同时进行成像和粒子疗法治疗的系统和方法
【专利说明】同时进行成像和粒子疗法治疗的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该申请要求2012年8月29日提交的美国专利申请N0.13/597,875的权益，通过引用将该专利的全部内容合并至此。
技术领域
[0003]本发明构思大体上涉及癌症治疗技术，并且更具体地，涉及同时捕获图像和用粒子疗法对患者进行治疗的系统和方法，其中所述图像例如计算机断层成像和/或正电子发射断层成像的图像。
【背景技术】
[0004]在癌症治疗中使用粒子疗法在本领域中已经是已知的。粒子疗法大体上包括一系列被激励的粒子(例如正电子)被引导至患者体内的肿瘤或治疗体(treatment volume)。粒子可以在粒子加速器(通常指回旋加速和/或同步加速器)中生成，并使用一系列磁体以束线的形式被引导至患者，所述一系列磁体引导和整形粒子束线使得粒子在所选择的位置处穿透患者的身体并在治疗体的部位处沉淀。粒子疗法影响带电粒子的布拉格峰特性使得大部分能量在沿着束线行进的最后几毫米内沉淀一在通常称为等中心点(isocenter)的点处，这与常规的强度调制的辐射疗法(即光子)相反，在辐射疗法中大部分能量在行进的最开始几毫米内沉淀，因此不期望地破坏健康组织。
[0005]粒子疗法治疗设施通常包括单个的回旋加速器和多个治疗室。因此，单个回旋加速器经常适用于产生粒子束线，该粒子束线然后被选择性地引导至各种治疗室中的一个。粒子疗法治疗可以包括选择束线的期望的能量水平，使得粒子的能量大体上沉淀在患者身体内部的期望的位置处(即治疗体)。因此，能量水平选择直接地与患者身体内的治疗体的位置和形状有关。经常地，回旋加速器将产生标准的高能量束线，随后可以根据特定治疗方案所需要的来选择性地修改该束线。
[0006]束线可以直接地被引导至患者而不需任何重新定向。然而，更常见的方法是使用一系列协作的弯曲磁体(通常称为台架(gantry))重新定向束线。图1A示出了现有技术的粒子疗法台架的示例实施例，设计用来接收并重新定向束线至患者。如所示出的，粒子疗法台架21包括至少三个弯曲的磁体IlA-C来重新定向粒子束线15至台架的治疗管口 13，并最终至定位在治疗床17上的患者9。这允许束线15从任何角度被选择性地引导至患者9，并允许医师来设计最小化对健康组织的不期望的效应的治疗计划。换句话说，台架通常适用于围绕患者旋转并重新定向束线以垂直于旋转的台架轴19，由图1中的方向箭头19’所示出的。因此，治疗管口 13和束线15可以围绕患者9旋转使得束线15能够在多个位置处穿过患者的身体并从多个方向接触治疗体。这减小了对健康组织的不利影响并增加了治疗功效。
[0007]通常，患者可以通过在若干周的过程中接收一系列每日治疗来经受粒子疗法。然而，每次治疗需要在束线启动之前的解剖成像以确保和/或证实治疗体的位置。该成像经常使用基础的平面的计算机断层成像X射线技术来完成。
[0008]粒子辐射还在身体中引起涉及稳定同位素的核子反应。例如，粒子疗法暴露经常在患者身体中产生正电子发射同位素，包括氧-15，碳-11，氮-13和/或氟-18。然后可以在粒子疗法治疗之后使用正电子发射断层(PET)扫描仪来成像这些正电子发射同位素。医师可以通常与治疗后CT图像结合来使用这些图像，以证实先前治疗的准确性。
[0009]图1B示出了现有技术CT/PET图像扫描仪的示例实施例的截面视图。如所示出的，图像扫描仪41包括环形框架，通过该环形框架可以接收支撑患者9’的治疗床17’。图像扫描仪可以包括围绕治疗床17’径向布置的某些检测器，以捕获CT和/或PET图像。在图1中示出的示例实施例包括X-射线管53以在具有治疗体25的患者9’处分配X-射线束57A-E。在遇到患者9之后，由X-射线检测器55接收X-射线束。同样，PET检测器阵列59A和59B适于接收从身体中的同位素发射的正电子61，该身体由于先前的粒子疗法治疗而经历了核子反应。这些成像部件可以适于在图像扫描仪41的环形框架内围绕患者旋转，以捕获有效的图像。因此，由于束线被重新定向以遇到患者，已知的成像设备不适用于与粒子疗法台架协作以与粒子疗法治疗同时捕获图像。
