質(zhì)子治療機架系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年10月26日提交的美國臨時申請No. 61/719, 129和2013年9 月20日提交的美國臨時申請No. 61/880, 605的優(yōu)先權(quán)，它們通過參考全文并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般性構(gòu)思涉及用于癌癥治療的質(zhì)子療法，更具體地，涉及轉(zhuǎn)動機架系統(tǒng)， 其保持質(zhì)子遞送機構(gòu)與機架的轉(zhuǎn)動軸線對準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0004] 質(zhì)子療法（PT)是一種癌癥治療技術(shù)，其采用高能量質(zhì)子來穿透患者的身體，并且 將能量沉積到諸如癌性腫瘤的治療區(qū)域中。PT系統(tǒng)常常采用轉(zhuǎn)動機架輪，該轉(zhuǎn)動機架輪以 零度至360度之間的任何角度將質(zhì)子束引導(dǎo)到患者。這允許醫(yī)師設(shè)計治療計劃，該治療計 劃從不同的角度攻擊癌性腫瘤，并且減少對重要器官和/或健康組織的輻射傷害。
[0005] PT系統(tǒng)所面臨的一個難點在于，當(dāng)機架轉(zhuǎn)動到不同治療角度時，保持質(zhì)子遞送噴 嘴與轉(zhuǎn)動機架系統(tǒng)的等中心點之間的正確對準(zhǔn)。例如，期望的是保持質(zhì)子束相對于機架中 心的精確度，以便將質(zhì)子束精確地聚焦到所關(guān)注的目標(biāo)區(qū)域。由于機架設(shè)備及其各種部件 的固有制造公差以及極端尺寸和重量，而使得結(jié)構(gòu)在以不同角度轉(zhuǎn)動時可能發(fā)生撓曲，從 而使得系統(tǒng)的中心可能漂移到超出目標(biāo)精確度。
[0006] 已知的是，移動患者的床來補償系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)動角度下的微小漂移。然而，移動患 者以補償束不對準(zhǔn)可能變得非常耗時且復(fù)雜，尤其是在治療計劃對于每個患者而言要求多 于一個的應(yīng)用角度的情況下。因此，期望的是，在預(yù)期到機架設(shè)備的轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)的異常 的情況下對準(zhǔn)機架設(shè)備自身。
[0007] PT系統(tǒng)面臨的另一個難點在于，構(gòu)造和實施工作系統(tǒng)所花費的時間。例如，通常要 花費大約6個月將機架構(gòu)建在現(xiàn)場，并且需要花費額外的12個月來使設(shè)備試運行。這么長 的構(gòu)建時間與將質(zhì)子引導(dǎo)通過機架所需的磁體的尺寸以及相關(guān)的束精確度要求極為相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明一般性構(gòu)思提供質(zhì)子治療機架設(shè)備、質(zhì)子治療機架系統(tǒng)以及操作和/或構(gòu) 造質(zhì)子治療機架設(shè)備和系統(tǒng)的方法的各種實施例。
[0009] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的額外特征和實施例將在以下的說明書中部分地列出，并且部 分地從說明書中將變得明顯，或者可以從本發(fā)明一般性構(gòu)思的實施中獲得。
