УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 2015 года по МПК A61N5/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для осуществления лучевой терапии.

Уровень техники

Устройство для лучевой терапии является хорошо известным и состоит из источника излучения, который излучает пучок излучения, направленный на пациента с целью разрушения или иным образом повреждения раковых клеток внутри пациента. Обычно пучок коллимируется с целью ограничения его пространственной протяженности до желаемой области внутри пациента, такой как опухоль или часть опухоли. Источником может являться линейный ускоритель для обеспечения высокоэнергетического (МВ) рентгеновского излучения или изотопный источник, такой как Co-60.

Зачастую, осуществляется вращение источника вокруг пациента с целью облучения желаемой области с некоторого количества различных направлений, уменьшая тем самым дозу, применяемую к нормальной (здоровой) ткани, расположенной вокруг желаемой области. Очертания желаемой области могут динамически изменяться по мере того, как осуществляется вращение источника, с целью формирования сложного распределения дозы излучения для опухолей с более сложными очертаниями и/или опухолей, расположенных вблизи чувствительных зон.

По мере того как распределение дозы излучения становится все более тесно связанным с точным очертанием опухоли и по мере того как улучшается точность доставки дозы, стало необходимым с большей точностью знать текущее положение пациента, его внутренних органов, а также опухоли. В качестве результата, на устройстве, в дополнение к терапевтическому источнику высокоэнергетического излучения, обеспечиваются источники низкоэнергетического рентгеновского излучения, с целью обеспечения возможности формирования рентгеновского изображения или осуществления КТ-визуализации пациента до или во время лечения. Часто обеспечиваются портальные устройства формирования изображения, которые осуществляют обнаружение терапевтического пучка после поглощения пациентом. И те и другие обеспечивают некоторую степень информации касательно пациента, но подвержены неотъемлемым ограничениям в формировании рентгеновского изображения, в частности обеспечивают плохой контраст, получаемый в зонах мягкой ткани. Обычно, формирование рентгеновского изображения способно обеспечивать хороший контраст между зонами кости, мягкой ткани, а также воздушного пространства, что обеспечивает возможность обнаружения общего положения пациента, но имеются сложности при обнаружении движений внутренних органов пациента и подструктуры внутри мягкой ткани.

Таким образом, усилия были направлены на комбинирование источника излучения при лучевой терапии с устройством формирования изображения с использованием магнитного резонанса (МРТ). Устройство для МРТ обеспечивает контраст внутри мягкой ткани и, таким образом, является подходящим для данных целей. Однако при комбинировании этих двух сильно отличающихся техник возникают значительные практические проблемы.

Раскрытие изобретения

В устройстве для магнитно-резонансной томографии (МРТ) постоянное магнитное поле генерируется посредством главного магнита, обычно обеспечиваемого вместе с электрически сверхпроводящими катушками главного магнита, и используется с целью ориентации ядерных спинов как части процедуры производства изображений внутри тела пациента, назначенного к обследованию. Во время сканирования с использованием МРТ, посредством антенн (катушек) радиочастотного (RF, РЧ) передатчика генерируются радиочастотные (RF, РЧ) импульсы с целью вызова возмущений локального магнитного поля, в частности, переворачивания ориентированных ядерных спинов. Сигналы магнитного резонанса получаются посредством катушек РЧ приемника. Эти сигналы магнитного резонанса используются с целью реконструкции изображений магнитного резонанса. Более того, с целью генерирования импульсов временных градиентных магнитных полей для пространственного кодирования сигналов магнитного резонанса обеспечиваются градиентные катушки.

