CN209885055U - 一种磁共振引导的放疗系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种磁共振引导的放疗系统，其包括磁共振设备，直线加速器，旋转支架，旋转驱动装置及调整装置。本实用新型提供的磁共振引导的放疗系统，通过优化结构，有效的将直线加速器和核磁共振结合，系统性能优良，便于推广产业化，具有很好的应用前景。

Description

一种磁共振引导的放疗系统

技术领域

本实用新型涉及放疗和成像技术领域，具体而言，涉及一种磁共振引导的放疗系统。

背景技术

恶性肿瘤是当前人类健康面临的主要威胁之一，并且呈现逐年上升的趋势。放射治疗通过高能放射线照射实现对肿瘤的治疗。由于高能射线不仅能杀死肿瘤细胞，同时也能对正常的组织细胞造成损伤，所以精确度是放疗技术的关键因素。

分次治疗的摆位误差、治疗期间的靶区收缩变形以及脏器的蠕动，都会造成射线的剂量误差。图像引导的放射治疗(IGRT)通过对图像精确的靶区勾画判定，使照射野能够跟随靶区运动，精确对肿瘤实施正常的剂量照射，同时保证周围正常组织的剂量很低，以尽量的避免并发症的发生。目前通过CT、CBCT、PET以及超声等影像设备进行放射的引导，能够很好的治疗效果。

CT、CBCT、PET等成像设备，由于电离辐射的特性，通常无法在放射的过程中同步采集影像。超声引导通常只能应用在盆腔放疗，并且对比度欠佳。MRI(磁共振成像系统)的检查没有电离辐射，扫描速度很快，可以任意方位断层，扫描时间与放疗治疗同步进行，能够实时有效的监控靶区运动。

MRI虽然在放射治疗中虽然有很大的优势，但是MRI与直线加速器的融合仍然有很大的技术难度，如MRI的磁场对直线加速器的电子枪和加速管的磁耦合效应，电子回旋效应造成的剂量率分布的改变，以及直线加速器的射频信号对磁场均匀性的影响等。

目前国内外进行磁共振和直线加速器融合的研究机构并不多，美国ViewRay公司的 MRIdian利用分离式磁体的超导磁共振造影系统，通过一个旋转机架，安装三个Co60远程治疗头，实现肿瘤的定位。加拿大Alberta大学CCI(Cross Cancer Institute)通过一个门架圆环将磁共振和直线加速器偶联在一起，通过门架的旋转带动放射系统的旋转放射，但是放射源机头只能围绕病床旋转，不能做多角度多平面的放射治疗。荷兰Utrecht设计的MRI- 加速器系统，利用非分离式的1.5T超导磁体，射线穿过低温液氦层到达治疗靶区，这对射线的束流提出了很大的挑战。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种磁共振引导的放疗系统，旨在解决现有的问题。

本实用新型提出了一种磁共振引导的放疗系统，包括磁共振设备，直线加速器，旋转支架，旋转驱动装置和调整装置；

所述磁共振设备安装在所述旋转支架上，通过所述旋转驱动装置可驱动所述磁共振设备在所述旋转支架上绕磁共振设备旋转轴旋转；

所述磁共振设备包括磁体，所述磁体包括上、下磁极，及位于上、下磁极之间的对称设置的立柱；

所述直线加速器包括限束装置，用于输出射线束；

所述调整装置跨接固定在所述磁共振设备的两侧；所述限束装置固定在所述调整装置上，位于所述立柱的上方，且垂直于所述上、下磁极之间磁场，可随磁共振设备同步旋转。

进一步地，所述上、下磁极分别包括轭铁，及依次设置在轭铁内表面的磁性材料、极板、匀场环；所述匀场环分别在沿患者进出方向具有对称的两个贯通缺口，所述缺口的高度小于等于匀场环高度，所述缺口的厚度等于匀场环的厚度；所述缺口对应位置的轭铁、磁性材料也相应空缺形成缺口。

