粒子治疗系统、设备和射束输送方法技术方案

一种射束输送组件，将粒子射束从粒子源传送到辐射喷嘴，该辐射喷嘴围绕喷嘴的水平输入处的旋转轴线转动。支撑件可以在垂直于旋转轴线的平面中水平地移动。射束输送组件可以改变粒子射束的路径长度，以便跟随照射喷嘴的旋转轴线相对于支撑件的垂直位置。控制器可以协调粒子射束的路径长度改变、照射喷嘴围绕旋转轴线的转动、和/或支撑件的水平运动，以在垂直于旋转轴线的平面中从各种角度照射被支撑的对象，同时将照射喷嘴维持在与被支撑的对象相距的恒定距离处。

Particle therapy system, apparatus and beam delivery method

A beam transport assembly transmits a particle beam from a particle source to a radiation nozzle that rotates around the axis of rotation of the horizontal input of the nozzle. The support member can move horizontally in a plane perpendicular to the axis of rotation. The beam delivery assembly can change the path length of the particle beam to follow the vertical axis of the rotation axis of the irradiation nozzle relative to the support member. Change, around the axis of rotation of the rotating nozzle irradiation, and / or support the horizontal motion path length controller can coordinate the particle beam, the plane perpendicular to the axis of rotation in the irradiation from various angles by supporting objects, and will maintain at a constant distance from the nozzle in the irradiated object and is supported by.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年8月22日提交的美国临时申请号62/040,657的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开一般涉及递送用于照射对象的粒子射束，诸如为患者提供粒子治疗，并且更特别地，涉及用于输送粒子射束以用于随后照射的系统、方法和设备。
技术介绍
高能粒子射束可以用于向患者递送治疗，例如，作为对患者癌症的医疗治疗。射束(例如，质子)中的粒子可以具有大于20MeV(例如，在70MeV和250MeV之间)的能量。粒子可以在粒子加速器中生成并且在处理站处递送给患者，在处理站处，粒子射束从照射喷嘴发出。喷嘴将射束引导到支撑件上的患者处，例如，将患者保持在相对于粒子射束的适当位置的可调整的轮床或椅子。粒子穿透的深度和粒子射束的位置可以变化，以便治疗患者体内的三维体积。深度控制可以通过变化粒子的能量来实现。台架用于围绕患者转动照射喷嘴以从不同角度照射患者体内的期望体积。图1A中示出了粒子治疗系统100的配置。粒子治疗系统100从诸如粒子加速器之类的粒子射束源(未示出)接收粒子射束114(例如，质子射束)。粒子射束114从粒子射束源经由提供射束114的射束输送系统(未示出)输送到台架108以照射患者102。