Одна практическая проблема при комбинировании устройства для МРТ и источника излучения при лучевой терапии заключается в доставке электроэнергии к источнику. Линейные ускорители имеют значительные потребности в электроэнергии, обычно, в области 10-14 кВт. При доставке через посредство стандартного трехфазного электропитания 415 В, это, таким образом, предполагает протекание тока до 30 A. Изотопные источники также нуждаются в электроэнергии в целях управления коллиматорами и тому подобным, хотя их потребности в токе обычно будут несколько ниже. При условии, что необходима ротация источника вокруг пациента, эта электроэнергия обычно будет поставляться посредством компоновки с контактным кольцом. Это предполагает подачу тока через посредство проводника, проходящего по круговому пути вокруг (или внутри) катушек МРТ; в частности, это ориентируется относительно главных и градиентных магнитных полей, а также относительно магнитных полей, излучаемых посредством антенн РЧ передатчика, и магнитных полей, ассоциированных с сигналами магнитного резонанса. Это обладает способностью создавать магнитные поля рассеяния, создающие помехи для поля(-ей) МРТ и ухудшающие качество изображения.

Таким образом, настоящим документом обеспечивается устройство для лучевой терапии, содержащее опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг данной опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, производящий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя по меньшей мере одно электрическое прерывание в нем. Это создает контактное кольцо, в котором отсутствует непрерывный круговой путь, то есть, кольцо, в котором ток, таким образом, вынужден проходить по пути через одну или другую сторону.

Данное по меньшей мере одно электрическое прерывание может быть сформировано посредством непроводящего участка, такого как разрыв в кольце. Подходящие формы разрыва включают в себя воздушный зазор, участок непроводящего материала, вставленный в кольцо, переключатель, или переключаемый участок, или разрыв, заполненный диэлектриком.

Устройство для лучевой терапии предпочтительно дополнительно содержит средство формирования изображения, в частности, в форме системы РЧ приемника с одной или несколькими антеннами РЧ приемника для обнаружения сигналов магнитного резонанса и получения из них изображения. Часто антенна РЧ приемника формируется посредством катушки РЧ приемника. В частности, изображение магнитного резонанса реконструируется из сигналов магнитного резонанса посредством быстрого преобразования Фурье.

Для средства формирования изображения может быть обеспечено средство управления, выполненное с возможностью обнаружения, когда способная вращаться опора находится в положении, соответствующем данному по меньшей мере одному непроводящему участку, и подавления средства формирования изображения. Это устраняет кратковременное нарушение режима работы средства формирования изображения в момент, когда ток в кольце изменяет свой путь.

Источник излучения может представлять собой линейный ускоритель.

Способная вращаться опора обычно будет включать в себя по меньшей мере один щеточный контакт, выполненный с возможностью осуществления контакта с контактным кольцом. Данный или каждый щеточный контакт предпочтительно имеет протяженность в направлении, тангенциальном к контактному кольцу, больше, чем протяженность данного по меньшей мере одного непроводящего участка в нем, с целью обеспечения возможности непрерывной доставки электроэнергии. В альтернативном варианте данный по меньшей мере один щеточный контакт может иметь протяженность в направлении, тангенциальном к контактному кольцу, меньше, чем протяженность данного по меньшей мере одного непроводящего участка в нем, но это будет предполагать временную потерю электроэнергии для ускорителя.

В одной другой компоновке, контактное кольцо может быть выполненным с возможностью вращения вместе со способной вращаться опорой и могут обеспечиваться два или более вращательно неподвижных щеточных контакта, выполненных с возможностью осуществления контакта с контактным кольцом. Они могут быть выполнены на большем расстоянии друг от друга, чем протяженность указанного по меньшей мере одного непроводящего участка.

Контактное кольцо может также содержать множество непроводящих участков, определяя, таким образом, множество электрически отдельных сегментов контактного кольца. Каждый сегмент контактного кольца может быть отдельно и селективно соединенным с источником электроэнергии.

В одном другом аспекте, настоящее изобретение обеспечивает устройство планирования лечения, выполненное с возможностью производства плана лечения, подходящего для устройства для лучевой терапии, содержащего опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг данной опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, производящий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, и контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя по меньшей мере один непроводящий участок в нем, причем данное устройство планирования лечения содержит вход для приема клинических параметров, включающих в себя, по меньшей мере, данные изображения пациента, в которых были идентифицированы области для лечения, и геометрических ограничений, включающих в себя, по меньшей мере, местоположение данного по меньшей мере одного непроводящего участка в контактном кольце; обрабатывающую схему для формирования плана лечения на основе, по меньшей мере, указанных клинических параметров и указанных геометрических ограничений, в котором работа указанного источника излучения подавляется, когда положение указанного способного к вращению источника соответствует местоположению данного по меньшей мере одного непроводящего участка; и выход для вывода указанного плана лечения.

