部分(在旋转轴线(1653)下方)的侧视图的示意性描绘。部件(1654)可以安装在盘(1652)的前表面上，盘可以构造成围绕旋转轴线(1653)旋转。如上所述，盘(1652)可以经由轴承(1656)(例如滚珠轴承)联接到固定框架(1650)。如图16E所示，部件(1654)在盘的正面或前表面上的安装沿着垂直于盘面的方向进行，如箭头(1642)的方向所示。也就是说，可以在与盘的半径正交的方向上安装或移除组件(1654)。在一些变型中，经门架壳体接近部件(1654)可以通过壳体的正面或背面提供，而不是从壳体的侧面提供。这可能涉及拆卸壳体的正面和/或背面的大部分以便维护、安装和/或更换安装在盘(1652)上的部件。
通信接口
总体上，这里描述的系统可以包括数据接口，以促进数据和命令信号的连续和快速传送。数据接口可以设置在门架的可旋转部分和固定部分之间，并且可以包括独立于运动的通信接口，所述通信接口能在可旋转部分旋转时在可旋转部分与固定部分之间传送数据。在一些变型中，放射治疗系统可在安装在可旋转环上的部件与不位于可旋转环上(例如，安装在固定框架上，和/或与固定框架通信)的控制器之间包括一个或多个信号传送或通信接口。在放射治疗系统的可旋转部分和固定部分之间传送的信号和数据的类型可以包括操作命令信号(例如，从控制器到直线加速器以发射辐射脉冲或到多叶准直器以打开或关闭某些叶片)、来自PET检测器的正电子发射数据、来自MV检测器和/或kV检测器的辐射数据、以及可旋转环上的部件的位置数据(例如，转速、直线加速器位置/门架角度/发射位置或指数、准直器叶片、夹爪等)和系统状态数据(例如，温度、环境辐射水平等)。
在一个变型中，放射治疗系统可以包括组合的静态和旋转/动态门架通信接口，以适应相对快速(例如，60RPM)的连续旋转门架，同时保持用于捕获PET数据的高角度精度并传送辐射。包括快速、可旋转门架的放射治疗系统可包括基于滑环的通信接口或联动装置。也就是说，为针对每个检测到的PET事件(或辐射递送角度)正确地锁定角位置，应当减少PET检测器的位置的检测或测量与PET事件的检测或测量之间的时间延迟。
在许多放射治疗系统中，来自横穿基于滑环的通信链路的静态读取头的位置信息的固有时滞对于期望的时间精度来说太大，并且可能导致不能接受的治疗准确性。接触滑环(经常被使用)不适合用于快速旋转的门架系统(例如，60RPM或更高)，因为快速旋转可能加速接触部件上的磨损并损害数据连接和信号完整性。
旋转和固定编码器可以帮助促进系统反馈及时和快速地传送到控制器，使得PET数据可以与收集PET数据的位置精确地连结，因此直线加速器和准直器在旋转到期望的门架角度或发射位置时可以启动。另外，驱动马达和/或控制器的关于转速的位置数据反馈可以有助于将期望的(可以是稳定的或变化的)转速保持在指定的运动误差内。恒定并快速传送到系统控制器的系统状态数据可以有助于在这些故障升级为安全危险或实质性系统损坏之前及时识别系统中的任何故障(甚至是单点故障)。此外，固定和旋转部件之间的精确同步可帮助关于直线加速器发射调节门架旋转。
为了适应快速且稳健的数据传送，本文描述的放射治疗系统可包括两个或更多个独立的通信接口，它们提供冗余反馈数据以用于验证门架旋转和信号同步(例如，双反馈通信信道)。该数据可以帮助控制器快速且准确地检测任何系统部件何时偏离期望的标准或容差，以向操作员产生适当的通知，和/或自动生成诊断和/或修复命令以校正这样的偏差。在一些变型中，可以连续地比较来自两个或更多个通信接口的反馈数据，并监测超过规定容差的任何时序偏差。例如，可以以规则的间隔(例如，在约500Hz至约2000Hz、约1000Hz的频率下)比较和检测在两个反馈数据信道之间传输的角度对准数据，以帮助确保旋转环和固定框架精确对准。在一些变型中，两个或更多个独立通信接口具有分开的(单独的)读取头(例如，接收元件)和分开的编码器(例如，发射元件)。在一个变型中，第一通信接口可包括安装在门架的可旋转环上的第一读取头，其中第一读取头与也安装在可旋转环上的第一位置传感器通信，并且第二通信接口可包括安装在固定框架上的第二读取头，其中第二读取头与也安装在固定框架上的第二位置传感器通信。第一和第二位置传感器可以是磁性的并且测量围绕门架的增量位置(例如，可旋转环与固定框架之间的相对位置)。在一个变型中，可旋转环和固定框架可各自具有围绕其圆周以约15至约18度间隔开的索引标记，其可允许第一和第二位置传感器识别可旋转环相对于固定框架的角度或旋转位置。当第一位置传感器移过固定框架上的索引标记时(和/或当可旋转环上的索引标记移过第二位置传感器时)，第一位置传感器可输出第一索引信号(和/或第二位置传感器可以输出第二索引信号)。可以在环已旋转通过至少两个索引标记之后由控制器计算可旋转环的绝对位置。附加地或替代地，第一和第二位置传感器可各自输出表示可旋转环相对于固定框架的旋转或角度位置的信号。在一个变型中，固定框架和可旋转环可各自包括多个定位标记和位于定位标记之间的多个计数器。可旋转环的定位标记之间的计数器的数量可以与固定框架的定位标记之间的计数器的数量不同。定位标记和计数器可包括可由可旋转环和/或固定框架上的传感器(例如，读取头或接收单元)检测的磁性和/或金属材料条带(例如，当传感器移动经过定位标记或计数器时，磁通量可在传感器中感生电流)。围绕可旋转环或固定框架的圆周分布的多个定位标记可包括编码器条带。在一些变型中，系统可包括在滑环转子的外周上的第一编码器条带以及在滑环定子的外周上的第二编码器条带。编码器条带可以是扁平带，其构造在结构中(例如，位于可旋转环和/或固定框架的凹部内)，使得接收器或传感器可以在扫过编码器条带时检测信息。例如，可旋转环可包括反馈或编码器条带，其包括22个定位标记和114,400个计数器，并且固定框架可包括反馈或编码器条带，其包括20个定位标记和136,000个计数器。通过具有由计数器不同或唯一地间隔的定位标记，可旋转环的位置可在可旋转环和/或固定框架的传感器或接收单元已扫过固定框架和/或可旋转环上的两个连续定位标记之后识别。定位标记之间的每组计数器可以与360度旋转的特定弧长相关联。在一些变型中，作为安全特征，反馈条带可以被独特地图案化，其在定位标记之间具有不同数量的计数器，以允许独立确认可旋转环的位置。
可以监测第一和第二位置传感器的功能，以帮助确保精确地测量可旋转环的位置。如果位置传感器中的一个或两个的精度或精准确度落在规定公差之外，则可能产生错误或故障信号，从而向操作员指示一个或两个位置传感器已经发生故障。评估位置传感器的功能性的一种方法可以包括比较位置传感器信号(例如，表示可旋转环的旋转或角位置的信号)随时间的导数。这可以有助于更快、更稳健地指示位置传感器之一的问题或故障。可以通过若干方法生成导数，包括第一差分方程、数字滤波器、卡尔曼估计器或利用其它估计技术。在一个示例中，来自位置传感器的指示可旋转环的旋转或角位置的数据被传输到系统控制器。然后，控制器处理器可以通过任何适当的方法例如第一差分方程、数字滤波器、卡尔曼估计器或利用其它估计技术来计算每个位置传感器的旋转或角位置信号的导数。可以比较来自每个位置传感器的计算出的导数，如果两个位置传感器的计算出的导数之间的差值超过误差阈值，则处理器可以生成指示需要检查、修理或更换一个或两个位置传感器的信号。在一些变型中，误差阈值可以是第一和第二位置传感器之间的约0.5RPM的导出转速差，和/或约0.5度的计算出的可旋转环的旋转或角度位置的差值或旋转或角位置信号的导数。可以连续地检测和比较从位置传感器输出的数据，并且在一些变型中，可以在约500Hz至约2000Hz的频率下轮询和比较，所述频率例如为约600Hz、约750Hz、约900Hz、约1000Hz、约1400Hz、约1500Hz等。门架每旋转一转，可以轮询和比较从位置传感器输出的数据，约12至约100次，例如，每转约20次、每转约24次。每转约25次、每转约50次、每转约65次、每转约75次、每转约80次、每转约90次、每转约100次等。
在一些变型中，每当门架旋转通过特定门架角度时(例如，每当门架上的直线加速器位置旋转通过门架角度180度或门架的底部时)，可以发生两个或更多个通信接口之间的同步检查。替代地或附加地，同步检查可以以特定时间间隔或频率发生。例如，放射治疗系统的旋转阶段(例如，可旋转环和安装在其上的所有部件)与固定节段(例如，固定框架和安装在其上或联接到其上的所有部件)之间的同步可以以约每0.1秒或以约1kHz发生。在一些变型中，通信接口或信道之间的同步可以包括仅发送信道之间不同的数据，即偏离数据。例如，可以使用偏离数据来自动校正位置传感器之间的差异。在一些变型中，第一读取头(即，可旋转读取头)可以位于直线加速器的周向位置处或附近，或者距直线加速器约180度(例如，与直线加速器相反或在其对面)并且第二读取头(即，固定读取头)在从门架的前部(卧榻侧)观察时可以位于固定框架的9点钟位置。在另一些变型中，如可能需要，第一和第二读取头可分别位于沿着可旋转环和固定框架的任何周向位置处。
在一个变型中，旋转环可包括滑环组件，该滑环组件包括多个同心动力环和数据信号环。例如，滑环组件可包括六个动力环和六个数据信号环。动力环和数据环可以是同心的并且具有相同的旋转轴线。动力环可以包括一组内环，它们经由动力刷块(例如，两个动力刷块)在旋转环与固定框架之间传送动力。数据信号环可以包括一组外环，它们经由一个或多个数据刷块在旋转环与固定框架之间传送信息。与动力环和/或数据环接触的刷块可包括金属-石墨刷末端。经由数据刷块在可旋转环与固定框架之间传输的数据信号的示例可包括同步信号和/或时序或数据偏离信号。替代地或附加地，在可旋转环与固定框架之间传输的数据信号可以经由无接触链路传输，包括无线通信链路或电容链路。无线通信链路可以使用诸如IEEE 802.11b的定制或公认的协议，并且可以包括接收(例如，接收器或读取头)和/或发送(例如，发射元件)数据信号的一个或多个旋转天线和一个或多个固定天线。电容链路可包括两个分开的链路：一个用于将信号从固定框架传输到可旋转环，一个用于将信号从可旋转环传输到固定框架。在一些变型中，非接触式数据和/或动力传输链路可包括盘片集成发射结构，例如安装在固定框架和/或可旋转环上的一个或多个定子和一个或多个/>转子。经由非接触机构在可旋转环与固定框架之间传输的数据信号的示例可包括图像数据(例如，PET检测器数据、MV检测器数据和/或kV检测器数据)，和/或同步信号和/或时序或数据偏离信号。
图3A描绘了可以在放射治疗系统中使用的通信接口的一个变型的框图表示，该放射治疗系统包括具有可旋转环和固定框架的可旋转门架。通信接口可包括位于固定框架上的固定通信链路(352)和位于可旋转环上的可旋转通信链路(353)。信号可以经由固定和可旋转的通信链路在固定框架与可旋转环之间传送。通信链路可以无线地和/或经由刷块发送信号。固定框架可包括具有与固定通信链路(352)通信的处理器的固定控制器(351)、固定编码器(356)、门架驱动控制器(358)和门架驱动马达(360)。门架驱动控制器(358)可以与固定控制器(351)、固定编码器(356)和门架驱动马达(360)通信。可旋转环可包括具有处理器的可旋转控制器(362)、和可旋转编码器(364)。可旋转控制器(362)可以与可旋转通信链路(354)和可旋转编码器(364)通信。可旋转的和固定的编码器可以独立地操作，并且可以经由在通信链路(352，354)之间传送的信号周期性地相互检查它们的编码器数据(例如，可旋转环位置数据)。可旋转编码器和/或可旋转控制器数据可以是固定编码器和固定控制器进行比较的基准(例如，可旋转控制器是“主”，而固定控制器是“从”)。在一些变型中，可旋转控制器(362)基于来自可旋转编码器(364)的可旋转环位置数据产生用于辐射递送部件的命令(例如，治疗辐射源命令、多叶准直器命令等)。可旋转控制器(362)可以读取来自可旋转编码器(364)和/或安装在可旋转环上的PET检测器和/或CT成像系统的数据并对该数据加时间戳。控制器(362)可以以约0.5kHz或更高(例如，约1kHz、约1.5kHz等)的速率对从可旋转环上的部件获取的数据加时间戳。可以基于从可旋转编码器数据导出的门架角度来确定用于辐射递送部件的命令和同步的时序。在一些变型中，门架驱动马达(360)的操作可以基于来自固定编码器(356)的数据。例如，来自固定编码器(356)的环位置和/或速度数据可以被传送到门架驱动控制器(358)。门架驱动控制器(358)还可以从固定控制器(351)接收命令并生成到门架驱动马达(360)的命令和指令。门架驱动控制器(358)可以以约250Hz的速率对来自固定编码器(356)的数据加时间戳，并且带时间戳的编码器数据可以经由可旋转通信链路(354)被传输到旋转控制器(362)，其中为了准确可以将它与带时间戳的可旋转编码器数据进行比较。任选地，卧榻位置编码器还可以经由可旋转通信链路向可旋转控制器提供带时间戳的卧榻位置和/或速度数据。
