組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組合的MRI和放射治療系統(tǒng)，其包含MRI成像設(shè)備以及放射治療設(shè)備。所述MRI成像設(shè)備包含：被屏蔽的螺線管磁體（10），其具有多個(gè)沿著軸共軸地布置的主磁體線圈（104）；和在與主磁體線圈相比距離該軸更大半徑處關(guān)于該軸共軸地布置的屏蔽裝置。所述放射治療設(shè)備包含LINAC組件，所述LINAC組件自身包含設(shè)有平行于軸的電子束路徑的線性電子加速器（9）、射束偏轉(zhuǎn)裝置（17）和用于生成放射束的靶（19）。線性電子加速器位于徑向地在所述主磁體線圈（104）和所述屏蔽裝置之間的位置上。
【專利說明】組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及組合的MRI (磁共振成像)和放射治療設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]組合的MRI和放射治療設(shè)備的一些例子是公知的，但是卻具有一定的缺點(diǎn)。本發(fā)明至少解決這些缺點(diǎn)中的一些。[0003]放射治療典型地使用伽馬射線或者類似的，以便瞄準(zhǔn)在患者體內(nèi)的患癌組織。這樣的射線可以使用由加速器生成并且對(duì)準(zhǔn)合適的靶的電子束來生成，或者由具有合適的放射同位素(例如鈷-60)的放射源來生成。
[0004]使用鈷-60源涉及到在存儲(chǔ)中的困難，和防止由操作者過度暴露。屏蔽這樣的源只能通過大量的大密度物質(zhì)、諸如鉛或鎢來實(shí)現(xiàn)。這樣的源是簡(jiǎn)單的，并且不受例如會(huì)在組合的MRI和放射治療系統(tǒng)中所遇到的磁場(chǎng)影響。但是，所產(chǎn)生的射線是相對(duì)低能量的，并且不能進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
[0005]通過電子束加速生成到合適靶上的射線，具有的優(yōu)勢(shì)是，能夠產(chǎn)生較高能量的光子并且可以進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
[0006]用于產(chǎn)生電子束所需的加速器、典型地為線性加速器對(duì)橫向磁場(chǎng)是非常敏感的，這使得難以將其合并至MRI設(shè)備中。磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)在加速器中電子束的路徑，損害了這種射線源的效力。
[0007]從W02003008986中公知了這樣的示例裝置，其允許將線性電子加速器(LINAC)構(gòu)造到MRI系統(tǒng)中并且用于組合的MRI和放射治療，并且其使用徑向排列的LINAC。LINAC和其關(guān)聯(lián)的靶被布置以便經(jīng)過在低溫恒溫器中的、在超導(dǎo)MRI磁體的線圈之間的孔或透明窗來投射放射束。徑向排列的LINAC被布置在磁體的中平面上，并且需要在磁體周圍的很多空間，使得其對(duì)于很多設(shè)施來說是不現(xiàn)實(shí)的。主磁體的磁場(chǎng)相對(duì)于LINAC是橫向的，并且影響電子束路徑。只能容許相對(duì)低的主磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁通密度)。
[0008]在美國(guó)專利公告US2011/0213239A1、國(guó)際專利公告W02012049466和英國(guó)專利GB2484529中描述了組合的MRI和放射治療設(shè)備的更為緊湊的布置。在該布置中，線性加速器(LINAC)與磁體的軸平行地布置并且位于梯度線圈和MRI系統(tǒng)的主磁場(chǎng)線圈之間。提供束轉(zhuǎn)向裝置，以便將生成的電子束從與磁體的軸平行的軸向路徑偏轉(zhuǎn)到與軸垂直的徑向路徑，然后偏轉(zhuǎn)到合適的靶上。相應(yīng)地，LINAC和靶浸入到相對(duì)強(qiáng)的磁場(chǎng)中。
[0009]圖1 對(duì)應(yīng)于 W02012049466、US2011/0213239A1 和 GB2484529 中的圖1。其示出了具有磁共振成像部分3和放射治療部分5的常規(guī)組合放射治療和磁共振單元I的示意性表示。磁共振成像部分3包含主磁體10、包括兩個(gè)在本例中對(duì)稱的部分梯度線圈21A、21B的梯度線圈系統(tǒng)、高頻線圈14 (例如體線圈的兩部分14A、14B)和患者臥榻6。磁共振成像部分的所有這些部件連接到控制單元31以及操作和顯示控制臺(tái)32。