В еще одном дополнительном аспекте, настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ формирования плана лечения, подходящего для устройства для лучевой терапии, содержащего опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг данной опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, производящий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, и контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя по меньшей мере один непроводящий участок в нем, причем данный способ содержит этапы, на которых принимают клинические параметры, включающие в себя, по меньшей мере, данные изображения пациента, в которых были идентифицированы области для лечения, и геометрические ограничения, включающие в себя, по меньшей мере, местоположение данного по меньшей мере одного непроводящего участка в контактном кольце; формируют план лечения на основе, по меньшей мере, указанных клинических параметров и указанных геометрических ограничений, в котором работа указанного источника излучения подавляется, когда положение указанного способного к вращению источника соответствует местоположению данного по меньшей мере одного непроводящего участка; и выводят указанный план лечения.

В одном дополнительном варианте осуществления изобретения контактное кольцо содержит, по меньшей мере, два средства переключения для селективного разделения контактного кольца на по меньшей мере два электрически отдельных дуговых сегмента. С целью осуществления управления множеством средств переключения на основе положения способной вращаться опоры относительно контактного кольца может обеспечиваться средство управления. Это должно осуществляться таким образом, чтобы источник излучения непрерывно снабжался электроэнергией независимо от положения способной вращаться опоры относительно контактного кольца, но так, чтобы в какой-либо один момент времени было открыто, по меньшей мере, одно из средств переключения. Способная вращаться опора может содержать, по меньшей мере, один щеточный контакт, выполненный с возможностью осуществления контакта с контактным кольцом.

Краткое описание чертежей

Далее, посредством примера, будет описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 демонстрирует комбинированное устройство МРТ и линейного ускорителя;

Фиг.2 демонстрирует эффект работы стандартного контактного кольца;

Фиг.3 демонстрирует контактное кольцо в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4 демонстрирует схематическую компоновку элементов, составляющих устройство для лучевой терапии в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг.5 и Фиг.6 демонстрируют альтернативную конфигурацию контактного кольца в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.7 демонстрирует контактное кольцо в соответствии с настоящим изобретением, в котором используются переключатели; и

Фиг.8 по Фиг.11 демонстрируют последовательность этапов при работе контактного кольца по Фиг.7.

Осуществление изобретения

Фиг.1 демонстрирует систему 2 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, содержащую устройство 6 для лучевой терапии и устройство 4 для магнитно-резонансной томографии (MRI, МРТ).

Данная система включает в себя кушетку 10, служащую опорой для пациента в устройстве. Данная кушетка 10 способна двигаться вдоль горизонтальной оси линейного перемещения (обозначенной «I») так, чтобы располагающийся на кушетке пациент продвигался в устройство лучевой терапии и МРТ. В одном варианте осуществления, кушетка 10 обладает способностью вращаться вокруг центральной вертикальной оси вращения, перпендикулярно оси линейного перемещения, хотя это не проиллюстрировано. Кушетка 10 может формировать участок консоли, выступающий из опорной конструкции (не проиллюстрирована). В одном варианте осуществления, движение кушетки 10 осуществляется вдоль оси линейного перемещения относительно опорной конструкции с целью формирования участка консоли, то есть участок консоли увеличивается в протяженности по мере того, как кушетка передвигается, а подъем остается неподвижным. В одном другом варианте осуществления как опорная конструкция, так и кушетка 10 передвигаются вдоль оси линейного перемещения, так что участок консоли остается по существу неизменным по протяженности, как описано в заявке на патент США 11/827320, поданной 11 июля 2007 года.

