自屏蔽的集成控制放射外科系统技术方案

提供了一种用于使用直线加速器来执行无创立体定向放射外科和精确放疗的自屏蔽且计算机控制的系统，所述直线加速器安装在耦接至三自由度患者台的双自由度辐射屏蔽件内。所述辐射屏蔽件可以包括可绕轴向轴旋转的轴向屏蔽件以及可绕倾斜轴独立旋转的倾斜屏蔽件，由此提供治疗和诊断辐射束的改善轨迹范围。这种屏蔽件可以关于其对应旋转轴并关于共同支撑结构平衡以便促进容易移动。这种系统可以进一步包括成像系统，所述成像系统用于向治疗靶标准确地递送辐射并且自动进行将所述解剖靶标维持在系统等深点处所需的校正。还提供了各种子系统，所述子系统用于使所述可移动屏蔽部件的受控且协调的移动以及对所述治疗相关子系统的操作自动化以便优化性能并确保安全性。

Self shielded integrated control radiosurgery system

A self-shielding and computer-controlled system for performing noninvasive stereotactic radiosurgery and precise radiotherapy using a linear accelerator mounted in a two-degree-of-freedom radiation shield coupled to a three-degree-of-freedom patient platform is provided. The radiation shield may include an axial shield rotatable around an axial axis and an inclined shield rotatable independently around an inclined axis, thereby providing an improved trajectory range for treating and diagnosing radiation beams. The shield can be balanced with respect to its corresponding rotating shaft and with respect to a common supporting structure to facilitate easy movement. Such a system may further include an imaging system for precisely delivering radiation to a therapeutic target standard and automatically performing the correction required to maintain the anatomical target at a depth of the system. Various seed systems are also provided for the controlled and coordinated movement of the removable shielding component and for the automation of the operation of the treatment-related subsystem in order to optimize performance and ensure safety.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自屏蔽的集成控制放射外科系统相关申请的交叉引用本申请要求2017年9月6日提交的美国临时申请No.62/554,876的优先权权益，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。本申请总体上涉及于2017年6月20日提交的名称为“RevolvingRadiationCollimator(旋转式辐射准直器)”的PCT申请号US2017/038256；名称为“RadiationSystemswithMinimalorNoShieldingRequirementsonBuilding(对建筑物具有最小或不具有屏蔽要求的放射系统)”的美国专利号9,308,395；名称为“SystemandMethodforReal-TimeTargetValidationforImage-GuidedRadiationTherapy(图像引导的放射治疗的实时靶标确认系统和方法)”的美国专利号9,314,160；以及名称为“VisualizingRadiationTherapyBeaminReal-TimeintheContextofPatient’sAnatomy(在患者的解剖结构的背景下实时地使放射治疗射束可视化)”的美国专利号9,604,077，所述申请和专利中的每一项出于所有目的通过引用以其全文结合在此。