图3B描绘了可以在包括可旋转门架的放射治疗系统中使用的通信接口或滑环联动装置的一个变型的示意性截面图。可旋转门架(300)可以是圆形门架，其包括可旋转环(302)和固定框架(304)。可旋转环(302)可以经由门架轴承(306)联接到框架(304)，并且可构造成围绕由虚线(301)表示的旋转轴线旋转。第一通信接口(310)可包括安装在可旋转环(302)上的旋转接收元件(312)、和安装在固定框架(304)上并构造成将命令信号从非旋转运动控制器(330)传送到可旋转部件的静态发射元件(314)。例如，表示用于直线加速器发射和多叶准直器操作(例如，打开和/或关闭某些叶片)的控制器指令的命令信号可以从固定控制器传送到静态发射元件(314)并到旋转接收元件(310)。第二通信接口(320)可包括安装在可旋转环(302)上的旋转发射元件(322)和安装在固定框架(304)上的静态接收元件(324)。旋转发射元件(322)可以构造成将数据信号从可旋转部件传送到非旋转控制器(330)。例如，表示直线加速器的位置信息的数据信号、准直器叶片的位置信息、测定的可旋转环的转速数据、PET检测器数据、MV检测器数据和/或kV检测器数据等可以从旋转环(302)传送到固定运动控制器(330)和/或固定控制器。这些数据中的一部分可以被传输到可旋转环上的控制器，该控制器产生用于门架旋转和准直器叶片致动的命令，以调节任何系统偏差或移位(例如，任何这些部件的位置偏移)，以及使用准直器叶构型使发射辐射脉冲的时序与直线加速器位置协调。第一和第二通信接口的发射和接收元件可以使用电感和/或电容信号传送方法传送命令和/或数据。
图3C是描绘门架的固定或静态部件与门架的可旋转或动态部件之间的数据流的功能框图。静态反馈是固定侧的精确、低延迟位置数据。该子系统中的固定高带宽数据，例如可旋转环的位置和/或速度，可以由固定读取头(324)或固定编码器检测，并被传输到固定马达控制器(330)和马达(332)。马达控制器和马达的操作可能不依赖于经滑环传输的数据信号。该子系统中的旋转高带宽数据，例如可旋转环的位置和/或速度，可以由旋转读取头(312)或可旋转编码器检测，并被传输到可旋转环上的其它模块，例如辐射递送模块(340)、PET检测器(340)和其它电子设备(344)。经滑环传输的信号可包括相对低延迟的信号(例如同步信号)、来自可旋转PET检测器(342)和MV检测器(未示出)的数据。这些信号可以经滑环传输到运动控制器(330)，这可以帮助更好地调节对驱动可旋转环(302)的马达(332)的控制。由系统控制器(未示出)产生(例如，基于来自PET检测器和/或MV检测器的治疗计划和/或反馈数据)的多叶准直器和直线加速器发射命令可以从系统控制器传输到旋转的准直器和直线加速器。可通过系统控制器跟踪直线加速器、准直器和PET检测器的角位置。检测正电子发射事件与施加治疗辐射脉冲之间的等待时间可能导致治疗的不准确，因为几秒的延迟可能妨碍系统在肿瘤移动之前施加放射治疗的能力。使PET检测器、直线加速器和准直器的位置数据同步并减少这些部件与系统控制器间的数据传输的等待时间可有助于促进治疗束的更精确施加(也就是说，直线加速器在指定时间点以指定的门架角度发射治疗束)。
图3D-3F描绘了横跨位于固定框架与可旋转环间的滑环的通信接口的一个变型。固定框架(370)可包括固定接收单元(372)、固定发射单元(374)和定子环(376)。定子环(376)可包括多个定位标记(378)和处于定位标记(378)之间的计数器(379)。可旋转环(380)可包括可旋转接收单元(382)、可旋转发射单元(384)和转子环(386)。转子环(386)可包括多个定位标记(388)和处于定位标记(388)之间的计数器(389)。定子环的定位标记之间的计数器的数量可以与转子环的定位标记之间的计数器的数量不同。定子环和转子环可各自具有约10个定位标记至约50个定位标记，并具有约100,000个计数器至约200,000个计数器。例如，定子环可包括20个定位标记和136,000个计数器，并且转子环可包括22个定位标记和114,400个计数器。接收单元可包括电容或电感传感器，其构造成在接收单元移过定位标记和计数器时检测定位标记和计数器。可旋转接收单元(382)可包括编码器，并且当可旋转接收单元扫过定子环(376)上的定子定位标记(378)和计数器(379)时，可旋转环的位置和/或速度(380)可用于控制治疗辐射源、多叶准直器、MV检测器、PET检测器和可旋转环上的其它部件的操作。固定接收单元(372)可包括编码器，并且当固定接收单元扫过转子环(386)上的转子定位标记(388)和计数器(389)时，可旋转环的位置和/或速度(380)可用于控制门架驱动控制器和/或门架驱动马达的操作。带时间戳的固定接收器或编码器数据可以被经由固定发射单元(374)传输到可旋转环上的控制器，并与带时间戳的可旋转接收器或编码器数据进行比较，以确认/检查可旋转环的位置和/或速度。带时间戳的固定接收器或编码器数据可以任选地经由数据刷块传输。在一些变型中，来自转子/定子的数据和/或来自编码器的数据可以经由发射单元传输，并且可以经刷块传输10BaseT数据。可旋转环(380)还可包括位于各个周向位置处的一个或多个刷块(381)，以用于传输数据或动力。例如，可旋转环(380)可包括两个动力刷块(381)，电气动力可从固定动力源(未示出)经其传送到可旋转环。可旋转环还可包括数据刷块(383)，可以经其传输同步和/或偏离数据信号，包括10BaseT数据。
图3F描绘了可旋转环与固定框架之间的通信接口的示意性侧视截面图，以及机械地驱动环的旋转的转子和定子、冷却系统以及安装在可旋转环上的各种部件和模块。固定框架(390)可包括固定接收单元(392)、固定发射单元(394)、定子线圈(396)、固定反馈或定位标记(398)以及运动控制器(391)。可旋转环(303)可包括可旋转接收单元(305)、可旋转发射单元(307)、转子磁体(309)、滑环(311)、辐射递送组件(313)、PET检测系统(315)、电子电路和部件(317)、KVCT系统(319)和冷却系统(321)。可旋转环还可包括多个如上所述的定位标记(397)。图3G描绘了定子线圈(396)和转子磁体(309)的正视图。定子线圈可包括布置在环形带中的多个线圈。运动控制器(391)可以产生通过定子线圈(396)的电流，该电流可以感生磁通量，该磁通量导致抵抗转子磁体(309)的原动力，其引起环的旋转。固定框架(390)上的门架轴承(393)可以在承受由转子/定子相互作用产生的原动力时帮助引导环的移动，如前面在图2中所描述和描绘的。在一些变型中，滚珠轴承组件和定子(例如，定子线圈)可以由同一结构或壳体保持，这可以帮助产生足够的原动力来使其上安装有数吨部件的环旋转。冷却系统(321)可以位于滑环(311)附近，以便于将在滑环界面处产生的热量传递到冷却系统。例如，冷却系统可以构造成促进约40℃下的部件与约20℃下的散热器之间的传热。任选地，热导体可以将冷却系统(321)与辐射递送组件(313)和/或PET检测系统(315)和/或电子设备(317)和/或KVCT系统(319)联接。下面提供冷却系统的变型的另外的描述。
尽管在由旋转驱动马达驱动的连续旋转门架的上下文中描述了这些通信接口和/或基于滑环的通信链路，但是应该理解，这种通信接口和/或链路可被包括在任何类型的可旋转门架中，包括使用具有静态马达和静态运动控制器的传动系机构的可旋转门架。
辐射屏障安装
在放射治疗中，期望治疗辐射束被良好控制和表征。对于安装在可旋转门架上的治疗辐射源或直线加速器，在门架以不同速度旋转时和/或在辐射束可从不同门架角度投射的情况下调节辐射束可能特别具有挑战性。解决该问题的典型方法可包括使用刚性安装机构将直线加速器紧紧地安装到门架上，使得在不同条件(速度、角度)下，发射的辐射束尽可能少地偏离。任何束产生部件和束限制装置可以类似地安装到门架上，以减少在这些不同条件下的偏差。另外，可能希望在直线加速器的主体周围设置辐射屏障，以帮助减少除了通过期望开孔之外可能从任何地方不期望地发射的任何杂散辐射。通常，这种屏障很重(在一些系统中，可能约为400-500磅)并且可能在将其保持在直线加速器周围的结构上产生显著拉动。目前，放射治疗系统包括保持直线加速器的重型/块状结构、束限制装置和辐射屏障，这对于相对慢速旋转的门架(例如，小于约10RPM的转速)是可接受的。然而，由于门架以约50RPM至约70RPM或更高(例如，60RPM或更高)的速度快速旋转，作用在该笨重安装结构上的向心力可能产生机械应力，该机械应力可能导致直线加速器偏差和/或门架的结构失效。
本文公开的放射治疗系统可包括直线加速器(例如，治疗辐射源)和设置在直线加速器上而不接触直线加速器的辐射屏障、将直线加速器安装在可旋转门架的可旋转环上第一安装组件以及与第一安装组件分开以将辐射屏障安装在旋转环上的第二安装组件。第二安装组件可包括搁架或桥结构，其将辐射屏障牢固地附接到门架的可旋转环上。第一安装组件和第二安装组件可以通过气隙分开，和/或可以不彼此直接接触。使用分开的安装组件安装直线加速器和辐射屏障可以帮助隔离可能通过从直线加速器和束限制装置旋转辐射屏障而产生的任何结构偏转或机械力。隔离这些机械力可有助于在不同的操作构型下促进所传递的辐射的稳定性和/或精度，同时仍具有辐射屏障。
图4A描绘了直线加速器、辐射屏障和用于可旋转门架的相应安装组件的一个变型，图4B描绘了图4A的直线加速器、辐射屏障和相应的安装组件的分解图。转到图4A，门架的可旋转环(400)可包括底盘或支承结构(401)，直线加速器(402)和直线加速器辐射屏障(406)安装在该底盘或支承结构上。支承结构(401)可包括第一内侧面(420)和第二外侧面(422)，并且还可包括位于第一内侧面(420)上的安装托架(403)。安装托架(403)可包括一个或多个梁或板。直线加速器(402)可以通过第一安装组件(404)安装在可旋转环(400)上，第一安装组件(404)可具有连接到顶板(426)的两个面板(424a，424b)，如图4B所示。在一些变型中，面板(424a，424b)和顶板(426)可以焊接在一起，并且可以焊接到门架的支承结构(401)中。直线加速器(402)可设置在顶板(426)中的开口上方并且固定地附接到顶板(426)上。顶板(426)可以与门架支承结构(401)的外侧面(422)齐平，或者可以从外侧面(422)稍微后退。面板(424a，424b)可以朝向支承结构(401)的内侧面(420)延伸并且附接到安装托架(403)上。任何束限制或整形装置(408)可以任选地附接到第一安装组件(404)上。这可以帮助保持直线加速器与束限制或整形装置之间的相对定位。在图4A和4B中描绘的变型中，辐射屏障(406)可以设置在直线加速器(402)上方并通过第二安装组件(410)安装在可旋转环(400)上，该第二安装组件可以是桥形并具有从其上部的大致水平面板延伸的两个倾斜面板。也就是说，第二安装组件(410)的顶部部分可以具有沿着门架环的圆周的长度(例如，与环的曲率相切)的曲线、形状或表面，两个侧部部分从顶部部分内弯曲，从而顺循该环的曲率。更一般地，辐射屏障安装组件可以具有与门架的曲率和/或门架的表面轮廓相对应的形状，这可以通过增加接触表面积和安装组件与门架之间的附接点来帮助将屏蔽件固定到门架上。例如，大致遵循门架的曲线的安装组件可以有助于使力沿着门架的支承结构分布，和/或允许更多的表面积用于焊接接头、钎焊接头、螺杆接头和其它机械附件。第二安装组件(410)可以附接到支承结构(401)的外侧面(422)上并且通过气隙(412)与第一安装组件(404)分开。例如，第一安装组件(404)和第二安装组件(410)可以附接到可旋转环的不同支承结构或梁上。直线加速器(402)和辐射屏障(406)也可以通过间隙分开。