[0010]根据以上内容，本领域需要同时捕获图像并用粒子疗法治疗患者的系统和方法。同时成像和治疗将增加治疗的功效，并且通过允许医师更精确地瞄准患者身体中的治疗体而降低对健康组织的不利影响。
【发明内容】
[0011 ] 本发明的总体构思提供一种系统和方法，其中包括肿瘤的患者可以同时接收粒子疗法治疗和成像，例如CT成像、PET成像、或两者。
[0012]根据本发明总体构思的各种实施例，一种同时进行成像和粒子疗法治疗的系统，包括:用于生成粒子束线的装置；治疗床，接收并支持具有治疗体的患者；台架，从生成装置接收粒子束线，并将粒子束线重新定向至患者的治疗体，所述台架以基本上与治疗床共面的旋转轴围绕治疗床旋转，并将束线重新定向以基本上垂直于台架的旋转轴地与治疗体相遇；图像扫描仪，具有围绕治疗床径向定位的多个检测器阵列，以捕获治疗体的图像；以及其中扫描仪和台架同时捕获治疗体的图像并用粒子疗法对治疗体进行治疗。
[0013]在一些实施例中，图像扫描仪捕获CT图像，PET图像，或者两者。
[0014]在一些实施例中，系统还包括提供至扫描仪用来相对于治疗床选择性地定位扫描仪的定位装置。在一些实施例中，滑动装置包括轨道，其被设置为基本上平行于治疗床，扫描仪耦合到所述轨道，以及运输装置，耦合到扫描仪以选择性地沿着轨道定位扫描仪。在其它实施例中，定位装置包括非线性致动器。
[0015]在一些实施例中，当束线遇到治疗体时，所述图像扫描仪捕获所述治疗体的图像。
[0016]在一些实施例中，图像扫描仪包括至少一个治疗端口，所述束线通过所述治疗端口以遇到所述治疗体。
[0017]在一些实施例中，所述系统还包括环境室，所述环境室介于所述台架和所述患者之间，所述束线在遇到所述治疗体之前通过所述环境室。在一些实施例中，所述的系统还包括与所述环境室流体连通的氦源。在一些实施例中，所述的系统还包括与所述环境室流体连通的真空装置。在一些实施例中，所述环境室耦合至所述台架，所述环境室能够相对于所述台架在第一延伸位置和第二缩回位置之间选择性地定位。
[0018]在一些实施例中，当束线遇到所述治疗体时，所述多个径向定位的检测器阵列的中心点是所述治疗体，以及至少一个检测器阵列能够临近所述重新定向的束线来定位。
[0019]在一些实施例中，所述台架还限定等中心点，所述等中心点是所述重新定向的粒子束线和所述台架的旋转轴的交叉，所述扫描仪能够被定为使得所述等中心点是所述多个径向定位的检测器阵列的中心点。
[0020]在一些实施例中，所述图像扫描仪占据使得当所述粒子束线遇到所述治疗体时所述等中心点是所述多个径向定位的检测器阵列的中心点的位置。
[0021]根据本发明总体构思的多个示例实施例，一种同时进行粒子疗法治疗和成像的方法包括将包含治疗体的患者定位在治疗床上，所述治疗床与台架协作，所述台架从粒子生成器装置接收束线并重新定向所述束线至治疗体，所述治疗床还与图像扫描仪协作以当所述患者在所述治疗床上时捕获所述治疗体的图像，所述图像扫描仪具有围绕所述治疗床径向定位的多个检测器阵列；使用所述图像扫描仪捕获所述治疗体的第一图像；引导粒子束线以遇到所述治疗体；使用所述图像扫描仪捕获所述治疗体的第二图像；以及其中所述捕获第一图像操作，所述引导操作以及所述捕获第二图像操作是同时执行的。
[0022]在一些实施例中，所述台架以基本上与所述治疗床共面的旋转轴围绕所述治疗床旋转，所述台架还重新定向所述粒子束线以基本上垂直于所述旋转轴地与治疗体相遇，所述台架还限定等中心点，所述等中心点是所述重新定向的粒子束线和所述旋转轴的交叉点，所述方法还包括定位所述扫描仪以相对于所述治疗床占据第一位置，使