使用线性电动机而被控制的可配置准直仪的制作方法

本公开总体上涉及一种使用线性电动机而被控制的可配置准直仪。

背景技术：

粒子治疗系统使用加速器产生用于治疗诸如肿瘤之类的疾病的粒子束。在操作中，在存在磁场的情况下，粒子在腔内部沿轨道被加速，并通过提取通道从腔中移出。磁场再生器在腔外部附近产生磁场凸点，使某些轨道的节距和角度发生扭曲，从而使它们进动并最终进入提取通道。由粒子构成的束射出提取通道。

扫描系统位于提取通道的下游。在本文中，下游是指更靠近照射目标(在此，相对于提取通道)。扫描系统使粒子束横穿至少一部分照射目标，以使照射目标的各个部分受到粒子束照射。例如，为了治疗肿瘤，可以在肿瘤的不同横截面层上“扫描”粒子束。

粒子束会损害与照射目标相邻的健康组织。限定边缘的结构可以用于限制健康组织受到于粒子束照射。例如，该结构或其一部分可以放置在粒子束与健康组织之间，从而防止健康组织受到粒子束照射。

技术实现要素：

一种用于修整粒子束的示例装置包括：由阻挡粒子束通过的材料构成的结构，该结构可配置为限定可运动到粒子束的路径中的边缘，使得粒子束在该边缘的第一侧上的第一部分被所述结构阻挡并且使得粒子束在该边缘的第二侧上的第二部分不被所述结构阻挡；以及可控制以配置所述结构来限定所述边缘的线性电动机。每个线性电动机包括可动部件和固定部件，该固定部件包括磁场发生器以产生第一磁场，该可动部件包括一个或多个线圈来传导电流以产生第二磁场，该第二磁场与第一磁场相互作用以使可动部件相对于固定部件运动。每个线性电动机的可动部件连接到所述结构中的相应一个或所述结构的一部分，使得相应的结构与可动部件一起运动。示例装置还可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。

磁场发生器可以包括具有对准的相似磁极的磁体，一个或多个线圈至少部分地位于磁体之间。该示例装置可以包括一个或多个处理装置，用于控制线性电动机以配置结构。一个或多个处理装置可控制以输出一个或多个控制信号来控制线性电动机中的一个或多个以延伸或缩回结构中的一个或多个以限定边缘。一个或多个处理装置可以在所述装置的操作期间至少部分地被屏蔽以免受到来自影响所述结构和线性电动机的环境里的中子辐射。通过使一个或多个处理装置远离所述结构和线性电动机，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。通过将一个或多个处理装置放置在与所述结构和线性电动机不同的室中，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。

示例装置可以包括编码器，其配置为跟踪所述结构的运动并向一个或多个处理装置提供关于所述结构的运动的信息。编码器可以包括电子设备，所述电子设备连接至与所述结构和线性电动机相同的组件。编码器可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。

该结构可以包括叶片，并且每个磁场发生器包括一对磁体，每个叶片在相应的一对磁体之间。该示例装置可以包括：第一托架，其配置成在第一维度上运动，第一托架保持所述结构和线性电动机；以及第二托架，其配置成在不同于第一维度的第二维度上运动，第一托架联接至第二托架。所述结构还可以相对于第一托架在第一维度上运动并且与第一托架的运动分开。所述结构可以限定第一边缘，并且所述装置还可以包括：可配置为限定第二边缘的第二结构，第二边缘可运动到粒子束的路径中，使得粒子束在第二边缘的第一侧上的第三部分被第二结构阻挡，并且使得粒子束在第二边缘的第二侧上的第四部分不被第二结构阻挡；以及第二线性电动机，其可控制以配置第二结构来限定第二边缘。所述装置还可以包括第三托架，其可在第一维度上运动并且联接至第二托架，该第三托架保持第二结构和第二线性电动机。第二结构也可相对于第三托架在第一维度上运动并且与第三托架的运动分开。第一托架和第三托架可控制以修整粒子束的单个斑点，单个斑点对应于粒子束的横截面积。第一托架和第三托架可控制以修整具有覆盖粒子束的多个斑点的尺寸的区域，斑点对应于粒子束的横截面积。第一托架和第三托架可以配置成独立地运动。

一种修整粒子束的示例装置包括：可在第一维度上运动的第一托架；第二托架，其联接到第一托架并因此可与第一托架一起在第一维度上运动，每个第二托架也可在不同于第一维度的第二维度上运动。第二托架中的一个第二托架包括：由阻挡粒子束通过的材料构成的结构，该结构可配置为限定可运动到粒子束的路径中的边缘，使得粒子束在该边缘的第一侧上的第一部分被所述结构阻挡并且使得粒子束在该边缘的第二侧上的第二部分不被所述结构阻挡；以及配置所述结构以限定所述边缘的线性电动机，每个线性电动机可控制以在第二维度上朝向或远离第二托架线性地驱动所述结构中的相应一个。该示例装置可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或更多个。

线性电动机中的一个线性电动机可以包括可动部件和固定部件，该固定部件包括磁场发生器以产生第一磁场，该可动部件包括一个或多个线圈来传导电流以产生第二磁场，该第二磁场与第一磁场相互作用以使可动部件相对于固定部件运动。线性电动机的可动部件可以连接到所述结构中的相应一个或所述结构的一部分，使得相应的结构与可动部件一起运动。磁场发生器可以包括具有对准的类似磁极的磁体，一个或多个线圈至少部分地位于磁体之间。

该示例装置可以包括一个或多个处理装置，以控制线性电动机来配置所述结构。一个或多个处理装置可控制以输出一个或多个控制信号来控制线性电动机中的一个或多个以在第二维度上延伸或缩回结构中的一个或多个以限定所述边缘，一个或多个处理装置在所述装置的操作期间至少部分地被屏蔽以免受到来自影响所述结构和线性电动机的环境里的中子辐射。通过使一个或多个处理装置远离所述结构和线性电动机，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。通过将一个或多个处理装置放置在与所述结构和线性电动机不同的室中，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。

该示例装置可以包括编码器，其配置为跟踪所述结构的运动并向一个或多个处理装置提供关于所述结构的运动的信息。编码器可以包括电子设备，与一个或多个处理装置相比，该电子设备在所述装置的操作期间更能承受来自影响所述结构和线性电动机的环境里的中子辐射。编码器可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。

一种示例粒子治疗系统包括：输出粒子束的粒子加速器，该粒子加速器在操作期间在封闭的治疗空间中产生中子辐射；使粒子束相对于患者的照射目标运动的一个或多个扫描磁体；以及修整粒子束的装置，该装置在一个或多个扫描磁体与患者之间。该装置包括：由阻挡粒子束通过的材料构成的结构，该结构可配置为限定可运动到粒子束的路径中的边缘，使得粒子束在该边缘的第一侧上的第一部分被所述结构阻挡并且使得粒子束在该边缘的第二侧上的第二部分不被所述结构阻挡；以及线性电动机，其可控制以通过线性驱动所述结构来配置所述结构以限定所述边缘。一个或多个处理装置配置成控制所述装置的运作来修整粒子束，一个或多个处理装置位于小于指定量的中子辐射的区域中。该示例粒子治疗系统可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

该区域可以是封闭的治疗空间外部的室。封闭的治疗空间可以至少部分地被屏蔽，以减少所述室受到中子辐射。线性电动机中的一个线性电动机可以包括可动部件和固定部件，该固定部件包括磁场发生器以产生第一磁场，该可动部件包括一个或多个线圈来传导电流以产生第二磁场，该第二磁场与第一磁场相互作用以使可动部件相对于固定部件运动。线性电动机的可动部件可以连接到所述结构中的相应一个或所述结构的一部分，使得相应的结构与可动部件一起运动，以线性地驱动相应的结构。磁场发生器可以包括具有对准的类似磁极的磁体，一个或多个线圈至少部分地位于磁体之间。