直线加速器对准
由直线加速器发射的辐射束或光斑可以与束限制或整形装置(例如，多叶准直器)精确对准，这可以帮助获得并保持精确和/或精确的治疗束性能。在一些变型中，直线加速器辐射束或光斑与准直器之间的对准可在约200微米或更小的预定公差阈值内。可以在至少三种情况下检查直线加速器光斑与准直器的对准：在工厂中，在将系统递送到诊所时，以及在现场维护直线加速器或束转换器的情况下。对准可以包括以下步骤：从直线加速器经准直器发射脉冲并测量脉冲在位置与直线加速器相对的检测器(例如，MV检测器)上的入射。基于准直器的已知构型(例如，某些叶片打开，某些其它叶片关闭)和来自检测器的数据，控制器可以判定直线加速器对准是否在预定容差内。如果辐射束或光斑未在预定公差内与准直器对准，则可调节直线加速器的位置。这种调节通常是手动执行的，并且通常认为打开掩体门、移动直线加速器、关闭掩体门、发射直线加速器脉冲并相对于准直器测量直线加速器位置和束光斑是麻烦的，因为这些步骤在实现所需的对准之前可以重复几次。
本文描述的放射治疗系统可任选地包括直线加速器安装在其上的中间调节板、对准致动器和锁紧机构，该锁紧机构在实现直线加速器与准直器之间的所需对准时固定中间调节板的位置。在一些变型中，对准致动器可以是可移除的，使得在直线加速器已被对准之后可以移除致动器，这可有助于限制致动器暴露于在治疗过程期间由系统产生的辐射。直线加速器(以及任选地，束转换器和/或与束转换器相关联的束限制部件)可以安装到调节板上，并且板可以由致动器相对于准直器移动。在一个变型中，调节板可以经由螺杆联接到致动器，且致动器的马达可以使螺杆旋转以移动调节板。在一些变型中，调节板可以经由两个螺杆联接到一个或多个致动器，其中第一螺杆的旋转使板沿着第一轴线(例如，x轴)移动，并且第二螺杆的旋转使板沿着可正交于第一轴线的第二轴线(例如，y轴)移动。
对准致动器可以由位于与放射治疗处理室分开的房间中的操作员远程控制。例如，对准致动器可以任选地与可以接收远程操作员命令的无线收发器通信。替代地或附加地，对准致动器可以通过一根或多根线连接到另一房间中的控制器。这可以允许直线加速器辐射点由位于掩体外部的操作者与准直器对准，并且当达到期望的对准时，操作者可以将直线加速器和板锁定到期望位置，并且可以任选地在治疗过程之前移除对准致动器。包括kV或成像辐射源的放射治疗系统可以任选地包括相同的机构，以调节kV或成像辐射源相对于kV检测器的对准。包括MV检测器的放射治疗系统可包括角度调节机构，该角度调节机构在一端具有锚固件，在另一端具有调节螺杆，以将MV检测器阵列与夹爪面对准。
图4C-4E描绘了辐射源(直线加速器)调节机构的一个变型。图4C是可旋转门架环(430)和安装在门架(430)上的直线加速器(432)的透视部件图，其中直线加速器束路径沿着Z轴、X轴调节组件(434)和Y轴调节组件(436)。直线加速器(432)可以安装到可移动的调节板上，X轴调节组件(434)和Y轴调节组件(436)可以附接到该调节板上。调节组件还可以附接到直线加速器基板(440)上，该基板固定地安装在门架环(430)上，例如，可以安装在主准直器上。图4D描绘了安装在调节板(438)上的直线加速器(432)的俯视图。调节板(438)可包括板调节器安装件(437)，其包括用于X轴调节组件(434)的一个或多个安装孔(439a)和用于Y轴调节组件(436)的一个或多个安装孔(439b)。调节组件可以使用一个或多个螺杆附接到调节板和直线加速器底板(440)上，该螺杆接合在调节板(439a，439b)上的安装孔和直线加速器底板上的一个或多个孔(441a，441b)内。虽然调节组件可以通过一个或多个螺杆联接到调节板和底板，但应理解，组件可以通过焊接、钎焊、粘合剂等附接。调节板(438)可基于调节组件(434，436)的致动相对于基板(440)移动。
图4E描绘了用于定位直线加速器的调节组件的一个变型的放大侧视图。该调节组件可以用于X轴调节组件或Y轴调节组件，并且可以用于适当地调节任何辐射源和/或检测器的位置。调节组件(450)可包括：第一安装件(452)，其构造成附接到调节板(438)上；第二安装件(454)，其构造成附接到基板(440)上；螺杆(456)，其将第一安装件和第二安装件连接在一起；和步进马达(458)，其使螺杆(456)旋转以调节第一安装件(452)与第二安装件(454)之间的距离。步进马达(458)可经由马达与螺杆之间的传动带联接到螺杆(456)。例如，螺杆(456)可包括位于螺杆的一端处的第一滑轮(455)，步进马达(458)可包括联接到马达的旋转轴的第二滑轮(459)，皮带跨越第一和第二滑轮两者使得第二滑轮(459)的旋转引起第一滑轮(455)的旋转，从而旋转螺杆(456)以使调节板相对于底板移动。步进马达的一些变型可以包括齿轮箱，该齿轮箱将所产生的扭矩调节到适合于移动调节板和安装在其上的直线加速器的水平。调节组件(450)还可以包括拨盘指示器(460)，其为操作者提供跟踪调节平面中的移动的机械基准。在一些变型中，对准组件可包括与遥控器或处理器通信的无线收发器，使得可从另一房间控制马达的启动和直线加速器的移动。替代地或附加地，对准组件可以通过一根或多根线连接到另一房间中的控制器或处理器。第一安装件(452)可以经由与调节板的安装孔(439)对应的螺杆、栓钉或凸部联接到调节板(438)，第二安装件(454)可以经由与基板的安装孔(441)对应的螺杆、栓钉或凸部联接到底板。调节组件(450)可用于调节直线加速器沿着X轴和Y轴的位置。虽然调节组件(450)使用步进马达旋转螺杆以移动直线加速器调节板，但另一些变型可以使用其它机构来移动直线加速器调节板，例如齿条-齿轮机构、电磁致动器机构等。
在一些变型中，还可以调节位于直线加速器对面的MV检测器，以帮助确保与直线加速器的一致对准。例如，可以一起调节直线加速器和MV检测器的位置，和/或当调节MV检测器或直线加速器的位置时可以检查直线加速器或MV检测器的位置以确保它们被对准(例如，MV检测器的中心位于直线加速器梁的中心对面)。图4F描绘了安装在其上的门架环和MV检测器(470)。直线加速器可以使用上述安装和位置调节机构在MV检测器(470)的对面例如直接安装在MV检测器对面的开口上。MV检测器安装机构可包括一系列门架安装凸缘和对准或调节板，后者利用凸缘安装在门架环上，以控制MV检测器沿着X轴、Y轴和Z轴的位置(其中直线加速器沿着Z轴施加辐射)。门架安装凸缘可以构造成使MV检测器相对于等中心枢转或倾斜，并且可以例如用于建立相对于MV束源(例如，直线加速器)的标称Y轴和Z轴位置。共同安装的对准板可以构造成沿着z轴可旋转地调节MV检测器，以与由MV束源建立的平面正确地对准。任选地，对准或调节板可以任选地增加对在正负两个方向上偏离标称平面的离散y轴位置的可调节性(例如，在测试或校准过程期间)。
图4G描绘了MV检测器(470)及其安装和位置调节组件的透视图。安装和调节组件可包括对准或调节板(474)，其可移动地附接到门架安装组件(472)上。安装板(472)可以固定地附接到门架环上。图4H描绘了MV检测器(470)、对准板(474)和门架安装组件(472)的分解图。门架安装组件(472)可包括MV支承板(482)和附接到MV支承板(482)的底面上的支承块(480)。MV检测器(470)可以直接安装在对准板(474)上。MV支承板和支承块可以例如经由螺栓和/或对准销固定地附接到门架环上。对准板(474)可以联接到一机构(例如上面关于直线加速器安装和位置调节组件描述的机构)，该机构构造成使MV检测器沿着一轴线(例如，Y轴)平移和/或可以联接到构造成使MV检测器围绕一轴线(例如，Z轴)旋转的可枢转或可旋转机构。安装和位置调节组件还可以包括联接到支承块(480)和支承板(482)的安装凸缘(476，478)。图4I描绘了偏离图4J所示的标称对准位置的两个可能的平移位置(图4I的顶部图描绘了处于完全伸展构型的调节组件，图4I的底部描绘了处于完全缩回构型的调节组件)。图4J描绘了与一种可能的旋转或枢转状态共存的MV检测器组件的标称地对准的位置(图4J的顶部图描绘了处于标称构型的调节组件，图4J的底部图描绘了旋转或枢转构型的调节组件)。
温度控制
总体上，本文描述的系统可包括放射治疗系统，其包括温度管理系统以帮助将系统温度维持在可操作范围内。用于放射治疗的连续旋转门架提出了具有挑战性的温度或热管理问题。能以约10RPM至约70RPM的速度旋转的门架可产生比以较慢速度旋转的门架更大的热量。例如，连续旋转的放射治疗系统可以产生超过70kW的热量。放射治疗系统中的许多传感器对温度变化敏感，升高的温度也可能对患者舒适性产生负面影响。已用于具有低速门架(例如，小于约10RPM)的放射治疗系统中的大口径、连续旋转的流体接头可能不适合与高速门架一起使用(例如，约20RPM至约70RPM，约60RPM或更高)。除了从门架本身散热之外，还可能需要温度管理系统从门架封壳和治疗掩体中散热。可以通过几种方法以多种水平管理温度控制。用于温度控制的方法可以包括具有温度和空气流量传感器的反馈回路，其中传感器数据可以用于调节风扇运转(例如，速度控制)、可旋转环上和/或可旋转环与固定框架之间的热和冷液体混合的速率和/或可旋转环上的液体流量的控制。在一些变型中，用于使热量穿过可旋转环移动和/或移动到固定框架和/或移动到诊所或设施散热器的温度管理系统可包括在可旋转环上的多个液体分支或导管，和/或流体泵或其它调节器，和/或可旋转环形热交换器，和/或固定式热交换器，和/或使来自可旋转环的经加热的液体与固定框架上的冷却液体接触或混合。图5A是表示从可旋转环到固定框架的传热的一个变型的框图。由可旋转环上的部件产生的热量可以传递到冷却流体，该冷却流体可以在整个环中循环。传递到冷却流体的热量可以传递到经由一个或多个强制通风热交换器(例如，借助或不借助一个或多个风扇经由空气管道)在可旋转环与固定框架之间循环的空气。来自旋转环的加热空气(以及来自固定框架上的部件的热量)可以被引导到设施冷却流体。或者，来自可旋转环的加热空气可以直接传递到设施冷却流体而不使用强制通风热交换器。在图5A所示变型中，温度管理系统(520)可包括一个或多个流体导管(522)，其使流体在可旋转门架上的部件(523)(例如，直线加速器、磁控管、准直器、夹爪、PET检测器阵列、MV检测器等)与一个或多个热交换器(524)之间循环。流体管道(522)可以形成回路，该回路将经加热的流体从各部件传递到热交换器(524)，其中流体被一个或多个风扇(526)冷却。然后使冷却的流体循环回到部件(523)。在一些变型中，流体流量控制器(525)可以位于可旋转环上，以根据来自可旋转环上的温度传感器的数据来调节流体速率。来自流体的热量经由风扇(526)传递到空气中，然后被引导到一个或多个固定式热交换器(530)。任选地，可旋转环与固定框架之间的加热空气流的速率可以由与邻近固定式热交换器的第二组风扇(528)加速。固定式热交换器(530)可从空气向设施冷却系统(532)传热。设施冷却系统可以是基于空气或基于流体的冷却系统，例如，与固定式热交换器(530)中的加热空气混合的循环冷却空气，或与固定式热交换器(530)中已被来自热交换器(524)的热空气加热的流体接触的循环冷却流体。
用于具有高速门架的放射治疗系统的温度管理系统的一个变型可包括两组热交换器和管道。例如，热交换器可包括具有高的表面积与体积比的铜基材和与该基材表面热耦合的液体管道。来自旋转门架的热量可以升高门架周围的空气的温度，该热量可以例如经由由风扇提供的空气流或经由辐射传导传递到交换器基材。然后可以将来自基材的热量传递到管道内的冷却液体，该冷却液体然后可以使热量从门架移动到储液器。冷却液体可以是例如水，并且可以局部循环(例如，在治疗系统所在的房间或掩体内或附近)和/或可以在治疗设施中循环。第一组热交换器和管道可以构造成将从旋转环产生的热量传递到门架的固定框架，第二组热交换器和管道可构造成将热量从固定框架传递到闭环设施液体系统。在这种构型中，来自安装在旋转环上的部件的热量可使用可旋转的闭环水系统来移除。可旋转水系统可构造成使用强制通风热交换器或辐射热交换器将热量传递到固定框架中的管道。例如，然后可经由固定框架中可联接到强制通风系统的管道将热量传递给冷却流体(例如，由设施提供)。强制通风系统的管道可以穿过可联接到冷却流体的第二组热交换器。这些冷却的强制通风中的一些可被引导到门架封壳下方，以保持恒定的环境空气温度。可使用变速风扇或可变冷却流体流量来维持固定式热交换系统的温度。