技术介绍
本专利技术总体上涉及立体定向放射外科领域。具体地，本专利技术涉及自屏蔽放射治疗系统和治疗方法。用于放射外科设备的建筑物辐射屏蔽室的高成本已经产生了对可以以较低成本提供的系统的需要。创建自屏蔽的放射外科系统实现了这个目标，但是存在与这种系统相关联的挑战，包括用于确保安全且有效的治疗递送的众多子系统的复杂协调功能。虽然已经提出了各种自屏蔽放射外科系统，但是在执行这种系统时遇到相当多的挑战，所述挑战包括屏蔽部件的高成本和高重量、由于屏蔽部件的相当大重量而难以对其进行定位以及进一步增大整个系统的大小和重量的相关联支撑件和驱动电机的相当大成本和大小。这些挑战限制了这种设计的可行性并且进一步限制了可用治疗轨迹范围。因此，需要具有减小重量和大小的自屏蔽系统，并且进一步需要具有改善的治疗辐射束和诊断成像灵活性和移动范围的这种系统。将期望以更简单且更具成本效益的方式构造这种系统并且期望这种系统具有紧凑的大小和减小的占位面积以便装配在标准大小房间中而无需常规的库或辐射屏蔽室，从而允许这种治疗系统更普遍地用于治疗。
技术实现思路
本文中描述的治疗系统是用于计划和执行无创立体定向放射外科和精确放疗的自屏蔽且计算机控制的系统。在一些方面，相比常规自屏蔽设计，本专利技术通过使用使阻止潜在辐射泄露的屏蔽的量和重量最小化的独特屏蔽件设计和放置而提供了大量优点，同时满足以下目标：将解剖靶标维持在系统的等深点处；经由独立的轴向和倾斜屏蔽件提供最大MV和kV射束轨迹范围；以及提供使很重的辐射屏蔽组件关于共同支撑件的相对较小占位面积基础环对称地平衡的机械优点。在各个实施例中，提供可变厚度的屏蔽件使重量最小化，并且在空间上使屏蔽件平衡实现屏蔽件和治疗辐射束的更精确移动。一方面，本专利技术提供了一种具有可移动屏蔽部件的自屏蔽设计，所述可移动屏蔽部件提供本文中所描述的益处并且进一步提供对患者的完全包覆以便提供完全屏蔽。在一些实施例中，这种系统包括轴向和倾斜屏蔽件，以及允许对患者的完全包覆和完全屏蔽的旋转壳体和门。这种系统可以包括治疗辐射束发射器(比如，直线加速器(LINAC))，所述治疗辐射束发射器安装在双自由度可旋转屏蔽组件上；以及成像系统，所述成像系统用于向治疗靶标(例如，患者的脑肿瘤)准确地递送辐射。在一些实施例中，所述系统包括与患者台相关联的三个独立自由度，外加LINAC的这两个自由度以便提供用于将靶标准确地定位在等深点处的总共五个自由度。在一些实施例中，所述系统使用关于患者解剖结构(例如，颅骨位置)的射线照相信息来跟踪患者移动并通过精确地调整手术台来校正所检测到的患者移动从而将靶标定位在可旋转屏蔽组件的等深点处。所述治疗系统包括在整个系统的功能上整体相关的各种硬件和软件系统。子系统包括：机械子系统；患者台子系统；集成控制子系统；LINAC子系统；治疗计划子系统；治疗递送子系统；成像和监测子系统；控制子系统；安全子系统。这些子系统中的每个子系统可以包括集成机器人系统内的相应硬件和软件部件。应当认识到的是，整个系统不需要包括本文中所描述的所有子系统和相关联特征并且可以包括所述子系统、所描述的子系统的修改形式或其任何组合中的一项或多项。在第一方面，本文中描述的系统和方法被配置用于将解剖靶标维持在系统的等深点处。在一些实施例中，所述系统包括一个或多个相机，所述一个或多个相机可以用于监测患者并且还可以用于确定和/或验证系统的等深点。这种相机可以并入准直器组件中、安装在可移动屏蔽组件内或安装到患者台之上的相邻结构上。在一些实施例中，准直器包括指向患者的两个这种相机。在一些实施例中，所述系统包括至少两个或更多个(通常四个)相机，所述相机安装在患者台之上的固定位置中，从而使得在辐射屏蔽部件旋转时，相机不移动。在一些实施例中，所述系统可以包括可独立定位的一个或多个相机。在第二方面，本文中描述的系统和方法维持自屏蔽环境。在一些实施例中，通过多个屏蔽部件(至少可移动对接的第一和第二屏蔽部件)的协调移动来维持自屏蔽环境。