该装置可以包括编码器，其配置为跟踪所述结构的运动并向一个或多个处理装置提供关于所述结构的运动的信息，该编码器在所述封闭的治疗空间内并受到中子辐射。编码器可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。所述结构可以包括叶片，并且每个磁场发生器可以包括一对磁体，每个叶片在相应的一对磁体之间。

粒子加速器可以是或包括同步回旋加速器。粒子治疗系统可以包括至少在其上安装有同步回旋加速器的机架，该机架相对于患者可运动以使同步回旋加速器相对于患者运动。

同步回旋加速器可以包括：电压源，用于向腔提供射频(rf)电压以加速来自粒子源的粒子，该电压源被控制为在一个周期的频率范围内跟踪频率并输出rf电压；线圈，用于接收具有多个值之一的电流并产生与该电流相对应的磁场，该磁场用于使粒子以与该电流相对应的能量在所述腔内沿轨道运动，该磁场为至少4特斯拉；以及提取通道，用于从所述腔接收粒子并将从腔接收的粒子输出至扫描系统，从腔输出的粒子具有基于所述电流的能量。同步回旋加速器可以配置为使得能够将电流设置为多个值之一，多个值中的每个对应于从所述腔输出粒子的不同能量。电压源可控制以在不同的频率范围内跟踪频率并输出rf电压，每个不同的频率范围对应于从所述腔输出粒子的每个不同的能量。

同步回旋加速器可以包括：用于保持电离等离子体的粒子源，该粒子源位于腔中并且包括在加速区域处分离的两个部分；电压源，用于向所述腔提供射频(rf)电压，以在粒子源的分离区域处加速来自电离等离子体的粒子，该电压源可控制以在一个周期的频率范围内跟踪频率并输出rf电压；线圈，用于接收电流以基于该电流产生磁场，该磁场用于使粒子在所述腔内沿轨道运动，所述腔中的磁场最大为4特斯拉或更多；至少一个磁极，该至少一个磁极包括与所述腔接界的铁磁材料；以及提取通道，用于从所述腔接收粒子并将接收到的粒子向一个或多个扫描磁体输出。

一种用于修整粒子束的示例装置包括：由阻挡粒子束通过的材料构成的结构，该结构可配置为限定可运动到粒子束的路径中的边缘；以及可控制以配置所述结构来限定所述边缘的线性电动机。该示例装置可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。

该示例装置可以包括一个或多个处理装置，以控制所述线性电动机来配置所述结构。一个或多个处理装置可控制以输出一个或多个控制信号来控制线性电动机中的一个或多个以延伸或缩回结构中的一个或多个以限定所述边缘。一个或多个处理装置可以在所述装置的操作期间至少部分地被屏蔽以免受到来自影响所述结构和线性电动机的环境里的中子辐射。通过使一个或多个处理装置远离所述结构和线性电动机，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。通过将一个或多个处理装置放置在与所述结构和线性电动机不同的室中，可以使一个或多个处理装置被屏蔽以免受到来自环境里的中子辐射。

该示例装置可以包括编码器，其配置为跟踪所述结构的运动并向一个或多个处理装置提供关于所述结构的运动的信息。编码器可以包括电子设备，所述电子设备连接至与所述结构和线性电动机相同的组件。编码器可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。

在本公开中描述的两个或更多个特征，包括在本发明内容部分中描述的那些，可被组合以形成在此未具体描述的实施方式。

可以经由计算机程序产品来实现对本文描述的各种系统或其部分的控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可以在一个或多个处理装置(例如微处理器、专用集成电路、编程逻辑，比如现场可编程门阵列等)上执行的指令。本文描述的系统或其部分可被实现为设备、方法或电子系统，其可以包括一个或多个处理装置和计算机存储器以存储可执行指令以实现对所述功能的控制。

在附图和以下描述中阐述一种或多种实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征、目的和优点将显而易见。

附图说明

图1是可与本文所述的示例可配置准直仪一起使用的示例可配置准直仪叶片的透视图。

图2是相对于照射目标的治疗区域定位的可配置准直仪叶片的俯视图。

图3是相对于照射目标的治疗区域定位的可配置准直仪叶片的俯视图。

图4是示例可配置准直仪的透视图。

图5是示例可配置准直仪的侧视图。

图6是示例可配置准直仪的透视图，该准直仪具有在透视图中描绘的部件以示出其内部。

图7是示例线性电动机和由此控制的示例可配置准直仪叶片的框图。

图8是可由本文所述的线性电动机控制的用于托架的示例组叶片的框图。

图9示出了可配置准直仪的一部分的示例实施方式的剖开后视图。

图10是在安装在相对于粒子束方向弯曲的轨道上的托架上的可配置准直仪叶片的顶视图。

图11是在粒子疗法治疗期间相对于患者定位的可配置准直仪的透视图。

图12是可用于本文所述的粒子治疗系统中的示例粒子加速器的一部分的剖视图。

图13是示例扫描系统的部件的透视图。

图14是示例扫描系统的部件的透视图。

图15是用在图13和14所示类型的扫描系统中的示例磁体的正视图。

图16是用在图13和14所示类型的扫描系统中的示例磁体的透视图。

图17是用在图13和14所示类型的扫描系统中的示例射程调节器(范围调节器)的透视图。

图18是使射程调节器的叶片沿粒子束的路径运动的过程的透视图。

图19和20分别是示例粒子治疗系统的正视图和透视图。

图21是示例粒子治疗系统的透视图。

在各个附图中，相似的附图标记指示相似的元件。

具体实施方式

本文描述了可配置准直仪的示例实施方式，其可用于控制施加到患者的辐射程度，比如质子或离子束。就这一点而言，可配置准直仪包括这样的结构，该结构可控制以允许一些辐射传递至患者并阻挡一些辐射传递至患者。通常，通过该结构的辐射被引导至要治疗的照射目标，而被阻挡的辐射将以其他方式撞击健康组织，并可能对其造成损害。在操作中，可配置准直仪放置在辐射源和照射目标之间的辐射路径中，并被控制以产生适当大小和形状的开口，以允许一些辐射穿过该开口到达照射目标，而结构的其余部分则阻挡一些辐射到达邻近组织。可配置准直仪可以用在任何适当的放射治疗系统中，并且不限于与任何特定类型的系统一起使用。

在一些实施方式中，可配置准直仪包含大致平坦结构，其被称为“板”或“叶片”，并且其是可控制的，以运动进入“束”或“治疗”区域从而阻挡某些辐射通过并允许其他辐射通过。在一些实施方式中，存在彼此面对的两组叶片。这些组叶片是可控制的，以产生适于治疗的大小和形状的开口。例如，每组叶片可配置为限定可运动到粒子束的路径中的边缘，使得粒子束在该边缘的第一侧上的第一部分被叶片阻挡并且使得粒子束在该边缘的第二侧上的第二部分不被叶片阻挡，并且被允许传递至治疗区域。在一些实施方式中，叶片连接至线性电动机，为线性电动机的一部分或包括线性电动机(每叶片一个)，该线性电动机是可控制的，以控制叶片朝向或远离治疗区域运动以限定边缘。

在一些实施方式中，线性电动机是可控制的，以配置一组叶片来限定第一边缘，并且配置另一组叶片来限定面对第一边缘的第二边缘。如本文所述，每个线性电动机可包括可动部件和固定部件。固定部件包括产生第一磁场的磁场发生器。磁场发生器的示例包括两个固定磁体，它们相邻且间隔开，并且它们的磁极对准。可动部件包括一个或多个线圈来传导电流以产生第二磁场，该第二磁场与第一磁场相互作用以使可动部件相对于固定部件运动。例如，可动部件可以是构成固定部件的两个磁体之间的线圈承载板。当电流通过线圈时，该电流产生与两个磁体产生的磁场相互作用的磁场，并其导致可动部件(例如载流板)相对于两个磁体运动。因为叶片附接到可动部件，所以叶片与可动部件一起运动。可以控制不同叶片的线性电动机以控制叶片的运动，从而限定上述可配置准直仪的边缘。