温度管理系统的一个变型在图5B-5E中示出。图5B描绘了封闭在壳体(501)内的门架(500)。门架(500)可包括可旋转环(502)和固定框架(未示出)。温度管理组件可包括第一热交换接口，该第一热交换接口包括安装在可旋转环(502)上的一个或多个排气部件(504)和位于壳体(501)的封壳内的固定管道(506)。可旋转环(502)可以联接到或安装在固定框架上。排气部件(504)可以位于沿着可旋转环(502)的圆周的一个或多个位置处。在可旋转环上可以安装有任何数量的排气部件(504)，例如，一个排气部件，两个或更多个排气部件，三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个或十个或更多个排气部件。另外的排气部件可以位于具有高热输出的部件附近。在一些变型中，kV CT头可包括补充排气部件。排气部件或强制通风热交换器可包括一个或多个风扇，其定向成使得空气流动方向沿着径向方向(即，垂直于旋转轴线)。平行于旋转轴线的气流可能不会像垂直于旋转轴线的径向气流那样有效地引导空气。当门架以约50RPM或更高(例如，约60RPM)的速度旋转时，这可能特别明显。例如，图5B所示的第一热交换接口包括五个排气部件(504)。排气部件(504)可以将由可旋转环(502)上的部件产生的热量传递到图5D-5E所示的固定管道(506)。固定管道可具有类似于可旋转环(502)的形状，使得当环(502)旋转时，热量可以从排气部件(504)传递到固定管道(506)。例如，如图5E所示，固定导管(506)可以具有与可旋转环(502)的形状对应的圆形形状。由可旋转环(502)上的部件产生的热量可升高周围空气的温度，该加热空气可以被排气部件(504)捕获并移向固定管道(506)。温度管理系统还可包括第二热交换接口，其包括固定管道(506)和空气端口(508)。空气端口(508)可以构造成用于单向和/或双向空气流动和交换，并且可以连接到冷却空气或流体的设施储器。在图5C-5E所示的示例中，空气端口(508)可以包括风扇(510)，其将冷却空气从设施储器输送到壳体(501)的封壳中，并且将来自可旋转环(502)的加热空气从排气部件(504)输送出来。任选地，可旋转环上的一些部件可以具有专用的传热或冷却路径(即，专用的冷却流体流动系统和/或强制通风热交换器或排气以将热量移动到固定框架)。例如，磁控管可具有专用的冷却路径。
门架孔
在该系统的一些变型中，具有可旋转门架的放射治疗设备可包括孔，该孔构造成减少由于在小空间内的限制而引起的患者不适(例如，幽闭恐惧症)。在一些变型中，门架可以提供舒适的患者环境，以减少患者焦虑并增加患者对放射治疗处理的顺从性。例如，在一些变型中，可旋转门架的孔的直径可朝向孔的端部增大(即，可变直径或阶梯状孔)，以减少幽闭恐惧症和限制感(例如，患者在程序期间静躺)，从而允许患者在患者平台上保持静止更长时间。
在一些变型中，孔可以在两端开口(例如，开孔式门架)，而在另一些变型中，孔可以在一端开口而在另一端封闭(例如，闭孔式门架)。孔的一端可以是开放的，以便在患者平台上接收患者以进行放射治疗处理。如下面详细描述的那样，孔可以在一端封闭，同时保持孔内的扩大空间的感知。图6A-6B表示包括闭孔式门架(602)的示例性放射治疗设备(600)，其中孔(604)的封闭端(第二部分(608))的直径大于孔(604)的开口端(第一部分(606))的直径。在一些变型中，门架(602)可包括第一部分(606)和第二部分(608)。如图6A所示，设置在患者平台(620)上的患者(622)可以从第一部分(606)的第一端的圆形开口被推进到孔(604)中。第一部分(606)的第二端可以联接到第二部分(608)的封壳。患者(622)可以被推进，使得它们的头部定位在第二部分(608)的封壳内。通过增大治疗期间患者头部位于其中的孔(604)的直径，可以减轻幽闭恐惧症，因为可以缓和患者对限制的感知而不增大沿着孔(604)的整个长度的直径。
在一些变型中，孔(604)的第二部分(608)的直径(609)可以比孔(604)的第一部分(606)的直径(607)大四倍以内。在一些示例中，孔(604)的第二部分(608)的直径(609)可以比孔(604)的第一部分(606)的直径(607)大约三倍。在另一些变型中，孔(604)的第二部分(608)的直径(609)可以变化，而孔(604)的第一部分(606)的直径(607)可以是基本上恒定的。如图6A-6B所示，孔(604)的第二部分可以具有椭圆形(例如，半球形)，并且可以被照亮，如下面进一步详细描述的。第二部分(608)可包括构造成模拟放大空间的任何形状。例如，第二部分(608)可以包括长方体形状，例如开口盒形状。此外，第二部分可以将患者(622)封闭在患者的视线范围。例如，第二部分(608)的孔(604)可以相对于患者平台(620)从患者眼睛水平的大致下方打开，因为患者(622)不能看到该点的下方。
如图6A所示，第一部分(606)可以轴向延伸穿过辐射束(614)的平面，其中第二部分(608)刚好超过该辐射平面形成。以这种方式，患者(622)可以从旋转的第一部分(606)接收辐射束(614)，同时可以最大化对第二部分(608)中的扩大空间的感知。在图6A-6B中，第一部分(606)可以是可旋转的，而第二部分(608)可以是固定的。在这些变型中，在第一部分(606)与第二部分(608)之间可以形成有间隙。应当理解，第一部分(606)和第二部分(608)两者都可以是可旋转的。
门架(602)还可包括多叶准直器(612)并且可以与检测器(616)相对地设置。门架(602)可以联接到辐射源(610)。在一些变型中，辐射源(610)可以安装在门架(602)上，以便随着门架(602)围绕患者(602)的旋转而旋转。辐射源(610)和准直器(612)可以构造成在垂直于患者平台(620)的纵向轴线的平面中发射辐射束(614)。
在一些变型中，例如对于开孔式可旋转门架，辐射源(610)可包括安装在门架(602)的第一部分(606)的可旋转环上的磁控管(未示出)。在另一些变型中，例如对于闭孔式可旋转门架，辐射源(610)可包括速调管，该速调管不安装在门架(602)的第一部分(606)的可旋转环上。速调管可以替代地安装在门架(602)的固定框架上，和/或可以与门架(602)分开安装。与安装在可旋转环上的磁控管相比，固定式速调管可以提供更高能量、更高功率和更好的可靠性。
在一些变型中，可向患者(622)提供视觉、听觉和触觉感官输入中的一者或多者，以模拟孔(604)内的扩大空间。在一些变型中，放射治疗设备(600)可提供构造成产生扩大空间的错觉的感觉输出(例如，视觉、听觉、触觉)。例如，室外环境的显示可以结合自然声音的音频输出和患者面部上的气流在患者视野内投射在孔的壁上。在一些示例中，所显示的图像可使用光学眼睛跟踪器基于患者的眼睛所看之处而改变。可使用光学眼睛跟踪器数据来修改感官输出。这种感官输出可用于开孔系统以及闭孔系统中，因为，开孔系统中的患者也可能会由于归咎于孔长度的幽闭恐惧症而感到不适(即，患者的头部在诊断或治疗过程期间一般不会离开孔)。
在一些变型中，门架(602)可包括一个或多个图像投影仪(630)，其设置在门架(602)的孔(604)内并且构造成照亮(631)(例如，提供照明、图像、视频)患者视线内的孔(604)的第二部分(608)的内表面(例如，天花板)。例如，图6B描绘了在第二部分(608)的内表面上照射的室外瀑布场景(631)。在第二部分(608)的半球形状上显示的图像可以产生足以减轻患者(622)的幽闭恐惧症的扩大空间的错觉。在一些变型中，较低分辨率和/或未聚焦图像可以显示在第二部分(608)的与患者(622)的周边视觉相对应的区域上，以帮助用户将他们的头部保持在固定位置。类似地，照射量(例如，流明)对于患者的中心视觉可以最大化并且从该位置径向向外逐渐减小(例如，朝向周边视觉)。在一些变型中，当患者平台(620)平移和/或旋转通过孔(604)时，在孔(604)的第二部分(608)的内表面上显示的图像的位置可随患者(622)的位置而变化。附加地或替代地，孔(604)的第二部分(608)的内表面可包括一个或多个显示器(例如，LED、OLED、LCD、CRT等)。
在一些变型中，可在孔(604)内的任何位置布置音频设备(632)，以将音频输出到患者(622)，从而例如帮助产生孔(604)中的扩大空间的错觉。例如，音频设备(632)可以安装到第一部分(606)和第二部分(608)中的一者或多者内的门架(602)的固定部分上。音频设备(632)可包括一个或多个扬声器。音频设备(632)输出的音频可与图像投影仪(630)输出的照明相对应和/或同步。例如，在图6B中向用户显示的瀑布图像可以伴随有相应的瀑布噪声，这可增加白噪声并减少对来自门架(602)操作的噪声的感知。作为另一示例，音频输出还可包括回声以模拟扩大的空间。另外，扬声器还可输出噪声消除信号，如下面更详细地讨论的。
在一些变型中，气流装置(636)可设置在孔(604)中，以将气流从预定方向引导到患者(622)的期望部分上，例如患者的面部。在一些变型中，气流装置(636)可包括设置在第二部分(608)中的一个或多个风扇。风扇可吸入来自孔(604)内的空气或相对于门架(602)从外部吸入空气。在一些示例中，气流装置(636)可联接到空调系统以向患者提供冷却空气(622)。气流装置(636)可以提供正压或负压。
在一些变型中，可在孔(604)内的任何位置处设置光学眼睛跟踪器(634)，其具有对患者眼睛的清晰视线。光学眼睛跟踪器(634)可以包括非接触式光学传感器，其构造成使用角膜反射、红外线、瞳孔跟踪等中的一者或多者来确定眼睛注视和/或眼睛位置。在一些变型中，可以基于来自光学眼睛跟踪器(634)的检测到的眼睛注视和/或眼睛位置来重新定位图像投影仪(630)。以这种方式，患者(622)能在不移动他们的头部的情况下舒适地观看图像。
在一个变型中，放射治疗系统可包括位于孔内的一个或多个视觉显示器。当在治疗期间(通过卧榻)移动患者时，显示器上呈现的图像可以沿着孔移动。来自光学眼睛跟踪器的检测到的眼睛注视和/或眼睛位置可以任选地用于使图像沿着孔移动，使得图像总是在患者的视线内，而不需要患者头部运动。在一些变型中，显示器可以是柔性显示器，其可沿着孔的内表面安装，使得它们遵循孔的曲率。例如，显示器可以是有机发光二极管(OLED)显示器。图6C描绘了在孔内包括一个或多个显示器的放射治疗系统的一个变型的横截面。放射治疗系统(640)可包括具有延伸穿过门架的纵向孔(642)的可旋转门架(644)、直线加速器(646)、kV辐射源(648)和沿着孔(642)的长度安装在卧榻顶部(655)对面的多个显示器(650a，650b，650c)。直线加速器(646)可产生治疗处理束(647)，kV辐射源(648)可产生成像束(649)，该成像束位于与治疗处理束不同的沿着孔的纵向位置处。显示器(650a，650b，650c)可以是可根据孔(642)的曲率弯曲的柔性显示器，并且可例如为OLED显示器。除了在治疗处理束路径或成像束路径内的孔的区域之外，显示器(650)可沿孔的长度安装。避开辐射束路径可有助于延长显示器(650)的寿命。图6D描绘了图6C的系统的端视图，如图中所示，柔性显示器(650)可跨越与患者视线对应的圆弧。显示器(650)可以跨越孔周长的约25％至孔周长的约50％，例如孔周长的约30％。图6E和6F描绘了包括位于孔(642)内的柔性显示器(650)的系统的一个变型，其中显示器上的一个或多个图像跟踪患者眼睛的位置。例如，当患者从更浅表的位置(图6E)移动到孔内的更深位置(图6F)时，在患者处于浅表位置时显示器(650)上的图像(652)在患者移动到更深位置时可以用显示器(650)上的另一图像(652’)替换。可产生从第一图像(652)到第二图像(652’)的一系列图像，以产生图像正在从一个位置移动到另一个位置的错觉。如上所述，显示器上的图像的位置可通过卧榻位置和/或光学眼睛跟踪器数据来确定。