在第三方面，本文中描述的系统和方法经由独立的轴向屏蔽件和倾斜屏蔽件提供用于治疗和成像的MV和kV射束轨迹两者的改善或最大范围。在这种系统中，kV射束发射器可以安装在轴向屏蔽部件中，而MV射束发射器安装在倾斜屏蔽部件内，所述倾斜屏蔽部件可绕横向于轴向屏蔽部件的轴向轴的倾斜轴旋转。在第四方面，本文中描述的系统和方法通过使屏蔽件对称平衡来提供机械优点。在一些实施例中，所述多个屏蔽部件由相比于系统的整体大小具有相对小占位面积的支撑环支撑。在一些实施例中，通过使屏蔽件关于具有相对小占位面积基部的共同支撑件对称平衡从而允许屏蔽件以更大容易度和准确度移动。在一些实施例中，基础环充当促进精确度和准确度的共同支撑件。在第五方面，本文中描述的系统和方法提供可变厚度的倾斜屏蔽件以便使系统的整体重量最小化。屏蔽部件的较少暴露于兆伏(MV)治疗辐射束和/或千伏(kV)诊断辐射束的部分可以具有减小的厚度。这种可变厚度屏蔽可以通过沿着具有更高辐射暴露的屏蔽部分的外部安装附加屏蔽板来形成，或者可以通过可变厚度铸件制作。在第六方面，使本文中描述的系统平衡，从而使得LINAC屏蔽件的重量使束阑的重量平衡。这种平衡提供了允许使用相对小的低转矩电机来移动LINAC屏蔽件的机械优点(例如，如果轴向轴周围的移动部件的中心偏心(例如，5mm)从而产生不平衡，则由重力引起以便对不平衡进行反作用的振荡转矩的最大值将是移动屏蔽件的重量乘以与旋转轴的偏心COG距离(14000kgx5e-3＝700kg.m，其超过现有电机标称额定转矩300kg.m))。附图说明图1展示了根据本专利技术的一些实施例的治疗系统的概览；图2A示出了根据一些实施例的具有支撑基础环和患者台的系统和接口的侧视图；图2B示出了根据一些实施例的具有打开的患者传送门的系统的前视图；图3以简化模型示意性地展示了根据一些实施例的机械子系统的移动轴以其彼此的关系；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自屏蔽外部辐射泄漏的放射外科治疗系统，所述系统包括：辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件限定了内部治疗空间，其中，所述辐射屏蔽件包括可移动地对接的第一屏蔽部件和第二屏蔽部件；共同支撑结构，所述共同支撑结构基本上支撑由所述第一和第二屏蔽部件限定的所述辐射屏蔽件，其中，所述共同支撑结构布置于所述第一和第二屏蔽部件的重心之间，并且所述第一和第二屏蔽部件关于所述共同支撑结构平衡；以及辐射源，所述辐射源布置在所述第一和第二屏蔽部件中的至少一个屏蔽部件中并且被配置用于将治疗射束引导至所述内部治疗空间内的靶标组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.09.06 US 62/554,8761.一种自屏蔽外部辐射泄漏的放射外科治疗系统，所述系统包括：辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件限定了内部治疗空间，其中，所述辐射屏蔽件包括可移动地对接的第一屏蔽部件和第二屏蔽部件；共同支撑结构，所述共同支撑结构基本上支撑由所述第一和第二屏蔽部件限定的所述辐射屏蔽件，其中，所述共同支撑结构布置于所述第一和第二屏蔽部件的重心之间，并且所述第一和第二屏蔽部件关于所述共同支撑结构平衡；以及辐射源，所述辐射源布置在所述第一和第二屏蔽部件中的至少一个屏蔽部件中并且被配置用于将治疗射束引导至所述内部治疗空间内的靶标组织。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括：其中，所述第一屏蔽部件可绕第一轴旋转，所述第一轴沿着支撑于所述内部治疗空间内的患者延伸；其中，所述第二屏蔽部件与所述第一屏蔽部件对接，从而使得所述第一屏蔽部件的旋转使所述第一和第二屏蔽部件两者绕所述第一轴旋转；其中，所述第二屏蔽部件可绕第二轴独立旋转，所述第二轴横向于所述第一轴并且在等深点处与所述第一轴相交；并且其中，所述共同支撑结构支撑所述辐射屏蔽件，从而使得所述第一和第二屏蔽件关于所述第一轴平衡并且所述第二屏蔽部件关于所述第二轴平衡。3.如权利要求1所述的系统，进一步包括：准直器，所述准直器安装在所述第一或第二屏蔽部件之一内并且被配置用于将穿过所述准直器的所述治疗射束引导至所述等深点以便对定位在所述等深点处的靶标进行治疗。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述共同支撑结构是围绕所述辐射屏蔽件延伸的中心环，所述中心环垂直地布置在所述第一屏蔽部件的重心与所述第二屏蔽部件的重心之间。