质子治疗机架系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年10月26日提交的美国临时申请No. 61/719, 129和2013年9 月20日提交的美国临时申请No. 61/880, 605的优先权，它们通过参考全文并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明一般性构思涉及用于癌症治疗的质子疗法，更具体地，涉及转动机架系统， 其保持质子递送机构与机架的转动轴线对准。
【背景技术】
[0004] 质子疗法（PT)是一种癌症治疗技术，其采用高能量质子来穿透患者的身体，并且 将能量沉积到诸如癌性肿瘤的治疗区域中。PT系统常常采用转动机架轮，该转动机架轮以 零度至360度之间的任何角度将质子束引导到患者。这允许医师设计治疗计划，该治疗计 划从不同的角度攻击癌性肿瘤，并且减少对重要器官和/或健康组织的辐射伤害。
[0005] PT系统所面临的一个难点在于，当机架转动到不同治疗角度时，保持质子递送喷 嘴与转动机架系统的等中心点之间的正确对准。例如，期望的是保持质子束相对于机架中 心的精确度，以便将质子束精确地聚焦到所关注的目标区域。由于机架设备及其各种部件 的固有制造公差以及极端尺寸和重量，而使得结构在以不同角度转动时可能发生挠曲，从 而使得系统的中心可能漂移到超出目标精确度。
[0006] 已知的是，移动患者的床来补偿系统在不同转动角度下的微小漂移。然而，移动患 者以补偿束不对准可能变得非常耗时且复杂，尤其是在治疗计划对于每个患者而言要求多 于一个的应用角度的情况下。因此，期望的是，在预期到机架设备的转动过程中出现的异常 的情况下对准机架设备自身。
[0007] PT系统面临的另一个难点在于，构造和实施工作系统所花费的时间。例如，通常要 花费大约6个月将机架构建在现场，并且需要花费额外的12个月来使设备试运行。这么长 的构建时间与将质子引导通过机架所需的磁体的尺寸以及相关的束精确度要求极为相关。
【发明内容】
[0008] 本发明一般性构思提供质子治疗机架设备、质子治疗机架系统以及操作和/或构 造质子治疗机架设备和系统的方法的各种实施例。
[0009] 本发明一般性构思的额外特征和实施例将在以下的说明书中部分地列出，并且部 分地从说明书中将变得明显，或者可以从本发明一般性构思的实施中获得。
[0010] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面可以通过用于质子治疗系统的 机架设备来实现，该机架设备包括：质子束喷嘴，该质子束喷嘴用以将质子束发射到患者的 目标区域；机架轮，该机架轮用以支撑质子束喷嘴，以便将质子束引导到机架轮的等中心 点，机架轮的等中心点对应于目标区域的中心；多个可调节支承件，所述多个可调节支承件 沿着机架轮的外直径表面递增地间隔开；以及支承表面，该支承表面用以支撑可调节支承 件的一部分，使得当轮从第一角度位置转动到第二角度位置时，支承件的至少一部分接触 支承表面以升高或降低机架轮，从而将质子束重新对准到目标区域的中心。
[0011] 可调节支承件可以分别包括一个或多个支承辊，可调节构件联接到一个或多个支 承辊，并且设置成与机架轮的周边表面相邻，使得一个或多个支承辊能够相对于该周边表 面选择性地运动。
[0012] 可调节构件可以被构造成能够相对于该周边表面沿径向进行往复滑动。
[0013] 可调节构件还可以包括一个或多个锁定构件，所述一个或多个锁定构件用于可调 节构件，以便将可调节构件固定在选择的位置中。
[0014] 可调节支承件还可以分别包括调节构件，该调节构件用以驱动可调节构件的运 动。
[0015] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面还可以通过一种制造用于质子 治疗系统的机架轮设备的方法来实现，该方法包括：建立机架轮的等中心点；将多个可调 节支承件沿着机架轮的外直径表面安装在递增地间隔开的位置处；将机架轮设置在支承表 面上，使得支承件的一部分接触支承表面；调节可调节支承件，使得当机架轮转动时，等中 心点不漂移；以及在轮转动的同时机加工机架轮的基准表面。