音频系统
放射治疗系统的各种部件，例如旋转门架、准直器叶片的移动、温度控制系统和其它高电压部件，可以产生显著的机械噪声水平。这种机械噪声可以在患者设置在其中的门架孔的受约束范围内被放大。例如，门架的操作可以产生恒定的背景嗡嗡声，以及与一个或多个子系统的启动相关联的间歇性机械和电噪声，例如与在治疗束递送期间启动的MLC叶片运动相关联的机械噪声。升高的听觉噪声水平可能降低患者的舒适度并可能增加患者的焦虑，这可能导致患者移动(例如，坐立不安、身体重新定位、呼吸速率增加等)。因此，减少听觉不适可以改善患者的舒适度和依从性。用于噪声管理的噪声消除耳机和其它可穿戴解决方案可能干扰治疗束和/或可能被治疗束损坏。在一些变型中，放射治疗系统可包括安装在门架上、治疗和/或成像辐射束路径之外的音频系统。音频系统可以包括麦克风和扬声器阵列，其构造成在患者移动通过门架的孔和/或接受放射治疗处理时使用患者位置数据在患者的耳朵处产生噪声消除音频。与麦克风和扬声器阵列通信的控制器可使用基于相控阵理论的方法来映射机器噪声，基于患者位置数据来计算噪声消除信号，并且从扬声器阵列投射适当振幅和相位的噪声消除信号。通常，处理器可构造成接收环境声音，产生与环境声音刚好相反的波形信号，并将其与任何期望的音频信号混合以输出给患者。例如，噪声消除信号可以异相180°，振幅与患者耳朵接收的噪声相同。
图7描绘了可以与本文描述的任何放射治疗系统一起使用的听觉噪声管理系统的一个变型。特别地，图7中示出了放射治疗系统(700)，它包括门架(710)，该门架包括联接到多叶准直器(732)的辐射源(730)。检测器(736)可以与多叶准直器(732)相对地设置并接收从准直器(732)和辐射源(730)输出的辐射束(734)。门架(710)可以包括患者区域，该患者区域具有门架(710)的孔，该孔构造成将患者(722)接纳在患者平台(720)上。门架(710)还可包括位于患者区域内并且设置在门架(710)的固定框架(未示出)上的扬声器阵列(712)和麦克风阵列(714)。如图7所示，扬声器阵列(712)和麦克风阵列(714)可以设置在门架(710)的一个或多个端部中。在一些变型中，扬声器阵列(712)和麦克风阵列(714)中的一者或多者可以靠近患者耳朵设置在门架(710)的孔内的固定框架的径向内表面上。附加地或替代地，扬声器阵列(712)和麦克风阵列(714)中的一者或多者可以设置在门架(710)的孔的外部，例如，门架(710)的与径向内表面相对的外表面上。
在其中麦克风阵列(714)远离患者耳朵定位的变型中，基于在麦克风阵列(714)处接收的声音而生成的噪声消除信号可以是异相的，使得检测到的环境噪声在患者(722)所在的位置未被有效地消除。因此，处理器可以生成噪声消除信号，其也补偿患者的耳朵、扬声器阵列和麦克风阵列之间的位置差异。例如，门架(710)可包括具有处理器(716)的控制器，该处理器构造成从患者定位系统接收患者位置数据并使用由麦克风阵列(714)接收的音频和患者位置数据生成噪声消除信号。当生成噪声消除信号时，处理器(716)可以使用患者位置数据来补偿麦克风位置与患者耳朵位置之间的差异。扬声器阵列(712)可以构造成输出噪声消除信号。
因此，系统(700)还可以包括位置确定系统，该位置确定系统构造成将患者(及其耳朵)定位在患者区域中。在一些变型中，位置确定系统可以使用患者位置登记数据(例如，来自PET成像、kV CT成像)来确定患者耳朵的位置。在另一些变型中，患者(722)可以沿着患者平台(720)定位在预定位置，使得耳朵位置是已知的。例如，患者(722)可以例如通过头部固定装置联接到患者平台(720)上的固定位置。一旦已定位了患者的耳朵，处理器(716)便可以生成噪声消除信号，其补偿患者、扬声器阵列(712)和麦克风阵列(714)的位置之间的任何差异。
附加地或替代地，扬声器阵列(712)可用于在患者(722)的门架(710)的孔中输出音频以增加患者舒适度并减轻焦虑。例如，处理器(716)和扬声器阵列(712)可以构造成输出提供治疗状态和/或其它信息的语音音频(例如，现场操作员语音、预先录制的语音)。向患者提供音频(722)可以在放射治疗程序期间吸引患者的注意力，并且在长治疗过程期间(例如，20分钟、30分钟、60分钟)可能是有用的。在另一些示例中，处理器(716)和扬声器阵列(712)可以输出音乐、白噪声、自然声音和其它声音中的一者或多者，以抑制对由放射治疗系统产生的机械噪声的感知。
准直器系统
如上所述，放射治疗系统可包括设置在MV X射线源或治疗辐射源的束路径中的多叶准直器。在一些变型中，多叶准直器可以是二元多叶准直器，例如2016年6月10日提交的美国专利申请No.15/179,823中描述的二元多叶准直器，该申请的全部内容通过引用结合于此。在一个变型中，多叶准直器可包括多个叶片和相应数量的气动叶片致动机构。每个叶片致动机构可构造成独立地移动其相应的叶片，压缩空气源可以联接到一个或多个气动叶片致动机构。每个气动叶片致动机构可包括：桶体，该桶体包括纵向内腔、第一侧面开口和第二侧面开口；以及在桶体的纵向内腔内延伸的活塞。活塞可包括轴和在桶体内联接到该轴的活塞密封件，其中活塞在桶体内的移动使准直器叶片在第一位置与第二位置之间平移。第一和第二开口可以与压缩空气源流体连接。气动机构还可包括位于第一开口与流体源之间的第一阀和位于第二开口与压缩空气源之间的第二阀。第一和第二阀可以选择性地调节流入和流出桶体内腔的流体。压缩空气可以经由格栅或空气导管阵列分配到每个叶片气动机构桶体(每个叶片一个)，其中每个气动叶片致动机构的每个阀可以被单独控制以调节进入每个桶体的空气流量。供应到每个气动叶片致动机构的压缩空气由空气供应格栅提供，该空气供应格栅包括分开的并独立受控的阀(即，多个气动叶片致动机构的第一和第二阀)。空气供应格栅内的压缩空气可以由安装在门架的可旋转环上的压缩机或压缩空气源提供。与安装在非旋转(或慢速)门架上的空气源相比，安装在可旋转门架、例如高速且连续旋转的门架上的压缩空气源可能经受高水平的振动。高速门架可包括涡旋式或螺旋式压缩机，其与活塞式压缩机相比可以不易受到振动和声音的影响。在一些变型中，涡旋式或螺旋式压缩机可以安装在可旋转环上的隔振支脚上，并且可以构造成将具有约1ATM压力的环境空气转换成具有约10ATM的压力的加压空气。机载压缩机系统的一些变型可包括蓄压罐、过滤器、干燥器和后冷却器。包括用于成像和/或患者位置配准的任选的kV辐射源的系统可包括具有气动叶片致动机构的类似的多叶准直器，其可以由与用于MV X射线源或治疗辐射源相同或不同的压缩空气系统驱动。
总体上，治疗辐射束可以由直线加速器产生并且通过一个或多个束整形部件整形。在一些变型中，所述一个或多个束整形部件可包括以下中的一者或多者：初级准直器、次级准直器、多叶准直器、第一夹爪和/或第二夹爪。初级准直器和/或次级准直器可以包括固定的束整形开孔(例如，开孔的形状和/或尺寸被限制为预定的形状或尺寸)或可变的束整形开孔(例如，开孔的形状和/或尺寸可以在治疗之前和/或期间和/或之后根据需要变化)。在一些变型中，主准直器可以包括具有梯形槽的钨基材或基部，该梯形槽可以限定辐射束的大体形状。类似地，第一夹爪和/或第二夹爪可包括固定的束整形开孔或可变的束整形开孔。准直器和/或夹爪可以沿着两个轴(例如，x轴和y轴)对束进行整形，或者可以沿着一个轴(例如，仅x轴或仅y轴)对束进行整形。多叶准直器可以构造成沿着两个轴(例如，x轴和y轴)对束进行整形，和/或可以构造成沿着一个轴(例如，仅x轴或y轴)对束进行整形。由直线加速器发射的X射线束可以通过将电子加速到靶(例如钨靶)中而产生，该靶然后将来自电子-靶碰撞的能量转换成X射线束。对于包括安装在可旋转环(例如，可连续旋转的环)上的直线加速器的系统，电子源(例如，电子枪)、微波源(例如，磁控管)、脉冲电源和RF循环器可以设置在门架的可旋转环上。放射治疗系统(800)还可包括靶转换器，其包括靶和主准直器、剂量室、上夹爪、多叶准直器(例如，二元MLC)和下夹爪。主准直器、上夹爪、二元MLC和下夹爪可以对由直线加速器发射的辐射束进行整形。上夹爪和下夹爪可以在弯曲的轨道上移动，该轨道松散地聚焦到靶转换器的虚拟点斑。
图8A描绘了放射治疗系统(800)的一个变型，该放射治疗系统包括可旋转门架(802)、构造成发射治疗辐射束的直线加速器(804)、脉冲电源(806)、电子枪(808)、磁控管(810)和RF循环器，其中直线加速器、脉冲电源、电子枪、磁控管和RF环形器(循环器)安装在门架的可旋转环上。脉冲电源(806)可以连接到电子枪(808)，该电子枪可以产生与来自电源(806)的功率脉冲的时间特性(例如，频率、占空比等)相对应的电子脉冲。由磁控管(810)和RF环形器产生的微波在直线加速器(804)的波导中加速来自枪(808)的电子。
图8B描绘了辐射束路径的一个变型。来自直线加速器(804)的加速电子可以与束转换器(820)的靶(822)(例如，由钨制成)碰撞，将来自碰撞的能量转换成X射线辐射束。辐射束首先由主准直器(824)整形，穿过剂量室(826)，然后由上部束限制块或夹爪(828)沿第一轴线(例如，y轴)整形，由二元MLC(830)的叶片沿第二轴线(例如，x轴)整形，最后在辐射束进入患者治疗区域之前由下部束限制块或夹爪(832)沿第一轴线(例如，y轴)整形。主准直器(824)可以直接安装到可旋转环上并与放射治疗系统的等中心对准。图8D描绘了辐射束路径中的束限制部件的放大视图。更一般地，一组准直器或夹爪中的开口或槽的尺寸和形状可以在一个轴线(例如，x轴)上限定辐射束，而另一组准直器或夹爪中的开口或槽的尺寸和形状可沿另一轴线(例如，y轴)限定束。这些束限制装置的一个方面是它们如何很好地产生从全辐射束到完全衰减的辐射束的梯度；完全衰减可以是材料厚度和该材料的辐射阻挡能力(半值层衰减)的函数，并且可称为半影。在一些示例中，半影可以定义为沿着该梯度的80％辐射水平与20％辐射水平之间的距离，而在另一些示例中，半影可以定义为90％和10％辐射水平之间的距离。较小的半影可允许更锐利的束边缘，使得与具有较大半影的束相比，束的更大部分具有均匀的注量(例如，更平坦的束轮廓)。改善的束均匀性可以帮助提高处理的精度。由于x轴和y轴分量的束整形部件不在同一平面内，因此在改善x轴(或y轴)边缘的中半影与扩大y轴(或x轴)边缘中的半影的成本之间可以存在折衷。典型的方法是选择半影应当最小的边缘(x轴或y轴)，然后将该束整形部件放置在底部(即，离直线加速器最远，最靠近患者)。
平衡x轴尺寸和y轴尺寸上的半影的质量的一种方式是分割y轴束限制部件，使得y轴束限制部件的第一部分位于在x轴束限制部件上方并且y轴束限制部件的第二部分位于x轴束限制部件下方。图8B中描绘了处于开口夹爪构型中的夹爪组件的一个变型。如其中所示，用于y轴尺寸的束限制部件(即，上夹爪(828)和下夹爪(832))位于用于x轴尺寸的束限制部件(即，多叶准直器(830)的叶片(831))的上方和下方。这在功能上“分割”了y轴束限制部件，使得一部分在x轴束限制部件上方而另一部分在下方。可以独立地调节上夹爪和下夹爪的对向部分，使得夹爪中的开口或槽可以具有不同的宽度。在图8B的变型中，上夹爪(828)和下夹爪(832)可以被认为是已经分割以使得上部部分位于二元MLC上方且下部部分位于二元MLC(830)下方的单个夹爪。与整个y轴束限制部件位于x轴束限制部件上方或者x轴束限制部件位于y轴束限制部件上方相比，这可能导致x轴和y轴尺寸两者上的半影都比在轴束限制部件上方位于x轴束限制部件上方的情况下或在x轴束限制部件位于y轴束限制部件上方的情况下小。如图8C所示，上夹爪(828)的向内面(825)和下夹爪(832)的向内面(827)可各自与平行于辐射束路径(801)的竖直轴线成一定角度(840，842)定向。上夹爪(828)的面(825)的角度(840)可大于下夹爪(832)的面(827)的角度(842)。例如，角度(840)可以是约0.3度至约2度，因为IEC Y场尺寸在1cm至5cm的范围内，而角度(842)可以在约0.8度至约8度的范围内，因为IEC Y场尺寸在1cm至5cm的范围内。角度(840，842)可以至少部分基于位于距离辐射源(例如，点或虚拟源)的期望距离(例如，约85cm)处的平面(例如，等中心平面)处的期望场尺寸(例如，约1cm至约5cm)和/或上夹爪和下夹爪的厚度(835，837)和/或初级准直器(824)的开口或槽的尺寸(例如，宽度)和形状和/或辐射源或束能量和/或其它束产生或波束整形部件来确定。在一些变型中，上夹爪的向内面(825)的角度(840)可以与焦线(833)相对于竖直轴线的角度(841)大致相同。辐射束的焦线(833)可以表示从直线加速器扩展的辐射束的边界(可以近似为点或虚拟源(819))。上夹爪和下夹爪的向内面的角度(840，842)可以与焦线的角度(841)相同或不同。例如，向内面角度(840)可以大于焦线角度(841)，而角度(842)可以与焦线角度(841)相同。在一些变型中，夹爪的向内面的角度(840，842)可以是可调节的。
