用于發(fā)射引導(dǎo)的放療的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種裝置，包括：輻射源；重合正電子發(fā)射檢測器，其被配置為檢測在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的重合正電子湮沒發(fā)射；以及控制器，其與所述輻射源和所述重合正電子發(fā)射檢測器通信，所述控制器被配置為識別與所述坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個體部相交的重合正電子湮沒發(fā)射路徑以及沿識別的重合正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)所述輻射源。
【專利說明】用于發(fā)射引導(dǎo)的放療的方法和裝置
[0001]本申請是申請日為2009年3月9日，發(fā)明名稱為“用于發(fā)射引導(dǎo)的放療的方法和裝置”的中國專利申請CN200980108991.2 (PCT/US2009/001500進入中國國家階段的申請)的分案申請，在此請求原案的相關(guān)優(yōu)先權(quán)權(quán)益。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本專利申請要求2008年3月14日提交的美國臨時專利申請第61/036，709號和2009年2月9日提交的美國專利申請第12/367,679號的優(yōu)先權(quán)；所述申請的全部內(nèi)容在此引入作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及用于放療的裝置和方法，具體地說，涉及使用高能輻射治療身體內(nèi)的癌變組織的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0005]放療(RT)是一種使用高能輻射(例如，X射線)治療身體內(nèi)的癌變組織以殺死腫瘤細(xì)胞的方法。存在兩種主要類型的RT:內(nèi)束和外束。通過將輻射性材料植入患者體內(nèi)要治療的癌變部位內(nèi)部或附近來實現(xiàn)內(nèi)束RT。通過將高能輻射束瞄準(zhǔn)患者以使其穿過要治療的區(qū)域來實現(xiàn)外束RT。外部RT在近幾十年來有很大的發(fā)展。為了在使健康組織免于受到傷害的同時將致命的輻射劑量施加于腫瘤，使用了諸如三維保角束RT之類的技術(shù)以使射束的形狀匹配腫瘤在患者表面上的二維投影。此外，圍繞患者以各種角度和不斷變化的強度施加射束以便最大化對腫瘤的劑量，同時盡量減小對周圍健康組織的劑量。這稱為強度調(diào)制 RT (IMRT)0
[0006]但是，與腫瘤位置和`運動相關(guān)的不確定性會限制外束RT的有效性。患者安置的可變性以及由于內(nèi)部器官的移位造成的腫瘤位置的自然變化都會產(chǎn)生靜態(tài)誤差。它們會隨治療而改變。治療期間腫瘤的運動(例如，由于患者呼吸)會產(chǎn)生動態(tài)誤差。例如，已知肺部腫瘤在正?；颊吆粑陂g移動的量級為1-2厘米。這種持續(xù)的問題導(dǎo)致了一類新的RT系統(tǒng):影像引導(dǎo)RT(IGRT)。這些技術(shù)包括使用常規(guī)醫(yī)療成像的醫(yī)療方式(X射線、CT、MR1、PET等)在治療之前和有時與治療同時地形成腫瘤區(qū)域的影像，以便可以在治療時知曉腫瘤位置。
[0007]但是，IGRT技術(shù)受限于腫瘤成像的缺乏確切性(例如，在許多情況下，幾乎不可能從X射線CT目測腫瘤邊界)或較差的時間分辨率(PET是使癌成像的最靈敏的醫(yī)療方式，但是其要花費幾分鐘來形成良好質(zhì)量的PET影像)。在任一情況下，在RT期間動態(tài)地跟蹤腫瘤仍非常困難。
[0008]正電子發(fā)射斷層成像(PET)是一種頻繁用于檢測身體中的癌變組織的醫(yī)療成像醫(yī)療方式。首先將標(biāo)記有福射性原子(稱為PET福射示蹤劑)的分子注入患者體內(nèi)。患者體內(nèi)的輻射性原子經(jīng)歷輻射性衰變并發(fā)射正電子。一旦從原子發(fā)出，正電子就將快速地與附近的電子碰撞，其后兩者都將湮沒。從湮沒點將發(fā)出兩個高能光子(511keV)并且它們以相反方向移動。當(dāng)兩個PET照相機同時檢測到這兩個光子時，則知道在沿連接兩個PET照相機的線的某處發(fā)生了湮沒。此線被稱為正電子湮沒發(fā)射路徑。從數(shù)千個這些發(fā)射路徑收集的信息用于逐步地組合身體內(nèi)PET輻射示蹤劑分布的影像。最常用的PET輻射示蹤劑是氟-18氟代脫氧葡萄糖(FDG)。其是葡萄糖替代物并且因此用于反映體內(nèi)新陳代謝活動的速率。因為癌變組織往往在新陳代謝上比健康組織更活潑，所以相對于正常組織，腫瘤中的FDG吸收會增加并且因而PET信號將增大。FDG-PET是可用于檢測癌癥存在的最靈敏的成像醫(yī)療方式之一。它廣泛用于癌癥診斷和療效觀察。但是，與外束RT同時使用PET是不切實際的。PET成像將花費約10分鐘來獲得合適質(zhì)量的影像，這嚴(yán)重限制了將PET用作動態(tài)跟蹤腫瘤位置的試劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及用于沿重合(coincident)正電子湮沒發(fā)射路徑進行掃描和對準(zhǔn)輻射的裝置和方法。一種方法包括:根據(jù)診療過程(session)期間與預(yù)定體部(volume)相交的輻射性事件檢測重合正電子湮沒發(fā)射路徑；以及在所述診療過程期間沿所述發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射源。各種實例包括響應(yīng)于各個檢測的發(fā)射事件而重復(fù)地和及時地對準(zhǔn)輻射。各種實例包括接收位置數(shù)據(jù)以識別預(yù)定體部和避免將輻射導(dǎo)向輻射敏感區(qū)域。
