利用磁共振成像的放射治疗的系统及方法
【专利说明】利用磁共振成像的放射治疗的系统及方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本PCT申请要求2013年3月13日提交的、名称为“Systems and Methods forRad1therapy With Magnetic Resonance Imaging”的美国专利申请系列号 13/801，680 的优先权，其申请日和整个公开文本通过援弓I并入本文。
技术领域
[0003]本公开文本涉及一种用于与磁共振成像结合的递送放射治疗的系统和方法。
【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和诸如线性加速器或放射性同位素束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。这些难题的例子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。
【发明内容】
[0005]本文公开的是用于结合放射治疗和磁共振成像的系统和方法。
[0006]在一个实施方式中，一种系统可以包括:磁共振成像系统；机架；固定至机架的一个或多个放射治疗头部；与一个或多个头部关联的一个或多个准直装置，其包括多个叶片；用于移动叶片的一个或多个叶片驱动马达，所述一个或多个叶片驱动马达包括一个或多个位置传感器和基本上包围一个或多个位置传感器的磁防护罩；邻近一个或多个叶片驱动马达的一个或多个永磁体，所述一个或多个永磁体取向成抵消MRI的主磁场；以及一个或多个附加的传导元件，其围绕机架以基本上对称的方式布置。一个或多个附加的传导元件可以具有被设计成基本上匹配准直装置的形状、体积或材料磁导率的形状、体积或材料磁导率。此外，一个或多个附加的传导元件可以与准直装置的外部外罩基本上相似。在一个实施方式中，仅一个放射治疗头部固定至机架，并且仅一个准直装置与一个放射治疗头部关联，并且一个或多个附加的传导元件是基本上围绕机架的未被一个准直装置占据的部分延伸的单个传导元件。此外，磁防护罩可以由钢制成，并且可以是圆柱形形状。
[0007]在另一个实施方式中，一种系统可以包括:磁共振成像系统；机架；固定至机架的一个或多个放射治疗头部；与一个或多个头部关联的一个或多个准直装置；以及一个或多个附加的传导元件，其围绕机架以基本上对称的方式布置。一个或多个附加的传导元件可以是附加的准直装置，或者可以与准直装置的外部外罩基本上相似。此外，一个或多个附加的传导元件可以具有被设计成基本上匹配准直装置的形状、体积或材料磁导率的形状、体积或材料磁导率。在另一个实施方式中，一个或多个放射治疗头部可以是三个放射性同位素源，并且一个或多个附加的传导元件可以是与准直装置的外部外罩基本上相似的三个导体。在再一个实施方式中，仅一个放射治疗头部固定至机架，并且仅一个准直装置与一个放射治疗头部关联，并且一个或多个附加的传导元件包括基本上围绕机架的未被一个准直装置占据的部分延伸的单个传导元件。
[0008]在再一个实施方式中，一种系统可以包括:磁共振成像系统；机架；固定至机架的一个或多个放射治疗头部；与一个或多个头部关联的一个或多个准直装置，其包括多个叶片；用于移动叶片的一个或多个叶片驱动马达，所述一个或多个叶片驱动马达包括一个或多个位置传感器和基本上包围一个或多个位置传感器的磁防护罩。磁防护罩可以具有圆柱形形状，并且可以由诸如钢的铁磁材料制成。
[0009]在另一个实施方式中，一种系统可以包括:磁共振成像系统；机架；固定至机架的一个或多个放射治疗头部；与一个或多个头部关联的一个或多个准直装置，其包括多个叶片；用于移动叶片的一个或多个叶片驱动马达；以及邻近一个或多个叶片驱动马达的一个或多个永磁体，所述一个或多个永磁体取向成抵消MRI的主磁场。永磁体可以布置在一个或多个叶片驱动马达的任一侧上，并且可以由钕制成。
[0010]参照以下说明和权利要求书，可以更好地理解本公开文本的这些和其他特征、方面和优点。
【附图说明】
[0011]结合附图描述本发明的特征、方面和实现方式，其中:
[0012]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；
[0013]图2是简化图，其示出了根据本发明主题的实现方式的治疗系统的例子；
[0014]图3示出了示例性准直装置，特别是多叶式准直器；
[0015]图4示出了根据本发明主题的实现方式的传导元件的布置的一个例子；
[0016]图5A是简化图，其示出了根据本发明主题的实现方式的与示例性磁防护罩结合的叶片马达；
[0017]图5B是磁防护罩对MRI主磁场影响的简化视图；
[0018]图6是根据本发明主题的实现方式的邻近叶片马达组放置的永磁体的简化视图；
[0019]图7示出了根据本发明主题的实现方式的永磁体相对于MRI主磁场的示例性磁场取向；以及
[0020]图8示出了流程图，其示出了根据本发明主题的实现方式的方法的特征。
【具体实施方式】
