本发明涉及一种设备，该设备出于治疗目的用于以带电粒子束照射目标并且包括用于使目标成像的磁共振成像(mri)系统。
背景技术：
此类粒子治疗设备根据专利公布no.wo2010067287和wo2015197475为已知的。
此类已知医疗设备包括常规粒子治疗设备和磁共振成像(mri)系统，该常规粒子治疗设备用于以高能带电粒子的束照射患者的目标体积，该磁共振成像(mri)系统布置于目标体积周围以用于在以粒子束照射目标的过程中实时使目标成像。
粒子治疗设备包括常规可旋转机架，该常规可旋转机架包括多个弯曲磁体以连续地弯曲粒子束并最终将粒子束引导朝向机架的等中心，其中目标将放置于等中心处以用于处理。mri系统以这样的方式进行布置，其主磁场(bo)的方向与机架的旋转轴线的方向相同，该旋转轴线的方向出于患者舒适的目的一般选择为水平方向，该患者然后水平置于粒子治疗设备中，如wo2015197475的图1和图2所示。
如从wo2015197475的图1可见，机架156包括末弯曲磁体158，末弯曲磁体158在平面中弯曲粒子束154，该平面包括机架的旋转轴线r并且在垂直于旋转轴线r的方向上将束引导朝向目标124。
设备还包括扫描磁体以扫描横穿目标的粒子束。这些扫描磁体布置于低场环166内。如图2可见，该低场环位于机架的末弯曲磁体158的下游。因此，这些扫描磁体布置于机架的末弯曲磁体的下游。
此类设备存在如下缺点：扫描磁体所生成的快速变化的磁场可不利地影响mri系统的主磁场(bo)，这明知必须为尽可能恒定的，以不将伪迹引入所获取mri图像中，等等。一种解决方案可为增大扫描磁体和等中心之间的径向距离，但这继而将增大机架的半径并且因此增大其本体和成本。此类布置还存在如下缺点：扫描磁体应放置于低场环中，这可对其它设计参数施加约束条件，并且因此损害设备的设计自由度。
技术实现要素：
本发明的目标是解决现有技术粒子治疗设备的问题。更具体地，本发明的目标是提供一种扫描粒子束治疗设备，该扫描粒子束治疗设备包括mri系统并且相比于已知设备为更紧凑的。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了有利实施例。
根据本发明，提供了一种粒子治疗设备，该粒子治疗设备用于以带电粒子束照射目标并且包括：
-用以生成带电粒子束的粒子加速器；
-关于轴线y可旋转的等中心机架，所述机架包括沿着束路径布置的一序列的弯曲磁体并且包括第一弯曲磁体和末弯曲磁体，该第一弯曲磁体配置成沿着轴线y接收粒子束并且将粒子束弯曲并引导远离轴线y，该末弯曲磁体配置成将粒子束弯曲并引导朝向等中心；
-第一扫描磁体，该第一扫描磁体沿着束路径布置并且配置成扫描目标上的粒子束；和
-磁共振成像(mri)系统，该磁共振成像系统包括分别布置于等中心的相对侧上的分开的两个主磁体单元，所述两个主磁体单元配置成一起生成平行于或重合于轴线y的主磁场(bo)。
末弯曲磁体配置成在第一平面p1中弯曲粒子束，该第一平面p1包括等中心并且与轴线y形成角度α，使得α大于70度并且小于或等于90度。
第一扫描磁体在所述第一弯曲磁体和所述末弯曲磁体之间布置于机架上并且配置成在第一平面p1中扫描粒子束。
利用此类配置，第一扫描磁体可实际上放置于等中心的远距离处(沿着束路径截取)而无需增大机架的半径，并且同时，可至少在第一平面p1中实现目标的大扫描场，同时将末弯曲磁体的间隙保持为小的并且将其磁极保持为大的，以将其杂散磁场保持为低的并且因此减小其磁场对mri系统的影响。具有小间隙和大磁极的末弯曲磁体还允许实现良好光学质量并且减小其功率消耗。
优选地，角度α大于80度并且小于或等于90度。更优选地，角度α等于90度，这意味着第一平面p1垂直于轴线y。角度α增大实际上增大了目标在第一平面p1中的可用扫描场，并且因此增大了可在该尺度中进行处理的目标的尺寸。
优选地，设备还包括第二扫描磁体，该第二扫描磁体在所述末弯曲磁体和等中心之间布置于机架上并且配置成在第二平面p2中扫描粒子束，所述第二平面p2包括轴线y。这允许根据另一方向进一步扫描目标上的粒子束，而不考虑机架的弯曲磁体上的约束条件。