Как упомянуто выше, система 2 также содержит устройство 4 для МРТ, для производства, в режиме, близком к реальному времени, изображений пациента, расположенного на кушетке 10. Данное устройство для МРТ включает в себя главный магнит 16, действующий с целью генерирования так называемого «главного» магнитного поля для магнитно-резонансной томографии. То есть, силовые линии магнитного поля, сгенерированные посредством работы магнита 16, проходят по существу параллельно центральной оси линейного перемещения I. Главный магнит 16 состоит из одной или более катушек с осью, проходящей параллельно оси линейного перемещения I. Данные одна или более катушек могут представлять собой одиночную катушку или множество коаксиальных катушек различного диаметра. В одном варианте осуществления (проиллюстрирован), данные одна или более катушек в главном магните 16 рассредоточены в пространстве так, что центральное окно 17 магнита 16 является свободным от катушек. В других вариантах осуществления, катушки в магните 16 могут просто быть достаточно тонкими, так чтобы они были по существу проницаемыми для излучения длины волны, генерируемой посредством устройства для лучевой терапии. Магнит 16 может дополнительно содержать одну или более активных экранирующих катушек, генерирующих снаружи магнита 16 магнитное поле приблизительно равной величины и противоположной полярности по отношению к внешнему главному магнитному полю. Более чувствительные части системы 2, такие как ускоритель, размещаются в этой области снаружи магнита 16, где магнитное поле подавляется, по меньшей мере, до первого порядка.

Устройство 4 для МРТ дополнительно содержит две градиентные катушки 18, 20, генерирующие так называемое «градиентное» магнитное поле, то есть накладывающееся на главное магнитное поле. Эти катушки 18, 20 генерируют градиент в результирующем магнитном поле, который обеспечивает возможность пространственного кодирования протонов, так чтобы могло быть определено их положение, например управление градиентными катушками 18, 20 может осуществляться так, чтобы получаемые данные изображения имели конкретную ориентацию. Градиентные катушки 18, 20 размещаются вокруг общей центральной оси с главным магнитом 16 и смещаются друг относительно друга вдоль этой центральной оси. Это смещение создает зазор или окно между двумя катушками 18, 20. В одном варианте осуществления, где главный магнит 16 также содержит центральное окно между катушками, данные два окна являются ориентированными относительно друг друга.

РЧ система побуждает протоны изменять их ориентацию относительно магнитного поля. Когда РЧ электромагнитное поле выключается, протоны возвращаются к своей исходной ориентации намагниченности. Эти изменения ориентации создают сигнал, который может обнаруживаться посредством сканирования. РЧ система может включать в себя одиночную катушку, как передающую радиосигналы, так и принимающую отраженные сигналы, назначенные передающие и принимающие катушки или катушки с многоэлементной фазированной антенной решеткой, например. Схема управления осуществляет управление работой различных катушек 16, 18, 20 и РЧ системы, а обрабатывающая сигналы схема осуществляет прием выхода РЧ системы, генерируя из него изображения пациента, расположенного на кушетке 10.

Как упомянуто выше, система 2 дополнительно содержит устройство 6 для лучевой терапии, доставляющее дозы излучения к пациенту, расположенному на кушетке 10. Большая часть устройства 6 для лучевой терапии, включающего в себя, по меньшей мере, источник 30 излучения (например, источник рентгеновского излучения и линейный ускоритель), а также многолепестковый коллиматор 32 (MLC, МЛК), является установленной на раме 28. Данная рама 28 способна непрерывно вращаться вокруг кушетки 10, когда та является помещенной в зону лечения, будучи приводимой в действие посредством одного или более двигателей рамы. В проиллюстрированном варианте осуществления детектор 36 излучения также является установленным на раме 28 напротив источника 30 излучения и с осью вращения рамы, расположенной между ними. Устройство 6 для лучевой терапии дополнительно содержит схему управления, которая может быть интегрированной внутри системы 2, продемонстрированной на Фиг.1, или быть удаленной от нее и которая осуществляет управление источником 30 излучения, коллиматором 32 МЛК, а также двигателем рамы.

