多可旋转高强度放射源和环形成像器放射治疗或手术系统技术方案

本发明专利技术提供以环形治疗台架配置的放射治疗或放射手术系统，包括配置为围绕公共旋转轴旋转的至少两个高强度的基于直线加速器的放射源和一个环形成像装置。三个放射源配置为每个放射源发射相对于公共旋转轴具有角度(α1、α2或α3)的放射束，并共同聚焦于等中心点。角度α1、α2和α3彼此独立，为常数或可以小于

【技术实现步骤摘要】
多可旋转高强度放射源和环形成像器放射治疗或手术系统


[0001]本专利技术总体上涉及放射治疗或放射手术的
本专利技术包括放射治疗或放射手术系统，其包括两个或更多个可旋转高强度放射源和环形成像器，及其方法。本专利技术中的两个或多个高强度放射源将大体上通过三个直线加速器(LINAC)进行说明、解释和举例说明，这是因为LINAC因其紧凑的尺寸和高辐射强度而成为高强度放射源的优选选择之一，且三个放射源的数量是平衡功能(或效率)和成本的最佳选择之一。然而，应理解，放射源的数量可以是两个、三个、四个或更多个；且放射源也可以是任何其他类型的放射源，例如发射高强度辐射的同位素、X射线和任何其他紧凑型加速器产生的其他粒子等。