[0010]主磁體10和部分梯度線圈21A、21B均基本上形似空的圓柱體并且圍繞水平軸15共軸地布置。主磁體10的內(nèi)殼在(與軸15垂直的)徑向方向上限制圓柱體形狀的內(nèi)部7，其中布置有放射治療部分5、梯度系統(tǒng)、高頻線圈14和患者臥榻6。更確切地說，放射治療部分5位于在梯度線圈系統(tǒng)21A、21B的徑向外側(cè)和主磁體10的殼體的徑向面向內(nèi)的表面之間的內(nèi)部7中。
[0011]除了磁體線圈之外，主磁體10還包含其他的結(jié)構(gòu)元件，例如支承部、殼體等，并且生成對(duì)于磁共振成像所需的均勻的主磁場(chǎng)。在示例中示出了，主磁場(chǎng)的方向平行于水平軸15。高頻線圈14用于在患者中激勵(lì)核自旋。通過高頻線圈14來接收由受激的核自旋所發(fā)出的信號(hào)。
[0012]軸向間隔的部分患者線圈21A、21B總是包含梯度線圈20，所述梯度線圈總是完全地由屏蔽物24包圍。梯度線圈20包含支承部和各個(gè)梯度線圈，所述梯度線圈生成磁梯度場(chǎng)用于選擇性層激勵(lì)和磁共振信號(hào)在三個(gè)空間方向上的位置編碼。
[0013]放射治療部分5布置在機(jī)架8上，并且包含線性電子加速器(LINAC) 9、射束偏轉(zhuǎn)裝置17、祀陽極18、均勻化體(homogenizing body)22和準(zhǔn)直儀23。機(jī)架8可以具有貫穿機(jī)架的通孔(虛線示出)，通過該通孔可以接近磁共振成像部分3。
[0014]LINAC9包含電子源11，例如鎢陰極，其生成電子束13，該電子束平行于主磁體10的軸15地被加速。如果LINAC9生成脈沖電子束13，則可以比設(shè)計(jì)用于提供連續(xù)的電子束更為緊湊地構(gòu)建所述LINAC。LINAC9例如可以生成這樣的電子束脈沖，其每5ms具有5 μ s的長(zhǎng)度。
[0015]通過在LINAC9的圓柱體形狀的空心導(dǎo)體中的交變電場(chǎng)來對(duì)電子束13的電子進(jìn)行加速。電子束13的電子被加速至高達(dá)數(shù)MeV大小的能量。LINAC9連接到加速器控制單元12以便控制交變場(chǎng)和電 子源11。
[0016]電子束13在與電子源相反的一端離開LINAC9并且通過射束偏轉(zhuǎn)裝置17偏轉(zhuǎn)90°徑向向內(nèi)指向軸15。為此目的，射束偏轉(zhuǎn)裝置17可以包含這樣的磁體，其被配置為由非鐵磁性材料構(gòu)成的電磁體以便避免與周圍磁場(chǎng)之間的不期望的相互影響。
[0017]為了能夠在小空間內(nèi)對(duì)脈沖電子束13進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，射束偏轉(zhuǎn)裝置17必須生成強(qiáng)磁場(chǎng)。為了降低功率損耗，射束偏轉(zhuǎn)裝置17的磁場(chǎng)是與脈沖電子束13同步化的脈沖電磁場(chǎng)。為此目的，射束偏轉(zhuǎn)裝置17連接至射束偏轉(zhuǎn)控制單元18，所述射束偏轉(zhuǎn)控制單元也與加速器控制單兀12相連接。
[0018]偏轉(zhuǎn)電子束13擊中靶陽極19并且從靶陽極產(chǎn)生在沿著射束路徑的射束延長(zhǎng)線上出現(xiàn)的放射束。通過均勻化體12來將放射束均勻化。
[0019]準(zhǔn)直儀23布置于在間隔的部分梯度線圈21A、21B之間的環(huán)狀槽內(nèi)，在靶陽極19之后的射束路徑中。由此實(shí)現(xiàn)的與輻照目標(biāo)之間的鄰近提高了放射照度和準(zhǔn)直儀23的有效性。
[0020]準(zhǔn)直儀23使得放射束的方向和放射束的橫截面受到影響。為此目的，準(zhǔn)直儀23優(yōu)選包含可移動(dòng)的調(diào)節(jié)器24，其允許放射束僅在特定的方向通過，例如僅平行于徑向方向26或者偏離射束軸26多達(dá)角度α，并且具有特定的橫截面。也可以以這樣的方式設(shè)置準(zhǔn)直儀23的調(diào)節(jié)器24，使得沒有放射束可以平行于徑向射束軸方向26地經(jīng)過并且只有與徑向方向26成特定角度的傾斜放射束可以經(jīng)過。為了控制調(diào)節(jié)器24，將準(zhǔn)直儀23連接到準(zhǔn)直儀控制單元25。這樣的準(zhǔn)直儀是充分公知的。例如，可以參考多葉準(zhǔn)直儀。所述多葉準(zhǔn)直儀可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制的放射治療(MRT)，其中可以將放射束的大小、形狀和強(qiáng)度理想地與照射靶相適應(yīng)。特別地，IMRT還允許將照射中心定位到放射治療設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸之外。