优选地，粒子治疗设备还包括可移动台和驱动系统，该可移动台用于接收目标并将目标传送至等中心，该驱动系统用于在目标处于照射位置时驱动所述可移动台沿着轴线y平移。这允许根据轴线y的方向移动目标，并且因此扫描目标的一些部分上的束(其由于末弯曲磁体的小间隙和/或由于mri系统的两个主磁体单元之间的小自由气隙而不能以其它方式通过扫描来实现)。在这种情况下，第一扫描磁体优选地配置成扫描目标上的粒子束并且仅在所述第一平面p1中进行扫描。相比于其中该扫描磁体配置成根据两个不同(一般正交)方向对束进行扫描的情况，这允许减小第一扫描磁体的成本、重量和本体。
另选地或此外，设备优选地还包括第二扫描磁体，该第二扫描磁体在所述末弯曲磁体和等中心之间布置于机架上并且配置成在包括轴线y的第二平面p2中扫描粒子束。这允许根据y方向扫描目标上的粒子束，y方向横交于第一扫描磁体所提供的扫描方向而无需增大末弯曲磁体中的间隙，即使该y方向上的扫描范围将受mri的两个主磁体单元之间的自由气隙限制。
优选地，粒子加速器为回旋加速器或同步加速器。
优选地，粒子束为除电子之外的带电粒子束，诸如，例如质子束或碳离子束。
附图说明
本发明的这些和其它方面将通过实例的方式并且参考附图更详细地解释，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的粒子设备的一部分；
图2示出了根据另一视图的图1的设备；
图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的粒子设备的一部分；
附图未按比例绘制，也不成比例。一般来讲，类似或等同部件由图中的相同附图标号指示。
具体实施方式
用于出于治疗目的以带电粒子束2照射目标5的粒子治疗设备1为现有技术中的众所周知形式，并且包括用以生成带电粒子束2的粒子加速器、用以将粒子束2从粒子加速器传送至待照射的目标5的束传送系统，和各种其它子系统(例如以使束成形和/或以修改其能量和/或其强度以用于所设想特定治疗)。目标5可例如为患病部分，诸如患者身体中的肿瘤。因此，下文所用的术语“目标5”可指该肿瘤也可指患者自身。
图1示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的粒子治疗设备1的一部分。
粒子治疗设备包括用以生成带电粒子束2的粒子加速器(出于清晰目的未示出)、关于轴线y可旋转的等中心机架10，和用以传送粒子束2的束传送系统的一部分(出于清晰目的也未示出)，其中粒子束2从粒子加速器被提取至粒子束2进入机架10的进入点。在这种情况下，粒子束2进入平行于或重合于机架10的旋转轴线y的机架10束线。图1还示出了正交xyz参考坐标，其原点与机架10的等中心20重合并且其y轴线为机架10的旋转轴线。
可旋转机架10包括并支撑多个弯曲磁体，该多个弯曲磁体沿着束路径按序列布置并且包括第一弯曲磁体11和末弯曲磁体15。同样，出于清晰原因，支撑弯曲磁体的机架10的结构未示出于图上。所述序列的第一弯曲磁体11配置成沿着轴线y接收粒子束2，并且将粒子束2弯曲并引导远离轴线y，如图1所示。所述序列的末弯曲磁体15配置成将粒子束2弯曲并且引导朝向等中心20，也如图1所示。所述序列可包括一个或多个额外弯曲磁体，该一个或多个额外弯曲磁体沿着束路径在第一弯曲磁体11和末弯曲磁体15之间布置于机架10上。
可旋转机架10据说为等中心的，因为以机架10的任何旋转角度从末弯曲磁体15离开的粒子束2均将横穿称为“等中心20”的相同点，在下文有时称为机架10的等中心20。实际上并且众所周知的是，由于系统的重量和机械缺陷，等中心严格来说不是单个点，而是小球体。
本发明针对的是，序列的末弯曲磁体15配置成在第一平面p1中弯曲粒子束2，第一平面p1包括等中心20并且与轴线y形成角度α，使得α大于70度并且小于或等于90度。优选地，第一平面p1和轴线y之间的角度α大于80度并且小于或等于90度。
应当注意，α为轴线y和y在所述第一平面p1上的正交投影之间的角度。因此，在第一平面p1垂直于y的情况下，α将等于90°。
在图1的实例中，机架10包括一序列的五个束弯曲磁体：第一弯曲磁体11、第二弯曲磁体12、第三弯曲磁体13、第四弯曲磁体14，和第五(后)弯曲磁体15。第一弯曲磁体11配置成沿着y轴线接收粒子束2以在xy平面中将束弯曲90°。第五(后)弯曲磁体15配置成在第一平面p1中弯曲粒子束2，从而与y轴线形成角度α，角度α大于70度并且小于或等于90度；并且配置成在机架10的等中心20处将粒子束2引导朝向轴线y。在图1中，第一平面p1为由下述三个点所形成的平面：等中心20、点“a”和点“b”。第二弯曲磁体、第三弯曲磁体和第四弯曲磁体一起配置成将粒子束2从第一弯曲磁体11的出口弯曲至进入第五(后)弯曲磁体15的进口。该机架10例如根据专利公布ep0635849为已知的，并且有时称为超扭曲机架10。当然，可使用弯曲磁体的其它序列和配置，前提条件是末弯曲磁体15配置成在第一平面p1中弯曲粒子束2。