[0010]提供了一種用于在輻射診療過程期間對準(zhǔn)輻射的裝置。所述裝置包括:輻射源；重合正電子發(fā)射檢測器，其被配置為檢測在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的重合正電子湮沒發(fā)射；以及控制器，其與所述輻射源和所述重合正電子發(fā)射檢測器通信，所述控制器被配置為識別與所述坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個體部相交的重合正電子湮沒發(fā)射路徑，以及沿識別的重合正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)所述輻射源。
[0011]此
【發(fā)明內(nèi)容】
是本申請的某些教導(dǎo)的概述，并不是要作為本發(fā)明的排他或窮舉治療。在詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求中可找到有關(guān)本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其法律等同物限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沿正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射的
裝置；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沿重合正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射的方法的流程圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于對準(zhǔn)和引導(dǎo)規(guī)定劑量的輻射的方法的流程圖；
[0015]圖4A-4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沿正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射的裝置；
[0016]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的準(zhǔn)直組件；以及
[0017]圖6A-6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沿正電子湮沒發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射的C臂機架。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明的以下詳細(xì)描述涉及附圖中的主題，所述附圖通過例示的方式示出了其中可實現(xiàn)所述主題的特定方面和實施例。以足夠的細(xì)節(jié)描述這些實施例，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)所述主題。本公開中對“一個”、“某一”或“各種”實施例的引用并不必然指同一實施例，并且此類引用構(gòu)想了多個實施例。因此，不應(yīng)以限制的意義理解以下詳細(xì)描述，并且其范圍僅由所附權(quán)利要求以及此類權(quán)利要求所具有的法律等同物的完整范圍來限定。
[0019]本發(fā)明涉及一種新的種類的稱為發(fā)射引導(dǎo)放療(“EGRT”)的技術(shù)。一種EGRT方法包括，通過使用沿所檢測的發(fā)射路徑的輻射束響應(yīng)各個發(fā)射事件來在治療階段直接使用對癌癥高度敏感的發(fā)射醫(yī)療方式。如果輻射響應(yīng)在發(fā)射檢測之后的足夠短的時間段內(nèi)發(fā)生，則腫瘤部位將不會有明顯移動并且將照射到腫瘤部位。因此，在發(fā)射引導(dǎo)放療中內(nèi)在地實現(xiàn)了腫瘤跟蹤并且不需要完全知曉實際腫瘤位置或運動。通過使用一系列相應(yīng)輻射束響應(yīng)來自腫瘤部位的一系列發(fā)射事件，可以有效地實現(xiàn)治療而與腫瘤位置不確定性無關(guān)。還可以以此方式同時治療多個腫瘤。此外，可以執(zhí)行與當(dāng)前RT規(guī)程所采用的程序相同的預(yù)先計劃的程序，以識別腫瘤將始終存在于其中(包括其運動)的體部，從而不將輻射或?qū)⒆钌俚妮椛涫┘佑谀[瘤不存在的區(qū)域，和/或所述治療可避開體內(nèi)輻射敏感的器官。 [0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沿檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑感測和對準(zhǔn)輻射的裝置。在各實施例中，裝置130包括由框架(未示出)支撐的圓形可移動機架、輻射源131、正電子湮沒發(fā)射傳感器133、運動系統(tǒng)134以及控制器135。在各實施例中，裝置包括與輻射源相對布置以測量施加到所關(guān)注的體部138的輻射的X射線檢測器132。輻射源131、x射線檢測器132以及正電子發(fā)射傳感器133被安裝到可移動機架。正電子發(fā)射傳感器133被安裝在輻射源131與X射線檢測器132之間的機架上。在各實施例中，所述裝置包括相結(jié)合的X射線和正電子發(fā)射傳感器，以便正電子發(fā)射傳感器從輻射源的一側(cè)到另一側(cè)在接近整個機架圓形上提供感測能力。