[0021]放射束穿入檢查對(duì)象，在本例中即患者P，并且放射束路徑貫穿磁共振成像部分3的診斷(成像)體積D。為了使在照射對(duì)象體積之外的局部放射量最小化，放射治療部分圍繞著主磁場(chǎng)的軸15旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，全部劑量?jī)H僅施加在照射中心B上。即使在旋轉(zhuǎn)期間，準(zhǔn)直儀23也經(jīng)常地使放射束的橫截面與照射對(duì)象的實(shí)際輪廓相適應(yīng)。配置機(jī)架8以用于放射治療部分的旋轉(zhuǎn)。機(jī)架控制單元29對(duì)放射治療部分5的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。機(jī)架控制單元29對(duì)放射治療部分5的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。作為示例，放射治療部分5被示為旋轉(zhuǎn)180°之后的放射治療部分5,。
[0022]機(jī)架控制單元29、準(zhǔn)直儀控制單元25、射束偏轉(zhuǎn)控制單元18、加速器控制單元12和控制單元31彼此相連接，使得通過磁共振成像部分所收集的診斷數(shù)據(jù)可以彼此相協(xié)調(diào)，所述診斷數(shù)據(jù)例如是照射對(duì)象的三維形狀、放射治療部分的旋轉(zhuǎn)位置、以及相對(duì)于放射束的橫截面和方向的準(zhǔn)直儀設(shè)置，以及如上所述的脈沖束的生成。
[0023]患者臥榻6優(yōu)選可以在三個(gè)空間方向上移動(dòng)，從而可以將輻照的目標(biāo)面積精確地定位在照射中心B內(nèi)。為此目的，控制單元31被便利地配置以便控制患者臥榻的移動(dòng)。
[0024]然而，該公知的裝置具有特定的缺點(diǎn)。通過將LINAC9和靶19設(shè)置在主磁體10之內(nèi)，主磁體的線圈必須具有相對(duì)大的直徑，并且LINAC和靶必須被設(shè)置在靠近主磁體線圈，以便將系統(tǒng)總尺寸保持為可接受的直徑。該裝置的運(yùn)行已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)性地證明，但是僅僅是在LINAC9所經(jīng)受的磁場(chǎng)是足夠均勻的情況下。當(dāng)LINAC被定位到接近主磁體線圈時(shí)上述情況很難實(shí)現(xiàn)，原因是，通過電子束所經(jīng)受的由于在磁場(chǎng)定向和強(qiáng)度上的變化所引起的磁場(chǎng)變化可能降低電子束質(zhì)量。將磁共振成像部分設(shè)計(jì)為在中央成像區(qū)域生成均勻磁場(chǎng)，而在由LINAC9所占據(jù)的體積內(nèi)的磁場(chǎng)卻不那么均勻。磁場(chǎng)在主磁體10的孔內(nèi)將是強(qiáng)的，但是在有些區(qū)域內(nèi)(特別接近磁體末端)的磁場(chǎng)線將不是完全平行的，并且會(huì)引起射束的一些偏轉(zhuǎn)和分散。
`[0025]圖1的裝置沒有留出很多空間以用于放射束成形器件，例如常規(guī)地并且有利地提供在放射治療設(shè)備中的多葉準(zhǔn)直儀(MLC)。
[0026]本發(fā)明相應(yīng)地解決了這些缺點(diǎn)中的至少一些，并且提供了一種組合的MRI和放射治療設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]從下面對(duì)通過非限制性示例方式所給出的特定實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的上述以及更多的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)更為明顯，其中，
[0028]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的組合的MRI/放射治療系統(tǒng)；