[0010] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面可以通過用于質(zhì)子治療系統(tǒng)的 機架設(shè)備來實現(xiàn)，該機架設(shè)備包括：質(zhì)子束噴嘴，該質(zhì)子束噴嘴用以將質(zhì)子束發(fā)射到患者的 目標(biāo)區(qū)域；機架輪，該機架輪用以支撐質(zhì)子束噴嘴，以便將質(zhì)子束引導(dǎo)到機架輪的等中心 點，機架輪的等中心點對應(yīng)于目標(biāo)區(qū)域的中心；多個可調(diào)節(jié)支承件，所述多個可調(diào)節(jié)支承件 沿著機架輪的外直徑表面遞增地間隔開；以及支承表面，該支承表面用以支撐可調(diào)節(jié)支承 件的一部分，使得當(dāng)輪從第一角度位置轉(zhuǎn)動到第二角度位置時，支承件的至少一部分接觸 支承表面以升高或降低機架輪，從而將質(zhì)子束重新對準(zhǔn)到目標(biāo)區(qū)域的中心。
[0011] 可調(diào)節(jié)支承件可以分別包括一個或多個支承輥，可調(diào)節(jié)構(gòu)件聯(lián)接到一個或多個支 承輥，并且設(shè)置成與機架輪的周邊表面相鄰，使得一個或多個支承輥能夠相對于該周邊表 面選擇性地運動。
[0012] 可調(diào)節(jié)構(gòu)件可以被構(gòu)造成能夠相對于該周邊表面沿徑向進行往復(fù)滑動。
[0013] 可調(diào)節(jié)構(gòu)件還可以包括一個或多個鎖定構(gòu)件，所述一個或多個鎖定構(gòu)件用于可調(diào) 節(jié)構(gòu)件，以便將可調(diào)節(jié)構(gòu)件固定在選擇的位置中。
[0014] 可調(diào)節(jié)支承件還可以分別包括調(diào)節(jié)構(gòu)件，該調(diào)節(jié)構(gòu)件用以驅(qū)動可調(diào)節(jié)構(gòu)件的運 動。
[0015] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面還可以通過一種制造用于質(zhì)子 治療系統(tǒng)的機架輪設(shè)備的方法來實現(xiàn)，該方法包括：建立機架輪的等中心點；將多個可調(diào) 節(jié)支承件沿著機架輪的外直徑表面安裝在遞增地間隔開的位置處；將機架輪設(shè)置在支承表 面上，使得支承件的一部分接觸支承表面；調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)支承件，使得當(dāng)機架輪轉(zhuǎn)動時，等中 心點不漂移；以及在輪轉(zhuǎn)動的同時機加工機架輪的基準(zhǔn)表面。
[0016] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面還可以通過一種用于質(zhì)子治療 系統(tǒng)的機架設(shè)備來實現(xiàn)，其包括：質(zhì)子束噴嘴，該質(zhì)子束噴嘴用以將質(zhì)子束發(fā)射到患者的目 標(biāo)區(qū)域；機架輪，該機架輪具有偏心外表面，質(zhì)子束噴嘴能夠安裝到機架輪，以便將質(zhì)子束 引導(dǎo)到機架輪的等中心點，機架輪的等中心點對應(yīng)于目標(biāo)區(qū)域的中心；以及支承表面，該支 承表面用以支撐機架輪，使得當(dāng)機架輪轉(zhuǎn)動時，支承表面接觸偏心外表面，以升高或降低機 架輪，從而保持質(zhì)子束對準(zhǔn)到目標(biāo)區(qū)域的中心。
[0017] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面還可以通過一種對準(zhǔn)用于質(zhì)子 治療系統(tǒng)的機架設(shè)備的方法來實現(xiàn)，所述方法包括：估計機架的等中心點和轉(zhuǎn)動中心；響 應(yīng)于液壓致動器位移和轉(zhuǎn)動角度的預(yù)定變化而對噴嘴軌跡的變化進行建模；確定致動器位 移和轉(zhuǎn)動角度修正，以最小化每個轉(zhuǎn)動角度處的噴嘴軌跡誤差；以及根據(jù)確定的致動器位 移和轉(zhuǎn)動角度修正來調(diào)節(jié)凸輪從動件。