进一步地，所述立柱为四柱立柱。

进一步地，所述直线加速器还包括脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管，磁控管/速调管与加速管之间通过波导管连接，其中，电子枪发射的电子束经过脉冲调制器后，进入磁控管/速调管产生微波，所述微波通过波导管传输到加速管中进行加速，然后经过所述限束装置输出；所述脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管均固定在所述调整装置上。

进一步地，所述直线加速器还包括脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管，磁控管/速调管与加速管之间通过波导管连接，其中，电子枪发射的电子束经过脉冲调制器后，进入磁控管/速调管产生微波，所述微波通过波导管传输到加速管中进行加速，然后经过所述限束装置输出；所述脉电子枪、加速管及限束装置固定在所述调整装置上，所述脉冲调制器和磁控管/速调管固定于所述磁共振设备的远端。

进一步地，所述调整装置包括底座，可升降偏摆支架和承载架；

所述可升降偏摆支架固定在所述磁共振设备的两侧，其一端连接于所述承载架的下表面，另一端连接于所述底座的上表面；

所述承载架上设置有限束装置和偏摆驱动定位装置，所述偏摆驱动定位装置可驱动限束装置绕轴做回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈；

所述可升降偏摆支架具有偏摆支架回转轴，且所述偏摆支架回转轴垂直于所述磁共振设备旋转轴；可升降偏摆支架上设有偏摆驱动装置，可驱动可升降偏摆支架绕偏摆支架回转轴偏摆，从而带动限束装置也绕所述偏摆支架回转轴偏摆。

进一步地，所述放疗系统还包括有配重块和/或X光成像平板探测器，所述配重块和/或 X光成像系统平板探测器与所述底座固定连接，位于底座的下方。

进一步地，所述上、下磁极朝外的端面上对称的设有旋转轴承，所述旋转轴承连接于所述旋转支架。

进一步地，所述磁共振引导的放疗系统还包括治疗床，所述治疗床设置在所述旋转轴承之间，所述治疗床的长度方向的中心线与所述磁共振设备的旋转轴线平行。

进一步地，所述旋转驱动装置连接有蓄能装置；所述蓄能装置为弹簧式、活塞式或气压式蓄能装置。

本实用新型提供的磁共振引导的放疗系统，通过优化结构，将直线急速器与磁共振设备有效结合，主要包括以下有益效果：

1、通过采用四柱结构立柱，及带缺口的非圆周对称设计的磁极，有效的增加了磁体的稳定性，提高了磁性材料的使用效率，相对减轻磁体的重量，而且整个系统有效成像空间也增大。

2、两种加速器系统与磁共振设备的结合方式，或可以减少损耗，使得系统更紧凑；或可以减少加速器系统对磁共振成像的影响，并且能有效降低旋转件的重量，两种方案可根据场地大小实际情况有选择的实行。

3、调整装置的结构设计，使加速器限束装置除跟随系统整体旋转外，还有三种运动轨迹：弧形运动轨迹、圆周运动轨迹及直线运动轨迹，从而可使直线加速器发出的射线方向有很高的自由度，使治疗计划有更大的选择余地。

4、配重块的使用，在完成配重的同时可实现对X光的遮挡，可以有效减小X射线对外界环境的影响，降低治疗室屏蔽区的墙体厚度。

5、可选的添加X光成像平板探测器，可用于肿瘤定位，射野形状及剂量验证成像等，进一步提升设备整体性能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的磁共振引导的放疗系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的磁体的结构示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的磁体的结构示意图二；

图4为本实用新型实施例提供的磁体和病床配置关系示意图；

图5为本实用新型实施例提供的直线加速器的原理图；

图6为本实用新型实施例提供的直线加速器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的配重块和X光成像平板探测器配置示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1-7，其为本实用新型实施例提供一种磁共振引导的放疗系统，该系统包括：磁共振设备1，直线加速器2，旋转支架3，旋转驱动装置4，调整装置5，治疗床6和控制器7，磁共振设备1，直线加速器2，旋转支架3，旋转驱动装置4，调整装置5及治疗床6均耦接于控制器7，