射束输送系统可以包括真空管和射束控制部件，诸如聚焦粒子射束的四极磁体和偏转粒子射束的偶极磁体。粒子射束114经由转动真空密封件112进入台架108。在台架108内，粒子射束可以沿着蛇形路径行进到照射喷嘴122，该照射喷嘴122沿着路径110重定向粒子射束以照射患者102。台架108内的磁体118和120将粒子射束从真空密封件112重定向到照射喷嘴122。磁体118和120与照射喷嘴122一起转动，而磁体118和120之间的相对位置(即，磁体118和120之间的垂直于轴线116的垂直距离和平行于轴线116的水平距离)保持固定，即使它们的取向改变。患者支撑件104将患者102定位成与台架108的转动轴线116对准。照射喷嘴122由台架108围绕转动轴线116转动，以从不同角度照射患者体内的治疗体积。可以转动台架108，使得射束110撞击患者102的治疗等中心点，而不需要改变磁体的磁场强度。例如，如图1B所图示的，台架可以将照射喷嘴122从患者上方的垂直位置130(例如，0°转动)移动到水平位置132(例如，90°转动)，移动到患者下方的垂直位置134(180°转动)，移动到患者相对侧上的另一水平位置136(例如，225°转动)，以及移动到其间的各种点。为了适应照射喷嘴相对于患者102以恒定半径的转动，患者支撑件104将患者102保持在地板106上方的升高位置处。可替代地或附加地，台架108可以具有位于底板106下方以最小化或至少减少患者102所位于的高度的部分。作为上述操作的结果，粒子治疗支架可以是重的并且具有显著大于常规光子治疗支架的覆盖区(footprint)。这种已知的台架设计需要复杂且庞大的结构，特别地，以便允许台架围绕照射对象被转动整个360°。
技术实现思路
本文中公开了用于射束输送的粒子射束系统、设备和方法。在所公开的主题的一个或多个示例性实施例中，用于传送粒子射束的射束输送组件包括第一射束管、第二射束管、一个或多个第一聚焦磁体、一个或多个第二聚焦磁体、以及可膨胀部分。第一射束管可以具有在真空下维持的第一内部体积。第二射束管可以具有在真空下维持的第二内部体积。第二射束管可以与第一射束管轴向地间隔开。一个或多个第一聚焦磁体可以沿着第一射束管布置。一个或多个第二聚焦磁体可以沿着第二射束管布置。可膨胀部分可以将第一射束管耦合到第二射束管，使得粒子射束可以在它们之间传送。可膨胀部分可以被配置成适应第一射束管和第二射束管相对于彼此的改变的位置，以便更改粒子射束通过射束输送组件的路径长度。在所公开的主题的一个或多个示例性实施例中，一种用于使用粒子射束来照射对象的系统，包括射束输送组件、照射喷嘴、支撑件和控制器。射束输送组件可以沿着基本上垂直的方向传送来自粒子源的粒子射束，并且可以将粒子射束重定向到水平输入。照射喷嘴可以耦合到射束输送组件以在水平输入处接收粒子射束。照射喷嘴可以被配置成朝向对象重定向粒子射束并且在水平输入处围绕旋转轴线转动。支撑件可以被构造成相对于照射喷嘴来支撑对象、并且在垂直于旋转轴线的平面中水平移动。控制器可以被配置成协调射束输送组件、照射喷嘴和支撑件的移动。射束输送组件可以被构造成改变粒子射束的路径长度，以便跟随照射喷嘴的旋转轴线相对于支撑件的垂直位置。控制器可以被配置成协调粒子射束的路径长度改变、照射喷嘴围绕旋转轴线的转动、和/或支撑件的水平运动，以在将照射喷嘴维持在与被支撑的对象相距恒定距离的同时，在垂直于旋转轴线的平面中提供从各种角度照射被支撑的对象。在所公开的主题的一个或多个示例性实施例中，一种用于照射对象的方法，可以包括：把来自粒子源的粒子射束沿着射束输送组件传送到照射喷嘴的水平输入。照射喷嘴可以被配置成在水平输入处围绕旋转轴线转动。该方法还可以包括：从照射喷嘴内的水平输入重定向粒子射束，并且引导来自照射喷嘴的粒子射束以从第一位置照射布置在支撑件上的对象。该方法还可以包括：改变射束输送组件中的粒子射束的路径长度，以便跟随照射喷嘴的旋转轴线相对于支撑件的垂直位置。在所公开主题的一个或多个示例性实施例中，可以提供一种非暂态计算机可读存储介质和计算机处理系统。可以在计算机可读存储介质上体现用于控制系统使用粒子射束来照射对象的编程指令序列。