在一個實施例中，X射線檢測器包括但不限于高能百萬電子伏特(MeV)檢測器。正電子發(fā)射傳感器133適于通過感測正電子湮沒事件期間發(fā)射的重合光子路徑136而檢測所述事件。在各實施例中，運動系統(tǒng)圍繞體部138移動機架及附加設(shè)備以將輻射源對準(zhǔn)所檢測的發(fā)射的路徑?？刂破?35與輻射源131、正電子發(fā)射傳感器133、X射線檢測器132以及運動系統(tǒng)134相連?？刂破?35識別與所識別的體部138相交的重合光子發(fā)射路徑136并協(xié)調(diào)輻射源131的對準(zhǔn)、配置和觸發(fā)，以便沿所識別的發(fā)射路徑將輻射導(dǎo)向體部138。在各實施例中，控制器接收一個或多個關(guān)注的體部138的位置信息，以便限制任何對關(guān)注區(qū)域施加的治療。在各實施例中，控制器編程有系統(tǒng)將不會照射的一個或多個體部。這些體部中的某些實例包括要保護免于輻射線的輻射敏感區(qū)域，或者先前可能已治療并在任何特定診療過程中無需治療的某一區(qū)域。在某些實施例中，通過檢測若干正電子湮沒發(fā)射并繪制活動圖形來在輻射診療過程的第一階段中識別所關(guān)注的體部138。在各實施例中，輻射源包括用于使來自輻射源的輻射成形并精確地引導(dǎo)輻射的準(zhǔn)直組件139。
[0021 ] 在各實施例中，控制器使用公共坐標(biāo)系統(tǒng)移動輻射源、正電子發(fā)射檢測器或同時移動兩者。在一個實施例中，正電子發(fā)射檢測器是固定靜止的，并且可使用參考公共坐標(biāo)系統(tǒng)的機器人運動系統(tǒng)移動輻射源。在某些實施例中，輻射源和正電子發(fā)射檢測器都可移動并使用參考公共坐標(biāo)系統(tǒng)的單獨運動系統(tǒng)。將理解的是，可存在用于移動輻射源、正電子發(fā)射檢測器或兩者的各種運動系統(tǒng)而不偏離本發(fā)明的范圍，所述運動系統(tǒng)包括環(huán)形機架、直線機架、關(guān)節(jié)臂式機器人、定制機器人或它們的組合。[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在輻射診療過程期間掃描體部的方法250的流程圖。通常，在進行放療之前以一段較長的時間使腫瘤成像。在治療期間，輻射被引導(dǎo)到腫瘤最后成像時所在的位置。腫瘤可在相對較短的時間間隔內(nèi)遷移較長的距離。此類遷移可源自諸如患者改變姿勢、咳嗽甚至呼吸之類的無害事件。放療的典型目標(biāo)是將足夠的輻射施加于腫瘤以殺死腫瘤組織，同時盡量減少施加到非腫瘤組織的輻射。如果腫瘤在成像后發(fā)生移動，某些輻射會在輻射期間未命中腫瘤，因而腫瘤的某些部分可能在經(jīng)歷治療后仍然存活，而某些健康組織可能接收到致命的輻射量。此外，如果在治療期間將輻射施加到腫瘤的已經(jīng)死亡的部分，則患者將承受比必須的量更多的輻射。在醫(yī)療應(yīng)用中，本方法提供了存活腫瘤組織的實時跟蹤并將輻射引導(dǎo)到腫瘤組織。方法250包括從與體部相交的輻射性事件檢測重合正電子湮沒發(fā)射路徑251，以及沿所述發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射源252。在各實施例中，所述方法包括在體部的容納物顯著移動之前沿檢測的發(fā)射路徑將輻射導(dǎo)向所述體部。在醫(yī)療應(yīng)用中，以及時的方式沿檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑施加輻射提供了將放療施加于存活腫瘤組織的確定性；即使腫瘤自最后成像以來已經(jīng)遷移也是如此。
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在輻射診療過程期間將預(yù)定劑量的外部輻射引導(dǎo)到所關(guān)注的體部的方法360的流程圖。所述方法包括接收描述一個或多個所關(guān)注體部的位置數(shù)據(jù)361。在各種情況中，在治療前的規(guī)劃階段生成所述數(shù)據(jù)。在某些情況中，已執(zhí)行充分的成像以診斷和跟蹤諸如患病組織區(qū)域之類的所關(guān)注的體部。此成像可用于確定關(guān)注的腫瘤存在于其中并在其中移動的可能體部?？蓮脑\斷期間完成的成像生成所述數(shù)據(jù)。在某些實施例中，接收多個體部的位置數(shù)據(jù)，以便可在診療過程期間將輻射導(dǎo)向若干體部。識別諸如癌癥腫瘤組織之類的關(guān)注體部例如可包括多種醫(yī)療方式，包括但不限于X射線成像、計算機斷層成像(CO、磁共振成像(MRI)、正電子發(fā)射斷層成像(PET)或它們的組合?？梢栽诓黄x本發(fā)明的范圍的情況下存在其他醫(yī)療方式。
[0024]在各實施例中，在輻射診療過程之前，向所關(guān)注的體部提供輻射示蹤劑。輻射示蹤劑提供了正電子源以便實時跟蹤所述體部。所述方法然后接收體部的位置數(shù)據(jù)361 (如果尚未接收)。在各種實施例中，接收體部的位置數(shù)據(jù)包括用機器的參考點(例如，輻射源)登記所述體部。在各種實施例中，用機器登記所述體部包括使用機器的輻射源執(zhí)行低劑量CT掃描。在某些實施例中，接收一`個或多個體部的位置數(shù)據(jù)以及用機器登記每個體部包括，檢測多個發(fā)射事件并繪制事件的圖形以識別所述體部。將理解的是，可存在其他用外部輻射機器登記體部的方法而不偏離本發(fā)明的范圍。在某些實施例中，接收體部的位置數(shù)據(jù)包括接收不被照射的區(qū)域的位置數(shù)據(jù)。