磁共振设备1安装在旋转支架3上，旋转驱动装置4可驱动磁共振设备1在旋转支架3上旋转，旋转驱动装置4还连接有蓄能装置。

由于本实用新型的磁共振和加速器结合的系统重量很重，其旋转启停时需要很大的动力，会对支撑部件及电网带来很大的冲击，因此设置蓄能装置辅助设备启停，该蓄能装置可选用弹簧式、活塞式、气压式等多种方式，当设备停止旋转时蓄能装置将动能进行转化储存并辅助设备停止转动，当设备再次启动时蓄能装置放出储存的能量转化为动能，辅助设备启动旋转，以起到缓冲作用。

磁共振设备1通常包括磁体、梯度系统、射频系统、控制系统等。为保证成像质量及速度，本实施例的磁体采用0.3T永磁型磁体，永磁磁体系统旋转过程中只需要保证其温度稳定就可以为磁共振成像系统提供稳定的成像磁场，可有效的必免超导磁体旋转带来的杜瓦安全性、制冷管路连接等一系列的问题。参考图2，该磁体包括上磁极9、下磁极10，及位于上、下磁极之间的对称设置的立柱11。

立柱11采用四柱结构。单独的磁共振设备的立柱通常为对称双柱，由于本实施例的为磁共振设备引导的放疗系统，需要在成像的同时进行照射治疗，因此在原本对称的两侧立柱上开口，从而形成四柱结构。该四柱结构的采用可有效的增加磁体的稳定性。通常使用的永磁磁共振成像系统中磁体为固定安装，不涉及旋转、摆动等动作，也不会承受由于上述动作的启停给磁体带来的冲击，而用于放射治疗时必需保障磁体承受上述冲击时系统仍能稳定、安全的工作，同时四柱结构也可有效的提高磁性材料的使用效率，相对减轻磁体的重量。

与固定安装的单一磁共振用磁体不同，该磁体需要围绕治疗床6进行旋转成像，因此磁体上立柱的开口必须大于治疗床6宽度，但该开口受到磁体设计难度及磁体重量的限制，因此不可能无限扩大，本实例采用700mm开口。

在保证磁体大开口的条件下，为使重量及直径不至过大，上磁极9、下磁极10采用非圆周对称的设计方案，在治疗床6方向，即患者进出方向形成有缺口，具体地，如图3所示，给出了下磁极9的半剖图，下磁极包括轭铁22，及依次设置在轭铁内表面的磁性材料 23、极板24、匀场环25；所述匀场环25分别在沿患者进出方向即治疗床6进出方向，具有对称的两个贯通缺口26，该缺口26的高度小于等于匀场环25高度，厚度等于匀场环25 的厚度；缺口26对应位置的轭铁、磁性材料也相应空缺形成缺口，这样上磁极9、下磁极 10上都在治疗床6进出方向居于缺口，区别于传统的圆周极板，形成非圆周对称的设计。

非圆周对称的设计，等效于在与缺口垂直的另一方向增加磁性材料，使用这种方案即可以提高磁性材料的使用效率，同时也可以相对扩大成像区的范围。与该磁体相配合的梯度系统也可以采用非圆周对称的结构形式，充分利用有效成像空间，扩大梯度线性区的范围。

上磁极9、下磁极10朝外的端面上对称的设有旋转轴承，上磁极9、下磁极10分别通过旋转轴承安装固定在旋转支架3上，从而使得磁共振设备1可以在旋转支架3上旋转。治疗床6设置在旋转轴承之间，治疗床6的长度方向的中心线与磁共振设备1的旋转轴线平行，这样可保证磁体旋转时病人始终在磁体成像区域内，图4给出了一上磁极9、下磁极 10和治疗床6位置关系的示意图。

参考图5，直线加速器2包括脉冲调制器12、磁控管/速调管13、电子枪14、加速管15，磁控管/速调管13与加速管15之间通过波导管17连接，其中，电子枪14发射的电子束经过脉冲调制器12后，进入磁控管/速调管13产生微波，该微波通过波导管17传输到加速管15中进行加速，然后经过限束装置16输出。

本方案中，参看图1，上述直线加速器2各部件组合全部固定在调整装置5上，限束装置16也固定在调整装置5上，位于立柱11的上方，且垂直于上、下磁极9，10之间磁场，可随磁共振设备1同步旋转。