[0029]圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的組合的MRI和放射治療系統(tǒng)2 ；
[0030]圖3以半截面的方式示出了這樣的磁體的示例性設(shè)計(jì)；
[0031]圖4示出了圖3設(shè)計(jì)的主磁體線圈和屏蔽線圈的三維表示；
[0032]圖5以更為全面的狀態(tài)示出了這樣的設(shè)計(jì)的磁體；以及
[0033]圖6示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合的MRI磁體和放射治療LINAC組件的三維表示?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]按照本發(fā)明，為生成電子束所需要的LINAC (對(duì)于生成放射束又需要電子束)位于主磁體的徑向外部，并且相應(yīng)地允許減小主磁體線圈的直徑。
[0035]本發(fā)明適用于有源屏蔽的螺線管磁體，其中具有比主線圈的直徑大的直徑，卻與主磁體線圈同軸地布置的屏蔽線圈承載著與主磁體線圈所承載電流相比在相反方向上的電流。就像對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，這樣的屏蔽線圈降低了在MRI系統(tǒng)周圍的雜散場(chǎng)的大小。優(yōu)選地，將LINAC與主磁體的軸平行地布置，徑向地定位在主磁體線圈的徑向外部表面和屏蔽線圈的徑向內(nèi)部表面之間。以這種方式，本發(fā)明的組合的MRI和放射治療設(shè)備具有與相似的MRI系統(tǒng)的外直徑類似的外直徑，允許裝配在對(duì)常規(guī)的組合的MRI和放射治療系統(tǒng)而言可能不現(xiàn)實(shí)的位置上。
[0036]圖2示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合的MRI和放射治療系統(tǒng)2。為主磁體10提供了穿過低溫恒溫器并且在主磁體線圈之間的“信箱(Letterbox)”槽100，以便允許放射束到達(dá)照射中心B上的患者P?？赡苡幸恍┎贿m于放射束通過的圓周位置，例如在機(jī)械支柱將主磁體50的兩部分連接在一起的地方，但是不難提供良好范圍的操作。LINAC9、靶19和準(zhǔn)直儀23被徑向地提供在主磁體10之外，但是徑向地在屏蔽線圈102之內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將屏蔽線圈放置在與主磁體相同的低溫恒溫器內(nèi)，在低溫恒溫器中形成凹處以便容納LINAC9和有關(guān)的設(shè)備。機(jī)架8可以圍繞軸15旋轉(zhuǎn)，允許放射束從任意角度應(yīng)用于照射中心B。在主磁體10的圓周周圍的間隔處，可以將在圖2中示出的兩個(gè)部分接合，以便實(shí)現(xiàn)機(jī)械支承部與主磁體的線圈相連接，從而將主磁體線圈保留在其需要的相對(duì)位置上。在替換的實(shí)施例中，LINAC和有關(guān)的設(shè)備可以固定在相對(duì)于主磁體的位置上，并且具有LINAC和有關(guān)設(shè)備的主磁體可以圍繞軸15旋轉(zhuǎn)以便從需要的方向提供放射束。
[0037]由于與照射中心B徑向距離更遠(yuǎn)地安置LINAC，所以，當(dāng)按照本發(fā)明使用時(shí)，對(duì)于給定的射束角α，類似于在圖1的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所使用的準(zhǔn)直儀的準(zhǔn)直儀23能夠?qū)⒅委熓龑?dǎo)至患者的更大的比例，`原因在于，與照射中心B和軸15徑向更遠(yuǎn)地安置準(zhǔn)直儀23。另一方面，需要更小的射束角α'來覆蓋如在現(xiàn)有技術(shù)中，就像在圖1所示地相同的輻射中心B。
[0038]與圖1的現(xiàn)有技術(shù)裝置的情況相比較，本裝置為L(zhǎng)INAC和諸如多葉準(zhǔn)直儀23這樣的有關(guān)設(shè)備提供明顯更多的空間。主磁體線圈比在W02012049466、US2011/0213239A1和GB2484529的裝置中直徑更小，并且系統(tǒng)作為一個(gè)整體比在W02003008986的示例中要求更少的徑向空間。
[0039]電子偏轉(zhuǎn)儀17可以提供簡(jiǎn)單的橫向磁場(chǎng)、或者如在US2011/0213239A1或在W02012049466和GB2484529中所提供的線圈布置?？梢允褂糜来朋w，優(yōu)選以Halbach陣列的形式，這不產(chǎn)生明顯的雜散場(chǎng)。可以有利地提供射束聚焦元件。