[0025]所述方法還包括:從與關(guān)注的體部相交的正電子湮沒事件檢測重合發(fā)射路徑362，沿檢測的發(fā)射路徑對準(zhǔn)輻射源363，然后沿檢測的發(fā)射路徑將輻射引導(dǎo)到所述體部364。在各實施例中，在檢測到發(fā)射事件時，所下載的位置數(shù)據(jù)用于判定事件是否與關(guān)注的體部相交。
[0026]在各實施例中，輻射源和發(fā)射檢測器圍繞一個或多個體部移動以允許檢測發(fā)射事件并從多個角度引導(dǎo)輻射。從多個角度將輻射導(dǎo)向體部最大程度上減少了將介入的身體部分(如健康組織)暴露于輻射。在各實施例中，使用在先的成像調(diào)整輻射源的強度以考慮所述體部在其他身體部分內(nèi)的深度。在各實施例中，隨著診療過程的進展，控制器根據(jù)診療過程期間檢測的發(fā)射事件分析一個或多個關(guān)注的體部并構(gòu)建其圖形。在各實施例中，隨著圖形變得更加詳細(xì)，控制器根據(jù)所述圖形沿檢測的發(fā)射路徑有選擇地對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射。
[0027]—旦將輻射引導(dǎo)到體部，控制器記錄引導(dǎo)到患者的輻射的量或輻射劑量365。在各實施例中，與輻射源相對的X射線檢測器記錄導(dǎo)向并穿過所述體部的輻射?？刂破鞅O(jiān)視累計的輻射，并繼續(xù)檢測發(fā)射事件和沿檢測的發(fā)射路徑引導(dǎo)輻射，直到已將規(guī)定的輻射劑量導(dǎo)向每個關(guān)注的體部366。在各實施例中，檢測的正電子發(fā)射事件的累計可用于形成關(guān)注的體部和周圍身體部分的圖像。在醫(yī)療應(yīng)用中，檢測的正電子發(fā)射事件的累計可用于構(gòu)建所述體部的新陳代謝活動的圖像。在某些實施例中，所述圖像數(shù)據(jù)可用于改變后續(xù)的治療。
[0028]在各實施例中，如在醫(yī)療應(yīng)用中使用的那些實施例，諸如癌變腫瘤組織之類的所關(guān)注的體部具備輻射示蹤劑作為正電子源，以便實時跟蹤所述體部。典型的輻射示蹤劑包括發(fā)射正電子的不穩(wěn)定核素。正電子與軌道電子具有相同的質(zhì)量，但是帶有正電荷。正電子的獨特特性是其不能在自然界中靜止地存在。一旦其失去動能，正電子就立即與帶有負(fù)電荷的電子結(jié)合并經(jīng)歷湮沒反應(yīng)，其中兩個粒子的質(zhì)量完全轉(zhuǎn)化成形式為兩個0.511MeV湮沒光子的能量，所述光子以彼此大約180度的角度離開它們的產(chǎn)生位置。兩個511keV伽馬射線的檢測形成了借助輻射示蹤劑瞄準(zhǔn)存活腫瘤組織的基礎(chǔ)。
[0029]在臨床實踐和癌癥研究中常用的輻射示蹤劑是氟-18氟代脫氧葡萄糖(FDG)，其是一種新陳代謝PET輻射示蹤劑。FDG (—種類似葡萄糖的物質(zhì))被諸如大腦、腎臟以及癌癥細(xì)胞之類的利用較高葡萄糖的細(xì)胞所吸收，其中磷酸化防止了葡萄糖被完整地釋放。這樣，存活患病組織將比健康組織更強烈地吸收和聚集新陳代謝PET輻射示蹤劑。由于死亡組織不會吸收輻射示蹤劑，所以新陳代謝輻射示蹤劑的附加益處是其提供了腫瘤的存活組織的實時跟蹤。結(jié)果，在沿檢測的發(fā)射路徑施加放療中，所述方法提供了高度的確定性，即輻射不僅被精確地施加到腫瘤，而且被施加到腫瘤的存活組織。將理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其他具有正電子發(fā)射輻射性核素的輻射示蹤劑，包括但不限于氟_18、碳-11、氧-15以及氮-13。
[0030]圖4A-4 D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于檢測重合正電子湮沒發(fā)射路徑并將輻射對準(zhǔn)所述發(fā)射路徑的裝置401的截面圖。圖4A-4D包括處于裝置401內(nèi)的患者420。該患者在要照射的體部422內(nèi)具有存活腫瘤組織。所述裝置包括:控制器407、產(chǎn)生高能輻射的輻射源402、幫助使高能輻射成形并精確引導(dǎo)高能輻射的準(zhǔn)直組件410、X射線檢測器陣列408，以及正電子發(fā)射斷層成像(PET)傳感器陣列404。輻射源402、準(zhǔn)直組件410,X射線檢測器408以及PET傳感器404位于旋轉(zhuǎn)機架406上。機架406被安裝到靜止框架(未示出)。在各實施例中，與控制器407相連的運動控制系統(tǒng)409將機架406和所安裝的設(shè)備圍繞患者420移動。
[0031]圖4B示出了裝置401執(zhí)行低劑量MeV CT掃描以登記患者相對于裝置401的位置。可以使用解剖學(xué)上的標(biāo)記或其他標(biāo)記方案來利用所述裝置登記患者的身體位置。登記使得控制器能夠?qū)⒁粋€或多個關(guān)注的體部(包括不應(yīng)被照射的那些體部)的幾何坐標(biāo)與裝置401的幾何坐標(biāo)相關(guān)。在登記之后，控制器407控制裝置401以監(jiān)視與體部422相交的正電子湮沒發(fā)射路徑、將輻射源對準(zhǔn)所述發(fā)射路徑，以及沿檢測的發(fā)射路徑引導(dǎo)輻射。在監(jiān)視正電子湮沒事件時，輻射源402、準(zhǔn)直組件410、PET傳感器404以及高能輻射檢測器408使用與控制器407相連的運動系統(tǒng)409圍繞患者旋轉(zhuǎn)。