如所指出的，在一些实施方式中，线性电动机包括两个磁体，它们相邻且间隔开并且其磁极对准，以及夹在两个磁体之间并且相对于两个磁体运动的线圈承载板。这种配置允许将多个线性电动机成排布置，每个线性电动机紧挨着另一个线性电动机，这可能是控制可配置准直仪的叶片所需要的。例如，在一些实施方式中，叶片的厚度为毫米的数量级(例如五毫米或更小)。这种厚度的叶片可以实现相对较高精度的边缘；然而，这种厚度的叶片在某些情况下可能无法使用其他类型的电动机来实现。然而，本文所述的线性电动机能够使用具有该大小的厚度的叶片。例如，两个固定磁体屏蔽在它们之间运动的线圈承载板，从而控制叶片的运动。通过使线圈承载板免受杂散磁场的影响，即使多个线圈承载体和相应的固定磁体彼此非常靠近，也可以控制板的运动。

在一些实施方式中，可包括一个或多个处理装置的计算系统被编程为控制线性电动机，从而控制叶片的定位以限定边缘。例如，计算系统可以是可控制的，以输出一个或多个控制信号来控制一个或多个线性电动机以延伸或缩回一个或多个叶片以限定边缘。在粒子治疗期间，该计算系统至少部分地被屏蔽以免暴露于影响叶片和线性电动机的环境里的中子辐射。更具体地，粒子疗法的应用导致在治疗室(例如质子中心)中存在杂散中子。杂散中子会对电子产生有害影响，因此，将那些电子与中子隔离是有益的。例如，诸如微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(fpga)、专用电路(asic)等的处理装置可能会受到环境里的中子辐射的影响。因此，在一些实施方式中，通过将计算系统远离中子辐射源定位来屏蔽计算系统。例如，可以通过使计算系统远离包括由计算系统控制的线性电动机的准直设备定位来屏蔽计算系统。在一些示例中，计算系统可以位于与发生治疗的室所不同的室中。可以适当地屏蔽该室，以减少或防止中子辐射对计算系统的影响。

在一些实施方式中，可以使用编码器来跟踪线性电动机的运动。在一些示例中，编码器包括电子设备，该电子设备连接至与叶片和线性电动机相同的组件。编码器可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。编码器例如通过检测叶片上或与叶片连接并随叶片一起运动的结构上的标记或其他标记相对于编码器位于何处来检测叶片的运动。关于叶片的位置的信息被反馈到计算系统，并且被计算系统用来在操作期间确认叶片的位置，并且在一些实施方式中，改变叶片的位置。编码器可以是或包括简单的电子传感器，其对中子辐射的敏感程度不如上面的处理装置，因此可以位于治疗室中。

图1示出了可以在可配置准直仪中使用的叶片140的示例，尽管可配置准直仪不限于与这种类型的叶片一起使用。叶片的高度150沿着束线(例如粒子束的方向)。叶片的长度152沿着其致动方向进入和离开治疗区域，并且基于系统可以治疗的场大小或其部分。场大小对应于光束可能撞击的治疗区域。叶片的宽度153是当致动时多个叶片堆叠所沿着的方向。通常，使用的叶片越多，可以产生的孔的分辨率就越高，包括弯曲边界。

在图1中，叶片140包括沿其侧面的榫槽特征155，其配置成当多个这样的叶片堆叠时减少叶片间的泄漏。在该示例中，叶片140的弯曲端156配置为在治疗区域中的所有位置处保持与束相切的表面。然而，同样如本文所述，每个叶片的端部可以是平坦的，而不是弯曲的。

在一些实施方式中，可配置准直仪叶片具有足以阻挡至少最大束能量(例如系统输出的粒子束的最大能量)的高度。在一些实施方式中，可配置准直仪叶片的高度阻挡小于最大束能量。在一些实施方式中，可配置准直仪叶片的长度不是由整个治疗区域的面积而是由单个束斑点或多个束斑点的面积决定的。在本文中，“束斑点”是粒子束的横截面积。

在一些实施方式中，粒子治疗系统可以配置为治疗具有可适于20cm×20cm正方形面积的横截面的肿瘤。在该示例中，可配置准直仪中的每个叶片可具有约2cm的长度，该长度约足以将粒子阻挡在一个束斑的一半中。如所指出，可配置准直仪包括彼此面对的成组叶片。因此，如有必要，可以控制每组中的叶片以覆盖整个单个束斑点，从而防止辐射通过。叶片也可以是可控制的以形成来自单个束斑点的部分或全部辐射可以穿过的开口。

在操作中，可配置准直仪配置为在束扫描穿过辐射目标时运动，并在扫描期间跟踪束的运动。在该示例中，可配置准直仪可以配置为运动约20cm，以便能够覆盖全部的20cm×20cm面积。如上所述，可配置准直仪可以配置为使用足够的叶片来覆盖(或“修整”)一个光束斑点，在某些情况下，还可以覆盖少量的额外面积(例如5％的额外面积、10％的额外面积、15％的额外面积或20％的额外面积)。

图2示出了可配置准直仪200的示例实施方式。可配置准直仪200包括叶片201，其具有高度并且由足以抑制或防止在给定能量下的辐射通过的材料制成，比如镍、黄铜、钨或其他金属。例如，在一些系统中，粒子加速器配置为产生具有最大能量为100mev至300mev的粒子束。因此，在这样的系统中，叶片可以构造成防止具有100mev、150mev、200mev、250mev、300mev等能量的束通过。

叶片201安装在托架上以控制其相对于照射目标的治疗区域(比如患者体内肿瘤的横截面层)的运动。控制该运动以使叶片201覆盖治疗区域204的某些部分，从而防止辐射在治疗期间撞击那些部分，同时使治疗区域的其他部分暴露于辐射。在图2的示例实施方式中，总共有十四个叶片，左边七个，右边七个。在一些实施方式中，可能存在不同数量的叶片，例如总共十个叶片，左边五个，右边五个；总共十二个，左边六个，右边六个等。

可配置准直仪可以与任何适当类型的放射治疗系统一起使用。在示例实施方式中，放射治疗系统是质子治疗系统。如本文所述，示例质子治疗系统扫描质子束横穿照射目标的治疗区域以破坏恶性组织。在扫描过程中，粒子束运动穿过治疗区域，以辐射覆盖治疗区域。在示例实施方式中，粒子束是脉冲式的。由于粒子束是脉冲式的，因此治疗区域的受影响部分构成一系列斑点，每个击中治疗区域的脉冲一个斑点。根据束的大小，结果可能会留下一些未经治疗的区域。结果，多次扫描相同的治疗区域以确保对整个区域进行治疗可能是有益的。为了击中所有区域，每个连续的扫描可以与其他扫描偏移。这种类型的扫描的示例称为笔形束扫描，而重复扫描称为涂刷或再涂刷治疗区域。

照射目标通常在结构上是三维的。因此，如本文所述，逐层(或简称为“层”)横截面地治疗照射目标。即，对照射目标的一层进行治疗，然后对另一层进行另一治疗，依此类推，直到对整个目标进行治疗。通过改变粒子束的能级来治疗照射目标的不同层。即，粒子束的不同能级撞击照射目标的不同层，其中较高的能级影响相对于粒子束源在照射目标内部更深的层。因此，在治疗期间，改变粒子束的能级以便到达并因此治疗照射目标的不同层。