5.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一屏蔽件被配置成绕所述第一轴旋转360度并且所述第二屏蔽被配置成绕所述第二轴旋转360度，以便允许从涵盖治疗球体的大部分的多个位置将所述辐射束引导至所述等深点。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第一屏蔽件被配置成绕第一轴旋转360度，而所述第二屏蔽被配置成绕所述第二轴旋转至少180度；或者所述第一屏蔽被配置成绕第一轴旋转至少180度，而所述第二屏蔽被配置成绕所述第二轴旋转360度。7.如权利要求3所述的系统，其中，所述辐射源是安装在所述第二屏蔽部件内、与布置在所述第二屏蔽部件中的所述准直器成一条直线的治疗辐射束发射器。8.如权利要求3所述的系统，其中，所述辐射源是安装在所述第一屏蔽部件内、与布置在所述第一屏蔽部件中的所述准直器成一条直线的治疗辐射束发射器。9.如权利要求7所述的系统，进一步包括：治疗辐射束检测器单元，所述治疗辐射束检测器单元安装在所述第二屏蔽部件内、与布置在所述第二屏蔽部件中的所述准直器成一条直线且与其相对。10.如权利要求2所述的系统，其中，所述第二屏蔽部件可连续旋转以便允许所述治疗辐射束的轨迹沿着绕所述第二轴的旋转路径从任何方向与所述靶标相交。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述第二屏蔽部件可在回转环形轴承组件内旋转，所述回转环形轴承组件安装在所述共同支撑件上并且由一个或多个电机驱动。12.如权利要求11所述的系统，其中，所述回转环形轴承组件包括安装到所述共同支撑件上的外回转环，所述外回转环与支撑所述第一屏蔽部件的内回转环和支撑所述第二屏蔽部件的治疗支架可旋转地对接。13.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二屏蔽部件与所述治疗支架可旋转地耦接并且可沿着安装在所述治疗支架上并且由一个或多个电机驱动的回转环轴承组件绕所述第二轴连续旋转。14.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件中的每一个沿着所述第一和第二轴的旋转由一个或多个线性电机驱动。15.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一轴是水平的，并且所述第二轴横向于所述第一轴成45度。16.如权利要求2所述的系统，进一步包括：诊断辐射束发射器，所述诊断辐射束发射器安装在所述第一屏蔽部件内并且被配置用于引导诊断辐射束穿过所述靶标到达诊断辐射束检测器，所述诊断辐射束检测器安装在所述第二屏蔽部件内、与所述诊断辐射束发射器相对。17.如权利要求16所述的系统，其中，所述第一屏蔽部件可绕所述第一轴连续旋转以便允许所述诊断辐射束的轨迹沿着绕所述第一轴的旋转路径从任何方向与所述靶标相交。18.如权利要求2所述的系统，进一步包括：控制子系统，所述控制子系统可操作地耦接至所述第一和第二屏蔽部件并且被配置用于协调所述第一和第二屏蔽部件沿着相应第一和第二轴的移动以便允许从所述辐射源发射的所述治疗射束的轨迹沿着治疗球体从多个方向与所述靶标相交。19.如权利要求2所述的系统，进一步包括：患者台，所述患者台用于支撑所述患者的具有处于所述辐射屏蔽件的所述内部治疗空间内的所述靶标的至少一部分。20.如权利要求2所述的系统，进一步包括：一个或多个相机，所述一个或多个相机被配置用于确定所述等深点相对于患者台的位置。21.如权利要求19所述的系统，其中，所述患者台可沿着至少三个轴移动并且与所述控制系统可操作地耦接，其中，所述控制系统被进一步配置用于将所述患者的所述靶标维持在所述等深点处。22.如权利要求21所述的系统，其中，所述患者台包括可调整头枕部分，所述可调整头枕部分被配置用于允许调整所述头枕的俯仰角以便增大所述治疗辐射束的可用轨迹范围。23.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括可旋转入口壳体，所述可旋转入口壳体可在封闭位置与打开位置之间绕水平轴旋转，其中，在所述封闭位置中，所述壳体在治疗期间覆盖患者台的至少一部分，并且在所述打开位置中，所述壳体旋转到所述患者台下面以便暴露所述患者台从而促进将所述患者定位在所述患者台上。24.