计算机处理系统可以执行在计算机可读存储介质上体现的编程指令序列，以使计算机处理系统控制射束输送组件的一个或多个聚焦磁体以将来自粒子源的粒子射束沿着射束输送组件传送到照射喷嘴的水平输入；以控制一个或多个偏转磁体将粒子射束从照射喷嘴内的水平输入重定向并且引导来自照射喷嘴的粒子射束从第一位置照射布置在支撑件上的对象；和以控制射束输送组件改变粒子射束的路径长度，以便跟随照射喷嘴的旋转轴线相对于支撑件的垂直位置。照射喷嘴可以被配置成在水平输入处围绕旋转轴线转动。在所公开的主题的一个或多个示例性实施例中，一种用于传送粒子射束的射束输送组件，包括射束管和至少一个第一弯曲磁体。射束管可以具有在真空下维持的内部体积，并且可以由材料形成或者具有允许粒子射束通过其壁的厚度。至少一个第一弯曲磁体可以将粒子射束从平行于射束管的轴线的方向重定向到照射喷嘴的输入。至少一个第一弯曲磁体可以被配置成在与射束管的轴线平行的方向上沿着射束管移动。当结合附图考虑时，从以下描述中，所公开的主题的实施例的目的和优点将变得清楚。附图说明在下文中将参照附图对实施例进行描述，附图不一定按比例绘制。这些附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。在适用的情况下，可能不会图示一些特征以帮助对底层特征的说明和描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。如本文中所使用的，各种实施例可以意指一个、一些或所有实施例。图1A示出了利用转动台架的典型粒子治疗系统的简化横截面视图。图1B示出了当照射喷嘴通过台架围绕患者转动时该照射喷嘴的不同位置。图2A至图2E示出了根据所公开的主题的一个或多个实施例的照射系统的喷嘴和患者支撑件的不同位置以在不使用转动台架的情况下提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于传送粒子射束的射束输送组件，所述射束输送组件包括：第一射束管，具有在真空下维持的第一内部体积；第二射束管，具有在真空下维持的第二内部体积，所述第二射束管与所述第一射束管轴向地间隔开；一个或多个第一聚焦磁体，沿着所述第一射束管布置；一个或多个第二聚焦磁体，沿着所述第二射束管布置；和可膨胀部分，将所述第一射束管耦合到所述第二射束管，使得所述粒子射束能够在其间传送，其中，所述可膨胀部分被配置成适应所述第一射束管和所述第二射束管相对于彼此的改变的位置，以便更改所述粒子射束通过所述射束输送组件的路径长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.22 US 62/040,6571.一种用于传送粒子射束的射束输送组件，所述射束输送组件包括：第一射束管，具有在真空下维持的第一内部体积；第二射束管，具有在真空下维持的第二内部体积，所述第二射束管与所述第一射束管轴向地间隔开；一个或多个第一聚焦磁体，沿着所述第一射束管布置；一个或多个第二聚焦磁体，沿着所述第二射束管布置；和可膨胀部分，将所述第一射束管耦合到所述第二射束管，使得所述粒子射束能够在其间传送，其中，所述可膨胀部分被配置成适应所述第一射束管和所述第二射束管相对于彼此的改变的位置，以便更改所述粒子射束通过所述射束输送组件的路径长度。2.根据权利要求1所述的射束输送组件，其中，所述一个或多个第一聚焦磁体和所述一个或多个第二聚焦磁体包括四极磁体。3.根据权利要求1所述的射束输送组件，其中，所述一个或多个第一聚焦磁体耦合到所述第一射束管并且与所述第一射束管一起移动。4.根据权利要求1所述的射束输送组件，其中，所述第一射束管的外径小于所述第二射束管的内径，并且所述可膨胀部分包括所述第一射束管与所述第二射束管之间的第一滑动密封件，所述第一射束管被配置成滑动到所述第二内部体积中，以减少所述粒子射束的所述路径长度。5.根据权利要求4所述的射束输送组件，其中，所述可膨胀部分包括所述第一射束管与所述第二射束管之间的第二滑动密封件，所述第二滑动密封件与所述第一滑动密封件轴向地间隔开，并且还包括耦合到所述第一滑动密封件与所述第二滑动密封件之间的体积的差动泵。