图2示出了叶片201，其配置成允许辐射撞击层的一部分(例如治疗区域)并防止辐射撞击层的其他部分(例如健康组织)。在图2中，位置202代表在横穿治疗区域204的质子束的扫描期间要被递送的束斑点的中心。圆圈208代表治疗边界，没有辐射旨在超出该边界被递送。靠近该边界的束斑点(例如在粒子束轮廓的一个标准偏差内)接界健康组织。这些是通过适当配置和在可配置准直仪上放置叶片而修整(即被阻挡)的斑点。待修整的束斑的示例是束斑点211，其中心位于位置206。如图所示，叶片201配置为阻挡束斑点211的延伸超过圆208并进入健康组织(或至少未指定要治疗的组织)的部分。

在示例实施方式中，在两个单独托架中的每个上，有五个宽度约为5mm的叶片和两个宽度约为20mm的叶片。在一些实施方式中，在两个单独托架中的每个上，有七个叶片，其中两个叶片每个的宽度是其他五个叶片每个的宽度的三倍或更多倍。其他实施方式可以包含不同数量、大小和配置的叶片，以及不同数量和配置的托架。例如，一些实施方式可以包括每个托架五到五十个叶片之间的任何数量，例如每个托架上有5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50个叶片(或更多个)。

如本文所述，托架可水平和竖直运动。叶片还可以相对于每个托架水平地移入和移出治疗区域。以此方式，叶片可配置成在被治疗区域(例如在该示例中为圆211或其一部分)附近的区域中近似治疗边界的形状。

叶片可以在粒子束的不同扫描之间竖直和/或水平地运动，使得当束被递送到特定区域时叶片处于适当的位置。叶片不必每次扫描通过时都要运动，而是可以运动到适合一区域的位置。在某些情况下，例如对于治疗区域内部的斑点，可以进行放射治疗而无需由可配置准直仪提供修整。

图3示出了叶片300的另一示例，叶片300是可配置准直仪的一部分，该可配置准直仪配置为修整以位置302为中心的辐射斑点301。在此示例中，在可配置准直仪(由相应的托架支撑)的两侧中的每个上有七个叶片。每侧上的叶片包括两个叶片，它们比其他五个叶片更宽；然而，可配置准直仪不限于该配置。在这种情况下，斑点301具有2.5sigma的半径，其限定了8mm的高斯辐射斑点。

图4、5和6示出了可配置准直仪的示例实施方式，包括配置成相对于治疗目标竖直和水平地保持和运动上述叶片的托架413、414、415。如图所示，竖直运动包括在笛卡尔z方向417上的运动，而水平运动包括在笛卡尔x方向418上的运动(笛卡尔y方向进入或离开图5中的页面)。图5和6以透明的方式示出了托架壳体的部分，以示出壳体内部的部件；然而，壳体实际上不是透明的。

托架413在本文中称为主要托架，而托架414和415在本文中称为辅助托架。如图4至6所示，第二托架414、415联接至主要托架413。在该示例中，辅助托架414、415每个都包括通过相应构件418、419固定至主要托架415的壳体。在该示例中，主要托架413沿着轨道420相对于照射目标以及相对于粒子加速器竖直运动。主要托架413的竖直运动也使辅助托架竖直运动。在一些实施方式中，辅助托架一致地竖直运动。在一些实施方式中，每个辅助托架的竖直运动独立于另一辅助托架的竖直运动。

如图4至6所示，每个第二托架414、415连接至第二托架沿其运动的相应杆或轨道422、423。更具体地，在此示例中，电动机425驱动辅助托架414沿杆422朝向或远离辅助托架415运动。同样，在此示例中，电动机426驱动辅助托架415沿杆423朝向或远离辅助托架414运动。如本文所述，实现对主要和辅助托架的运动的控制以使叶片相对于照射目标定位。另外，叶片本身还配置为移入和移出托架，如本文中也描述。

如图6所示，电动机430驱动主要托架413的竖直运动。例如，如图6所示，丝杠431联接到壳体432，该壳体432保持驱动相应辅助托架414、415的电动机425、426并且安装在轨道420上。丝杠431联接到电动机430并由电动机430竖直驱动。也就是说，电动机430竖直地朝向或远离照射目标驱动丝杠431。因为丝杠431固定到壳体432，所以该运动还导致壳体432且因此辅助托架414、415沿着轨道420朝向或远离照射目标运动。

在该示例实施方式中，如所指出，七个叶片435、436安装在每个辅助托架414、415上。每个辅助托架可以配置为将其叶片水平地移入或移出治疗区域。相对于同一辅助托架上的其他叶片，每个辅助托架上的单独叶片可以使用线性电动机在x维度上独立且线性地运动。在一些实施方式中，叶片还可以配置为在y维度上运动。此外，一个辅助托架414上的叶片可以独立于另一辅助托架415上的叶片而运动。这些在辅助托架上的叶片的独立运动连同由主要托架实现的竖直运动一起允许叶片运动变成各种配置。结果，叶片在水平和垂直方向上都可以顺应在水平和竖直维度上随机成形的治疗区域。叶片的大小和形状可以变化以产生不同的构型。

叶片可以由防止或抑制辐射透射的任何适当的材料制成。所使用的辐射类型可能会决定在叶片中使用什么材料。例如，如果辐射是x射线，则叶片可由铅制成。在本文所述的示例中，辐射是质子或离子束。因此，不同类型的金属或其他材料可以用于叶片。例如，叶片可以由镍、钨、铅、黄铜、钢、铁或其任何适当的组合制成。每个叶片的高度可以确定该叶片抑制辐射透射的程度。

在一些实施方式中，叶片可以具有相同的高度，而在其他实施方式中，一些叶片可以具有与其他叶片的高度不同的高度。例如，在图2至6中，一组叶片的高度均为5mm。然而，可以使用任何适当的高度。例如，叶片435、436可具有以下任何一个(或其他高度)：1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm等。叶片可以具有前述高度的任何组合。另外，每个叶片可以具有与一个或多个其他叶片不同的高度。

在一些实施方式中，较短的叶片(例如较小高度的叶片)可与较长的叶片结合使用。在一些实施方式中，叶片具有足够的高度以完全阻挡在最大束能量下的粒子束。在一些实施方式中，叶片具有足够的高度以阻挡在小于最大束能量下的粒子束(并且不阻挡在最大能量下的粒子束)。例如，虽然质子治疗系统可能具有传递230mev的能量束的能力，该能量束可以治疗达32cm的患者体内深度，但在某些实施方式中，可配置准直仪只能阻挡最多175mev的质子，其治疗深度不超过20cm。这样做时，可以使用较少的束阻止材料，例如使用2.1cm的钨代替3.3cm，或使用3.3cm的镍代替5.2cm。在该示例中，质子治疗系统仍将能够在超过20cm的深度处进行治疗，但是可配置准直仪将不会用于此类治疗。这可被认为是可接受的，因为在某些情况下，更深的治疗受益于可配置准直仪提供的示例粒子束准直的好处较少。即，在某些治疗方案中，浅表低能量的治疗是可配置准直仪最有效的情况，并且在减少叶片中的材料方面可能具有工程优势。因此，在一些示例实施方式中，可配置准直仪可被限制为与浅表低于最大能量的治疗方案一起使用。

在图2至6的实施方式中，叶片为半矩形形状，并且从侧面观察时具有大致相同的表面积。在某些实施方式中，不必是这种情况。例如，叶片可以具有与所示的形状不同的形状。示例形状包括但不限于圆形、曲线形、椭圆形、方形和三角形。此外，单个叶片可以具有与包含在相同托架或不同托架中的其他叶片不同的形状。例如，一个托架可同时包含矩形和曲线形的叶片。

在一些实施方式中，叶片具有的高度不仅足以完全阻止在最大预期质子能量下的粒子束(例如在230mev下的3.3cm的钨或5.2cm的镍)，而且有足够的额外材料来防止叶片之间的质子传输。该材料可以具有如图1所示的榫槽结构或类似的构造。叶片端部可以配置为包括弯曲或渐缩的表面，以增强对于各种发散的质子束的输送的半影。