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括入口门，所述入口门可在用于促进所述患者进入所述治疗系统的打开位置与所述患者被封闭在所述治疗系统的屏蔽环境内的关闭位置之间操作，所述门可在所述打开与关闭位置之间在垂直方向上操作。25.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统布置于混凝土坑内以便减小所述系统的整体高度并减小屏蔽要求。26.如权利要求7所述的系统，其中，所述治疗辐射束检测器单元是可移除的以便允许在每次治疗之前进行替换。27.如权利要求7所述的系统，其中，所述治疗辐射束检测器单元包括一个或多个闪烁检测器和一个或多个相机。28.如权利要求7所述的系统，其中，所述治疗辐射束检测器单元包括一个或多个闪烁检测器和一个或多个光电二极管。29.如权利要求7所述的系统，进一步包括：控制单元，所述控制单元与所述治疗辐射发射器和所述治疗辐射束检测器单元可操作地且通信地耦接，所述控制单元被配置用于基于从所述治疗辐射束检测器单元接收的信号监测并验证向所述靶标递送的所述治疗辐射。30.如权利要求16所述的系统，进一步包括：控制单元，所述控制单元与所述治疗辐射发射器、所述第一和第二屏蔽部件以及可移动患者台可操作地且通信地耦接，其中，所述控制单元被配置用于从自所述诊断辐射束检测器获得的多个图像中生成诊断成像结果，并且其中，所述控制单元被进一步配置用于控制从所述治疗辐射发射器递送所述治疗辐射束并且根据需要调整所述可移动患者台以便基于所述诊断成像结果使所述靶标与所述等深点对准。31.如权利要求30所述的系统，其中，所述控制单元被配置用于通过将第一图像与数字重构射线影像(DRR)图像进行比较和组合来生成所述诊断成像结果。32.如权利要求31所述的系统，其中，所述控制单元被进一步配置用于：在所述第一屏蔽部件的第一位置处获得所述第一图像并将所述第一图像与所述DRR图像关联以便生成2D平移在所述第一屏蔽部件的第二位置处获得第二图像并将所述第二图像与所述DRR图像关联以便生成第二2D平移；基于所述2D平移生成3D平移结果并与所述第二图像进行比较；并且基于所述3D平移结果与所述第二图像的所述比较控制向所述靶标递送所述放射治疗射束。33.如权利要求32所述的系统，其中，所述控制单元被配置用于通过沿着所述第一轴旋转所述第一屏蔽部件来将所述诊断辐射发射器从所述第一位置移动到所述第二位置，其中，所述第一和第二位置至少间隔20度。34.如权利要求32所述的系统，其中，所述控制单元被配置用于基于所述3D平移结果与所述第二图像的所述比较调整所述患者台以便使所述靶标与所述等深点对准。35.如权利要求32所述的系统，其中，所述控制单元被配置用于：当对所述3D平移结果的所述比较指示所述靶标与所述等深点对准时，在所述第一屏蔽部件的所述第二位置处递送所述治疗辐射束。36.如权利要求32所述的系统，其中，将所述3D平移结果与所述第二图像进行比较包括：当所述第一图像对应于近乎对准时，生成3D旋转。37.如权利要求30所述的系统，其中，所述控制单元被配置用于通过以下方式生成所述诊断图像结果：对多个2D图像中的每一个执行平面内图像增强和优化变换，直到指示近乎对准；以及当指示近乎对准时，对组合图像执行平面外图像增强和优化变换以便生成所述诊断成像结果。38.如权利要求7所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件具有可变厚度，从而使得较少暴露于所述治疗辐射束或诊断辐射束的部分具有减小厚度。39.如权利要求7所述的系统，其中，所述第一屏蔽部件包括被选择且被安装以便平衡所述第二屏蔽部件的重量的配重件。40.一种可移除治疗辐射束检测器单元，包括：闪烁检测器；一个或多个光电传感器，所述一个或多个光电传感器相对于所述闪烁检测器以基本上固定的位置和对准被配置和安排以便测量从所述闪烁检测器发射的光；连接器，所述连接器耦接至所述一个或多个光电传感器以便促进对所述一个或多个光电传感器的外部控制以及将来自所述光电传感器的输出传输至外部控制设备；以及一个或多个可释放耦接特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·阿克基雷，R·威尔伯，J·阿德莱尔，M·毕朗，R·M·波渡鲁里，H·张，T·麦克德莫特，C·李，K·索纳瓦里，C·詹金斯，
申请(专利权)人：睿谱外科系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US