[0016] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面还可以通过一种用于质子治疗 系统的机架设备来实现，其包括：质子束喷嘴，该质子束喷嘴用以将质子束发射到患者的目 标区域；机架轮，该机架轮具有偏心外表面，质子束喷嘴能够安装到机架轮，以便将质子束 引导到机架轮的等中心点，机架轮的等中心点对应于目标区域的中心；以及支承表面，该支 承表面用以支撑机架轮，使得当机架轮转动时，支承表面接触偏心外表面，以升高或降低机 架轮，从而保持质子束对准到目标区域的中心。
[0017] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面还可以通过一种对准用于质子 治疗系统的机架设备的方法来实现，所述方法包括：估计机架的等中心点和转动中心；响 应于液压致动器位移和转动角度的预定变化而对喷嘴轨迹的变化进行建模；确定致动器位 移和转动角度修正，以最小化每个转动角度处的喷嘴轨迹误差；以及根据确定的致动器位 移和转动角度修正来调节凸轮从动件。
[0018] 该方法还可以包括：识别喷嘴轨迹在机架的多个转动角度处的定位和取向误差， 以估计等中心点和转动中心。
[0019] 可以通过利用激光测距系统测量喷嘴上的多个点，来确定喷嘴轨迹。
[0020] 建模还可以包括：确定与模型化的变化相对应的灵敏度函数，该灵敏度函数形成 机架的线性化模型。
[0021] 转动角度的修正可以存储在查找表中。
[0022] 确定致动器位移和转动角度修正选择性地可以包括：与单个转动中心相对应的平 滑对准，或者与当机架转动时限制转动中心的变化率的路径相对应的优化对准。
[0023] 调节凸轮从动件可以包括：利用液压致动器升高机架以离开凸轮从动件；移动凸 轮从动件以获得最大间隙；利用液压致动器重新定位机架；调节凸轮从动件以支撑机架； 以及缩回液压致动器。
[0024] 该方法还可以包括：响应于凸轮从动件被调节，而重新估计机架的等中心点和转 动中;L·、。
[0025] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面还可以通过一种调节用于质子 治疗系统的机架设备的系统来实现，其包括：机架，该机架用以承载质子束喷嘴，该质子束 喷嘴被构造成用以将质子束发射到机架的等中心点；一个或多个可调节构件，所述一个或 多个可调节构件绕机架的周边间隔开，以便将机架可转动地支撑在支撑表面上；一个或多 个位移构件，所述一个或多个位移构件使机架从支撑表面位移；以及控制器，该控制器用以 对当机架在支撑表面上转动时喷嘴轨迹中的变化进行建模，并且用以确定各个转动角度处 的机架的修正位移，以最小化每个转动角度处的喷嘴轨迹误差。
[0026] 一个或多个可调节构件可以被致动以自动地进行控制。
[0027] 机架的转动中心可以是与系统的模糊球的中心相同的空间中的点。
[0028] 可以在机架上提供致动，以便将喷嘴轨迹移动到等中心点。
[0029] 经由外部测量即视觉系统或激光干涉仪的反馈，所述一个或多个可调节构件可以 被致动以自动地进行控制。
[0030] 本发明一般性构思的前述和/或其它特征和方面还可以通过一种质子治疗系统 来实现，其包括：粒子加速器，该粒子加速器用以产生质子束；质子束喷嘴，该质子束喷嘴 用以将质子束发射到患者的目标区域；束线路径，该束线路径用以将质子束从粒子加速器 引导到质子束喷嘴；机架轮，该机架轮用以支撑质子束喷嘴，以便将质子束引导到机架轮的 等中心点，机架轮的等中心点对应于目标区域的中心；多个可调节支承件，所述多个可调节 支承件沿着机架轮的外直径表面递增地间隔开；以及支承表面，该支承表面用以支撑可调 节支承件的一部分，使得当轮从第一角度位置转动到第二角度位置时，支承件的至少一部 分接触支承表面以升高或降低机架轮，从而将质子束重新对准到目标区域的中心。
[0031] 其它特征和方面可以从以下的详细说明、附图和权利要求中变得明显。
【附图说明】