利用磁共振成像的线性加速器放射治疗的系统和方法
【专利说明】利用磁共振成像的线性加速器放射治疗的系统和方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的、名称为“Systems and Methods For LinearAccelerator Rad1therapy With Magnetic Resonance Imaging” 的美国专利申请序列号13/841，478的优先权，该申请的申请日和全文公开通过援引整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及用于与磁共振成像结合的线性加速器放射治疗的递送的系统和方法。
【背景技术】
[0004]使用磁共振成像系统(MRI)将放射治疗与重复的实时成像结合在一起，以便在避开附近健康组织的同时更好地定位和处理治疗目标是理想的。虽然MRI和诸如线性加速器(直线性加速器)的放射治疗系统已经彼此单独地运行了很长时间，但是将这两种技术结合也出现了很多显著的技术难题。这些技术难题包括在铁磁和传导性放射治疗设备中产生的通过MRI的主磁体和梯度线圈的磁场和涡电流，两者都能够毁坏MRI提供优质图像的能力。此外，MRI的主磁场能够干扰线性加速器的很多部件，并且直线性加速器部件产生的高功率射频(RF)同样可能毁坏MRI的成像能力。
【发明内容】
[0005]本文公开的是一种将放射治疗和磁共振成像结合在一起的系统和方法。公开的系统的一个实施方式可以包括磁共振成像系统；机架；附接至机架的两个或更多个防护容器，所述两个或更多个防护容器中的至少两个容纳线性加速器的部件；以及至少一个射频波导，其连接容纳在两个或更多个防护容器的至少两个防护容器中的部件。
[0006]在另一个实施方式中，至少一个射频波导取向成基本上垂直于磁共振成像系统的主磁体的磁场线和/或可以包括磁性防护。
[0007]在再一个实施方式中，两个或更多个防护容器围绕机架的周边基本上等距地彼此间隔。
[0008]在还一个实施方式中，系统可以包括不容纳线性加速器的部件的至少一个防护容器。
[0009]在一个实施方式中，系统可以包括多个附加的射频波导，所述射频波导和多个附加的射频波导基本上围绕机架的整个周边延伸。在一些情况下，射频波导中的至少一个不传输射频波。
[0010]在某些实施方式中，系统可以包括三个防护容器，在第一防护容器中容纳RF功率源部件、在第二防护容器中容纳循环器和AFC部件，在第三防护容器中容纳线性加速器部件。
[0011 ] 在再一实施方式中，至少一个射频波导包括RF防护。RF防护可以是RF吸收材料、RF反射材料以及RF反射和吸收材料的多个层，并且可以包括碳纤维、金刚砂、铜、铝、或铜或铝合金或氧化物。
[0012]在一些实施方式中，RF防护可以包括水冷却和空气冷却。
[0013]本公开的实施方式还可以包括一种以下方法:提供磁共振成像系统；提供机架；将两个或更多个防护容器固定至机架；将线性加速器的部件放置在两个或更多个防护容器中；以及将容纳在两个或更多个防护容器中的至少两个中的部件与至少一个射频波导连接。
[0014]在该方法的一些实施方式中，至少一个射频波导可以被取向成基本上垂直于磁共振成像系统的主磁体的磁场线。在其他实施方式中，至少一个射频波导可以包括磁性防护。
[0015]在该方法的其他实施方式中，可以包括多个附加的射频波导，所述多个附加的射频波导基本上围绕机架的整个周边延伸。在一些实施方式中，至少一个射频波导包括RF防护，RF防护可以是RF吸收材料、RF反射材料以及RF反射和吸收材料的多个层，并且可以包括水冷却和空气冷却。
[0016]参照所附附图和权利要求书，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。
【附图说明】
[0017]结合附图描述本发明的特征、方面和实现方式，其中:
[0018]图1是简化图，其示出了根据本发明主题的实现方式的结合磁共振成像系统操作的放射治疗装置的方面；
[0019]图2是图1中绘制的装置的俯视图；
[0020]图3是示出示例性线性加速器的各个部件的简化图；
[0021]图4是图1中绘制的示例性装置的机架和相关部件的截面图；以及
[0022]图5示出了根据本发明主题的实现方式的围绕示例性MRI的磁场强度的示意图。
【具体实施方式】