[0018] 該方法還可以包括：識別噴嘴軌跡在機架的多個轉(zhuǎn)動角度處的定位和取向誤差， 以估計等中心點和轉(zhuǎn)動中心。
[0019] 可以通過利用激光測距系統(tǒng)測量噴嘴上的多個點，來確定噴嘴軌跡。
[0020] 建模還可以包括：確定與模型化的變化相對應(yīng)的靈敏度函數(shù)，該靈敏度函數(shù)形成 機架的線性化模型。
[0021] 轉(zhuǎn)動角度的修正可以存儲在查找表中。
[0022] 確定致動器位移和轉(zhuǎn)動角度修正選擇性地可以包括：與單個轉(zhuǎn)動中心相對應(yīng)的平 滑對準(zhǔn)，或者與當(dāng)機架轉(zhuǎn)動時限制轉(zhuǎn)動中心的變化率的路徑相對應(yīng)的優(yōu)化對準(zhǔn)。
[0023] 調(diào)節(jié)凸輪從動件可以包括：利用液壓致動器升高機架以離開凸輪從動件；移動凸 輪從動件以獲得最大間隙；利用液壓致動器重新定位機架；調(diào)節(jié)凸輪從動件以支撐機架； 以及縮回液壓致動器。
[0024] 該方法還可以包括：響應(yīng)于凸輪從動件被調(diào)節(jié)，而重新估計機架的等中心點和轉(zhuǎn) 動中;L·、。
[0025] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面還可以通過一種調(diào)節(jié)用于質(zhì)子 治療系統(tǒng)的機架設(shè)備的系統(tǒng)來實現(xiàn)，其包括：機架，該機架用以承載質(zhì)子束噴嘴，該質(zhì)子束 噴嘴被構(gòu)造成用以將質(zhì)子束發(fā)射到機架的等中心點；一個或多個可調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述一個或 多個可調(diào)節(jié)構(gòu)件繞機架的周邊間隔開，以便將機架可轉(zhuǎn)動地支撐在支撐表面上；一個或多 個位移構(gòu)件，所述一個或多個位移構(gòu)件使機架從支撐表面位移；以及控制器，該控制器用以 對當(dāng)機架在支撐表面上轉(zhuǎn)動時噴嘴軌跡中的變化進行建模，并且用以確定各個轉(zhuǎn)動角度處 的機架的修正位移，以最小化每個轉(zhuǎn)動角度處的噴嘴軌跡誤差。
[0026] 一個或多個可調(diào)節(jié)構(gòu)件可以被致動以自動地進行控制。
[0027] 機架的轉(zhuǎn)動中心可以是與系統(tǒng)的模糊球的中心相同的空間中的點。
[0028] 可以在機架上提供致動，以便將噴嘴軌跡移動到等中心點。
[0029] 經(jīng)由外部測量即視覺系統(tǒng)或激光干涉儀的反饋，所述一個或多個可調(diào)節(jié)構(gòu)件可以 被致動以自動地進行控制。
[0030] 本發(fā)明一般性構(gòu)思的前述和/或其它特征和方面還可以通過一種質(zhì)子治療系統(tǒng) 來實現(xiàn)，其包括：粒子加速器，該粒子加速器用以產(chǎn)生質(zhì)子束；質(zhì)子束噴嘴，該質(zhì)子束噴嘴 用以將質(zhì)子束發(fā)射到患者的目標(biāo)區(qū)域；束線路徑，該束線路徑用以將質(zhì)子束從粒子加速器 引導(dǎo)到質(zhì)子束噴嘴；機架輪，該機架輪用以支撐質(zhì)子束噴嘴，以便將質(zhì)子束引導(dǎo)到機架輪的 等中心點，機架輪的等中心點對應(yīng)于目標(biāo)區(qū)域的中心；多個可調(diào)節(jié)支承件，所述多個可調(diào)節(jié) 支承件沿著機架輪的外直徑表面遞增地間隔開；以及支承表面，該支承表面用以支撐可調(diào) 節(jié)支承件的一部分，使得當(dāng)輪從第一角度位置轉(zhuǎn)動到第二角度位置時，支承件的至少一部 分接觸支承表面以升高或降低機架輪，從而將質(zhì)子束重新對準(zhǔn)到目標(biāo)區(qū)域的中心。
[0031] 其它特征和方面可以從以下的詳細(xì)說明、附圖和權(quán)利要求中變得明顯。
【附圖說明】