[0021]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是放射治疗系统的实现方式的简化图，该放射治疗系统包括安装在机架106上的放射治疗头部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。放射治疗头部104可以用来引导治疗束到达躺在检查台(C0UCh)IlO上的患者108体内目标处。
[0022]图2示出了可以用于公开的系统和方法的放射治疗系统的实例。该描述的实例包括安装在机架106上的三个放射性同位素源200，例如，钴60，其引导三个放射治疗束到患者108处。虽然这个实例使用了放射性同位素束，但是本公开文本考虑了并且能应用于其他类型的放射治疗束，例如线性加速器、质子束等。此外，虽然图2的实例示出了围绕机架以等距方式间隔开的三个放射治疗头部，但是本文公开的系统和方法应用于多个放射治疗头部(即，一个或多个)。
[0023]图2也示出了附接至机架106并与每个源200关联的准直装置202。例如，准直装置202可以是多叶式准直器(MLC)，如在图3中进一步所示。MLC典型地具有两组相对的叶片对302，其独立移动并且能够打开以形成各种形状和尺寸的孔。叶片302的数量能够改变。叶片302可以由钨或者任何合适的用于阻挡放射的一种或多种材料制成。MLC还可以在叶片302的长边和前部使用凸出或沟槽布置以限制内叶片放射泄露，并且能够配置用于叶片302在闭合位置的交错接合。
[0024]每组叶片中的每个叶片302可以能够独立运动，并且可以由叶片马达304通过连接杆306驱动。MLC控制系统可以控制两个相对组的叶片302以将每个叶片302的边缘独立定位在特定位置，从而阻止放射束并形成特定形状的场尺寸。
[0025]MLC叶片302、马达304和其他部件可以由外罩308支撑，该外罩308然后附接到机架106。例如，外罩308可以由铝制成。
[0026]图4示出了用于图2所示的放射治疗系统的示例性机架106布局，该放射治疗系统具有三个放射性同位素源200和三个对应的准直装置202。图4的实施方式还包括附加的传导元件400。传导元件400可以由单个材料或组合的多个材料制成。在MRI梯度线圈的通电期间与涡电流的产生有关的方面，传导元件优选地具有被设计成基本上匹配准直装置202的形状、体积和材料磁导率(S卩，材料响应于施加的磁场获得的磁化程度)。例如，在图4所示的实施方式中，传导元件400可以包括相同的多叶片式准直器。
[0027]因为包括附加群组的相同多叶片式准直器会是昂贵的，并且由于涡电流主要产生在准直装置202的外罩308中，所以传导元件400可以仅仅基本上与准直装置202的外罩308相似。例如，传导元件400可以是多对铝多叶片式准直器外罩。备选地，传导元件400可以是基本上模仿准直装置202或外罩308的涡电流性能的其他形状或其他材料。
[0028]如图4中所示，传导元件400优选地放置在围绕机架106的位置，以生成基本上对称的图案。传导元件400的位置和数量可以变化，但是最终的布置优选地围绕机架106的周边对称。如上所述，本公开本文考虑了并能应用于任何类型的放射治疗装置。在有单个放射治疗头部的情况下，例如，线性加速器，如上所述的用于附加的传导元件400的相同原理可以适用。在一个实例中，可以具有围绕机架106基本上等距间隔的五个传导元件400，以及单个准直装置202。在另一实例中，单个传导元件400可以基本上围绕机架106的未被准直装置202占据的整个部分延伸。虽然已经给出了针对传导元件400的设计和布局的多个实例，但是可以考虑满足本公开文本的任何设计和布局。
[0029]如图5A所示，与准直装置202关联的叶片马达304典型地包括能够确定关联的叶片302的位置的一个或多个位置传感器500。例如，位置传感器500可以是霍尔效应编码器，其能够确定马达已经旋转了多少次。优选的实施方式包括基本上包围传感器500的磁防护罩502。在一个实例中，磁防护罩502优选地是圆柱形状并且由铁磁材料制成。一种这样的铁磁材料可以是钢，但是可以使用适于磁防护罩的其他材料和形状。在一个实施方式中，钢圆柱形的壁厚度在1.5-2.0mm的范围内，并且将防护罩内的磁场降低到低于140高斯。在一个优选实施方式中，钢圆柱形的壁厚度是1.6mm。图5B示出了磁防护罩502如何能够将传感器500经受的主磁体磁场504降低到在防护罩中观察到的减小的磁场506。
[0030]位置传感器500优选地在磁场内取向以位于磁场最弱的位置，如图5B中所示的磁防护罩502的顶部和底部。
[0031]在公开文本的实施方式中，永磁体600可以邻近马达304的组放置，如图6所示。永磁体600可以通过外罩402保持在合适位置，并且在一个实施方式中，可以由钕铁硼(NdFeB)制成。永磁体600的极性取向应该是使得其抵消MRI的主磁场和在马达和马达防护罩304中引入的磁场。图7示出了在MRI的主磁场700中的永磁体600的这种取向，示出了与主磁体的磁场700相反的永磁体702的南北极性。
[0032]本公开文本的一个实施方式考虑了放置在如图6所示的一组马达304的任一侧