包括MRI的粒子治疗设备的制作方法

本发明涉及一种设备，该设备出于治疗目的用于以带电粒子束照射目标并且包括用于使目标成像的磁共振成像(mri)系统。

背景技术：

常规粒子治疗设备允许以高能带电粒子(诸如质子)的束照射患者的目标体积。当行进通过患者时，带电粒子束损失能量并且粒子束的大部分能量沉积于束路径的端部，该端部称为布拉格峰。这允许高剂量的能量在目标体积中的准确递送，同时使递送至周围组织的能量剂量最小化。所递送的高剂量的能量诱导对细胞dna的损坏，杀死细胞或终止其复制。因此，带电粒子治疗用于癌症治疗领域，因为癌细胞对于dna上的攻击为特别脆弱的。

带电粒子治疗的已知缺点之一为，甚至患者的小运动(诸如呼吸运动)可导致所递送剂量在目标以束的照射过程中的显著偏差。因此，期望的是利用实时成像来追踪目标和使束适应于器官的运动并适应于目标。可使用的实时成像系统中的一者为磁共振成像(mri)系统。

包括mri系统的此类粒子治疗设备根据现有技术和例如根据wo2015/197475为已知的。本文档公开了包括常规可旋转机架的粒子治疗设备，该常规可旋转机架包括多个弯曲磁体以在垂直于机架的旋转轴线的方向上弯曲并引导粒子束朝向目标(朝向等中心)。mri系统以这样的方式进行布置，其主磁场(bo)的方向与机架的旋转轴线的方向相同，该旋转轴线的方向出于患者舒适的目的一般选择为水平方向，该患者然后水平置于粒子治疗设备中。

粒子治疗设备根据文档ep2196241也是已知的，其中mri系统的主磁场在竖直方向上并且与固定束线组合，其中束通过mri系统的顶端处的开口进入mri系统。该布置减小了mri磁体的磁场对带电粒子的路径的影响。主题支撑适于在治疗设备的操作期间的旋转运动。

us2010/0239066描述了一种粒子治疗设备，该粒子治疗设备生成治疗束和设置成平行于治疗束的磁场，其中目标沿着治疗束设置。治疗束可为质子束，并且磁场可得自mri系统。磁场可与治疗束的操作协同地操作，并且将使所述束变窄。生成所述治疗束和所述磁场两者的设备可配置成相对于所述目标旋转。该文档公开了直列式设计方式的用途。

尽管良好结果已通过根据现有技术已知的设备来获得，但是仍存在对包括此类实时成像系统的粒子治疗设备的性能改善的需求。例如，存在使粒子束进一步变窄的需求，以具有高剂量的能量在目标体积中的更精确递送。还存在对更紧凑的有效设备的需求，该有效设备并入粒子治疗设备和mri系统。

本发明的目标之一为向现有技术的缺点中的至少一者提供一种解决方案。特别地，本发明的一个目标是向现有技术的缺点中的至少一者提供一种紧凑解决方案。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及一种粒子治疗设备，该粒子治疗设备用于以带电粒子束照射目标并且包括：

-用以生成带电粒子束的粒子加速器；

-等中心机架，该等中心机架配置成关于轴线y可旋转并且包括沿着束路径布置的多个弯曲磁体，该多个磁体包括第一弯曲磁体和末弯曲磁体，该第一弯曲磁体配置成沿着轴线y接收粒子束并且将粒子束弯曲并引导远离轴线y，该末弯曲磁体配置成朝向机架的等中心和根据最终束方向弯曲并引导粒子束；

-磁共振成像系统，该磁共振成像系统包括第一主磁体单元和第二主磁体单元，该第一主磁体单元和该第二主磁体单元由自由气隙分隔并且分别布置于机架的等中心的相对侧上，该第一主磁体单元最靠近机架的末弯曲磁体，该第一主磁体单元和该第二主磁体单元配置成一起生成主磁场(bo)，该主磁场(bo)平行于机架等中心处的最终束方向；

其中该设备还包括无源磁屏蔽，该无源磁屏蔽围绕磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元使得无源磁屏蔽的一部分布置于机架的末弯曲磁体和磁共振成像系统的第一主磁体单元之间，其中无源磁屏蔽的所述部分包括限定通路的第一通孔，粒子束可穿过该第一通孔以到达机架等中心，并且另外，其中无源磁屏蔽以及磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元均为与机架一起关于轴线y可同步旋转的。

优选的是，下述特征中的一者或多者可用于进一步限定本发明设备或其实施例：

-最终束方向为垂直于轴线y的方向。

-mri系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元和/或无源磁屏蔽固定至机架以当机架旋转时与机架同步地旋转。