在一些变型中，上夹爪(828)的向内面(825)可以从焦线(833)偏移。也就是说，上夹爪(828)的向内面(825)可以从焦线(833)后退偏移值(829)。如图8C所示，下夹爪(832)的向内面(827)可以沿着焦线(833)对准，即偏移值为0。上夹爪(828)的向内面(825)可以位于远离焦线(833)的一定距离处(即，偏移)，例如具有约0.5mm至约2mm、例如约1mm的偏移值(829)。在一些变型中，上夹爪和下夹爪的向内面彼此不对准(即，具有不同的偏移值)。图8E是沿着作为上夹爪的偏移的函数的y轴半影的能量注量(能通量)的模拟图(其中下夹爪的偏移为0，即下夹爪的向内面与焦线对准)。上夹爪偏移为0.5mm或更大的束轮廓由线(850)表示，而上夹爪偏移为0的束轮廓由线(852)表示。上夹爪具有大于约0.5mm(例如，约1mm)的偏移的束的90％半影小于上夹爪没有偏移的束的90％半影。也就是说，束在上夹爪具有0.5mm或更大的偏移时比在上夹爪没有偏移或偏移小于0.5mm时更快地达到90％的注量(即，更锐利的斜面或边缘)。这表示较小的90％-10％半影，其分别作为10％水平和90％水平下的束半宽之间的差异计算。具有更锐利的束边缘的矩形束轮廓可以改善束的剂量测定特性，因为束的中央部分(例如，束轮廓的约80％)更平坦或更均匀。当上夹爪(828)与焦线(833)存在非零偏移时，可以计算角度(840)和面(825)上的所有点的距离，使得上夹爪(828)由于其偏移(829)和在面与中心轴线之间的更大角度(840)而在机器等中心处以略大的场尺寸突出。例如，当下夹爪在等中心平面处突出2cm并且上夹爪与焦线具有1mm的偏移时，上夹爪然后可突出至约2.8cm的场尺寸。图8E中的曲线图是具有约55mm的厚度的上夹爪(835)和具有约55mm的厚度的下夹爪(837)的模拟结果。在一些变型中，上夹爪的厚度(835)可以大于下夹爪的厚度(837)，而在另一些变型中，这些厚度(835，837)可以是相同的，并且在任一情况下，可以是约30mm至约70mm，例如约40mm、约55mm。上夹爪和/或下夹爪的向内面的偏移可以由许多因素决定，例如，至少部分地由辐射束的能量水平、靶的厚度、位置和组成和/或上夹爪和下夹爪的厚度和/或上夹爪和/或下夹爪之间距靶或虚拟源的距离和/或多叶准直器的厚度决定。
在一些变型中，一个或多个束整形部件(例如，主准直器、上夹爪、二元MLC和下夹爪)可以安装在弯曲轨道上。图8F是包括开口夹爪(850)和MLC(852)的束整形模块的一个变型的示意图。动态MLC(852)可以是二元MLC。开口夹爪(850)可包括位于治疗辐射源(858)(例如，直线加速器)与MLC(852)之间的上夹爪(854)，及位于MLC(852)下方的下夹爪(856)。上夹爪(854)和下夹爪(856)可以通过一个或多个板(860)或框架联接在一起。夹爪可以安装在一个或多个弯曲的线性导轨上。例如，开口夹爪(850)可以可滑动地安装在一个或多个弯曲的线性导轨(862)上。开口夹爪的一个或多个板或框架可具有一个或多个槽，其尺寸和形状设计成大于轨道的截面尺寸以使得槽可以在轨道上滑动(如箭头(864)所示)。任选地，可以存在正交于轨道(862)的附加轨道，以向夹爪提供进一步的支承。在本例中，轨道(862)是弯曲的，但在其它变型中它们可以不是弯曲的(即，它们可以是直的，没有任何弯曲部)。夹爪可以联接到致动器或马达，该致动器或马达使夹爪的位置沿弯曲的线性轨道移动。夹爪沿轨道的移动可导致处理平面沿IEC-Y轴(即，平行于患者平台的运动轴线)的相应移动。在另一些变型中，夹爪可以替代地经由一个或多个可移动或可旋转的附接机构(例如一个或多个铰链或枢轴)安装到门架上。夹爪可以向等中心的右侧或左侧移动约0.5cm至约2cm，总移动范围(端对端)为约1cm至约4cm。这可对应于在处理平面中的类似致动，其中处理平面可以沿患者平台的纵向轴线移动，总移动范围为约1cm至约4cm。应当理解，沿患者平台的纵向轴线(例如，IEC-Y)的总移动范围可以是约1cm至约12cm，例如，约1cm、约2cm、约3cm等。在一些变型中，二元MLC可包括限定轴向平面(例如，IEC-XZ)的64个叶片，其在通向约40cm的视野(FOV)的等中心处的宽度均为0.6cm。夹爪致动器可构造成使夹爪以约0.25cm/s至约2cm/s的速度移动，该速度例如为约0.5cm/s、约1cm/s等。夹爪致动器可包括例如电磁致动器。在一些变型中，夹爪的速度可大于患者平台的速度。虽然在图8F中描绘和描述的束整形模块包括不可移动地彼此附接的开口夹爪和MLC(即，使夹爪移动或变位不一定使MLC移动或变位)，但在另一些变型中，夹爪和MLC可以可移动地彼此附接(即，下夹爪和MLC一致地一起移动或变位)。
磁控管
磁控管是将高电压DC功率转换成射频电磁功率的源设备。如上所述，磁控管可以安装在门架的可旋转环上。与固定的门架(或以较慢速度旋转的门架)相比，由于向心力水平的提高，门架的高速旋转可能导致磁控管的不稳定。磁控管可包括具有空腔结构(902)的环形阳极(900)和中心阴极(904)，所述阳极和阴极之间具有间隙(903)，如图9A所示。阴极(904)必须在不干涉场结构的情况下被支承，因此，阴极可能被轴或托架(906)薄弱地支承，和/或可能无法可靠地承受旋转力(例如，向心力和/或离心力)和来自旋转环的正弦重力，从而导致阴极相对于磁控管的非期望的移动。阴极移动可能影响磁控管中的场结构，并且可能不利地影响其产生RF场的能力。图9B示出一个变型，其中磁控管(910)被径向安装，使得阴极支承件(906)与向心力的方向(912)对准(例如，沿朝向环的中心的半径)。如图所示，阴极支承件或轴(906)可以相对于门架的可旋转环(914)基本上径向地定向。在这种布置中，向心力可以是相对恒定的，并且阴极支承件(906)可仅需要承受正弦重力以支承阴极(904)。或者，一些放射治疗系统可包括安装在可旋转环上的速调管而非磁控管。
束转换器
磁控管可以加速来自电子源(例如电子枪)的电子以产生电子束。该电子束可以经直线加速器的空腔被引导到包含诸如钨或钽的高Z材料的束转换器。束转换器中的电子碰撞引起高能光子(例如，X射线束)的发射。联接到直线加速器(1120)的束转换器组件(1100)的一个变型在图11中示出。如其中所示，束转换器组件(1100)可包括安装在基材(1104)的凹部内的束转换器(1102)。在真空空腔(1122)内行进的电子束(1101)可穿过直线加速器窗口(1124)并且可指向束转换器(1102)的一侧。电子束与束转换器的相互作用可产生从束转换器的另一侧发射的X射线束(1103)。基材(1104)可以由诸如铜的导电材料制成。基材(1104)可包括在基材本体内的一个或多个散热通道(1106)。在一些变型中，散热通道(1106)可以位于束转换器附近，冷却流体(例如，气体或液体)可以循环通过该通道(1106)。由电子在束转换器(1102)上的入射产生的热量可以被传递到导电基材(1104)，该导电基材然后将该热量传递到通道(1106)内的冷却流体。虽然这里描述的系统可以包括图11的束转换器组件，但应理解，可以使用其它束转换器组件(例如，具有其它基材几何形状、散热通道构型和束转换器材料)。
CT系统
在一些放射治疗系统中，可以出于成像目的(例如，CT成像)提供kV辐射源和相应的检测器。kV辐射源和检测器可以位于门架的旋转环上，但位于与MV或治疗辐射源不同的纵向位置处，使得由kV辐射源产生的扇形束与MV辐射源处于不同的平面中。与MV或治疗辐射源一样，成像辐射源(例如，成像直线加速器)的对准也可以是机动化的。收集的成像数据可用于登记患者相对于门架和治疗辐射源的位置。将患者准确地登记至放射治疗系统有利于准确递送放射治疗。可能需要快速准确地登记患者。来自kV辐射源的图像和/或数据还可以帮助识别要避免的目标体积和敏感结构的位置。
在一些变型中，kV系统可以包括kV辐射源、kV检测器以及一系列静态和动态准直器元件，以控制从kV辐射源发射的辐射束的形状。例如，一系列两个静态准直器可以限定沿着两个轴线(例如，X轴、Y轴)限定开孔轮廓，其几何形状可以由它们与等中心和kV检测器的相对位置限定。另外，kV系统可以包括可旋转的准直机构，其构造成控制向患者和kV检测器上的束的照射。可旋转准直机构可包括电致动器、包括束限制元件的可旋转准直器以及位置感测电路。可旋转机构可以构造成经由电致动器和位置感测电路快速调节其束限制元件的位置。
图13A描绘了kV成像门架(1300)的一个变型，它可包括kV辐射源(1302)、kV检测器(1304)、kV支承结构(未示出)和准直组件(1308)。kV成像门架(1300)可以附接到可旋转环上，该可旋转环上附接有治疗辐射源、MV检测器和PET检测器。可以使用多个螺栓和/或焊接点将kV成像门架附接到可旋转环上。图13B描绘了kV辐射源支承件(1306)和准直组件(1308)的一个变型。准直组件(1308)可包括辐射屏障(1310)。图13C描绘了图13B的准直组件(1308)、kV辐射源支承件(1306)和辐射屏障(1310)的分解图。来看图13C，准直组件可包括支承结构(1306)，X轴安装台(1314)和辐射屏障(1310)安装在该支承结构(1306)上。它还可以包括安装在X轴安装台(1314)下方的对准板(1316)和Y轴安装台(1318)。初始束限制或整形装置(1320)可以安装在Y轴安装台(1318)上。这可以有助于保持kV辐射源、kV检测器和任何附加束整形装置之间的相对定位。
辐射屏障(1310)可以设置在kV辐射源上方，并且可具有与扩展的kV辐射源束相对应的形状。屏障的壁部(例如，侧壁部)可以为可旋转准直器(1322)、束整形滤波器(1324)和最终的束限制或整形装置(1326)提供支承。例如，在护罩(1310)的侧壁部上可以有两个侧面开口(1309)，其可以构造成可旋转地保持两个轴(1311)。轴(1311)可以是柱形的并且可以连接到可旋转准直器(1322)的两端，从而用作准直器的旋转轴。例如，可旋转准直器(1322)可包括由阻挡辐射的材料如钨或铅制成的榫钉或柱体。该榫钉或柱体可具有纵向轴线和中央开孔开口(1323)。中央开口(1323)可以横向地延伸穿过柱体(例如，垂直于其纵向轴线)和/或可以具有与期望的束宽度相对应的沿纵向轴线的长度。例如，中央开口可延伸通过准直器的整个直径或厚度，并且可具有与准直器长度接近的长度。开孔开口可以构造成沿两个轴线(例如，X轴和Y轴)对束进行整形，和/或可以构造成沿一个轴线(例如，X轴)对束进行整形。两个轴或杆(1311)可以连接到榫钉或柱体的两端，使得轴(1311)的旋转也使可旋转准直器(1322)旋转。可旋转准直器可以具有两种构型，并且准直器的旋转可以在这两种构型之间转换。在图14A所示的第一构型中，开孔(1323)与来自kV辐射源的辐射束对准，并允许kV辐射束通过。在旋转一定角度(例如，约90度)时，准直器可以转换为图14B所示的第二构型。在这种构型中，开孔(1323)不与辐射束对准，并且由辐射阻挡材料制成的柱体或榫钉的壁部可以阻碍或阻挡kV辐射束。
kV辐射束准直器可以帮助达到并保持精确和/或准确的成像束性能。在一些变型中，kV辐射束与准直器之间的对准可以处在约10微米或更小的预定公差阈值内。可以在几种情况下检查kV辐射束与准直器的对准，例如，在工厂中，在将系统交付给诊所或客户时，以及在维护或修理kV辐射源或kV检测器的情况下。