[0032]圖4C示出了與體部422相交的重合正電子發(fā)射路徑412的檢測。在檢測到重合發(fā)射事件和路徑412時，控制器407記錄重合發(fā)射路徑的幾何坐標(biāo)。如果檢測的路徑412與關(guān)注的體部422相交，則控制器407啟動輻射源的對準(zhǔn)，并在運動系統(tǒng)已將輻射源402移動到與發(fā)射路徑412對準(zhǔn)后沿所述發(fā)射路徑觸發(fā)輻射。沿與發(fā)射路徑相同的路徑施加輻射提供了將輻射精確施加到腫瘤的存活組織的高度確定性。除了將輻射源移動到檢測的發(fā)射路徑的角度以外，對準(zhǔn)還包括配置準(zhǔn)直組件410以沿正電子發(fā)射路徑精確引導(dǎo)輻射。在各實施例中，精確和及時地對準(zhǔn)輻射包括在機架406正在圍繞患者旋轉(zhuǎn)時重新配置準(zhǔn)直組件。
[0033]圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的所述裝置沿檢測的發(fā)射路徑引導(dǎo)輻射。所述控制器協(xié)調(diào)機架的運動、準(zhǔn)直組件的配置以及輻射源的觸發(fā)，以便沿與檢測的正電子發(fā)射路徑相同的路徑從輻射源402提供輻射。準(zhǔn)直組件410允許分割輻射束，使得扇形束中的期望射線可以通過，同時完全阻隔其他射線。準(zhǔn)直組件的重新配置的發(fā)生非常迅速，從而可在輻射源402圍繞機架406的每個角位置都具有新的配置。
[0034]隨著機架406的旋轉(zhuǎn)，對于多個正電子發(fā)射事件重復(fù)檢測、對準(zhǔn)和觸發(fā)輻射，直到在每個關(guān)注的體部中達到期望的輻射劑量。在各實施例中，控制器記錄從X射線檢測器408接收的讀數(shù)以檢驗總輻射劑量。將理解的是，X射線檢測器可以包括一個或多個高能檢測器，所述高能檢測器包括但不限于MeV檢測器、高能千電子伏特(keV)檢測器或它們的組合 ο
[0035]在各實施例中，控制器407包括與一個或多個腫瘤的位置有關(guān)的數(shù)據(jù)。在此類實施例中，控制器協(xié)調(diào)發(fā)射事件的檢測以及到多個體部的輻射的觸發(fā)和引導(dǎo)。在各實施例中，從先前成像中將體部位置數(shù)據(jù)下載到控制器中。所述數(shù)據(jù)允許控制器以高度的確定性判定檢測的發(fā)射事件路徑是否與關(guān)注的體部相交。
[0036]如上所述，當(dāng)檢測到與關(guān)注的體部相交的正電子發(fā)射事件時，控制器407重新配置準(zhǔn)直組件410以使得來自輻射源402的輻射在指定時間內(nèi)遵循與檢測的發(fā)射路徑相同的路徑。在各實施例中，在機架406圍繞患者420旋轉(zhuǎn)輻射源402和傳感器404、408的同時完成準(zhǔn)直組件的重新配置。機架旋轉(zhuǎn)速度、控制器的處理延遲以及檢測到發(fā)射事件時輻射源的位置是決定發(fā)射事件與沿發(fā)射路徑引導(dǎo)和觸發(fā)輻射之間的延遲的一些因素。在醫(yī)療應(yīng)用中，將輻射源對準(zhǔn)發(fā)射路徑提高了腫瘤跟蹤準(zhǔn)確性，即使由于諸如呼吸之類的正常身體功能造成腫瘤移動也是如此。在某些實施例中，機架包括多個輻射源。多個輻射源允許更快速地完成治療，允許減小檢測發(fā)射事件與對準(zhǔn)輻射源之間的延遲，或同時允許更快的治療和減小的延遲。
[0037]在各實施例中，所述裝置對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射以響應(yīng)各個正電子湮沒事件。在各實施例中，所述控制器在機架旋轉(zhuǎn)時對檢測的正電子湮沒發(fā)射進行排隊、對準(zhǔn)輻射并將輻射導(dǎo)向先前檢測的發(fā)射路徑。在某些實施例中，沿選定的排隊路徑順序地對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射源。在某些實施例中，根據(jù)輻射源圍繞體部的當(dāng)前位置沿選定的排隊路徑對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射源，從而可選擇較新檢測到的路徑，因為輻射源將在更早檢測的路徑之前接近該路徑。在某些實施例中，所述控制器將選定的輻射路徑排隊一時間間隔，然后在通過排隊附加輻射路徑重復(fù)所述過程之前沿隊列的選定路徑對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射。通過調(diào)整感測事件與沿檢測的發(fā)射路徑遞送輻射之間的期望時間間隔，所述裝置可建立具有不同數(shù)量的輻射遞送路徑的隊列。還可以使用算法以在所述裝置的移動量最小的情況下提供輻射?？梢源嬖谄渌惴ê统绦蚨黄x本發(fā)明的范圍。[0038]在某些實施例中，所述控制器將對準(zhǔn)和觸發(fā)輻射源的步調(diào)調(diào)整為患者的諸如呼吸之類的周期性功能的步調(diào)。例如，假設(shè)感測出患者的呼吸周期為每幾秒鐘重復(fù)一次。在控制器感測與關(guān)注體部相交的輻射事件時，控制器記錄其中發(fā)生這些事件的呼吸周期的階段并控制移動、對準(zhǔn)和觸發(fā)輻射源中協(xié)調(diào)后的延遲，以便與呼吸周期的相同階段保持一致。
[0039]本發(fā)明的各實施例以二維或三維模式對準(zhǔn)和引導(dǎo)輻射。在二維模式中，針對輻射源的每個指定角位置重新配置多葉輻射準(zhǔn)直器，以使輻射路徑位于頂點在輻射源處的扇形中。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的準(zhǔn)直器組件550。緊接多葉準(zhǔn)直器553之前的一對準(zhǔn)直器夾片(jaw)551將輻射源555的錐形發(fā)散554限于特定平面552。下部夾片553的操作允許將輻射對準(zhǔn)輻射路徑平面內(nèi)的多個體部。在各實施例中，可以以連續(xù)方式或以步進-照射方式平移工作臺以治療體部的多個薄片。如果連續(xù)地平移工作臺，則工作臺速度應(yīng)考慮到到每個體部的規(guī)定劑量。