В других вариантах осуществления, устройство 6 для лучевой терапии может содержать более чем один источник и более чем один соответствующий многолепестковый коллиматор. В частности, каждый источник может иметь свой собственный коллиматор МЛК, ассоциированный с ним, с целью придания формы пучку данного источника.

Источник 30 излучения является расположенным с возможностью излучения пучка излучения через окно, определенное посредством двух градиентных катушек 18, 20, а также через окно, определенное в главном магните 16. Пучок излучения может представлять собой конусообразный пучок или веерный пучок, например.

Во время работы пациент помещается на кушетку 10, а кушетка помещается в зону лечения, определенную посредством магнитной катушки 16, магнитной катушки 18 и рамы 28. Схема 38 управления осуществляет управление источником 30 излучения, коллиматором 32 МЛК и двигателем рамы с целью доставки излучения к пациенту через окно между катушкой 16 и катушкой 18. Управление двигателем рамы осуществляется так, чтобы рама 28 осуществляла вращение относительно пациента, означая, что излучение может доставляться из различных направлений. Коллиматор 32 МЛК имеет множество лепестков удлиненной формы, ориентированных ортогонально оси пучка; один пример проиллюстрирован и описан в Европейской заявке на патент EP-A-0,314,214, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки и к которой адресуется читатель с целью приобретения полного понимания описываемого варианта осуществления. Управление лепестками коллиматора 32 МЛК осуществляется с целью занятия различных положений, блокирующих или пропускающих некоторую часть или весь пучок излучения, изменяя тем самым форму пучка, когда он достигнет пациента. Одновременно с вращением рамы 28 относительно пациента кушетка 10 может продвигаться вдоль оси линейного перемещения в или из зоны лечения (то есть, параллельно оси вращения рамы). С помощью этого одновременного передвижения достигается спиральная схема доставки излучения, известная как производящая высококачественные распределения доз излучения.

Устройство 4 для МРТ и, конкретно, обрабатывающая сигналы схема осуществляет доставку в реальном времени (или, практически, в режиме, близком к реальному времени) данных изображения пациента к схеме управления. Эта информация обеспечивает схеме управления возможность модифицировать работу коллиматора 32 МЛК, например, так, чтобы излучение, доставляемое к пациенту, точно отслеживало движение целевой области, например, по причине дыхания.

Очевидно, что устройство 6 для лучевой терапии будет обладать значительным потреблением электроэнергии, в основном, по причине необходимости энергоснабжения линейного ускорителя 30, но также коллиматора 32 и тому подобного. Необходима передача электроэнергии на вращающуюся раму 28, что обычно будет достигаться через посредство контактного кольца. Оно состоит из некоторого количества продольно рассредоточенных токопроводящих круговых колец, к которым подается электроэнергия от неподвижно закрепленного соединения и от которых электроэнергия потребляется через посредство щеточного контакта, который может скользить (или плавно перемещаться) по окружности вокруг кольца. Щеточные контакты могут быть установленными на раме 28, и таким образом электроэнергия передается от неподвижно закрепленного источника электропитания на вращающуюся раму. Это обеспечивает раме возможность непрерывно вращаться вокруг кушетки 10. Альтернативно, гибкий кабелепровод, соединяющий раму 28 или устройство 6 для лучевой терапии с неподвижно закрепленной точкой, требует, чтобы существовали ограничения по диапазону углового движения устройства 6 для лучевой терапии.

Контактное кольцо имеет проблему, заключающуюся в том, что потребляемый ток (даже от источника электропитания в 415 В), если управление им не осуществляется должным образом, может оказывать значительные разрушительное воздействие на магнитные поля, создаваемые посредством главной катушки 16 и градиентных катушек 18, 20. Контактные кольца, по своей специфике, проходят вокруг кушетки 10 и, таким образом, имеют форму катушки и способны создавать магнитное поле. Мощность такой катушки не является большой, но токи, протекающие в кольцах, могут быть значительными, и, таким образом, магнитное поле, созданное этими токами, может быть значительным по отношению к магнитным полям, создаваемым посредством главной катушки 16 и посредством градиентных катушек 18, 20. Это может, таким образом, негативно влиять на качество изображений, создаваемых посредством системы МРТ.