技术介绍

[0002]放射治疗或放射疗法通过破坏靶细胞诸如癌细胞的DNA而起作用。DNA损伤可由DNA原子的直接或间接电离引起。DNA原子的间接电离涉及非DNA原子诸如水的电离，形成诸如羟基自由基这样的破坏DNA的自由基。例如，光子疗法中的大部分辐射效应是通过自由基产生的。
[0003]放射疗法的类型包括外部射束放射疗法(EBRT或XRT)或远程疗法(包括使用质子或更重离子的粒子疗法)；近距离放射治疗或密封源放射治疗；全身放射性同位素治疗或非密封源放射治疗；放射性核素治疗；和术中放疗。在EBRT过程期间，患者躺在或坐在床位上，且外部电离放射源指向身体的特定部位。兆伏X射线用于治疗深部肿瘤(例如膀胱、肠、前列腺、肺或脑)，而正电压X射线用于治疗皮肤癌和浅表结构。相比之下，兆伏电子束通常用于治疗延伸到大约5cm深度的浅表病变(增加的电子束能量对应于更大的穿透力)。较重粒子束，尤其是质子束，因为它们在靶深度以下的吸收剂量会迅速下降所以也可用于EBRT。
[0004]调强放射治疗(IMRT)通常用于基于兆伏X射线的EBRT中，以保护关键器官(处于危险中的器官)，同时保持对靶的足够辐射剂量。多叶片准直器(MLC)由两排(组)金属小叶片组成，所述金属小叶片可被移动以对放射野整形，或在放射野内移动以阻挡对关键器官的辐射，其通常与复杂的逆向治疗计划系统组合来计算最佳叶片移动模式以实现IMRT目标。MLC叶片需要从放射野的一个边缘行进到另一边缘。两组的叶片长度应略长于放射野的开口。
[0005]图像引导放射治疗(IGRT)经常用于在即将进行治疗之前准确定位患者，或在治疗期间通过对治疗室中处于治疗位置的患者进行成像来检查位置，并执行与治疗计划中的参考图像的图像配准或图像比较。用于IGRT的成像技术可包括荧光造影、数字X射线、计算机断层扫描(CT)、锥形束CT、MVCT、光学跟踪、MRI、超声、PET和电磁应答器等。IGRT可大大提高放疗的精准度。
[0006]然而，当前可用的用于诊断放射术的成像器，诸如CT、MRI和PET，大多是环形的。环形结构限制治疗床位在环内旋转，并因此不能为患者提供非共面立体定向治疗。目前可用的MRI
‑
LINAC，诸如Unity(Elekta公司产)和Mridian(Viewray公司产)，以及PET/CT集成LINAC，诸如Reflexion(Reflexion Medical公司产)，使用用于治疗单元的基于单个LINAC
的环形设计。然而，由于床位不能在环内旋转，所以放射只能以共面的方式施加。对靶的剂量分布不如诸如伽玛刀和Zap
‑
X这样的立体定向治疗设备提供的非共面立体定向放射治疗。虽然伽玛刀和ZAP
‑
X可提供非共面立体定向治疗，但它们仅限于治疗颅骨区域的病变，并且设备中没有集成环形成像器。此外，伽玛刀和ZAP
‑
X都使用圆形准直器来限定放射野，需要使用多次照射来覆盖不规则的靶，而且ZAP
‑
X只用一个LINAC，需要多次旋转才能得到非共面立体定向放射治疗，因此，伽玛刀和ZAP
‑
X的施照时间往往需要几十分钟，如30
‑
60分钟，对于一个大病灶，其施照时间可延长到一个小时以上。
[0007]有利地，本专利技术的放射治疗或放射手术系统所具有的环形治疗机头(ring
‑
shaped structure)可在一次旋转下提供非共面立体定向放射施照，从而让放射施照时间缩短到0.1
‑
20秒成为可能，从而克服现有技术中的问题。在一些实施例中，本专利技术的放射治疗或放射手术系统使用多个高强度放射源的特殊设计和用于每个源的紧凑型MLC以克服现有技术中的问题，达到放射施照时间缩短到0.1
‑
20秒的目的。此外，本专利技术的放射治疗或放射手术系统可在0.1
‑
20秒钟内完成治疗，这不但能大幅提高放射治疗效率，还可减轻病人在治疗中移动引起的一些问题，并且能降低对流过靶区的血液的照射时间，从而降低对循环血液里的免疫细胞的放射损伤。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个方面提供了一种放射治疗或放射手术系统，其包括至少两个放射源(优选地至少三个放射源，并且更优选地仅三个放射源)，所述放射源被配置为围绕公共旋转轴旋转并且以旋转轴上共同点为靶。旋转轴上的共同点被定义为等中心点，且预定的治疗靶位于等中心点。在使用三个或更多个放射源的示例性实施例中，第一放射源发射第一放射束，该第一放射束从第一方向(例如，第一放射束的中心轴)照射在预定治疗靶上，并且第一角度α1被定义为第一方向和公共旋转轴之间的夹角。第二放射源发射第二放射束，该第二放射束从第二方向(例如第二放射束的中心轴)照射在预定治疗靶上，且第二角度α2被定义为第二方向与公共旋转轴之间的夹角。第三放射源发射第三放射束，该第三放射束从第三方向(例如第三放射束的中心轴)照射到预定的治疗靶上，且第三角度α3被定义为第三方向与公共旋转轴之间的夹角。当(例如在放射治疗期间)至少三个放射源围绕公共旋转轴旋转时，角度α1、α2和α3彼此独立，恒定或可以以小于
±
15
°
的幅值变化。当(例如在放射治疗期间)至少三个放射源围绕公共旋转轴旋转时，无论角度α1、α2和α3是常数或变量，它始终保持为α1≠α2、α1≠α3且α2≠α3。
[0009]在一些实施例中，至少两个放射源是高强度放射源。术语“高强度”在此通常定义为在源距靶距离100cm处至少20Gy/分钟的剂量率。需要高剂量率来实现20秒的最大施照时间，尤其是对于放射手术治疗。然而，在某些情况下，特别是对于放射治疗，在源距靶距离100cm处至少3Gy/分钟的剂量率也是可以接受的。因此，在源距靶距离100cm处3
‑
20Gy/min的剂量率仍被定义为高强度。
[0010]在各种实施例中，这些高强度放射源在环形治疗台架(gantry)的特殊配置和对每个放射源使用独有的紧凑型MLC使得系统可在治疗床不旋转的情况下只旋转环形治疗台架(gantry)来施行高保形的非共面立体定向放射治疗。这种环形治疗台架可与环形结构的成像装置一起集成到系统中，以提供高精度的图像引导。因此，本专利技术可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射治疗或放射手术系统，包括至少两个放射源，其被配置为围绕公共旋转轴旋转并以所述旋转轴上的共同点为靶；其中，所述旋转轴上的所述共同点被定义为等中心点，且预定的治疗靶位于所述等中心点处；其中，所述至少两个放射源中的第一放射源发射第一放射束，所述第一放射束从第一方向(例如，所述第一放射束的中心轴)照射在预定治疗靶上，且第一角度α1被定义为所述第一方向与所述公共旋转轴之间的夹角；其中，所述至少两个放射源中的第二放射源发射第二放射束，所述第二放射束从第二方向(例如，第二放射束的中心轴)照射在预定治疗靶上，且第二角度α2被定义为所述第二方向与所述公共旋转轴之间的夹角；其中，当所述至少两个放射源围绕所述公共旋转轴旋转时，至少两个角度α1和α2相互独立地为常数或可以以小于
±
15
°
的幅值变化；以及其中，当所述至少两个放射源围绕所述公共旋转轴旋转时，其始终保持至少α1≠α2，而无论所述至少两个角度α1和α2是常数还是可变的。2.根据权利要求1所述的放射治疗或放射手术系统，其中，所述至少两个放射源包括至少三个放射源，所述至少三个放射源包括第三放射源，所述第三放射源也被配置为围绕所述公共旋转轴旋转并且以所述旋转轴上的共同点为靶；其中，第三放射源发射第三放射束，其从第三方向(例如所述第三放射束的中心轴)照射到预定的治疗靶上，且第三角度α3被定义为所述第三方向与所述公共旋转轴之间的夹角；其中，当至少三个放射源围绕公共旋转轴旋转时，所述至少三个角度α1、α2和α3彼此相互独立地为常数或可以以小于
±
15
°
的幅值变化；以及其中，当所述至少三个放射源围绕所述公共旋转轴旋转时，其始终保持至少α1≠α2,α1≠α3且α2≠α3，而不管至少三个角度α1、α2和α3是常数或变化的。3.根据权利要求1所述的放射治疗或放射手术系统，其中，在所述至少两个放射源开始围绕公共旋转轴旋转之前，允许针对个体患者调整至少两个角度(α1和α2)的初始值。4.根据权利要求2所述的放射治疗或放射手术系统，其中，在所述至少三个放射源开始围绕所述公共旋转轴旋转之前，α1的初始值在30
‑
75
°
的范围内，α2的初始值在75
‑
105
°
的范围内，并且α3的初始值在105
‑
150
°
的范围内。5.根据权利要求2所述的放射治疗或放射手术系统，其中，所述至少三个放射源中的每一个都投影到经过所述等中心点并且垂直于所述公共旋转轴的平面上，并且将所述源投影连接到所述等中心点的线被定义为对应放射源的投影线；其中，角度β1被定义为所述第一放射源的所述投影线与所述第二放射源的所述投影线之间的夹角；其中，角度β2被定义为所述第二放射源的所述投影线与所述第三放射源的所述投影线之间的夹角；其中，角度β3被定义为所述第三放射源的投影线与所述第一放射源的所述投影线之间的夹角，并且其中，β1、β2和β3在100
‑
140
°
范围内彼此相互独立。
6....

【专利技术属性】
技术研发人员：金见悦，孔凤鸣，
申请(专利权)人：孔凤鸣，
类型：发明
国别省市：