[0023]本文公开的是用于将放射治疗和磁共振成像结合在一起的系统和方法。图1是示例性放射治疗系统的简化的示意图，该放射治疗系统包括安装在机架106上的防护容器104，机架106能够旋转到不同位置以能够从不同角度进行放射递送。在图1中示出的示例性系统还包括MRI 102，其可以用于在放射治疗期间实时成像，并且可以是如所示那样的分体式或开放式MRI (因为放射束不需要被传输通过MRI的侧面，所以其是有益的)。放射治疗装置可以放置在防护容器104内，并且可以用来将治疗束引导至躺在检查台110上的患者108体内的目标处。还示出了波导112，其可以用来连接放射治疗装置部件，如以下进一步解释。图2示出了图1中示出的简化的示例性系统的俯视图。在Dempsey的名称为“System for Delivering Conformal Radiat1n Therapy while Simultaneously ImagingSoft Tissue”的美国专利8，190,233中描述了相似的系统，该专利特此通过援引并入。本发明的系统在很多方面不同于在Dempsey的’233中公开的系统，主要不同在于本发明的放射治疗系统特别包括直线性加速器。
[0024]磁共振成像主要是最常用在放射学中对身体的内部结构和功能成像的医学成像技术。MRI 例如由 E.MARK HAACKE 等人在 MAGNETIC RESONANCE IMAGING:PHYSICALPRINCIPLES AND SEQUENCE DESIGN(ffiley-Liss 1999)中描述，其特此通过援引并入。在图1中示出的分体式磁系统包括一对主磁体，并且还能够包括未示出的常规的MRI部件，例如，分体式梯度线圈、匀场线圈和RF系统。主磁体产生的磁场的强度可以变化，但是在本发明系统的实施方式中，主磁场强度是0.35T。
[0025]线性粒子加速器(也成为直线性加速器)是用来以高速加速亚原子离子的粒子加速器类型。直线性加速器由例如C.J.KARZMARK等人在MEDICAL ELECTRONACCELERATORS (McGraw-Hill 公司，Health Profess1ns Divis1n 1993)描述，其特此通过援引并入。直线性加速器可以设计成以范围在4至6兆电子伏特(MV)加速电势加速相对低能的电子，并且具有驻波导以使其紧凑，并且可以例如以S带频或X带频操作。
[0026]图3包括线性加速器300的一些主要部件的简化图。简化的示例性直线性加速器可以包括脉冲调制器304，其可以放大来自电源302的AC功率，将其整流成DC功率，并且产生用来给电子枪312和RF功率源306供电的高压DC脉冲。高压电缆将脉冲调制器304电连接到电子枪312和RF功率源306。RF功率源306可以是例如磁电管或速调管。
[0027]RF功率源306产生脉冲功率可以为大约2.5兆瓦(Mff)的微波脉冲，并通过波导307将其发送到加速共振腔316。波导307可以由波导气体系统308加压。加速共振腔316可以由真空栗318排空，并且使用来自RF功率源306的RF脉冲来加速电子枪312产生的电子束314。电子枪312产生电子暴，其进入加速共振腔316，共振腔由来自RF功率源306的RF脉冲激励，加速电子束以接近光束。
[0028]电子束314可以可选地对准通常由钨制成的靶320，以产生用于x射线/光子束治疗的轫致辐射X射线，或者对于电子束治疗可以去除靶。产生的束可以可选地在进入准直器326之前，通过整平过滤器322，准直器326可以是如以下进一步描述的多叶式滤波器。
[0029]在图3中示出的示例性的简化的线性加速器300还包括循环器310和自动频率控制系统(AFC)328。循环器310可以控制RF波的流动。例如，其可以发送由波导反射的能量到RF垃圾靶(dump)，而不是允许该能量返回到RF功率源306，这样的返回会导致干扰或破坏。循环器310还可以将反射的RF波传输到AFC 328，AFC 328可以监测反射波以确定加速共振腔316的共振频率是否由于例如加热而已经改变。AFC 328然后可以与控制单元332通信，或者直接与RF功率源306通信，以调整RF功率源306发送的RF波的频率。
[0030]在本发明的一个实施方式中，线性加速器的各个部件包括但不限于图3中示出的直线性加速器部件，可以将线性加速器的各个部件分离成可以附接到机架106的两组或更多组部件。图4示出了这种布置的一个实施方式，其中线性加速器部件可以分组并且放置在围绕机架106的防护容器104中。在线性加速器部件的特别的分组需要这么多的情况下，RF波导112可以围绕机架106放置，连接各个防护容器104和其中的线性加速器部件。例如，如果RF功率源306位于一个防护容器中，并且包括电子枪312、加速共振腔316、靶320和头部324的线性加速器在分离的防护容器104中，那么就会需要RF波导112(如图3中