在一些实施方式中，可以有一个以上的主要托架以及相应的电动机和导轨。例如，第一主要托架可以控制第一辅助托架的竖直运动，第二主要托架可以控制第二辅助托架的竖直运动。因此，在这样的实施方式中，如果需要，两个辅助托架可以在竖直方向上独立地运动。在任何情况下，主要托架都可以由计算机控制。例如，可执行指令存储在计算机存储器(例如一个或多个非暂时性机器可读存储介质)中，并由一个或多个处理装置执行以控制运动。在治疗期间，可以在有或没有用户输入的情况下执行控制。

如上所述，每个辅助托架414、415包括相应的电动机，以控制水平托架运动，如上所述。在一些实施方式中，单个托架上的所有叶片可使用线性电动机独立地运动—一个线性电动机控制每个叶片。图7示出了用于控制叶片701、702和703的操作的线性电动机的示例实施方式，这些叶片可以是图1至6所示的叶片类型。尽管在图6中仅示出了三个叶片，但是可以包括任何适当数量的叶片，如椭圆706所示。此外，可以将任何适当数量的线性电动机配置为控制叶片移出托架进入治疗区域，然后从治疗区域回到托架。

以叶片702为例，控制叶片702的操作的示例线性电动机包括可动部件和固定部件，固定部件由两部分构成—在该示例中是磁体710a和710b。两个磁体并排布置，其磁极对准。即，如图所示，磁体710a的正极(+)与磁体701b的正极(+)对准，磁体701a的负极(-)与磁体710b的负极(-)对准。可动部件包括在磁体710a和710b之间的线圈承载板709。线圈承载板709物理地连接到叶片702，并控制叶片702沿箭头711的方向例如进入和离开治疗区域的运动，以形成可配置准直仪的边缘的一部分。

如所解释的，线圈承载板709包括一个或多个导电迹线或其他导电结构，其使电流通过以产生磁场。通过控制流经线圈承载板的电流来控制磁场，以控制线圈承载板的运动，从而控制叶片702的运动。也就是说，流经线圈的电流产生与由磁体710a和710b产生的磁场相互作用的磁场。这种相互作用导致线圈承载板709和叶片702沿箭头711的方向移入或移出治疗区域。例如，由线圈承载板709产生的较大磁场可导致叶片移入治疗区域，而由线圈承载板产生的较小磁场可导致叶片缩回远离治疗区域。

在一些实施方式中，线圈承载板上的导电迹线或其他导电结构可以包括嵌入在铝中的三个绕组。在一些实施方式中，叶片可以由镍制成，并且物理地附接到线圈承载板上。在一些实施方式中，绕组的数量和所使用的材料可以与本文所述的不同。在一些实施方式中，线圈承载板可以是叶片的组成部分。即，叶片本身可以包括导电结构或迹线。

在一些实施方式中，线性电动机可包括用于每个叶片的轴承杆。在一些实施方式中，轴承杆可以在线圈承载板和叶片之间，以引导叶片的运动。

如图7所示，在一些实施方式中，通过线圈承载板的电流可以由从计算系统714接收的信号控制。如所解释的，计算系统可能受到中子辐射的影响，因此位于远程室716中。在一些实施方式中，远程室716可被屏蔽以免受由粒子加速器产生的中子辐射。在一些实施方式中，远程室可以位于距治疗室717足够远的位置，以便不受来自粒子加速器的中子辐射的影响。在一些实施方式中，计算系统可以位于治疗室中，但是被屏蔽以免受由粒子加速器发射的中子辐射。在一些实施方式中，所有计算功能均被屏蔽以免受中子辐射，并且未被屏蔽的电子设备仍可在存在中子辐射的情况下操作。编码器就是此类电子设备的示例。

就这一点而言，编码器(未示出)可以包括激光传感器、光学传感器或二极管传感器中的一个或多个。编码器例如通过检测叶片上或与叶片连接或一起运动的结构上的标记或其他标符相对于编码器的位置来检测叶片的运动。关于叶片的位置的信息被反馈到计算系统，并且被计算系统用来在操作期间确认叶片的位置。编码器可以位于任何适当的位置。在一些实施方式中，编码器位于包括叶片的壳体上。当叶片运动时，与叶片一起运动的标记或其他标符将运动经过编码器。然后，编码器将该信息中继到计算系统714。计算系统714可以使用该信息来控制可配置准直仪的操作，包括定位叶片。

图8示出了托架801的部件的示例，该托架可以与图4的托架414或415的类型相同。托架801包括由本文所述类型的线性电动机控制的叶片802。每个叶片802可以由图7中描述的类型的线性电动机控制，以产生边缘来阻挡至少一些辐射到达患者，例如以修整由粒子束产生的一个或多个斑点。即，每个线性电动机线性地驱动其相应的叶片以到达其在配置的边缘中的位置。

增加旋转自由度可以提高可配置准直仪符合辐射目标的能力。例如，可以将图4至6的组件的整体配置为在垂直于束方向的平面中、在平行于束方向的平面中或在其组合中旋转。在一些实施方式中，每个单独的辅助托架414、415可以配置为在同一平面内独立地旋转。以此方式，可配置准直仪可以提供更大的灵活性以符合未被理想定向的复杂形状。在一些实施方式中，主要托架和每个辅助托架均可旋转。

在上述示例实施方式中，每个叶片可使用分离且可独立控制的线性电动机独立地致动，使得可以利用叶片构造来描绘任何适当的形状。然而，可能不需要这种灵活性来实现可接受的边缘保形性。叶片可能会受到机械限制，只能实现有限数量的配置。例如，可以将叶片限制为将它们设置为竖直线、向前对角线形状、向后对角线形状、凹形、凸形或任何其他可实现的形状的布置。以这种方式，可以为了机械简单性而交换灵活性。

图9示出了包含托架901和902的可配置准直仪的示例实施方式的剖切后视图，该托架可以是与图4的托架414或415相同的类型。如图所示，托架901、902配置为沿着导轨903进入或驶出治疗区域905。叶片比如叶片907和908由本文所述的线性电动机控制，以分别独立于托架901和902的运动而移入或移出治疗区域905，以形成用于修整粒子束的边缘。

可配置准直仪可用于准直完全在治疗/束场内部的边缘。如果治疗计划要求待治疗的体积完全包围待保护的体积(例如肿瘤完全包围脊髓)，则单个机械结构通常在不同时阻挡某些治疗过的体积的情况下将无法阻挡对受保护体积的辐射。可配置准直仪可以使用一系列叶片位置来处理这种情况。例如，可以在治疗期间动态地重新配置可配置准直仪，以保护需要保护的区域，同时允许在需要治疗的区域上进行治疗。

在某些情况下，当粒子束与叶片边缘的表面相切时，可获得更好的束性能(半影或边缘锐度)。然而，由于束有效地起源于单点源，因此当束远离场中心运动时，束通过可配置准直仪的平面的角度会发生变化。因此，叶片可能具有弯曲的边缘(如图1所示)，从而可以始终将边缘放置在使其与粒子束相切的位置。在可配置准直仪的示例实施方式中，主要托架和辅助托架都在其上运动的轨道是弯曲的，使得可以使用平坦的叶片边缘代替弯曲的叶片边缘，并且使得平坦但保持与粒子束相切。