-第一主磁体单元和第二主磁体单元固定至无源磁屏蔽，和/或无源磁屏蔽固定至机架。

-设备还包括至少一个扫描磁体，该至少一个扫描磁体沿着束路径布置于机架上，优选地布置于机架的第一弯曲磁体和末弯曲磁体之间，并且配置成扫描目标上的粒子束。

-设备还包括至少一个扫描磁体，该至少一个扫描磁体沿着束路径布置并且配置成扫描目标上的粒子束。

-粒子束为在质子或离子之间所选择的带电粒子的束。

-粒子加速器为回旋加速器或同步加速器。

-磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元的每一者包括超导电磁体。

-机架的等中心与磁共振成像系统的成像中心重合。

优选的是，下述特征中的一者或多者可用于进一步限定根据本发明的无源磁屏蔽：

-无源磁屏蔽设计成因磁共振成像系统的磁场和/或因机架的磁体(弯曲磁体和/或扫描磁体)的磁场为不饱和的。

-无源磁屏蔽设计成因磁共振成像系统的磁场和/或因机架的扫描磁体和弯曲磁体的磁场为不饱和的。

-无源磁屏蔽包括第二通孔，该第二通孔沿着最终束方向面向第一通孔。

-无源磁屏蔽包括第三通孔，该第三通孔的轴线平行于或重合于轴线y，并且其尺寸设计成允许患者穿过其中。

-无源磁屏蔽包括第四通孔，该第四通孔沿着y轴线面向第三通孔。

-无源磁屏蔽包括铁磁材料的至少一个托架。

-所述托架具有平行六面体形状。

-第一通孔具有包括于10cm至50cm的范围内的直径。

根据第二方面，本发明涉及无源磁屏蔽在根据第一方面所限定的治疗设备中的用途，该治疗设备用于以带电粒子束照射目标，该设备包括：

-用以生成带电粒子束的粒子加速器；

-等中心机架，该等中心机架配置成关于轴线y可旋转并且包括沿着束路径布置的多个弯曲磁体，该多个磁体包括第一弯曲磁体和末弯曲磁体，该第一弯曲磁体配置成沿着轴线y接收粒子束并且将粒子束弯曲并引导远离轴线y，该末弯曲磁体配置成朝向机架的等中心和根据最终束方向弯曲并引导粒子束；

-磁共振成像系统，该磁共振成像系统包括第一主磁体单元和第二主磁体单元，该第一主磁体单元和该第二主磁体单元由自由气隙分隔并且分别布置于机架的等中心的相对侧上，该第一主磁体单元最靠近机架的末弯曲磁体，该第一主磁体单元和该第二主磁体单元配置成一起生成主磁场(bo)，该主磁场(bo)平行于机架等中心处的最终束方向；

其中该无源磁屏蔽配置成围绕磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元使得无源磁屏蔽的一部分布置于机架的末弯曲磁体和磁共振成像系统的第一主磁体单元之间，其中无源磁屏蔽的所述部分包括限定通路的第一通孔，粒子束可穿过该第一通孔以到达机架等中心，并且另外，其中该用途包括具有无源磁屏蔽以及磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元，该无源磁屏蔽以及该磁共振成像系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元均为与机架一起关于轴线y可同步旋转的。

根据本发明的设备和用途向现有技术设备和用途提供了更紧凑解决方案。

附图说明

图1为根据第一实施例的本发明的设备的一部分的视图；

图2为图1的设备的一部分的剖视图；

图3为根据本发明的一个优选实施例的设备的一部分的透视图。

附图未按比例绘制，也不成比例。一般来讲，类似或等同部件由图中的相同附图标号指示。

具体实施方式

出于本发明的目的，如本文所用的术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由......组成(comprisedof)”与“包含(including)”、“包含(includes)”或“含有(containing)”、“含有(contains)”为同义的，并且为包括性的或开放式的，并且不排除额外非列举构件、元件或方法步骤。术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由......组成(comprisedof)”还包括术语“由......构成(consistingof)”。

由端点所列举的数值范围包括相应范围内所包含的所有数值和小数，以及所列举端点。

特定特征、结构、特性或实施例在一个或多个实施例中可以任何合适方式组合，如根据该公开内容对本领域的技术人员将显而易见的。

用于出于治疗目的以带电粒子束照射目标的粒子治疗设备根据现有技术为众所周知的，并且包括用以生成带电粒子束的粒子加速器、用以将粒子束从粒子加速器传送至待照射的目标的束传送系统，和各种其它子系统(例如以使束成形和/或以修改其能量和/或其强度以用于所设想特定治疗)。目标可例如为患病部分，诸如患者身体中的肿瘤。因此，下文所用的术语“目标”也可将该肿瘤称为患者自身。