II.方法
这里还描述了使用上述系统和设备进行发射引导式高能光子传输的方法。在一些变型中，所述方法可用于将辐射剂量递送至患者的期望区域。总体上，这里描述的方法包括登记装载到患者平台上的患者并使用放射治疗系统治疗患者。提高患者登记和治疗的效率可以有助于增加单个放射治疗系统可在一段时间(例如，一天)内治疗的患者的数量。
在一些变型中，处理放射治疗患者的方法可包括使用登记室中的登记系统将患者登记至患者平台。然后可以将患者移动到具有放疗系统的不同房间，其中通过放射治疗系统对患者进行治疗。通过在分开的房间中执行登记和放射治疗，患者可以接收辐射剂量，而另一患者在不同的房间被登记。因此，患者的治疗准备可以与另一患者的治疗过程同时发生，同时保持隐私并且不损害治疗质量。在一些示例中，工作流程可以在给患者服用放射性同位素(例如，PET示踪剂)的服药室中开始。患者可以在服药室中等待，直到具有登记系统的房间空出。
在一些变型中，患者登记可任选地包括将外部放射性基准施加至患者。外部放射性基准可以帮助提高多种治疗模式(例如，EGRT、SBRT、IMRT)的患者登记的准确性和/或精度。在一些示例中，放射性基准可用于提供初始粗略登记，这有助于减少从后续kV成像接收的患者剂量。放射性基准可以插入体内和/或与其它基准(例如，患者皮肤上的不透射线纹身)组合。在另一些示例中，放射性基准可以在放射治疗期间保持联接到患者并且允许检测患者在治疗期间的运动。
在一些变型中，可以根据治疗计划中规定的辐射束的强度调制来实时自适应地调节门架、准直器和患者平台中的一者或多者的移动速度，以便减少放射治疗程序时间。例如，可以降低旋转门架和患者平台的移动速度，以将辐射束递送至需要更高调制水平的肿瘤(例如，具有不规则形状的肿瘤)。在另一示例中，当辐射束关闭并且在不同肿瘤之间移动时，可以提高患者平台速度。以这种方式，可以提高门架、准直器和患者平台中的一者或多者的速度，同时在机械限制内操作放射治疗系统并且不损害治疗对象。在一些变型中，可以将患者平台移动到预定位置，在对患者施加治疗辐射的同时停在预定位置，然后移动到另一预定位置(例如，步进和发射运动)。以这种方式施加治疗辐射可以帮助减轻当辐射被递送至连续移动的患者平台时经常遇到的剂量递送缺陷和/或磁控管电弧。
在一些变型中，放疗系统可以构造成向在门架的孔中接受程序的患者输出噪声消除信号，以减少感知到的系统在操作期间产生的机械噪声。感知噪声的减少可以增加患者舒适度并因此减少患者在患者平台上的移动(例如，患者移位)，从而改善患者的依从性。在一些示例中，患者的耳朵位置数据可以用于生成噪声消除信号。放疗系统可以包括用于接收要被消除的噪声的具有一个或多个麦克风的音频系统以及用于输出噪声消除信号的扬声器。
放射治疗工作流程
放射治疗系统是高成本的支出，其可以在一天的过程中仅治疗有限数量的患者。掩体时间是昂贵的，因此希望减少在不需要使用放射治疗系统的治疗任务上花费的掩体时间量。例如，IMRT和SBRT程序通常以多个份数上递送辐射剂量。一些IMRT程序可以以约30至约40份(例如，每份2Gy)递送约60Gy至约80Gy。每份IMRT的递送可花费约15至约20分钟，其中约10分钟奉献给患者设置。一些SBRT程序可以以约3至约5份递送约40Gy至80Gy。根据病变的数量和位置，每份SBRT的递送可花费约40分钟至约90分钟，患者设置为约15分钟至约40分钟。IMRT与SBRT之间的患者设置时间的差异可能是因为，通常，针对单个病变递送IMRT份，而针对一个或多个病变可以递送SBRT份。在这些患者工作流程限制下，放射治疗系统每天可递送约30至约40份IMRT，每天可递送约6至约10份SBRT。下面详细描述的患者工作流程可以改善允许放射治疗系统每天递送高达约60份IMRT和每天高达约12份SBRT。
如本文描述的放射治疗系统可以同时治疗不同房间中的患者，从而保持隐私并增加掩体使用效率和患者吞吐量。例如，患者摄取放射性同位素可以在第一房间中进行，而患者成像和登记可以在第二房间中进行。然后可以将患者移入包括放射治疗系统的第三房间以接受放射治疗处理。因此，患者在准备接受放射治疗处理之前不占用第三房间。通过同时执行任务可以改善工作流程，从而允许工作流程中同时有三名患者(处于不同的治疗阶段)。图12是放射治疗设施(1200)的患者工作流程的示意图，该放射治疗设施包括第一房间(1202)、第二房间(1204)、第三房间(1206)、控制室(1208)和将各房间连接的走廊(1209)。第一房间(1202)可以构造成用于放射性同位素服用和摄取。例如，第一房间(1202)可以被构造为安静、舒适的空间，以供患者在发生生物摄取时等待。例如，对诸如FDG的PET示踪剂的摄取可能花费约60分钟。第二房间(1204)可以包括登记系统并且构造成用于将患者登记至患者平台。例如，第二房间(1204)可以包括成像系统(例如，kV CT、MR、PET/CT)并构造成将患者成像并登记至患者平台。可使用各种类型的患者平台，例如，2017年11月15日提交的、代理人案卷号为RFXN-009/01US 326517-2019并且名称为“RADIATION THERAPYPATIENT PLATFORM(放射治疗患者平台)”的共同待审的美国申请中描述和示出的患者平台，该申请的全部内容通过引用结合于此。患者登记过程通常需要约10分钟。第三房间(1206)可包括放射治疗系统并构造成治疗患者。第三房间(1206)中的治疗时间可以基于所进行的治疗类型、病变类型和病变数量而变化。例如，可以在约5分钟内进行简单IMRT病变的放射剂量递送，而对于复杂的多病变患者，可在约60分钟内进行放射剂量递送。在一些变型中，技术人员(1211，1213，1215)(例如，医疗保健专业人员)可被分配给相应的患者(1210，1212，1214)。在一些变型中，控制室(1208)可包括操作员控制台(1224)和操作员(1216)，以控制第二房间(1204)和第三房间(1206)中的患者登记和放射治疗。在另一些变型中，第二房间(1204)和第三房间(1206)均可包括操作员。
在本文描述的方法的一些变型中，放射治疗患者过程可包括在第一房间(1202)给第一患者(1210)服用放射性同位素，以及将第一患者(1210)从第一房间(1202)移到第二房间(1204)中。一旦位于第二房间(1204)中，就可将第一患者(1210)装载到第一患者平台上。然后可将加载的第一患者平台移动到登记系统的登记区域中，并且可使用登记系统生成第一患者身体的位置数据。例如，可产生第一患者(1210)和第一患者平台的诊断成像并用于将第一患者的身体登记至第一患者平台。然后，可通过走廊(1209)将联接到第一患者平台的第一患者(1210)移出第二房间(1204)并进入第三房间(1206)。患者在注册后应限制其在第一个患者平台上的移动，直到治疗完成。
在一些变型中，患者平台可以包括一组用于移动的轮子，而在另一些变型中，患者平台可以联接到设施(1200)的轨道系统，其将第二房间(1204)的登记系统连接到第三房间(1206)的放射治疗系统。例如，轨道系统可设置在地板上并将患者平台从第二房间(1204)引导到第三房间(1206)。患者平台可以手动移动和/或由马达驱动。然后可将具有登记的第一患者的第一患者平台对接到放射治疗系统。在一些变型中，可在不同房间之间移动包括可移动基座的患者平台，使得基座对接到每个系统。在另一些变型中，可将患者平台转移到各房间中的不同基座。例如，可在第一基座上输送患者平台，然后将其转移到固定在放射治疗系统的门架上的固定基座。将第一患者平台对接到放射治疗系统将患者的位置登记至放射治疗系统。当在不同房间之间移动患者时，患者登记必须保持不变，并且可以使用传感器系统进行监测。然后可以将登记的第一患者平台移动到放射治疗系统的治疗区域中，并且可以使用放射治疗系统治疗第一患者。在完成对第一患者的每个步骤之后，可以对第二患者和第二患者平台执行上述步骤中的每个步骤。换句话说，一旦第一患者腾出房间，另一患者可以进入房间以创建连续的患者输送路径。同样，在完成第二患者的步骤之后，可以对第三患者和第三患者平台执行上述步骤中的每个步骤。应当理解，单个辐射源(例如，加速器)可以联接到多个放射治疗系统(例如，包括第二放射治疗系统的第四房间)。在一些变型中，成像和治疗可以同一房间中在分开的成像和治疗系统上进行。
患者登记
患者登记至放射治疗系统对于剂量递送的准确性是重要的并且占用在患者程序中的大量时间。调强放疗(IMRT)程序通常利用外部基准来进行患者的初始登记。这些通常呈皮肤上的小纹身形式。这些纹身可以在视觉上与治疗室中与放疗系统对准的激光器对准。所得到的对准通常在体内结构的5mm内。然而，纹身登记可能是手动密集且耗时的。在一些变型中，可以使用外部基准将患者登记至放射治疗系统和诊断成像机器。外部基准可以是例如附着于患者的小放射性点源(约500kV)。放射治疗系统中的多个PET检测器可以检测外部基准并登记患者。在一些示例中，外部基准可以在整个程序中保持附着于患者，而在另一些情形中，点源可以根据需要附着于患者并且与皮肤上的永久性或半永久性纹身对准。
外部PET基准可用于EGRT、SBRT和IMRT系统的患者登记。EGRT系统的PET检测器可以用于通过使用外部PET基准快速地并以对于已接受或未接受PET示踪剂注射的患者而言合理的准确度将患者登记至系统。例如，PET检测器系统可以提供粗略的患者登记，而集成的kV成像系统可以提供精确的患者登记。粗略的PET注册可以通过减少后续kV成像覆盖范围、剂量和时间来改善患者登记。
在使用如本文详细描述的外部放射性基准定位患者身体结构的变型中，放射性基准可以联接到患者的外部部分。外部部分可以是皮肤、患者的孔口、胸骨和髋部中的一者或多者。PET/CT诊断系统可以使用联接到皮肤的放射性点源生成诊断图像。外部基准可以在整个程序中保留和/或用于定位永久性或半永久性纹身。放射性基准可以设置在贴片中并放置在患者的胸骨和/或臀部上。在一些变型中，放射性基准可以包括小的、刚性的、高能量的光子透过穴，其具有粘性背衬以联接到患者。因此，放射性基准对应于患者身体结构。在一些示例中，患者可以在对应于患者身体结构的第一皮肤位置处被标记(例如，通过胸骨和臀部上的永久性/半永久性纹身)，并且放射性基准在第一位置处联接到患者。然后可以使用例如PET/CT诊断成像来定位放射性基准和联接到患者平台的患者。可以使用放射性基准的位置将患者身体结构登记至患者平台。在放射治疗处理期间，基准可以保持施加至患者。在一些示例中，外部放射性基准可以将患者登记至优于5mm。对于患者未接受PET示踪剂注射的IMRT程序，该注册可能是足够的。对于患者接受PET示踪剂注射的EGRT程序，可以使用内部PET信号完成肿瘤体积和敏感结构进一步登记以提高登记精度。放射性基准(例如，PET基准)可以是产生PET成像下局部化为一个点的约500kV事件的任何源(例如，500千伏点源)。例如，放射性基准可包括Na22、PET示踪剂和其它kV源。
在一些变型中，可以使用放射治疗束治疗患者，其中放射性基准联接到患者。应当理解，放射性基准可以与正在执行的治疗步骤同时定位，因为这可以允许在治疗期间确定患者身体结构的移动。在另一些变型中，诊断图像可以是kV CT图像，联接到患者的外部基准可以是小的、致密的金属珠，其构造成在kV图像上显示对比度。在一些变型中，金属基准可以联接到患者的外部部分。类似于放射性基准，金属基准可以对应于它被放置在其上的患者身体结构。可以通过成像来定位金属基准。然后可以在放疗处理之前移除金属基准或在放疗处理期间保持附着。
放射性基准可以包括孔口块，其构造成用于插入孔口中。在一些示例中，孔口块可包括咬合块以便三维地定位患者的骨结构。例如，咬合块可包括头部固定装置，其进一步允许三维地对准患者身体结构。附加地或替代地，放射性基准可以联接到构造成被穿在患者身上的患者衣服。
在一些变型中，外部放射性基准可以与显示kV图像的对比度并且可以使用与kV成像系统集成的PET检测器系统成像的光学致密的壳体或穴联接。光学致密的壳体可以使用例如粘合剂联接到患者。对于kV CT诊断扫描，壳体可以在没有辐射源的情况下联接到患者。kV CT成像下的致密材料可以容易地分辨和记录。对于PET/CT成像，致密壳体可以包括辐射源，使得可以通过kV CT分辨致密材料并通过PET分辨辐射源。PET感测可以提供约5mm内的总体对准，使得可以减小kV成像覆盖范围。kV成像的减少减少了对患者的登记时间和X射线剂量。