6.根据权利要求1所述的射束输送组件，其中，所述可膨胀部分包括真空容器，所述真空容器设置在所述第一射束管与所述第二射束管之间并且被构造成相对于所述第一射束管和所述第二射束管转动。7.根据权利要求6所述的射束输送组件，其中，所述真空容器的高度在平行于所述第一射束管的和所述第二射束管的轴线的方向上变化。8.根据权利要求7所述的射束输送组件，其中，所述第一射束管通过设置在所述真空容器的轴向第一端处的第一转动密封件而耦合到所述真空容器，并且所述第二射束管通过设置在所述真空容器的轴向相对的第二端处的第二转动密封件而耦合到所述真空容器，所述第一转动密封件和所述第二转动密封件被构造成围绕平行于所述第一射束管的和所述第二射束管的所述轴线的第一转动轴线而转动，所述第一转动轴线在与所述第一射束管和所述第二射束管的轴线垂直的方向上与所述第一射束管的和所述第二射束管的所述轴线间隔开。9.根据权利要求6所述的射束输送组件，其中，所述真空容器被构造成围绕垂直于所述第一射束管的和所述第二射束管的轴线的第二转动轴线而转动，使得通过所述真空容器的内部体积的路径长度变化。10.根据权利要求9所述的射束输送组件，其中，所述第一射束管的和所述第二射束管的靠近所述真空容器的相应端包括真空窗口或箔，并且所述真空容器的面向所述第一射束管的和所述第二射束管的所述端的周向表面包括真空窗口或箔。11.根据权利要求1所述的射束输送组件，其中，所述可膨胀部分包括设置在所述第一射束管与所述第二射束管之间的气体填充容器。12.根据权利要求11所述的射束输送组件，其中，所述气体填充容器包括柔性结构，使得通过所述容器的路径长度的变化通过压缩或膨胀所述柔性结构来实现。13.根据权利要求11所述的射束输送组件，其中，所述第一射束管的和所述第二射束管的靠近所述气体填充容器的相应端包括真空窗口或箔，并且所述气体填充容器的面向所述第一射束管的和所述第二射束管的所述端的周向表面包括窗口或箔。14.根据权利要求11所述的射束输送组件，其中，所述容器填充有氦气。15.一种用于使用粒子射束来照射对象的系统，所述系统包括：射束输送组件，沿着基本上垂直的方向传送来自粒子源的粒子射束，并且把所述粒子射束重定向到水平输入；照射喷嘴，耦合到所述射束输送组件以在所述水平输入处接收所述粒子射束，所述照射喷嘴被配置成朝向所述对象重定向所述粒子射束并且在所述水平输入处围绕旋转轴线转动；支撑件，被构造成相对于所述照射喷嘴来支撑所述对象并且在垂直于所述旋转轴线的平面中水平地移动；和控制器，被配置成协调所述射束输送组件、所述照射喷嘴和所述支撑件的运动，其中，所述射束输送组件被构造成改变所述粒子射束的路径长度，以便跟随所述照射喷嘴的所述旋转轴线相对于所述支撑件的垂直位置，以及所述控制器被配置成协调所述粒子射束的路径长度的改变、所述照射喷嘴围绕所述旋转轴线的转动、和/或所述支撑件的水平运动，以在将所述照射喷嘴维持在与所述被支撑的对象相距的恒定距离处的同时，在垂直于所述旋转轴线的平面中从各种角度照射所述被支撑的对象。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述照射喷嘴被配置成在所述水平输入处从所述粒子射束的方向来重定向所述粒子射束90°。17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述被支撑的对象是患者，并且所述系统被配置成递送所述粒子射束作为所述患者的粒子治疗的一部分。18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述旋转轴线和所述粒子射束在所述水平输入处的传播方向是重合的。19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器被配置成协调所述粒子射束的所述路径长度的改变、所述照射喷嘴围绕所述旋转轴线的转动、和/或所述支撑件的水平运动，以提供围绕所述被支撑的对象的360°的照射。