粒子治疗设备1还包括第一扫描磁体31，第一扫描磁体31沿着束路径布置并且配置成当将目标5放置于机架10的等中心20处时扫描目标5上的粒子束2。该扫描磁体在本领域中是已知的。本发明针对的是，第一扫描磁体31在所述第一弯曲磁体11和所述末弯曲磁体15之间布置于机架10上，并且第一扫描磁体31配置成在第一平面p1中扫描粒子束2。换句话讲，第一扫描磁体31以这样的方式进行配置，当激活时，粒子束2将在第一平面p1中成角度地移动。因此，可使用在其磁极之间具有小间隙的末弯曲磁体15以减小其杂散磁场。
粒子治疗设备1还包括磁共振成像(mri)系统，该磁共振成像系统包括两个独立主磁体单元，该两个独立主磁体单元配置成一起生成主磁场(bo)，如mri系统领域中已知。本发明针对的是，两个主磁体单元41、42分别设置于等中心20的相对侧上，并且它们布置并配置成一起生成平行于或重合于轴线y的主磁场(bo)。如图1所示，第一主磁体单元41布置于等中心20的一侧上并且第二主磁体单元42布置于等中心20的相对侧上。在该实例中，第一和第二主磁体单元41、42以这样的方式进行布置：在其激发时生成的主磁场(bo)在等中心20处重合于轴线y。第一和第二主磁体单元41、42的每一者中的孔允许将患者引入mri内并且将目标5放置于等中心20处。两个主磁体单元41、42由在y方向上具有宽度d的自由气隙彼此分离。在一些实例中，宽度d小于15cm并且大于1cm。在其它实例中，宽度d小于10cm并且大于1cm。在其它实例中，宽度d小于8cm并且大于1cm。因此，利用机架10和第一扫描磁体31的前述布置，通过穿过mri的所述自由气隙，粒子束2可在x方向上或在靠近x方向的方向上在目标5上进行扫描。
图2示出了根据yz平面图的图1的设备。在该视图中，可更好地看到第一平面p1和轴线y之间的角度α。在该实例中，第一平面p1垂直于yz平面，但其它取向当然是可能的，前提条件是平面p1包括等中心并且角度α大于70度并小于或等于90度。还可更好地看到α必须为足够大的以允许粒子束2到达等中心20，而不受mri的两个主磁体单元41、42阻碍。
图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的示例性粒子设备的一部分。其类似于图1的实例，不同的是，在这种情况下，第一平面p1和轴线y之间的角度α等于90度。图3还示出了正交xyz参考坐标，其原点与机架10的等中心20重合并且其y轴线为机架10的旋转轴线。在该参考坐标中，平面p1为xz平面。
在该实例中，机架10包括一序列的四个束弯曲磁体：第一弯曲磁体11、第二弯曲磁体12、第三弯曲磁体13，和第四(后)弯曲磁体15。第一弯曲磁体11配置成沿着y轴线接收粒子束2以在xy平面中将束弯曲45°，并且将束引导朝向第二弯曲磁体12。第二弯曲磁体12配置成在xy平面中将束弯曲45°，并且沿着x轴线将束引导朝向第三弯曲磁体13。第三弯曲磁体13配置成在xz平面中将束弯曲135°，并且将束引导返回朝向yz平面并且朝向第四(后)弯曲磁体15。第四(后)弯曲磁体15配置成在第一平面p1(xz平面)中将束弯曲135°，并且将束引导朝向机架10的等中心20。该机架10有时称为螺旋形机架10，并且其一个实例描述于专利公布no.wo8909906中。
当然，可使用弯曲磁体的其它配置，前提条件是末弯曲磁体15配置成在第一平面p1中弯曲粒子束2，第一平面p1在该实例中为xz平面。
正如图1的实例，粒子治疗设备1还包括第一扫描磁体31，第一扫描磁体31沿着束路径布置于所述第一弯曲磁体11和所述末弯曲磁体15之间并且配置成在第一平面p1中扫描粒子束2并且当将目标5放置于机架10的等中心20处或其附近时在目标5上进行扫描。
作为其有利结果，可使用在其极面之间具有小间隙的末弯曲磁体15以减小其杂散磁场。
粒子治疗设备1还包括磁共振成像(mri)系统，该磁共振成像系统包括如相对于图1所描述进行布置和配置的两个独立主磁体单元。
在根据本发明的设备中，第一扫描磁体31优选地配置成仅在第一平面p1中扫描粒子束2。