图10示出了具有弯曲轨道1020的可配置准直仪的示例实施方式，托架沿该弯曲轨道运动。在图10的示例中，粒子束1021起源于源1022，源1022可以是粒子加速器，如本文所述的同步回旋加速器。粒子束1022可以扫描通过场1023，并且在一程度上可以在位置1025，并且在另一程度上可以在位置1026。将保持叶片1028和1029的托架安装在弯曲轨道1020上，以便叶片1028和1028可以朝向或远离彼此运动。在该示例中，叶片具有与图1的弯曲端部156相反的笔直端部(或“前部”)1031、1031。通过采用弯曲轨道，粒子束可以在整个扫描场1023中保持与笔直端部相切或基本相切。保持粒子束与端部相切可以是有利的，因为它可以使可配置准直仪提供的修整能够在整个束场范围内保持一致。

总而言之，在一些实施方式中，可配置准直仪可以具有相对较小的尺寸，至少部分地由于本文所述的线性电动机。因此，与标准的多叶片准直仪相反，示例可配置准直仪因此可以用于一次修整一部分治疗区域，例如小于整个治疗区域并且约等于一个斑点尺寸、两个斑点尺寸、三个斑点尺寸、四个斑点尺寸、五个斑点尺寸等的区域。因此，在一些实施方式中，可配置准直仪可以足够小以一次修整单个斑点，并且可以足够大以在一个位置修整多个斑点，但是在不运动的情况下不能修整整个场。因此，可配置准直仪可以配置为在束扫描时在场周围和场内运动。也就是说，在一些实施方式中，可配置准直仪在束扫描时跟踪光束，并且其配置和重新配置可以与扫描和束提供的脉冲同步(例如针对不同的束脉冲和/或位置的不同重新配置)。通过不使用足够大的叶片来修整整个治疗区域，可配置准直仪可以做得更小，因此可以将可配置准直仪放置在离患者较近的位置，而不会受到其他设备的干扰。在一些实施方式中，可配置准直仪的叶片甚至没有一个跨越整个最大治疗区域的维度。在一些实施方式中，每个单独的叶片在治疗区域内可在两个维度上运动，并且该装置安装在机架上(例如在诸如本文所述的粒子治疗系统的背景下)以在一个或多个轴上旋转，并使其可朝向和远离等角点延伸。

此外，如本文所述，使用线性电动机控制叶片能够进一步减小准直仪尺寸。特别地，具有固定磁体和可运动线圈承载板的线性电动机使得叶片能够相对紧密地堆叠在一起，这使得能够进行单独的斑点修整，例如在毫米范围内修整。迄今为止，在已知的线性电动机中，载流板是固定的。然而，在某些情况下，至少由于来自固定载流板的磁场影响相邻的线性电动机，该构造可能不适合堆叠本文描述的尺寸的叶片，从而导致较不精确的操作或更大的系统复杂性来解决这些问题相邻场。在任何情况下，已知配置都不利于堆叠和控制在本文描述的可配置准直仪中使用的尺寸的叶片。

扫描系统包括本文所述的可配置准直仪，其可相对于照射目标放置以限制粒子束的范围，从而限制粒子束的范围。例如，可将可配置准直仪放置在射程调节器的束路径下束中，并且在粒子束撞击照射目标的治疗区域之前。可配置准直仪是可控制的，以允许粒子束穿过其中，然后撞击治疗区域的某些部分，同时防止粒子束撞击患者的其他部分。如所指出，可以控制可配置准直仪以防止粒子束撞击健康组织或防止粒子束撞击照射目标的其他部分(例如，如果目标的某些部分要比其他部分接收更多的辐射)。图11描绘了相对于患者1171的可配置准直仪1170的实施方式的放置。还示出了束1171a的方向。

如所指出，可配置准直仪可以是粒子治疗系统中的扫描系统的一部分或与之一起使用。图12示出了示例超导同步回旋加速器的部件1210的横截面，其可用于在粒子治疗系统中提供粒子(例如质子)束。在该示例中，部件1210包括超导磁体1211。超导磁体包括超导线圈1212和1213。超导线圈例如由缠绕在中心股上的多个超导股(例如四股或六股)形成，中心股本身可以是超导或非超导(例如铜)。每个超导线圈1212、1213用于传导产生磁场(b)的电流。所产生的磁场由磁轭1214、1215成形。在示例中，低温恒温器(未示出)使用液氦(he)将每个线圈保持在超导温度，例如约4开氏度(k)。磁轭1214、1215(或更小的磁极)位于低温恒温器的内部，并且限定了其中粒子被加速的腔1216的形状。

在一些实施方式中，粒子加速器包括粒子源1217(例如潘宁离子计-pig源)以向腔1216提供电离等离子体柱。氢气或氢气与稀有气体的组合被电离以产生等离子体柱。电压源向腔16提供变化的射频(rf)电压以加速来自腔内等离子体柱的粒子的脉冲。腔中的磁场成形为使粒子在腔内沿轨道运动。在一些实施方式中，超导线圈产生的最大磁场可以在4特斯拉(t)至20t的范围内，如本文中所解释。示例同步回旋加速器采用旋转角均匀且强度随半径增加而下降的磁场。在一些实施方式中，不管磁场的大小如何，都可以实现这种磁场形状。

如上所述，在示例中，粒子加速器是同步回旋加速器。因此，当在加速腔内加速粒子时，rf电压跟随一定范围的频率，以考虑对粒子的相对论效应(例如增加粒子质量)。通过使电流流过超导线圈而产生的磁场与腔的形状一起使从等离子体柱加速的粒子在腔内沿轨道加速并且随着匝数的增加而增加能量。

如上所述，超导线圈(称为主线圈)可以产生相对较高的磁场。在示例实施方式中，由主线圈产生的最大磁场(例如在加速腔的中心处)可以在4t至20t或更多的范围内。例如，超导线圈可用于产生以下或超过以下一个或多个大小的磁场：4.0t、4.1t、4.2t、4.3t、4.4t、4.5t、4.6t、4.7t、4.8t、4.9t、5.0t、5.1t、5.2t、5.3t、5.4t、5.5t、5.6t、5.7t、5.8t、5.9t、6.0t、6.1t、6.2t、6.3t、6.4t、6.5t、6.6t、6.7t、6.8t、6.9t、7.0t、7.1t、7.2t、7.3t、7.4t、7.5t、7.6t、7.7t、7.8t、7.9t、8.0t、8.1t、8.2t、8.3t、8.4t、8.5t、8.6t、8.7t、8.8t、8.9t、9.0t、9.1t、9.2t、9.3t、9.4t、9.5t、9.6t、9.7t、9.8t、9.9t、10.0t、10.1t、10.2t、10.3t、10.4t、10.5t、10.6t、10.7t、10.8t、10.9t、11.0t、11.1t、11.2t、11.3t、11.4t、11.5t、11.6t、11.7t、11.8t、11.9t、12.0t、12.1t、12.2t、12.3t、12.4t、12.5t、12.6t、12.7t、12.8t、12.9t、13.0t、13.1t、13.2t、13.3t、13.4t、13.5t、13.6t、13.7t、13.8t、13.9t、14.0t、14.1t、14.2t、14.3t、14.4t、14.5t、14.6t、14.7t、14.8t、14.9t、15.0t、15.1t、15.2t、15.3t、15.4t、15.5t、15.6t、15.7t、15.8t、15.9t、16.0t、16.1t、16.2t、16.3t、16.4t、16.5t、16.6t、16.7t、16.8t、16.9t、17.0t、17.1t、17.2t、17.3t、17.4t、17.5t、17.6t、17.7t、17.8t、17.9t、18.0t、18.1t、18.2t、18.3t、18.4t、18.5t、18.6t、18.7t、18.8t、18.9t、19.0t、19.1t、19.2t、19.3t、19.4、19.5t、19.6t、19.7t、19.8t、19.9t、20.0t、20.1t、20.2t、20.3t、20.4t、20.5t、20.6t、20.7t、20.8t、20.9t或更高。此外，超导线圈可用于产生在4t至20t范围之外或在4t至20t范围之内但此处未具体列出的磁场。