现参考图1，图1示出了根据本发明的示例性实施例的粒子治疗设备1的一部分。粒子治疗设备包括用以生成带电粒子束的粒子加速器(出于清晰目的未示出)、关于正交xyz参考坐标所示的轴线y可旋转的等中心机架3，和用以传送粒子束的束传送系统的一部分(出于清晰目的也未示出)，其中粒子束从粒子加速器被提取至粒子束进入机架束线的进入点。在这种情况下，粒子束进入平行于或重合于机架的旋转轴线y的机架束线。可旋转机架3据说为等中心的，因为以机架的任何旋转角度从末弯曲磁体离开的粒子束均将横穿称为“等中心”的相同点，在下文有时称为机架的等中心。实际上并且众所周知的是，由于系统的重量和机械缺陷，等中心严格来说不是单个点，而是小球体。在图1中，等中心为xyz参考坐标的原点。

优选地，机架3在至少180°的角度范围上并且更优选地在至多360℃的角度范围上为可旋转的。

可旋转机架3包括并支撑多个弯曲磁体，该多个弯曲磁体沿着束路径按序列布置并且包括第一弯曲磁体和末弯曲磁体。所述序列的第一弯曲磁体配置成沿着轴线y接收粒子束并且将粒子束弯曲并引导远离轴线y。所述序列的末弯曲磁体配置成将粒子束弯曲并引导朝向等中心。所述序列可包括一个或多个额外弯曲磁体，该一个或多个额外弯曲磁体沿着束路径在第一弯曲磁体和末弯曲磁体之间布置于机架上。

根据本发明，设备还包括磁共振成像系统5，磁共振成像系统5包括第一主磁体单元9和第二主磁体单元11。第一主磁体单元和第二主磁体单元由自由气隙分隔并且分别布置于机架等中心的相对侧上。优选地，第一主磁体单元和第二主磁体单元相对于机架等中心对称地布置。第一主磁体单元9为定位成最靠近机架3的末弯曲磁体的一者。第一主磁体单元9和第二主磁体单元11布置并配置成一起生成平行于机架等中心处的最终束方向的主磁场(bo)，如图2中将更清晰地显示。

根据本发明，设备还包括无源磁屏蔽7，无源磁屏蔽7围绕磁共振成像系统的第一主磁体单元9和第二主磁体单元11。

现参考图2，图2为图1的设备的局部剖视图。图2示出了设备1的机架3的末弯曲磁体21的一部分。如该图中可见，末弯曲磁体21配置成朝向机架3的等中心19和根据最终束方向弯曲并且引导粒子束15。在该实例中，最终束方向垂直于轴线y，而无论机架3的旋转角度如何。在另一个实施例(未示出)中，机架的末弯曲磁体配置成朝向机架的等中心和根据最终束方向弯曲并引导粒子束，该最终束方向与轴线y形成角度α，使得α大于70°并小于90°，优选地大于80°并小于90°，而无论机架的旋转角度如何。

mri系统5包括第一主磁体单元9和第二主磁体单元11，第一主磁体单元9和第二主磁体单元11由自由气隙分隔并且分别布置于机架等中心19的相对侧上。第一主磁体单元9和第二主磁体单元11中的每一者包括磁体17，优选地电磁体，更优选地超导电磁体；第一主磁体单元9和第二主磁体单元11当激发时一起生成主磁场bo。如图2所示，第一主磁体单元9和第二主磁体单元11布置并配置成一起生成平行于机架等中心处和其附近的最终束方向的主磁场bo。如根据现有技术已知的是，此类主磁体单元具有开放环面的通用形状。如图2所示，两个环面以其旋转轴线均平行于最终束方向的方式来布置。优选地，其旋转轴线为相同的。在任一情况下，第一主磁体单元9和第二主磁体单元11以它们不在粒子束的途径中的方式来布置。

优选地，mri系统的第一主磁体9和第二主磁体11还以mri系统的成像中心与机架3的等中心19重合的方式来布置。然后，可在等中心处获取目标13的mri图像。此类图像可例如用于在以粒子束照射目标之前、之时或之后实时追踪目标的位置，并且可能以其函数纠正束路径和/或束能量和/或束强度。

在优选实施例中，根据本发明的粒子治疗设备还包括至少一个扫描磁体(未示出)，该至少一个扫描磁体沿着束路径布置并且配置成扫描目标上的粒子束。此类扫描磁体在本领域中是已知的，例如在笔形束扫描技术(pbs)的领域中，并且在本文将不再进一步描述。优选地，至少一个此类扫描磁体在第一弯曲磁体和末弯曲磁体21之间布置于机架上。

根据本发明，设备1还包括无源磁屏蔽7，无源磁屏蔽7围绕磁共振成像系统5的第一主磁体单元9和第二主磁体单元11，第一主磁体单元9为最靠近机架3的末弯曲磁体21的一者，如图2所示。无源磁屏蔽的至少一部分布置于机架3的末弯曲磁体21和mri系统5的第一主磁体单元9之间。无源磁屏蔽的所述部分包括限定通路的第一通孔27，粒子束15可穿过第一通孔27以到达机架等中心19。优选地，所述第一通孔27具有在10cm至50cm的范围内，更优选地在20cm至40cm的范围内的直径。