[0040]在主磁體和屏蔽線圈之間安置LINAC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，LINAC被安置在較低磁場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域，就像在下文中更詳細(xì)地描述的那樣。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)屏蔽線圈102，可以平行于在加速器13中的電子束路徑來布置由LINAC9所經(jīng)受的磁場(chǎng)，并且這樣電子束將不被主磁體10的磁場(chǎng)或屏蔽線圈102所偏轉(zhuǎn)。
[0041]與在主磁體10中的主線圈所承載的電流相比，屏蔽線圈102承載相反方向的電流。它們生成對(duì)在屏蔽線圈之外的雜散場(chǎng)進(jìn)行降低的反向磁場(chǎng)，并且在磁體10和屏蔽線圈102之間引導(dǎo)主磁場(chǎng)的返回路徑(return path)。在該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)線比在主磁體的孔的端部的磁場(chǎng)線更為平行，并且場(chǎng)強(qiáng)更低。通過將LINAC9安置在該更低強(qiáng)度的、更平行的磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，減小了背景磁場(chǎng)在射束13上的影響。優(yōu)選地，在本發(fā)明中，LINAC經(jīng)受與射束13的方向相平行的磁場(chǎng)。
[0042]RF屏蔽可以提供在LINAC附近以便降低其對(duì)運(yùn)行磁共振成像的干擾。
[0043]更多的空間對(duì)于安置多葉準(zhǔn)直儀23可用，其可以相應(yīng)地是更好的準(zhǔn)直儀，具有與在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中可以容納的相比而言更多的葉。由于與例如在圖1中示出的常規(guī)裝置中的準(zhǔn)直儀所經(jīng)受的磁場(chǎng)相比，由在本發(fā)明裝置中的準(zhǔn)直儀所經(jīng)受的磁場(chǎng)具有較低的強(qiáng)度，所以，在本發(fā)明中的準(zhǔn)直儀23可以更容易地運(yùn)行在主磁體10的磁場(chǎng)中。
[0044]在主磁體10附近出現(xiàn)LINAC9和有關(guān)設(shè)備將會(huì)引起在成像區(qū)域中的磁場(chǎng)的一些畸變。按照本發(fā)明，將LINAC安置在比較遠(yuǎn)離成像區(qū)域處，并且由此對(duì)在成像區(qū)域中的磁場(chǎng)具有更小的影響。與其中LINAC更接近成像區(qū)域的例如在圖1中的常規(guī)裝置的情況相比，補(bǔ)償殘留影響將是相對(duì)簡(jiǎn)單的事，例如通過常規(guī)的勻場(chǎng)技術(shù)。
[0045]優(yōu)選地，布置LINAC和電子束偏轉(zhuǎn)器17以便使電子束保留在單個(gè)平面。這簡(jiǎn)化了電子束控制的建模。然而，替代地也可以使用其他偏轉(zhuǎn)器。例如在US2011/0213239A1中所列舉的。
[0046]可以通過一個(gè)或多個(gè)永磁體來提供束偏轉(zhuǎn)裝置17。盡管這樣的磁體將提供將使成像場(chǎng)畸變的強(qiáng)場(chǎng)，但是這樣的畸變是靜態(tài)的并且對(duì)于使用常規(guī)勻場(chǎng)方法來說應(yīng)當(dāng)相當(dāng)容易矯正。如果使用脈沖電磁鐵，那么，將需要電流饋通(current feed throughs)以便將電流輸送給電磁體，一起需要的還有冷卻裝置和能夠在高頻情況下切換所需電流的電源。對(duì)這樣的電磁鐵的電流進(jìn)行高頻切換可能引起機(jī)械振動(dòng),并且由此引起對(duì)患者而言不舒服的并且可能引起設(shè)備機(jī)械損壞的噪聲。該振動(dòng)中的一些可以通過將LINAC包圍在真空容器中來進(jìn)行抑制，但是可以更簡(jiǎn)單地并且更為成本低廉地將永磁體用于射束偏轉(zhuǎn)裝置17，并且借助常規(guī)勻場(chǎng)來矯正成像場(chǎng)的伴隨畸變。