在一些实施方式中，比如在图12所示的实施方式中，相对较大的铁磁磁轭1214、1215用作由超导线圈产生的杂散磁场的返回。在一些系统中，磁屏蔽(未示出)围绕轭。返回轭和屏蔽共同作用以减小杂散磁场，从而减小了杂散磁场将不利地影响粒子加速器的操作的可能性。

在一些实施方式中，返回轭和屏蔽可以由主动返回系统代替或增强。示例主动返回系统包括一个或多个主动返回线圈，其沿与通过主超导线圈的电流相反的方向传导电流。在一些示例实施方式中，每个超导主线圈都有主动返回线圈，例如两个主动返回线圈—每个主超导线圈各一个。每个主动返回线圈也可以是同心围绕相应主超导线圈外部的超导线圈。

通过使用主动返回系统，相对较大的铁磁磁轭1214、1215可以被更小更轻的磁极所代替。因此，可以在不牺牲性能的情况下进一步减小同步回旋加速器的尺寸和重量。在题为“主动返回系统”的美国专利号8791656中描述了可以使用的主动返回系统的示例，其内容通过引用合并于此。

在粒子加速器的提取通道的输出处或其附近，可能存在一个或多个束成形元件，比如扫描系统和/或散射系统。这些系统的部件可以安装在治疗头上或以其他方式附接到治疗头，以在治疗期间定位成相对靠近患者。然而，在一些实施方式中，可以将束扩展器安装成更靠近加速器(例如在其上)或机架本身(例如在没有安装加速器的情况下安装到外机架)。

参照图13，在示例实施方式中，在同步回旋加速器1321(其可以具有图12的配置)的提取通道1320的输出处是示例扫描部件1322，其可用来在整个或部分照射目标上扫描粒子束。图14还示出了图13的部件的示例。这些包括但不限于扫描磁体1324、离子室1325、射程调节器1326和本文所述类型的可配置准直仪1328。可能在提取通道的下束的其他部件未在图13或14中示出，包括例如用于改变束斑点尺寸的一个或多个散射体。

在示例操作中，扫描磁体1324是示例束扩张器，并且可在两个维度(例如笛卡尔xy维度)上控制，以将粒子束定位在这两个维度中，并且使粒子束运动穿过照射目标的至少一部分(例如横截面)。离子室1325检测束的剂量并将该信息反馈回控制系统以调整束运动。射程调节器1326是可控制的，以使材料(例如一个或多个单独板)移入和移出粒子束的路径来改变粒子束的能量，从而改变粒子束将穿透照射目标的深度。以此方式，射程调节器可以将粒子束定位在照射目标的深度方向层处，例如定位至该层。在一些实施方式中，射程调节器使用楔形物或其他类型的结构代替板或除了板之外。例如，射程调节器1326可以是可控制的，以使材料(例如一个或多个单独的楔形物)移入和移出粒子束的路径，以改变粒子束的能量，从而改变粒子束将穿透照射目标的深度。

图15和16示出了示例扫描磁体1324的视图。在该示例实施方式中，扫描磁体1324包括：两个线圈1341，其控制粒子束在x方向上的运动；以及两个线圈1342，其控制粒子束在y方向上的运动。在一些实施方式中，通过改变流过一组或两组线圈的电流从而改变由此产生的磁场来实现控制。通过适当地改变磁场，可以使粒子束在x方向和/或y方向上运动穿过照射目标。

返回参考图13，电流传感器1327可以连接到扫描磁体1324或与之相关。例如，电流传感器可以与扫描磁体通信但不与之连接。在一些实施方式中，电流传感器对施加到磁体的上电流采样，该电流可以包括到线圈的用于在x方向上控制束扫描的电流和/或到线圈的用于在y方向上控制束扫描的电流。电流传感器可以在对应于粒子束中脉冲出现的时间或以超过粒子束中脉冲出现的速率的速率来采样通过磁体的电流。在后一种情况下，识别磁体电流的样本与下述通过离子室对脉冲的检测相关。例如，可以将离子室检测到脉冲的时间与来自电流传感器的样本的时间相关，从而在脉冲时识别出磁体线圈中的电流。因此，使用磁体电流，可以确定在照射目标上(例如在照射目标的深度方向层上)的位置，在该位置处传递每个脉冲并因此传递粒子剂量。可以基于束路径中的射程调节器的配置(例如板的数量)来确定深度方向层的位置。

在操作期间，可以针对输送剂量的每个位置存储磁体电流的大小(例如值)以及该剂量的量(例如强度)。计算机系统(其可以在加速器上或远离加速器并且其可以包括存储器和一个或多个处理装置)可以将磁体电流与辐射目标内的坐标相关，并且可以将这些坐标与剂量的量一起存储。例如，可以通过深度方向层数和笛卡尔xy坐标或通过笛卡尔xyz坐标(其中深度方向层对应于z坐标)来标识位置。在一些实施方式中，可以将磁体电流的大小和坐标位置以及在每个位置处的剂量一起存储。前述信息可以存储在加速器上或远离加速器的存储器中。如本文所述，可以在扫描期间使用该信息以将相同或不同量的多个剂量应用于相同位置以实现目标累积剂量，包括在相邻/顺序束场之间的重叠区域处。

在一些实施方式中，离子室1325通过检测由入射辐射引起的在气体内产生的离子对的数量来检测由粒子束施加到照射目标上的位置的剂量(例如一个或多个单独剂量)。离子对的数量对应于粒子束提供的剂量。该信息被反馈到计算机系统，并与提供剂量的时间一起存储在存储器中。如上所述，该信息可以与提供剂量的位置和/或那时的磁体电流的大小相关联，并与之关联存储。

可配置准直仪1328可以位于扫描磁体的下束和能量衰减器的下束，如图13和14所示。可配置准直仪可以在扫描期间在粒子束的运动期间逐点地修整粒子束。例如，可配置准直仪可包括彼此面对的叶片组，并且叶片可移入和移出托架以形成孔形状。超过孔形状的部分粒子束将被阻挡，并且不会传递至患者。传递至患者的束的各部分至少部分地被准直，从而为束提供相对精确的边缘。在一些实施方式中，可配置准直仪中的一组叶片(例如在托架上)中的每个叶片可使用单个线性电动机来控制，以限定可运动到粒子束的路径中的边缘，使得粒子束在该边缘的第一侧上的第一部分被多个叶片阻挡并且使得粒子束在该边缘的第二侧上的第二部分不被多个叶片阻挡。在扫描期间，每组中的叶片都是可单独控制的，以修整小至单个斑点的区域，也可用于修整较大的多斑点区域。

图17示出了范围调节器1360，其是射程调节器1326的示例实施方式。在一些实施方式中，范围调节器1360可以位于可配置准直仪和患者之间的扫描磁体的下束。在诸如图17所示的一些实施方式中，范围调节器包括一系列板1361。板可以由以下示例材料中的一种或多种制成：聚碳酸酯、碳、铍或其他低原子数的材料。然而，代替这些示例材料或除这些示例材料之外，还可以使用其他材料。

一个或多个板可移入或移出束路径，从而影响粒子束的能量，因此影响粒子束在照射目标内的穿透深度。板物理地移入和移出粒子束的路径。例如，如图18所示，板1370沿着箭头1372的方向在粒子束1373的路径中的位置与粒子束的路径的外部的位置之间运动。板由计算机控制。通常，被移动到粒子束的路径中的板的数量对应于将进行照射目标的扫描的深度。因此，通过适当地控制板，可以将粒子束定位在目标的内部。