在如本文详细描述的使用内部放射性基准定位患者身体结构的变型中，可以定位患者的内部感兴趣区域，并且可以将放射性基准植入感兴趣区域中。可以使用外科手术或大针在内部植入辐射源。辐射源可以是点源。在一些变型中，辐射源的分辨率可以低于PET系统(例如，直径约为4mm的点源)的分辨率。可以使用例如kV成像来定位放射性基准和联接到患者平台的患者。可以使用放射性基准的位置将感兴趣区域登记至患者平台。在一些变型中，植入的放射性基准可包括水凝胶和示踪剂中的一者或多者。植入的基准可以允许精确跟踪感兴趣区域和/或敏感结构，从而可以减少剂量递送边际。这可以使健康组织免于不必要的剂量，其可以允许治疗更多病变和/或更高剂量，和/或更多维持疗程。
可调平台和门架速度
螺旋断层放疗是一种调强放射治疗(IMRT)。IMRT系统可包括围绕门架的纵向轴线旋转的辐射束源、包括对辐射束进行整形的多个叶片的准直器以及相对于门架移动的患者平台。在可旋转门架、准直仪和患者平台的同时操作(例如，门架围绕其纵向轴线旋转以及患者平台纵向移动)期间，患者可以接收螺旋或盘旋辐射剂量。在螺旋放射治疗中，可以通过在门架和患者平台同时移动时改变每个门架角度下和每个患者平台位置处的辐射束的强度来实现强度调制。为了在螺旋断层放疗期间非常精确地递送强度调制剂量，准直器叶片(例如，多叶准直器(MLC))必须在对应于精确的门架角度位置和患者平台位置的精确时间打开。因此，螺旋辐射束强度调制取决于MLC转换(打开和关闭位置之间)的定时的准确度、门架和患者平台的速度。
当门架例如在1RPM至10RPM的范围内相对较慢旋转时，并且当门架发射位置之间存在诸如7度的相对大的角度差时，通常有足够的时间使叶片在门架位置之间关闭或打开，使得放射治疗处理可以遵循具有高保真度和精确度的治疗计划。一些传统的螺旋断层放疗系统可以包括51个门架发射位置(每个发射位置之间间隔7度)并且包括在约1RPM与约5RPM之间的在患者治疗范围内的门架转速。然而，当门架速度远高于约10RPM时，尤其是对于可能在100个发射角度(每个发射位置之间间隔为3.6度)下达到约60RPM的门架速度的EGRT系统，MLC过渡必须快得多，以提供准确的剂量。随着门架速度升高并且门架发射位置之间的角度差异减小，MLC过渡时间可达到其机械和电子极限，从而对针对给定门架转速和/或患者平台速度可实现强度调制的水平施加了限制。如果MLC、门架和患者平台以接近系统机械极限的速度操作，特别是如果治疗计划需要高水平的调制，则放射治疗处理质量可能受损。例如，在保持发射位置的角度分离不变的同时升高门架速度可能需要通过潜在地牺牲对计划治疗量(PTV)和/或处于危险中的器官(OAR)体积的剂量处方约束来重新计算治疗计划量。
本文所述的放射治疗系统可提供可变的和实时的门架和/或患者平台速度，以在辐射束传递期间增加或减少调制。该系统可包括可旋转门架、设置在门架的患者区域中的患者平台、安装在门架上并包括多个叶片的准直器以及联接到准直器的辐射源。患者平台可相对于门架移动(例如，纵向地穿过门架的孔)，并且准直器的叶片可从多个门架角度打开和关闭。例如，当需要较少的调制(例如，较低的MLC转换速率)时(根据治疗计划)，门架和/或患者平台可以加速，并且当需要更多调制时，门架和/或患者平台可以减慢。在另一示例中，当辐射束关闭时，例如当在体内不同位置处的不同肿瘤之间移动时，可以改变门架和/或患者平台的速度(例如，升高患者平台的速度并且降低门架的速度)。替代地或附加地，可以基于在治疗过程期间通过PET检测器获取的数据来调节平台速度。以这种方式，可以在减少治疗时间的同时实现治疗目标。
包括不规则形状的肿瘤可能需要更多调制以递送具有适当形状的剂量。例如，前列腺轴向视图具有马蹄形状，其在直肠周围是凹形的。随着肿瘤的形状变得更加不规则，可能需要增加调制。因此，当准直的扇形束以高度不规则性照射目标时，可以降低门架旋转的速度和/或患者平台的速度。在一些变型中，由PET检测器获取的数据可用于调节平台速度。例如，PET排放水平较高的区域受辐射的时间可能比PET排放水平较低的区域长。因此，可以降低平台速度以增加具有较高PET排放水平的区域在扇形束中的停留时间，并且可以升高平台速度以减少具有较低PET排放水平的区域在扇形束中的停留时间。
在一些变型中，一种操作如本文所述的放疗系统以减少治疗时间的方法可以包括接收患者的治疗计划，该治疗计划包括一组打开的叶片和相应的门架角度。由治疗计划的打开的叶片和门架角度给出的射束发射位置对应于强度调制。可以使用辐射源和治疗计划从准直器输出辐射束，同时可以使用治疗计划改变患者平台和门架中的一者或多者的速度。因此，通过自适应地调节门架速度和患者平台速度中的一者或多者，可以如治疗计划所规定的那样保持任何水平的强度调制。
在一些变型中，响应于系统所需的对治疗计划的调制水平，准直器的速度可优先于患者平台和门架的速度。例如，可以根据需要维持和/或设定准直器的速度，同时改变患者平台和门架中的一者或多者的速度。当MLC过渡时间无法跟上门架速度和/或门架发射位置和/或患者平台速度的特定组合时，可以在剂量率保持恒定的情况下减慢门架速度和/或卧榻速度。因此，当需要较少调制时，使门架和/或患者平台更快，但是当需要更多调制时，使门架和/或患者平台变慢以实现期望的强度调制水平。在一些示例中，在患者平台速度变化的同时，门架速度可以保持恒定。相反，当门架速度变化时，患者平台速度可保持恒定。
一些患者的放射治疗程序可包括治疗多种不同的肿瘤。除了响应于肿瘤的调制水平而改变门架旋转和/或患者平台的速度之外，患者平台的速度可以在肿瘤之间变化。例如，可以在没有辐射束发射的情况下升高患者平台速度。由于在肿瘤之间没有递送剂量，所以可以将患者平台速度设定为肿瘤之间的第一速度(例如，设定为最大速度)以减少总治疗时间。在一些变型中，当不存在射束发射时，患者平台和/或门架的第一速度可以是任何期望的速度，但是当患者平台到达肿瘤的边缘时，患者平台和/或门架可以加速/减速以达到治疗计划规定的运行速度。例如，可以在肿瘤周围设置边际(例如，0.5cm、1cm、1.5cm、2cm)，以允许患者平台减速以在肿瘤处进行更高的调制。
剂量率
在放疗递送中存在需要改变或控制剂量率的情况。在一些变型中，直线加速器可利用来自喷射器枪的注入电子束脉冲和来自RF源(例如，磁控管)的RF脉冲。喷射器束脉冲和RF脉冲通常可以对准(即，电子束脉冲和RF脉冲是同相的)。这些脉冲中的任何一个或两个可以未对准(即，相位调节为异相)或缩短以控制或改变剂量率。对于使用磁控管作为RF源的系统，可能希望不改变RF脉冲。在这些系统中，来自磁控管的RF脉冲可以是恒定的，但可以通过改变喷射器(例如，电子枪)脉冲速率来改变辐射束脉冲速率。
包括二元多叶准直器的放射治疗系统可以每次投射输出多个直线加速器脉冲。图10中描绘了一个示例。这里，投射是旋转的一部分，其包括二元MLC叶片过渡时间和递送辐射的窗口。该发射算法可以适合于环形门架，其足够快地旋转以响应正常的患者运动，例如呼吸。例如，环形门架以60RPM旋转被分成100次投射，每个投影间隔10毫秒。叶片过渡时间为5毫秒，于是每次辐射递送的投影间隔5毫秒。300Hz的直线加速器脉冲速率(相隔3.3毫秒)在5毫秒窗口中仅允许两个脉冲。而400Hz脉冲率(相隔2.5毫秒)将允许5毫秒窗口中的三个脉冲(一个位于窗口的开始处，一个位于窗口的中心，一个位于窗口的端部处)。对于在环形门架系统旋转时直线加速器以恒定速率发射的放疗系统，叶片开口和过渡可以定时，以最大限度地增加通过分组其中不需要叶片过渡的投射递送的直线加速器触发器的数量。在这些方法中，最大限度地减少了由于存在叶片转换而未递送的直线加速器触发器的数量。在每个发射窗口有多于一个脉冲的变化中，可以通过改变每个发射窗口发射的脉冲数来调制剂量率。例如，在400Hz下可以在5毫秒的窗口内发射三个以内的脉冲。这与典型的直线加速器系统形成对比，典型的直线加速器系统以恒定的重复率运行，其中每个脉冲之间的时间延迟相同。改变脉冲之间的时间延迟可以允许辐射产生系统将相同数量的脉冲压缩到发射窗口中，同时保持低于一些辐射发生部件如RF源、直线加速器、RF窗口和目标转换器的热平均阈值。
噪音消除
在一些变型中，放射治疗系统可以包括音频系统，该音频系统用于减少由系统产生的机械噪声引起的听觉不适，这可能降低患者舒适度并增加患者焦虑。在一些变型中，用于放疗系统的噪声消除方法可包括接收设置在放疗系统的患者治疗区域中的患者的耳朵位置数据。例如，可以使用患者登记数据(例如，来自PET成像，kV CT成像)来确定耳朵位置数据，或者可以将患者定位在预定位置，使得耳朵位置可以是已知的。可以使用麦克风接收从放疗系统产生的噪声。可以使用耳位置数据和接收的噪声来生成噪声消除信号。然后可以从扬声器输出消除信号。在患者耳朵处与消除信号混合的环境噪声将彼此抵消(例如，相消干涉)，以减少对患者的可感知噪声的音量。
尽管为了清楚和理解的目的已经通过图示和例子的某些细节描述了前述变型，但显然某些改变和修改可以实施，并且落入所附权利要求的范围内。另外，应当理解，本文描述的设备和系统的部件和特性可以以任何组合使用。参照特定附图的某些元件或特征的描述并非旨在是限制性的，也不应被解释为暗示该元件不能与任何其它描述的元件组合使用。对于上述的所有变型，所述方法的步骤可以不顺次地执行。一些步骤是任选的，使得可以不执行方法的每个步骤。
Claims (10)
1.一种放疗系统，包括：
旋转门架，该旋转门架包括患者区域，并且构造成在患者平台上接收患者以及从辐射源输出束；
患者定位系统，该患者定位系统构造成定位患者区域中的患者；
设置在所述患者区域中的麦克风阵列和扬声器阵列；和
处理器，该处理器构造成使用所述患者定位系统定位患者的耳朵，并使用所述麦克风阵列和耳朵位置产生噪声消除信号，其中，所述扬声器阵列构造成输出所述噪声消除信号。
2.根据权利要求1所述的放疗系统，其中，所述麦克风阵列和扬声器阵列设置在所述门架的一端。
3.一种用于放疗系统的噪声消除方法，包括：
接收设置在放疗系统的患者治疗区域中的患者的耳朵位置数据；
使用麦克风阵列接收从所述放疗系统产生的噪声；
使用耳朵位置数据和接收到的噪声来产生噪声消除信号；以及
从扬声器阵列输出所述消除信号。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括对患者进行成像以生成耳朵位置数据。
5.一种处理放疗患者的方法，包括：
使用设置在登记室中的登记系统将第一患者的身体登记至第一患者平台；
将第一患者平台上的第一患者身体从所述登记室移动到放疗室；
将第一患者平台停靠至设置在放疗室中的放疗系统，其中，所述停靠包括将所述第一患者平台移动到所述放疗系统的患者治疗区域中；以及
使用所述放疗系统治疗所述第一患者。
6.一种操作放疗系统的方法，包括：
提供所述放疗系统，该放疗系统包括可旋转门架、设置在该门架的患者区域中并构造成相对于该门架移动的患者平台、安装在门架上的准直器、以及联接到该准直器的辐射源，所述准直器包括构造成从多个门架角度打开和关闭的多个叶片；以及
接收包括一组打开的叶片和相应的门架角度的患者的治疗计划；
使用所述辐射源和所述治疗计划从所述准直器输出辐射束；以及
使用所述治疗计划改变所述患者平台和门架中的一者或多者的速度。
7.一种定位患者身体结构的方法，包括：
将放射性基准联接到患者的外部部分，其中，所述放射性基准对应于患者身体结构；
定位所述放射性基准和联接到患者平台的患者；以及
使用所述放射性基准的定位将患者身体结构登记至所述患者平台。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述放射性基准包括水凝胶。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述放射性基准是约500千伏点源。
10.一种定位患者身体结构的方法，包括：
定位患者的内部感兴趣区域；
将放射性基准植入到该感兴趣区域中；
定位所述放射性基准和联接到患者平台的患者；以及
使用所述放射性基准的定位将所述感兴趣区域登记至所述患者平台。
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