这种方案，整个直线加速器2都通过调整装置5安装在磁共振设备1上，好处是能够有效的降低波导管17的长度，减少微波在波导管17中的传输损耗，使得整个系统更加紧凑，占地面积更小，空间利用率高，但此方案会加重整个旋转件的重量，对旋转支架3的要求更高。

因此，在另一实施例中，如图6所示，将脉冲调制器12和磁控管13分离出来，将波导管17延长，并且通过旋转波导18、19，实现系统旋转时脉冲调制器12和磁控管/速调管 13的固定不动，此种方案将脉冲调制器12和磁控管13设置在磁共振设备1的远端，使其与磁共振设备1远离隔开，能够有效降低射频脉冲对磁共振成像的影响，并且能有效降低旋转件的重量。

这两种方案可根据场地大小实际情况有选择的实行。

本实施例的调整装置5包括底座8，可升降偏摆支架27和承载架29；可升降偏摆支架27为龙门支架，其一端连接于承载架29的下表面，另一端连接于底座8的上表面；承载架29上设置有限束装置16和偏摆驱动定位装置28，在本实施例中上述装置均包括在直线加速器2中，其中偏摆驱动定位装置28可驱动限束装置16绕轴做回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈；可升降偏摆支架27具有偏摆支架回转轴，可升降偏摆支架上设有加速器偏摆驱动装置，可驱动偏摆支架绕偏摆支架回转轴偏摆，从而带动限束装置 16也绕偏摆支架回转轴偏摆；调整装置5通过所述可升降偏摆支架跨接固定在磁共振设备 1的两侧。

这样，加速器限束装置16除跟随系统整体旋转外，还可以有其他三种运动轨迹：

一、弧形运动轨迹；随可升降偏摆支架27绕偏摆支架回转轴偏摆，可实现加速器限束装置16相对整个放疗系统的等中心进行旋转，旋转角度约为±20度。

二、圆周运动轨迹；随偏摆驱动定位装置28实现直线加速器限束装置16自身的绕轴转动。

三、直线运动轨迹；通过可升降偏摆支架27的升降运动，可上、下调整加速器限束装置16相对上、下磁极9、10的距离调整。

通过上述方式调整限束装置16相对磁共振设备1的角度、距离，可使直线加速器2发出的射线方向有很高的自由度，从使治疗计划有更大的选择余地。

放疗系统还包括有配重块9，配重块与底座8固定连接，位于底座8的下方。配重块9通常采用高密度材料，这样在完成配重的同时，可实现对X光的遮挡，可以有效减小X 射线对外界环境的影响，降低治疗室屏蔽区的墙体厚度。

可选地，放疗系统还可以包括有X光成像平板探测器21，可以结合已有的直线加速器 2，形成X光成像系统，可用于肿瘤定位，射野形状及剂量验证成像等，进一步提高系统性能。成像时，只需将直线加速器2的射线能量调节至千伏级，以便满足成像所需的对比度。

X光成像平板探测器21也安装在调整装置的底座8上，与直线加速器2相对安装，这样可以照射到射线束。当所述直线加速器2旋转角度时，平板控测器21也进行同步旋转，始终保与直线加速器2的对应关系。

当底座8上同时设置有X光成像平板探测器21和配重块时，其配置示意图如图7所示，X光成像平板探测器21位于中央，对应于射线束20，配重块9置于探测器21的两侧，及避免影响X光成像系统平板探测器21工作，也可以吸收两侧多余的射线，起到屏蔽作用。

综上，本实施例提供的磁共振引导的放疗系统，通过优化结构，将直线急速器与磁共振设备有效结合，具体地，

1、通过采用四柱结构立柱，及带缺口的非圆周对称设计的磁极，有效的增加了磁体的稳定性，提高了磁性材料的使用效率，相对减轻磁体的重量，而且整个系统有效成像空间也增大。

2、两种加速器系统与磁共振设备的结合方式，或可以减少损耗，使得系统更紧凑；或可以减少加速器系统对磁共振成像的影响，并且能有效降低旋转件的重量，两种方案可根据场地大小实际情况有选择的实行。