[0040]在采用三維治療模式的裝置的情況下，可以與準(zhǔn)直組件葉553協(xié)調(diào)地移動限制錐形輻射束發(fā)散554的準(zhǔn)直器夾片551。盡管輻射被限于特定平面，但是準(zhǔn)直組件夾片的協(xié)調(diào)運動允許針對輻射源的給定位置進行各個平面的治療。對于圓形機架和C臂裝置，三維模式允許準(zhǔn)直組件以對所述裝置的中心軸傾斜的角度提供輻射。此外，與二維模式相比，對于所述裝置的給定位置，三維模式允許控制器響應(yīng)PET傳感器陣列的視場的更大部分內(nèi)的多個重合發(fā)射路徑。
[0041]圖6A-6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的C臂機架裝置660。裝置660包括安裝到所述裝置的旋轉(zhuǎn)部分664的輻射源661、準(zhǔn)直組件662和PET照相機663。所述裝置的固定部分665提供對旋轉(zhuǎn)部分664的支撐。圖6A示出了所述裝置的正視圖，其中輻射源位于工作臺666上方并且PET照相機663位于工作臺666的兩側(cè)?？刂破?未示出)在旋轉(zhuǎn)部分664圍繞工作臺666移動設(shè)備時提供輻射源661、準(zhǔn)直組件662、PET照相機663以及運動的控制和協(xié)調(diào)。圖6B示出了所述裝置的正視圖，其中輻射源661、準(zhǔn)直組件662以及PET照相機663圍繞工作臺666旋轉(zhuǎn)90度。對于三維模式的治療，針對輻射源的每個指定角位置重新配置多葉X射線準(zhǔn)直器，使得輻射路徑位于頂點在輻射源處的圓錐內(nèi)。
[0042]在各實施例中，為了治療體部的多個薄片，可以以連續(xù)方式或以步進-照射方式平移工作臺666。圖6C示出了 C臂機架裝置660的側(cè)視圖，其中朝向所述裝置平移工作臺666。在各實施例中，在連續(xù)平移工作臺的情況下，將控制工作臺速度以允許將規(guī)定的輻射劑量導(dǎo)向每個體部。
[0043]在各實施例中，裝置660包括與輻射源相對的高能(MeV)檢測器，以便記錄和檢驗導(dǎo)向每個體部的輻射量或輻射劑量。在某些實施例中，使用組合的MeV/PET檢測器而不是MeV檢測器。組合的MeV/PET檢測器允許檢測51 IkeV PET發(fā)射以及高能輻射兩者。此類布置增大了 PET檢測器的覆蓋并允許更快的輻射診療過程。將理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以存在PET和高能X射線檢測器的其他組合，包括但不限于keV/PET檢測器。
[0044]在各實施例中，所述輻射包括由線性加速器(Iinac)產(chǎn)生的X射線?？梢源嬖谟糜谔峁┹椛涞钠渌椛漕愋秃洼椛湓炊黄x本發(fā)明的范圍。此類輻射和輻射源包括但不限于高能光子、由輻射性同位素(例如，銥或鈷60)產(chǎn)生的輻射線或粒子、高能電子、質(zhì)子束、中子束以及重離子束。[0045]在一個實施例中，使用單光子發(fā)射計算的斷層成像(SPECT)實現(xiàn)所述裝置，所述SPECT設(shè)置有針孔照相機和/或準(zhǔn)直式SPECT傳感器以代替PET傳感器檢測來自輻射性事件的發(fā)射光子的方向。
[0046]在一個實施例中，輻射源不旋轉(zhuǎn)。將輻射源(例如，鉛封裝的鈷60)與PET檢測器交替地布置在機架周圍。在此情況下，來自特定輻射源的輻射將遵循相鄰PET傳感器對所檢測的發(fā)射路徑。
[0047]在一個實施例中，將兩個或更多輻射源附加到旋轉(zhuǎn)機架?？刂破鲗?zhǔn)所述輻射源中的每個輻射源以響應(yīng)不同的發(fā)射路徑。與僅使用單個輻射源相比，多個輻射源允許在檢測發(fā)射路徑與沿該路徑引導(dǎo)輻射之間的更小的時間窗口。
[0048]在各實施例中，所述裝置針對單獨的手術(shù)或針對與發(fā)射引導(dǎo)放療同時的手術(shù)提供了其他放療模式。其他放療模式包括但不限于，基于治療體部的先前成像的輻射治療、三維保角束RT、強度調(diào)制的RT或它們的組合。
[0049]本申請旨在覆蓋本發(fā)明的改變和變型。將理解的是，上述描述旨在是示例性的而非限制性的。應(yīng)參考所附權(quán)利要求連同所述權(quán)利要求的法律等同物的完整范圍一起確定本發(fā)明的范圍。`
【權(quán)利要求】
1.一種用于導(dǎo)引輻射的裝置，包括: 第一機架； 第二機架，其中所述第二機架可旋轉(zhuǎn)； 至少一個正電子發(fā)射檢測器，安裝在所述第一機架上，其中所述至少一個正電子發(fā)射檢測器配置為檢測在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生自體部的正電子湮沒發(fā)射路徑的個體； 至少一個輻射源，安裝在所述第二機架上；以及 控制器，其與所述輻射源和所述至少一個正電子發(fā)射檢測器通信，所述控制器被配置為旋轉(zhuǎn)所述第二機架，以將所述至少一個輻射源相對于所檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑的個體定位，并在所述體部基本移動之前將輻射施加到所述體部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述控制器配置為，在基于檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑的個體產(chǎn)生圖像之前，將輻射施加到所述體部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述控制器配置為，將輻射施加到所述體部，而不基于檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑的個體產(chǎn)生圖像。