患者定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及一种用于诸如质子治疗的医疗应用中的患者定位系统。
【背景技术】
[0002] -些粒子治疗系统使用加速器以生成粒子束而用于治疗疾病，诸如肿瘤。在一些 粒子治疗系统中，在磁场的存在下，粒子在空腔内部的轨道中被加速，并通过引出通道从空 腔中移除。磁场再生器在空腔的外部附近产生磁场不均匀性以扭曲一些轨道的间距和角 度，从而它们朝引出通道进动，并最终进入。由粒子组成的束（"粒子束"）离开引出通道。
[0003] 粒子束用于治疗患者。典型地，通过粒子束靶标肿瘤来破坏肿瘤的全部或部分。粒 子束在合适部位的应用包括将患者定位以使得束能够施加至靶标。
【发明内容】
[0004] -种用于定位患者以进行治疗的示例方法可包括:将基准点与患者相关联；当患 者在治疗床上时获取基准点和辐射靶标的图像，其中图像是在待执行治疗的治疗室内获取 的;确定治疗室内基准点的位置;确定图像中基准点的位置;基于治疗室内和图像中基准点 的位置确定辐射靶标相对于治疗系统的位置；以及基于辐射靶标的位置将治疗床移动到治 疗室内的治疗位置中。该示例方法可单独地或组合地包括一个或多个下述特征。
[0005] 可以使用成像系统获取图像，所述成像系统配置为获取患者和基准点的内部图 像。可以使用配置为获取基准点的外部图像的成像系统进行治疗室内基准点的位置的确 定。
[0006] 图像可包括下述中的一个或多个:X射线摄影图像、由计算机断层(CT)成像设备获 取的CT图像、由磁共振成像(MRI)设备获取的MRI图像、由正电子发射断层成像(PET)设备获 取的PET图像、由视频表面成像设备获取的图像、或由SPECT/CT设备获取的图像。图像可包 括三维(3D)图像或二维(2D)图像。
[0007] 示例方法还可包括治疗处于治疗位置的患者。治疗患者可包括通过使用包括粒子 加速器系统的治疗系统以质子辐射患者。粒子加速器系统可具有等中心点，并且等中心点 可包括治疗位置。
[0008] 确定辐射靶标相对于治疗系统的位置可包括:根据图像确定辐射靶标相对于基准 点位置的位置;确定基准点相对于图像外部的参考坐标系的位置；以及基于基准点相对于 参考坐标系的位置以及根据图像的辐射靶标的位置，确定辐射靶标相对于治疗系统的位 置。治疗系统可具有等中心点。将治疗床移动到治疗位置内可包括移动治疗床以使得辐射 靶标的位置对应于等中心点的位置。图像外部的参考坐标系可以是包括治疗系统的真实世 界空间的一部分。
[0009] 示例方法可包括关于基准点将患者固定至治疗床;或将基准点相对于患者固定。
[0010] 将治疗床移动到治疗位置内可以利用将治疗床从获取图像的成像位置自动地移 动到患者保持在治疗床上时的治疗位置的机器机构来执行。移动治疗床可以在患者保持在 治疗床上时手动地执行。
[0011] 将基准点与患者相关联可包括布置患者上的基准点。将基准点与患者相关联可包 括识别患者上的解剖学标志并将解剖学标志指定作为基准点。将基准点与患者相关联可包 括在患者的至少部分上布置框架以及将基准点固定至框架。
[0012] 该示例方法还可包括:基于治疗室内和图像中的基准点的位置，确定辐射靶标的 方位;以及基于辐射靶标的方位定向治疗。
[0013] 该示例方法还可包括：随时间追踪基准点的运动；以及基于基准点的运动控制治 疗床的运动和/或基于基准点的运动控制治疗。获取基准点的图像可包括获取不同时刻的 图像。该示例方法还可包括:基于不同时刻处基准点的不同位置识别基准点的运动；以及基 于运动控制治疗。
[0014] -种示例治疗系统包括:用于支撑患者的治疗床;与患者相关联的基准点;在患者 处于治疗床上时获取基准点和辐射靶标的图像的成像系统，其中图像是在待进行治疗的治 疗室内获取的;移动治疗床的机构；以及计算机系统，其被编程以将基准点的位置与图像中 基准点对准，并基于基准点的位置及基于图像来确定辐射靶标相对于治疗系统的位置。治 疗床至治疗室内治疗位置的运动可基于辐射祀标的位置。该示例治疗系统可单独地或组合 地包括一个或多个下述特征。
[0015] 成像系统可配置为获取患者和基准点的内部图像。成像系统可以是第一成像系统 并且治疗系统还可包括第二成像系统，其配置为获取基准点的外部图像。