3、调整装置的结构设计，使加速器限束装置除跟随系统整体旋转外，还有三种运动轨迹：弧形运动轨迹、圆周运动轨迹及直线运动轨迹，从而可使直线加速器发出的射线方向有很高的自由度，使治疗计划有更大的选择余地。

4、配重块的使用，完成配重的同时可实现对X光的遮挡，可以有效减小X射线对外界环境的影响，降低治疗室屏蔽区的墙体厚度。

5、可选的添加X光成像平板探测器，可用于肿瘤定位，射野及剂量验证成像等，进一步提升设备整体性能。

综上，本实用新型的磁共振引导的放疗系统，有效的将直线加速器和核磁共振结合，系统性能优良，便于推广产业化，具有很好的应用前景。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种磁共振引导的放疗系统，其特征在于，包括：磁共振设备，直线加速器，旋转支架，旋转驱动装置和调整装置；

所述磁共振设备安装在所述旋转支架上，通过所述旋转驱动装置可驱动所述磁共振设备在所述旋转支架上绕磁共振设备旋转轴旋转；

所述磁共振设备包括磁体，所述磁体包括上、下磁极，及位于上、下磁极之间的对称设置的立柱；

所述直线加速器包括限束装置，用于输出射线束；

所述调整装置跨接固定在所述磁共振设备的两侧；所述限束装置固定在所述调整装置上，位于所述立柱的上方，且垂直于所述上、下磁极之间磁场，可随磁共振设备同步旋转。

2.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述上、下磁极分别包括轭铁，及依次设置在轭铁内表面的磁性材料、极板、匀场环；

所述匀场环分别在沿患者进出方向具有对称的两个贯通缺口，所述缺口的高度小于等于匀场环高度，所述缺口的厚度等于匀场环的厚度；所述缺口对应位置的轭铁、磁性材料也相应空缺形成缺口。

3.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述立柱为四柱立柱。

4.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述直线加速器还包括脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管，磁控管/速调管与加速管之间通过波导管连接，其中，电子枪发射的电子束经过脉冲调制器后，进入磁控管/速调管产生微波，所述微波通过波导管传输到加速管中进行加速，然后经过所述限束装置输出，所述脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管均固定在所述调整装置上。

5.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述直线加速器还包括脉冲调制器、磁控管/速调管、电子枪、加速管，磁控管/速调管与加速管之间通过波导管连接，其中，电子枪发射的电子束经过脉冲调制器后，进入磁控管/速调管产生微波，所述微波通过波导管传输到加速管中进行加速，然后经过所述限束装置输出，所述脉电子枪、加速管及限束装置固定在所述调整装置上，所述脉冲调制器和磁控管/速调管固定于所述磁共振设备的远端。

6.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述调整装置包括底座，可升降偏摆支架和承载架；

所述可升降偏摆支架固定在所述磁共振设备的两侧，其一端连接于所述承载架的下表面，另一端连接于所述底座的上表面；

所述承载架上设置有限束装置和偏摆驱动定位装置，所述偏摆驱动定位装置可驱动限束装置绕轴做回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈；

所述可升降偏摆支架具有偏摆支架回转轴，且所述偏摆支架回转轴垂直于所述磁共振设备旋转轴；可升降偏摆支架上设有偏摆驱动装置，可驱动可升降偏摆支架绕偏摆支架回转轴偏摆，从而带动限束装置也绕所述偏摆支架回转轴偏摆。

7.根据权利要求6所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述放疗系统还包括有配重块和/或X光成像平板探测器，所述配重块和/或X光成像系统平板探测器与所述底座固定连接，位于底座的下方。

8.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述上、下磁极朝外的端面上对称的设有旋转轴承，所述旋转轴承连接于所述旋转支架。

9.根据权利要求8所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，还包括治疗床，所述治疗床设置在所述旋转轴承之间，所述治疗床的长度方向的中心线与所述磁共振设备的旋转轴线平行。

10.根据权利要求1所述的磁共振引导的放疗系统，其特征在于，所述旋转驱动装置连接有蓄能装置；所述蓄能装置为弹簧式、活塞式或气压式蓄能装置。

Images