扫描系统的一些部件，包括可配置准直仪，可以安装在或联接到粒子治疗系统内机架1980(参见图19)的治疗头1981上，并且可以由控制系统控制，比如一个或多个计算设备，其也控制粒子治疗系统的其他部件的操作。图21示出了具有带治疗头2191的内机架2190的粒子治疗系统的另一实施方式，扫描系统的包括可配置准直仪的一些部件可以安装在治疗头上。在这两个示例中，治疗头可相对于患者和粒子加速器沿内机架(1980或2190)的轨道运动，并且可朝向患者延伸和远离患者缩回，从而也可延伸和缩回安装在其上的部件。

如所指出，粒子束从范围调节器穿过可配置准直仪到达患者。穿过空气会导致束斑点尺寸增加。束通过空气越长，该斑点尺寸增加可能越大。因此，在一些实施方式中，减小束可以通过空气的最大距离是有利的。如上所述，在一些示例中，安装在最靠近患者的治疗头上的部件(例如准直仪和射程调节器)可以减少束通过空气的量。然而，在一些示例中，由于它们靠近患者，因此可以使那些部件相对较小。这些部件的尺寸与可治疗场尺寸有关。即，这些较小部件可以导致相对较小的束场尺寸。

图19和20示出了部分的粒子治疗系统1982的示例，该系统包括安装在机架上的粒子加速器—在该示例中，使用具有本文所述构造的超导同步回旋加速器。在一些实施方式中，机架是钢的，并具有安装成用于在位于患者相对侧的两个相应轴承上旋转的两个腿部(未示出)。机架可以包括钢桁架，连接到其每个腿部，该钢桁架足够长以跨越患者所在的治疗区域，并且在两端牢固地附接到机架的旋转腿部。粒子加速器可以由钢桁架支撑。在题为“带电粒子放射疗法”的美国专利号7728311中描述了可以使用的机架构造的示例，其内容通过引用合并于此。

在图19和20的示例中，患者位于治疗床1984上。在该示例中，治疗床1984包括支撑患者的平台。平台还可以包括一个或多个约束(未示出)，用于将患者保持在适当的位置，并在床运动期间和在治疗期间使患者保持基本不动。平台可被填充或可不被填充和/或具有与患者的一部分的形状相对应的形状(例如凹口)。床可以通过臂1985运动。

图21示出了在美国专利号7728311中描述的机架构造的示例，并且包括可与本文所述的可配置准直仪一起使用的粒子治疗系统的替代实施方式的部件。图21的示例粒子治疗系统包括内机架2190，该内机架2190具有治疗头2191、治疗床2192以及粒子加速器2193(例如本文所述类型的同步回旋加速器)，其安装在外机架2194上，以至少部分地围绕患者旋转以将辐射输送至患者体内的目标。治疗床2192是可控制的并配置为以本文所述的方式旋转和平移患者。

在图21的示例中，粒子加速器也安装在外机架2194上，也能够使粒子加速器沿着臂2196在箭头2195的方向上线性运动(例如平移运动)。如图21所示，粒子加速器2193可以连接到万向架1599，以相对于机架枢转运动。该枢转运动可用于定位加速器且因此束以进行治疗。

可使用一个或多个计算机程序产品，例如一个或多个计算机程序，至少部分地(适当地)控制本文所述的示例粒子治疗系统的操作及其全部或某些部件的操作，所述计算机程序有形地体现在一个或多个非暂时性机器可读介质中，以由一个或多个数据处理设备(例如可编程处理器、计算机、多台计算机和/或可编程逻辑部件)执行或控制其操作。

计算机程序可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写，并且其可以以任何形式进行部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其他单元。可以将计算机程序部署为在一台计算机上或者在一个站点处或分布在多个站点处并通过网络互连的多台计算机上执行。

与实现本文描述的示例粒子治疗系统的全部或部分操作相关的动作可以由执行一个或多个计算机程序以执行本文描述的功能的一个或多个可编程处理器来执行。可以使用专用逻辑电路例如fpga(现场可编程门阵列)和/或asic(专用集成电路)来实现全部或部分操作。

例如，适于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或随机访问存储区或两者接收指令和数据。计算机(包括服务器)的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区装置。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个机器可读存储介质接收数据或将数据传输至其或者这两者，比如用于存储数据的大容量pcb，例如磁盘、磁光盘或光盘。适用于实施计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区，例如包括半导体存储区装置，例如eprom、eeprom和闪存存储区装置；磁盘，例如内部硬盘或可运动盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。

如本文中所使用的任何“电连接”可以暗示直接物理连接或者包括中间部件但仍允许电信号在所连接的部件之间流动的有线或无线连接。除非另有说明，否则涉及允许信号流动的电路的任何“连接”都是电连接，并且不一定是直接物理连接，无论是否使用单词“电”来修饰“连接”。

可以与适当的粒子加速器(例如同步回旋加速器)以适当的组合来使用前述实施方式中的任意两个以上。同样，可以适当的组合使用前述实施方式中的任意两个以上的单独特征。可以将元件排除在这里描述的过程、系统、设备等之外，而不会不利地影响其操作。各种单独的元件可以组合成一个或多个单独的元件以执行本文描述的功能。

在一些实施方式中，在本文描述的粒子治疗系统中使用的同步回旋加速器可以是可变能量同步回旋加速器。在一些实施方式中，可变能量同步回旋加速器配置为通过改变在其中加速粒子束的磁场来改变输出粒子束的能量。例如，可以将电流设置为多个值中的任何一个以产生相应的磁场。在示例实施方式中，一组或多组超导线圈接收可变电流以在腔中产生可变磁场。在一些示例中，一组线圈接收固定电流，而一组或多组其他线圈接收可变电流，使得线圈组接收的总电流变化。在一些实施方式中，所有组线圈都是超导的。在一些实施方式中，一些组线圈比如用于固定电流的那组线圈是超导的，而其他组线圈比如用于可变电流的一组或多组线圈是非超导(例如铜)线圈。

通常，在可变能量同步回旋加速器中，磁场的大小可随电流的大小而缩放。将线圈的总电流调节在预定范围内可以产生在相应预定范围内变化的磁场。在一些示例中，电流的连续调节可以导致磁场的连续变化和输出束能量的连续变化。可替代地，当以非连续的逐步的方式调节施加到线圈的电流时，磁场和输出束能量也以非连续的(逐步的)方式变化。磁场对电流的缩放可以允许相对精确地执行束能量的变化，从而减少了对射程调节器的需求。在可变能量同步回旋加速器中，电压源是可控制的，以在不同的频率范围内跟踪频率并输出rf电压，每个不同的频率范围对应于从腔输出粒子的每个不同的能量。可在粒子治疗系统中使用的可变能量同步回旋加速器的示例在题为“产生具有可变能量的带电粒子的粒子加速器”的美国专利公开号2014/0371511中描述，其内容通过引用合并于此。线性电动机驱动的准直仪可以用在美国专利公开号2014/037151中描述的类型的可变能量同步回旋加速器系统中。

在一些实施方式中，除了同步回旋加速器之外的粒子加速器可以用于本文所述的粒子治疗系统中。例如，回旋加速器、同步加速器、线性加速器等可以代替本文描述的同步回旋加速器。尽管已经描述了旋转机架(例如外机架)，但是本文描述的示例粒子治疗系统不限于与旋转机架一起使用。相反，可以将粒子加速器适当地安装在任何类型的机械或其他可控机构上(在本文中也以机架的类型为特征)，以实现粒子加速器的运动。例如，粒子加速器可以安装在一个或多个机械臂上，以实现加速器相对于患者的旋转、枢转和/或平移运动。在一些实施方式中，粒子加速器可以安装在轨道上，并且沿着轨道的运动可以是计算机控制的。在这种构造中，还可以通过适当的计算机控制来实现加速器相对于患者的旋转和/或平移和/或枢转运动。

所描述的示例线性电动机可以与题为“adaptiveaperture”的美国专利公开号2017/0128746(申请号14/937048)中描述的任何适当的特征和系统结合使用，该专利通过引用并入本文。