[0047]在替換的實(shí)施方式中，可以不需要為了放射束的通過而在低溫恒溫器中提供槽100。如果低溫恒溫器至少在合適的區(qū)域由合適的材料形成，例如IOmm厚的鋁，而不是常規(guī)的3mm的不銹鋼，那么，可以引導(dǎo)放射束經(jīng)過低溫恒溫器。這可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單得多的機(jī)械裝配。
[0048]就像對(duì)于組合的MRI和放射治療系統(tǒng)而言常見的那樣，本發(fā)明的MRI磁體可以提供相對(duì)低強(qiáng)度的背景場(chǎng)。例如，主磁體可以提供0.5T或者更小的強(qiáng)度(磁通密度)的背景場(chǎng)。相信該水平的和更小的場(chǎng)強(qiáng)(磁通密度)對(duì)于引起傷害在組合的MRI和放射治療系統(tǒng)中的周圍組織而目具有減小的傾向。
[0049]示例設(shè)計(jì)方法可以包含如下步驟:
[0050]-定義LINAC的中心線，并且設(shè)置由LINAC所經(jīng)受的場(chǎng)強(qiáng)的最大可容許的偏差；
[0051]-限制成像體積；
[0052]-限制雜散場(chǎng)以便確保屏蔽線圈保持有效；
[0053]-根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，限制線圈的幾何尺寸；
[0054]-基于良好公知的線性優(yōu)化或線性電流密度優(yōu)化器方法，運(yùn)行計(jì)算機(jī)輔助的優(yōu)化。
[0055]可以使用其他的優(yōu)化方法，例如基于單純形法的電流密度優(yōu)化器。[0056]有源屏蔽線圈設(shè)計(jì)
[0057]在上文中所討論的示例中，以及在圖2中示出的，提供了有源屏蔽線圈102。
[0058]假設(shè)屏蔽線圈102提供了 “完美”的屏蔽，那么在螺線管主磁體10的孔內(nèi)部的磁通量大小等于在主線圈和屏蔽線圈之間的磁通量大小。在孔內(nèi)部的通量分布在孔的橫截面積上，而在主磁體線圈和屏蔽線圈之間的通量分布于在主線圈和屏蔽線圈之間的區(qū)域的環(huán)形橫截面上。
[0059]其中，在孔內(nèi)的磁通量密度是Btl,
[0060]在主線圈和屏蔽線圈之間的區(qū)域內(nèi)的磁通量密度是Ba，
[0061]Rtl是主磁體線圈的平均半徑，
[0062]Rs是屏蔽線圈的平均半徑，
[0063]Ba ~-B0.R02/(Rs2-R02)。
[0064]如果例如Rs = ，那么本發(fā)明的裝置將LINAC9布置在這樣的區(qū)域內(nèi)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度是圖1的現(xiàn)有技術(shù)的LINAC所經(jīng)受的磁場(chǎng)強(qiáng)度的三分之一。在示例的其中B0=0.5T的磁體中，返回磁通量密度是Ba=-166mT。在具有該磁通量密度的磁場(chǎng)中，用于多葉準(zhǔn)直儀的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可以被局部地屏蔽，并且成為實(shí)用建議的是，在組合的MRI和放射治療系統(tǒng)中提供多葉準(zhǔn)直儀，實(shí)現(xiàn)了放射束的有效成形。
[0065]合適的磁體設(shè)計(jì)可以使用單純形電流密度優(yōu)化器，其中沿著LINAC的磁場(chǎng)被限制在最小和最大值之間。
[0066]圖3以關(guān)于軸15對(duì)稱的半截面示出了這樣的磁體的示例性設(shè)計(jì)。從圖3中清楚的是，提供了比通常數(shù)目多的屏蔽線圈102，每個(gè)屏蔽線圈具有相對(duì)少的匝數(shù)。這使得在位于主磁體線圈104和屏蔽線圈102之間的區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)在LINAC和靶的組件5的區(qū)域內(nèi)是相對(duì)均勻的。Z方向表示與磁體的中平面以及射束路徑26之間的軸向距離。R方向表示與軸15之間的徑向距離。本設(shè)計(jì)還必須滿足用于磁場(chǎng)屏蔽的特定標(biāo)準(zhǔn)，典型地在距離磁體中心點(diǎn)徑向2.5m以及軸向4.5m處將雜散場(chǎng)限制到不大于5高斯。
[0067]圖4示出了圖3的設(shè)計(jì)的主磁體線圈104和屏蔽線圈的三維表示。