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一個的裝置，其中所述控制器配置為，存儲在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生自一個或多個體部的一個或多個正電子湮沒發(fā)射路徑的位置數(shù)據(jù)，并順序地將所述第二機架相對于所述一個或多個正電子湮沒路徑進行旋轉(zhuǎn)，直到將預(yù)定輻射劑量給予所述一個或多個體部。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一個的裝置，其中所述第一和第二機架中的至少一個是圓形機架。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中 任一個的裝置，其中所述第一和第二機架中的至少一個是C臂機架。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一個的裝置，還包括第二輻射源，安裝在所述第二機架上，其中所述控制器被配置為旋轉(zhuǎn)所述第二機架，以將所述第二輻射源相對于第二正電子湮沒發(fā)射路徑定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述輻射源包括高能光子輻射源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述輻射源包括高能電子輻射源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述輻射源包括質(zhì)子束輻射源。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求的裝置，還包括與所述輻射源相對安裝的X射線檢測器陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述控制器被配置為在檢測正電子湮沒發(fā)射路徑的預(yù)定時間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)所述第二機架以將輻射源相對于正電子湮沒發(fā)射路徑定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一權(quán)利要求的裝置，其中所述第一機架是可旋轉(zhuǎn)的。
14.一種裝置，包括: 可旋轉(zhuǎn)的機架； 安裝在所述機架上的輻射源； 一個或多個準(zhǔn)直伽馬射線光子檢 測器，安裝在所述可旋轉(zhuǎn)的機架上，其中所述準(zhǔn)直伽馬射線光子檢測器配置為，檢測發(fā)生自組織體部的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射；以及 控制器，其與所述輻射源和所述準(zhǔn)直伽馬射線光子檢測器通信，所述控制器被配置為旋轉(zhuǎn)所述機架，以將所述輻射源相對于所檢測的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射定位，并將來自所述輻射源的輻射引導(dǎo)到所述組織體部，其中所述輻射在基于準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射產(chǎn)生圖像之前施加。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述控制器配置為，在所述組織體部基本移動之前，將所述輻射源對準(zhǔn)所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括連接到所述控制器的運動系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括第二輻射源，沿所述可旋轉(zhuǎn)的機架的周圍長度安裝，其中所述控制器被配置為旋轉(zhuǎn)所述機架，以將所述第二輻射源相對于發(fā)生自所述組織體部的第二準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射對準(zhǔn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述輻射源包括高能光子輻射源。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述輻射源包括高能電子輻射源。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述輻射源包括質(zhì)子束輻射源。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括在所述機架上與所述輻射源相對安裝的X射線檢測器陣列。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述控制器被配置為在檢測準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的預(yù)定時間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)所述機架以將所述輻射源對準(zhǔn)所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括沿所述機架的周圍長度安裝的多個輻射源。