20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述射束输送组件包括一个或多个聚焦磁体。21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器被配置成响应于所述粒子射束的路径长度的改变来控制所述一个或多个聚焦磁体的磁场。22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器包括存储器，存储器存储查找表，所述查找表将所述粒子射束的路径长度的改变与所述一个或多个聚焦磁体的所述磁场的控制值相关。23.根据权利要求21所述的系统，还包括传感器，所述传感器随着所述路径长度改变而监测所述粒子射束、并且向所述控制器提供反馈信号，所述控制器被配置成响应于所述反馈信号来控制所述一个或多个聚焦磁体的所述磁场。24.根据权利要求15所述的系统，其中，所述支撑件还被构造成在平行于所述旋转轴线的平面中水平地和/或垂直地移动。25.根据权利要求15所述的系统，其中，所述射束输送组件包括第一偶极磁体和第二偶极磁体，所述第一偶极磁体将来自所述粒子源的所述粒子射束沿着所述射束输送组件的垂直延伸部分进行重定向，所述第二偶极磁体将所述粒子射束重定向到所述水平输入。26.根据权利要求15所述的系统，其中，所述射束输送组件包括：第一射束管，具有在真空下维持的第一内部体积；第二射束管，具有在真空下维持的第二内部体积，所述第二射束管与所述第一射束管轴向地间隔开；和可膨胀部分，将所述第一射束管耦合到所述第二射束管，使得所述粒子射束能够在其间传送；其中，所述粒子射束的所述路径长度改变由所述可膨胀部分来适应。27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述第一射束管的外径小于所述第二射束管的内径，并且所述可膨胀部分包括所述第一射束管与所述第二射束管之间的第一滑动密封件，所述第一射束管被配置成滑动到所述第二内部体积中以减少所述粒子射束的所述路径长度。28.根据权利要求26所述的系统，其中：所述可膨胀部分包括真空容器，所述真空容器设置在所述第一射束管与所述第二射束管之间、并且被构造成相对于所述第一射束管和所述第二射束管而转动，所述真空容器的高度在平行于所述第一射束管的和所述第二射束管的轴线的方向上变化；和所述第一射束管通过设置在所述真空容器的轴向第一端处的第一转动密封件而耦合到所述真空容器，并且所述第二射束管通过设置在所述真空容器的轴向相对的第二端处的第二转动密封件而耦合到所述真空容器，所述第一转动密封件和所述第二转动密封件被构造成围绕平行于所述第一射束管的和所述第二射束管的所述轴线的第一转动轴线而转动，所述第一转动轴线与所述第一射束管的和所述第二射束管的所述轴线在垂直于所述第一射束管的和所述第二射束管的所述轴线的方向上间隔开。29.根据权利要求26所述的系统，其中：所述可膨胀部分包括真空容器，所述真空容器设置在所述第一射束管与所述第二射束管之间、并且被构造成相对于所述第一射束管和所述第二射束管而转动；和所述真空容器被构造成围绕垂直于所述第一射束管的和所述第二射束管的轴线的第二转动轴线而转动，使得穿过所述真空容器的内部体积的所述粒子射束的所述路径长度变化。30.根据权利要求26所述的系统，其中，所述可膨胀部分包括设置在所述第一射束管与所述第二射束管之间的气体填充容器，所述气体填充容器是柔性结构，使得通过所述容器的路径长度的改变通过压缩或膨胀所述柔性结构来实现，所述容器填充有氦气。31.根据权利要求15所述的系统，其中，所述射束组件具有单射束管，所述单射束管由材料形成、或具有允许所述粒子射束通过所述单个射束管的壁的厚度。32.一种用于照射对象的方法，所述方法包括：将来自粒子源的粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·蒂默，J·舒尔特海斯，
申请(专利权)人：瓦里安医疗系统公司，瓦里安医疗系统粒子疗法有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US