[0016] 成像系统可包括下述中的一个或多个:获取X射线摄影图像的X射线设备、获取计 算机断层(CT)图像的CT设备、获取磁共振成像(MRI)图像的MRI设备、获取正电子发射断层 成像(PET)图像的PET设备、由视频表面成像设备获取的图像、或由SPECT/CT设备获取的图 像。图像可包括三维(3D)图像或二维(2D)图像。
[0017] 该示例治疗系统可包括粒子加速器系统，用于治疗处于治疗位置的患者。治疗患 者可包括通过使用由粒子加速器系统输出的质子辐射患者。粒子加速器系统可具有等中心 点，其中等中心点包括治疗位置。
[0018] 确定辐射靶标相对于治疗系统的位置可包括:根据图像确定辐射靶标相对于基准 点位置的位置;确定基准点相对于图像外部的参考坐标系的位置；以及基于基准点相对于 参考坐标系的位置以及根据图像的辐射靶标的位置，确定辐射靶标相对于治疗系统的位 置。
[0019] 治疗系统可具有等中心点。将治疗床移动到治疗位置内可包括移动治疗床以使得 辐射靶标的位置对应于等中心点的位置。
[0020] 图像外部的参考坐标系可以是包括治疗系统的真实世界空间的一部分。该示例系 统可包括将患者固定至治疗床的约束机构。该机构可包括机器机构，其配置为将治疗床从 获取图像的成像位置自动地移动到患者保持在治疗床上时的治疗位置
[0021] 该机构可控制以在患者保持在治疗床上时手动地移动治疗床。基准点可以布置在 患者上。基准点可包括患者上的解剖学标志。在患者的至少部分上可以具有框架，并且基准 点可固定至框架。
[0022] 计算机系统可以被编程以执行包括如下的操作:基于治疗室内和图像中的基准点 的位置，确定辐射靶标的方位；以及基于辐射靶标的方位定向治疗。计算机系统可以被编程 以执行包括如下的操作：随时间追踪基准点的运动；以及基于基准点的运动控制治疗床的 运动。计算机系统可以被编程以执行包括如下的操作：随时间追踪基准点的运动；以及基于 基准点的运动控制治疗。获取基准点的图像可包括获取不同时刻的图像，并且计算机系统 可以被编程以执行包括如下的操作：基于不同时刻处基准点的不同位置识别基准点的运 动；以及基于运动控制治疗。
[0023] 本发明中所描述的两个或多个特征，包括那些在该
【发明内容】
部分描述的特征，可 以组合以形成在本文中没有具体描述的实施方式。
[0024] 本文所描述的各种系统或其一部分的控制，可以通过计算机程序产品来实施，该 计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂态计算机可读存储介质中的指令，并且该指令 可在一个或多个处理设备(例如，微处理器、专用集成电路、诸如现场可编程门阵列的程控 逻辑，等)上执行。本文所描述的系统或者其一部分可以作为一种装置、方法、或电子系统实 施，其可以包括一个或多个处理设备和用于存储实施所述功能的控制的可执行指令的计算 机存储器。
[0025] -个或多个实施方式的细节阐述于下面的附图和说明书中。其它特征、目的和优 点将从说明书、附图以及权利要求书中变得显而易见。
【附图说明】
[0026] 图1是示出处于治疗空间内的治疗系统的透视图的图解。
[0027] 图2是示出治疗床及布置于其上的基准点的透视图的图解。
[0028] 图3是可用于图1的治疗系统中的成像设备的透视图。
[0029] 图4是示出可由图1的治疗系统执行的过程的流程图。
[0030] 图5是示出图1的治疗系统的透视图的图解。
[0031] 图6是示出图1的治疗系统处于获取图像的配置的透视图的图解。
[0032] 图7是示出图1的治疗系统处于执行治疗的配置的透视图的图解。
[0033] 图8和9是用于粒子治疗系统中的示例同步回旋加速器的横截面图。
[0034] 图10是示例粒子束扫描系统的侧视图。
[0035] 图11是示例粒子束扫描系统的各组件的透视图。
[0036]图12是示例治疗系统的透视图。
[0037] 图13是用于粒子治疗系统中的示例同步回旋加速器的各组件的分解透视图。
[0038] 图14是示例同步回旋加速器的横截面图。
[0039] 图15是用于同步回旋加速器中的示例离子源的横截面图。
[0040] 图16是用于同步回旋加速器中的示例D形板和示例虚拟(dummy) D形的透视图。
[0041] 图17示出了位于治疗室中示例粒子治疗系统的示例内部台架内的患者。
[0042] 图18是可使用可变能量粒子加速器的示例粒子治疗系统的概念视图。
[0043] 图19是可用于可变能量粒子加速器中的示例磁体系统的透视、分解视图。
[0044]图20是示出针对粒子加速器中磁场和距离的各变量的能量和电流的示例曲线图。