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射檢測器與所述輻射源交替。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，還包括在所述機架上與所述多個輻射源相對安裝的多個X射線檢測器。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述控制器配置為，存儲發(fā)生自一個或多個組織體部的一個或多個準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的位置數(shù)據(jù)，并順序地旋轉(zhuǎn)所述機架，以將所述輻射源相對于所述一個或多個準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射定位，直到在基于所述一個或多個準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射產(chǎn)生圖像之前將預(yù)定輻射劑量給予所述一個或多個組織體部。
27.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述一個或多個準(zhǔn)直伽馬射線光子檢測器是一個或多個針孔照相機。
28.使用用于導(dǎo)引輻射的裝置的方法，包括: 使用安裝在可旋轉(zhuǎn)機架上的至少一個準(zhǔn)直伽馬射線光子檢測器檢測發(fā)生自組織體部的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體； 旋轉(zhuǎn)所述機架，使得安裝在所述機架上的輻射源相對于所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體定位；以及 施加輻射到所述體部，其中所述輻射在基于所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體產(chǎn)生圖像之前施加。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中施加輻射包括，在所述組織體部基本移動之前，沿所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體施加輻射。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中旋轉(zhuǎn)所述機架還包括，在旋轉(zhuǎn)機架的同時，檢測附加的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括，使用所述輻射源執(zhí)行所述體部的低劑量斷層成像掃描。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中檢測準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體、旋轉(zhuǎn)所述機架以及施加輻射發(fā)生在單個治療診療過程期間。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括:使用X射線檢測器陣列記錄引導(dǎo)到所述體部的福射劑量。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中施加輻射包括:在診療過程期間在預(yù)定時間內(nèi)施加輻射。
35.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括: 檢測附加的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射； 旋轉(zhuǎn)所述機架，以將輻射源相對于所述附加的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射定位；以及在基于所述附加的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射產(chǎn)生圖像之前，相對于所述附加的準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射施加輻射。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，還包括: 記錄輻射的劑量；以及 累計輻射的總輻射劑量，直到所累計的總輻射劑量滿足規(guī)定劑量。
37.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中旋轉(zhuǎn)所述機架將所述輻射源相對于所述準(zhǔn)直伽馬射線光子發(fā)射的個體成一角度定位。
38.一種用于導(dǎo)引輻射的裝置，包括: 可旋轉(zhuǎn)的機架； 安裝在所述可旋轉(zhuǎn)的機架上的輻射源； 正電子發(fā)射檢測器，安裝在所述可旋轉(zhuǎn)的機架上，其中所述正電子發(fā)射檢測器配置為檢測在坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生自體部的正電子湮沒發(fā)射路徑；以及 控制器，其與所述輻射源和所述正電子發(fā)射檢測器通信，所述控制器被配置為旋轉(zhuǎn)所述機架，以將所述輻射源相對于所檢測的正電子湮沒發(fā)射路徑定位，并在所述體部基本移動之前將福射施加到所述體部。
【文檔編號】A61N5/00GK103785113SQ201310739317
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日:2008年3月14日
【發(fā)明者】S·馬贊 申請人:反射醫(yī)療公司