[0068]圖5以更為完整的狀態(tài)示出了這樣設(shè)計(jì)的磁體。主磁體線圈位于內(nèi)部低溫恒溫器106內(nèi)，而屏蔽線圈位于外部低溫恒溫器108內(nèi)部。將梯度線圈組件20提供在內(nèi)部低溫恒溫器106的孔內(nèi)。在徑向安置在內(nèi)部低溫恒溫器和外部低溫恒溫器之間的5處，提供了LINAC、其靶和有關(guān)設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)用于成像和放射治療時(shí)，RF (身體)線圈和患者將被安置在梯度線圈組件20的孔內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，貫穿內(nèi)部低溫恒溫器106提供諸如“信箱”槽這樣的空隙以便允許放射到達(dá)照射中心B。在其他實(shí)施方式中，引導(dǎo)輻射貫穿在低溫恒溫器的材料中形成的“窗口”。這樣的“窗口”是由具有相對(duì)小的原子序數(shù)的材料制成，例如鋁。
[0069]十分有利的是，放射源應(yīng)當(dāng)能夠圍繞軸15旋轉(zhuǎn)，該放射源包含在LINAC組件5中的LINAC9、靶19和有關(guān)設(shè)備。這可以以數(shù)個(gè)替選的方式來實(shí)現(xiàn)。例如，可以將LINAC組件5相對(duì)于低溫恒溫器進(jìn)行固定，并且整個(gè)組件可以圍繞軸15旋轉(zhuǎn)?？梢载灤﹥?nèi)部低溫恒溫器地提供“信箱”槽以容納放射束的路徑。替選地，可以將低溫恒溫器固定在位置上，而將LINAC組件5布置為在外部低溫恒溫器之內(nèi)圍繞內(nèi)部低溫恒溫器旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部低溫恒溫器的至少一個(gè)“赤道區(qū)域”(即，足以容納放射束的所有需要路徑的圓周帶)包含一個(gè)或多個(gè)小孔(aperture)，所述小孔由 對(duì)于放射而言透明的材料形成，并且沒有主磁體線圈。這可以方便地實(shí)現(xiàn)，方法是，由鋁構(gòu)成低溫恒溫器106，并且由諸如浸潰樹脂的碳纖維、具有碳矩陣或
TUFNOL'疊層形式的碳纖維這樣的復(fù)合材料來構(gòu)成需要的內(nèi)部線圈支承結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)從
其放射線硬度方面來評(píng)估所選擇的復(fù)合材料，以確保當(dāng)暴露于所期望的放射時(shí)其不會(huì)遭到結(jié)構(gòu)上的劣化。
[0070]無源屏蔽的示例
[0071]在一個(gè)替選的實(shí)施方式系列中，不是由屏蔽線圈而是由無源屏蔽裝置來提供LINAC組件所經(jīng)受的磁場(chǎng)的磁屏蔽和均勻化。
[0072]圖6示出了按照本發(fā)明的這種實(shí)施例的組合的MRI磁體和放射治療LINAC組件的
二維表不O
[0073]與圖5的特征相對(duì)應(yīng)的那些特征具有相對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記。替換了在低溫恒溫器內(nèi)的有源屏蔽線圈，圖6的實(shí)施例包含在LINAC組件5周圍布置的鐵磁管(ferromagnetictube) 110，其具有刻入其中的、用于容納靶和有關(guān)設(shè)備的徑向洞。鐵磁管防止LINAC的高頻間歇電子束對(duì)成像系統(tǒng)造成干擾。所述鐵磁管還將LINAC組件5與主磁體10的磁場(chǎng)進(jìn)行隔離，以確保主磁體的剩余磁場(chǎng)不損害LINAC的合適運(yùn)行。這樣的管將需要是牢固的，例如，具有50mm或者更大的壁厚度。它使主磁體的成像場(chǎng)變形并且抑制雜散場(chǎng)。為了矯正主磁場(chǎng)的畸形，并且為了提供對(duì)雜散場(chǎng)的有效屏蔽，將相似的鐵磁管112放置在選擇的、關(guān)于主磁體線圈的對(duì)稱的圓周位置上。
[0074]在示出的裝置中，在低溫恒溫器106周圍放置了八個(gè)類似的管。按照設(shè)計(jì)階段所確定的，可以提供更多的或者更少的管。為了對(duì)稱，所有鐵磁管110、112可以具有與為了在鐵磁管110中容納靶和有關(guān)`設(shè)備而提供的洞相類似的洞114。這些洞優(yōu)選對(duì)齊于放射路徑26的軸向位置以及磁體的軸向中心平面。替選地，這些洞可以在關(guān)于(交替地用于鄰近管的)中間點(diǎn)對(duì)稱的軸向位置上，以幫助成像場(chǎng)的均勻化。
[0075]在較簡(jiǎn)單的版本中，借助具有合適大小的、以通過建模所確定的位置和數(shù)量放置在主磁體線圈周圍的簡(jiǎn)單鐵磁棒，來放置額外的鐵磁管112。