在本发明的一个优选实施例中，无源磁屏蔽7包括铁磁材料(诸如铁、镍、钴和其合金(例如，多重金属))的至少一个托架。在一实施例中，无源磁屏蔽7包括一个托架。在另一实施例中，无源磁屏蔽7包括两个或两个以上托架，这些托架为同中心的并且一些嵌套于另一些内。

优选地，托架7具有平行六面体形状，更优选地，矩形平行六面体形状。在图1和图2所示的实施例中，托架7具有矩形平行六面体形状，并且呈现三个面：包括第一通孔27的上基部、下基部(两者均平行于y轴线)，和一个侧面，该一个侧面垂直于y轴线并且位于等中心的左侧上(机架进入点一侧)。此类“放置u”配置视为小型配置以具有根据本发明的有效无源磁屏蔽效应。

在一个优选实施例中，如图3所示，托架7具有四个面：上基部23和下基部25(两者均平行于y轴线)，和两个侧面31(两者均垂直于所述y轴线)。上基部23位于机架3的末弯曲磁体21和mri系统的第一主磁体单元9之间。所述上基部23包括第一通孔，粒子束可穿过该第一通孔以到达机架等中心。

因此，参考图2和图3，托架7优选地具有开放配置，其中其侧面中的一者、两者或三者为开放的。发明人已发现，此类侧向开放配置足以允许将托架用作无源磁屏蔽，另外允许托架在重量上较轻并且更舒适，并且对于患有例如幽闭恐惧症的患者具有较小压力。

在优选实施例中，无源磁屏蔽7还包括第二通孔29，第二通孔29沿着最终束方向面向第一通孔27。优选地，第二通孔29具有与第一通孔27相同的直径。在图2和图3的实施例中，第二通孔为磁屏蔽的下基部中的孔。该第二通孔允许从位于所述下基部之下的视角使目标进一步成像。

在图3的实施例中，无源磁屏蔽7优选地还包括第三通孔33，第三通孔33的轴线与轴线y重合并且其尺寸设定成允许患者穿过其中。更优选地，无源磁屏蔽7包括第四通孔35，第四通孔35沿着y轴线面向第三通孔33。在图3的实施例中，第三通孔33和第四通孔35分别位于托架的两个侧面31上并且与y轴线同轴。

优选地，托架的至少一个侧面在尺寸上高于两个基部之间的外部距离。

在任何实施例中，无源磁屏蔽7设计成并且其尺寸设定成因mri系统所生成的磁场和/或因机架的磁性元件(诸如，例如弯曲磁体和/或扫描磁体)所生成的磁场为不饱和的。

根据本发明，无源磁屏蔽7以及mri系统5的第一主磁体单元9和第二主磁体单元11均为与机架3一起关于轴线y可同步旋转的。换句话讲，无源磁屏蔽7以及mri系统5的第一主磁体单元9和第二主磁体单元11均为以与机架3相同的旋转速度和相同相位关于轴线y可旋转的。这可以多种方式来实现。一种方式为利用三个电机：用于旋转机架的第一电机、用于旋转磁屏蔽的第二电机，和用于旋转mri系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元的第三电机。显然，然后，三个电机必须同步化。另选地，可利用两个电机：用于旋转机架的第一电机，和用于一起旋转磁屏蔽和mri系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元两者的第二电机，这可通过将磁屏蔽和mri系统的第一主磁体单元和第二主磁体单元附接在一起来实现。显然，然后，两个电机必须同步化。优选地，单个电机用于一起旋转机架3、磁屏蔽7，和mri系统的第一主磁体单元9和第二主磁体单元11，这可通过将所有这些子系统附接在一起和通过将它们中的一者操作性地连接至电机来实现。

在一个优选实施例中，第一主磁体单元9和第二主磁体单元11固定至无源磁屏蔽7，并且无源磁屏蔽7固定至机架3，使得机架3、无源磁屏蔽7和mri系统5的两个主磁体单元之间不存在相对移动。在这种情况下，单个电机提供用于一起旋转这些三个子系统。优选地，该单个电机操作性地连接至机架。

可提供辊以支撑无源磁屏蔽，该无源磁屏蔽一般为十分重的。

优选地，粒子束为除电子之外的带电粒子束。更优选地，粒子束为质子束或碳离子束。优选地，粒子加速器为回旋加速器或同步加速器，更优选地为同步回旋加速器，甚至更优选地为超导同步回旋加速器。优选地，粒子加速器适于生成并递送带电粒子束，其能量高于60mev。

本发明允许降低mri和粒子处理子系统之间的磁交互作用和/或扰动，使得粒子治疗设备示出改善性能和/或可为更紧凑的。