优选地，第一扫描磁体31布置于机架10的所述序列的弯曲磁体的末弯曲磁体之前一个和末弯曲磁体15之间。
根据本发明的设备优选地还包括第二扫描磁体32，第二扫描磁体32在所述末弯曲磁体15和机架10的等中心20之间布置于机架10上。所述第二扫描磁体32配置成在第二平面p2中扫描粒子束2，所述第二平面p2包括轴线y。换句话讲，第二扫描磁体32以这样的方式进行配置：当激活时，粒子束2将在第二平面p2中成角度地移动。在图1和图3的实例中，第二扫描磁体32配置成在yz平面中移动粒子束2，使得目标5还可在y方向上进行扫描。因为粒子束2仍必须穿过mri的两个主磁体单元41、42之间的自由气隙，所以第二扫描磁体32的扫描范围将小于第一扫描磁体31的扫描范围。因此，第二扫描磁体32将优选地为较小的，并且具有小于第一扫描磁体31的最大功率。
根据本发明的设备优选地还包括可移动台50和驱动系统51，该可移动台50用于接收目标5(例如，患者)并将目标5传送至等中心20，该驱动系统51用于在目标5处于照射位置时驱动所述可移动台50沿着轴线y平移。该装置在本领域中为公知的，并且有时称为患者机器人或机器人患者定位器。该优选实施例针对的是，驱动系统51配置成根据y方向移动目标5(患者)，同时目标5(患者)处于照射位置。以第一扫描磁体31扫描粒子束2和以驱动系统51沿着轴线y移动目标5的组合使得有可能根据两个不同(一般正交)方向例如以目标5的光栅扫描继续进行。在这种情况下，第二扫描磁体32可存在于或可不存在于设备1中。
优选地，磁共振成像系统的两个主磁体单元41、42的每一者包括超导电磁体。如本领域中已知，两个主磁体单元的每一者在这种情况下包括封装于具有外壁的低温恒温器中的线圈。然后，两个主磁体单元41、42之间的前述自由气隙当然为两个主磁体单元41、42的外壁之间的间隙，并且该自由气隙的宽度(d)为两个主磁体单元41、42的两个面向外壁之间的自由距离，如图中所示。
优选地，mri系统的第一主磁体单元41和第二主磁体单元42相对于机架10的等中心20对称地布置，使得mri的成像中心将与机架10的等中心20大体重合。
mri系统的主磁场bo对束路径(例如，在mri系统的两个主磁体单元41、42的附近)的可能影响可通过作用于机架10的弯曲磁体中的至少一者的激发电流(优选地作用于末弯曲磁体15的激发电流)和/或作用于第一和/或第二扫描磁体32的激发电流，和/或通过能够修改粒子束2的路径的任何其它已知手段(诸如，例如转向磁体)来校正。
优选地，粒子束2为除电子之外的带电粒子束。更优选地，粒子束2为质子束或碳离子束。优选地，粒子加速器为回旋加速器或同步加速器，更优选地为同步回旋加速器，甚至更优选地为超导同步回旋加速器。优选地，粒子加速器适于生成并递送带电粒子的束，其能量高于60mev。
本发明已根据具体实施例进行描述，这些实施例说明本发明并且不应理解为限制性的。更一般地，本领域的技术人员应当理解，本发明不限于上文已特别地示出和/或描述的内容。
权利要求书中的附图标号不限制其保护范围。
动词“包含(tocomprise)”、“包括(toinclude)”、“由......组成(tobecomposedof)”或任何其它变体以及其各自的变位的使用不排除所注明那些之外的元件的存在。
元件之前冠词“一(a)”、“一(an)”或“该(the)”的使用不排除多个此类元件的存在。
本发明还可描述如下：一种粒子治疗设备1，该粒子治疗设备1用于以带电粒子束2照射目标5并且包括粒子加速器和关于轴线y可旋转的等中心机架10。机架10包括一序列的弯曲磁体以连续地弯曲粒子束2并且最终将粒子束2引导朝向机架10的等中心20。所述序列的末弯曲磁体15配置成在第一平面p1中弯曲粒子束2，第一平面p1包括等中心20并且与轴线y形成大角度(优选地大于70度，更优选地大于80度，甚至更优选地等于90度)。机架10还包括第一扫描磁体31，第一扫描磁体31布置于末弯曲磁体15的上游并且配置成在第一平面p1中扫描目标5上的粒子束2。设备还包括磁共振成像(mri)系统，该磁共振成像系统具有两个主磁体单元41、42，该两个主磁体单元41、42分别布置于等中心20的相对侧上并且配置成一起生成平行于或同轴于轴线y的主磁场(bo)。因此，可实现目标5在等中心20处的mri成像，同时扫描或不扫描目标5上的粒子束2。