[0076]盡管參考有限數(shù)目的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言眾多變形和改動(dòng)將是顯而易見的。例如，可以使用不同波長(zhǎng)的放射線，諸如伽馬射線或X射線。可以采用不同的用于射束成形和導(dǎo)向的機(jī)制。可以使用除了所描述和示出的特定的有源和無源屏蔽裝置之外的屏蔽裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其包含: -磁共振成像設(shè)備；以及 -放射治療設(shè)備， 其中， 所述磁共振成像設(shè)備包含:被屏蔽的螺線管磁體(10)，其包括多個(gè)沿著軸共軸地布置的主磁體線圈(104);和在與所述主磁體線圈相比距離所述軸更大半徑處關(guān)于所述軸共軸地布置的磁屏蔽裝置， 并且， 所述放射治療設(shè)備包含LINAC組件，所述LINAC組件自身包含設(shè)有平行于所述軸的電子束路徑的線性電子加速器(9)、射束偏轉(zhuǎn)裝置(17)和用于生成放射束的靶(19)， 其特征在于，所述線性電子加速器位于徑向地在所述主磁體線圈(104)和所述磁屏蔽裝置之間的位置上。
2.按照權(quán)利要求1所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，所述屏蔽裝置包含多個(gè)與所述主磁體線圈共軸的屏蔽線圈(102)。
3.一種組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其包含: -磁共振成像設(shè)備；以及 -放射治療設(shè)備， 其中， 所述磁共振成像設(shè)備包含:被屏蔽的螺線管磁體(10)，其包括多個(gè)沿著軸共軸地布置的主磁體線圈(104);和在與所述主磁體線圈相比距離所述軸更大半徑處關(guān)于所述軸共軸地布置的磁屏蔽裝置， 并且， 所述放射治療設(shè)備包含LINAC組件，所述LINAC組件自身包含設(shè)有平行于所述軸的電子束路徑的線性電子加速器(9)、射束偏轉(zhuǎn)裝置(17)和用于生成放射束的靶(19)， 其特征在于，所述磁屏蔽裝置包含圍繞所述LINAC組件布置的鐵磁管(110)，所述鐵磁管具有刻入其中的徑向的洞(114)以容納所述靶(19 )和有關(guān)設(shè)備。
4.按照權(quán)利要求3所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，所述屏蔽裝置還包含其他類似的鐵磁管(112)，其被放置于圍繞所述主磁體線圈的、選擇的圓周位置上。
5.按照權(quán)利要求3所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，屏蔽裝置還包含鐵磁棒，其被放置于圍繞主磁體線圈的選擇的位置上。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，所述主磁體線圈被容置在低溫恒溫器內(nèi)，并且提供槽以允許放射束在主磁體線圈之間經(jīng)過。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，所述主磁體線圈被容置在低溫恒溫器內(nèi)，并且由對(duì)放射線而言透明的材料所構(gòu)成的窗被提供以允許放射束在主磁體線圈之間通過。
8.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，其中，所述LINAC組件被安裝在機(jī)架8上，該機(jī)架設(shè)置為允許所述LINAC組件圍繞容置在低溫恒溫器內(nèi)的所述主磁體線圈旋轉(zhuǎn) ，并且所述低溫恒溫器的足以容納所有需要的放射束路徑的至少一個(gè)圓周帶由對(duì)于放射線而言透明的材料構(gòu)成并且沒有主磁體線圈。
9.按照權(quán)利要求8所述的組合的磁共振成像和放射治療系統(tǒng)，如果以權(quán)利要求2為基礎(chǔ)，其中，所述主線圈和所述屏蔽線圈位于低溫恒溫器之中，并且所述低溫恒溫器在徑向位于所述主磁體線圈和所述屏蔽線圈之間的位置上設(shè)有凹處，其足以在所述LINAC組件的整個(gè)旋轉(zhuǎn)路 徑中容納該LINAC組件。
【文檔編號(hào)】A61N5/01GK103800009SQ201310552789
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】M.克魯伊普 申請(qǐng)人:英國(guó)西門子公司