[0045] 图21是下述示例结构的侧视图，该示例结构用于在D形板上针对粒子束的每个能 量级的频率范围上扫频电压，以及用于在粒子束能量变化时改变频率范围。
[0046] 在各个附图中相似参考标记指示相似元件。
【具体实施方式】
[0047] 本文中描述了用于定位患者以进行医疗治疗的系统的示例。在一些实现方式中， 示例系统用于定位患者以使用射线疗法进行治疗，诸如质子或离子治疗。在一些实现方式 中，质子或离子治疗可使用诸如下文所述的系统来进行。然而，本文所述的示例系统可用于 定位患者用于任何类型的医疗治疗并且不限于射线疗法或使用质子或离子治疗。
[0048] 图1示出了治疗空间12的示例。一般地，治疗空间是待执行患者治疗的位置。例如， 它可以是单个房间或多个房间。在该示例中，除了别的之外，治疗空间12包括治疗床13、成 像系统14、和质子治疗系统15。在其他实现方式中，可以具有与本文描述的那些组件不同 和/或另外的组件。
[0049] 在该示例中，治疗床13包括患者置于其上的平台。平台还可包括一个或多个限制 机构（未示出）用于在床移动期间和治疗期间支撑患者就位。平台可以或可以不带衬垫和/ 或具有对应患者部位形状的形状(例如，凹痕）。例如，在治疗之前，患者可以置于模具中，其 遵循患者后半背的轮廓，并且所产生的模具结构可结合到治疗床的平台中。诸如这样结合 到治疗床内的模具可以减少治疗床运动期间和治疗期间的患者运动。
[0050] 运动机构可将治疗床从治疗空间12内的一个位置自动地移动到治疗空间12内的 另一位置。例如，运动机构可包括机器人臂16,其可控制以在如下文所述的六个自动度上移 动患者。在一些实现方式中，手动机构，诸如手动运动臂，可以替代机器人臂，并且可用于手 动定位治疗床。在一些实施方式中，床可以不是自动的。在一些实现方式中，治疗床的运动 可包括自动和手动定位的组合。治疗床的运动通常在患者保持就位在床上时发生。例如，治 疗床与其上的患者一起可以在成像位置18和治疗位置19之间运动。在成像位置，获取患者 的图像。如下文更加详细地描述的，该图像用于将在治疗位置进行治疗的患者定位。
[0051] 关于这点，治疗系统配置为确定诸如肿瘤的辐射靶标的位置，以及定位患者以使 得辐射靶标处于合适位置用于由质子治疗系统15施加治疗。为此，运动机构(诸如机器人臂 16)配置为在成像位置18和治疗位置19之间移动治疗床13,成像位置18和治疗位置19通常 在患者保持在治疗床上时都位于治疗空间12内。运动可以是自动的（例如，没有手动干预） 或可包括手动部件。一旦患者处于床上进行成像，在一些实现方式中，本文所述的示例系统 不会要求患者离开床直至治疗完成。运动机构可以如下文所述的响应来自计算机系统（图1 中未示出）的命令，从而在治疗位置处相对精确地定位患者。
[0052]在一些实现方式中，成像系统能够是三维(3D)成像系统。在一些实现方式中，成像 系统能够是二维(2D)成像系统。在一些实现方式中，成像系统14是计算机断层成像(CT)系 统;然而，在其他实现方式中，不同类型的成像系统可用于替代或添加至CT系统。例如，成像 系统可以是或包括下述成像系统类型中的一个或多个:CT系统、获取X射线摄影图像的X射 线设备、获取磁共振成像(MRI)图像的MRI设备、获取正电子发射断层成像(PET)图像的PET 设备、或SPECT/CT设备（其中SPECT是单光子发射计算机断层成像）、和/或视频表面成像设 备、或这些成像设备的任意组合(例如，PET/CT、PET/MRI和/或SPECT/CT设备的组合）。在一 些实现方式中，在不同的时间点处获取图像以使得能够追踪由于诸如呼吸等的患者运动引 起的基准点的运动。
[0053]在一些实现方式中，成像系统14包括用于接收患者并用于获取患者的3D图像的区 域(例如，孔）。在CT示例中，图像可包括内部解剖学结构，诸如器官、肿瘤、和骨骼，它们中的 任意可以是辐射靶标(或基准点，如下文所述）。成像系统14获取患者或患者的选定部位的 一幅或多幅图像，选定部位通常是施加质子治疗的患者部位。这些图像用于定位患者进行 治疗。
[0054]在一些实现方式中，治疗床可包括布置在其上的一个或多个基准点。基准点20的 示例示于图2中。这些基准点通常是由金属或其他材料制成，它们显现在诸如CT图像的图像 上。基准点可以在患者周围的区域布置，例如，在待施加质子治疗的患者部位处和/或周围。 在一些实现方式中，相对于患者布置至少三个基准点以使得能够使用三角测