Касательно Фиг.2, если принять, что ток подается на проводник 50 контактного кольца на базе 52 и извлекается посредством способного передвигаться щеточного контакта 54 в другой точке на кольце 50, тогда протекание тока имеет выбор двух альтернативных направлений 56, 58 вокруг кольца 50. Теоретически, ток в первую очередь пойдет по пути наименьшего сопротивления, то есть, по более короткому из двух путей 56, разделяясь между данными двумя кольцами пропорционально их протяженности (и, следовательно, их сопротивлению) в соответствии с законом Ома. Однако на практике допускаемые производственные отклонения для контактных колец, комбинированные с износом, создаваемым посредством движения щетки 54 вдоль их поверхности, будут означать, что проводник 50 кольца не является идеально однородным по всей своей протяженности и, таким образом, распределение тока не является полностью предсказуемым.

Также необходимо помнить, что проводник 50 кольца является одним из трех таких проводников, по одному на каждую из трех фаз источника питания переменного тока, используемого устройством для лучевой терапии. Каждый проводник будет иметь различное распределение неоднородностей и, таким образом, три тока, в то время как в сумме они дают ноль, могут предполагать различные локальные токи, разделенные различными способами между шестью возможными путями (два пути для каждого из трех проводников).

В качестве результата является невозможным точно предсказать, какая схема токов может существовать в какой-либо один момент времени, и вполне возможно, что в какие-то моменты времени в круговом пути вокруг кушетки 10 может существовать значительный суммарный ток, совместно обеспечиваемый посредством трех проводников. Тогда это создаст значительное магнитное поле продольно внутри устройства, что будет нарушать процесс формирования изображений.

В соответствии с настоящим изобретением, таким образом, обеспечивается разрыв 60 в проводнике 50 контактного кольца. Положение данного разрыва не является особенно важным, поэтому он может быть расположенным где угодно, то есть исходя из удобства с точки зрения инженерных и терапевтических соображений. В равной степени, конкретная природа разрыва не является важной до тех пор, пока может быть предотвращена или сделана по существу невозможной электрическая проводимость разрыва. Таким образом, разрыв может представлять собой воздушный зазор, участок непроводящего материала, помещенный в кольцо, переключатель или переключаемый участок. Это означает, что ток не имеет выбора пути, но должен проходить к щеточному контакту 54 по одному пути 56.

Тогда возникает вопрос касательно того, как справляться с ситуацией, когда устройство для лучевой терапии проходит мимо местоположения разрыва 60 в качестве части его вращательного движения. Это может решаться несколькими путями.

Во-первых, щетка 54 может быть выполнена (по окружности) более длинной, чем разрыв 60. Это обеспечит переднему краю щетки 54 возможность установить контакт с противоположной стороной разрыва до того, как ее задний край потеряет контакт. Тогда на устройство для лучевой терапии будет обеспечиваться непрерывная подача тока, обеспечивая ему возможность непрерывной работы, когда оно осуществляет вращение вокруг пациента. Когда щетка 54 перекрывает разрыв 60 (и, таким образом воссоздает непрерывное кольцо), вполне может иметь место кратковременное переходное магнитное поле, поэтому система формирования изображения должна быть деактивирована или иным образом гарантирована от получения (или использования) изображений или данных из этого момента времени.

Во-вторых, щетка 54 может быть выполнена (по окружности) более короткой, чем разрыв 60, приводя в результате к кратковременной потере электроэнергии на устройстве для лучевой терапии во время этого момента. Обычно вращательный привод для рамы 28, несущей устройство для лучевой терапии, обеспечивается посредством тягового двигателя, неподвижно закрепленного и способного, таким образом, иметь свой собственный источник электроснабжения, поэтому это прерывание только отключит линейный ускоритель, а устройство для лучевой терапии сможет продолжать вращение, проскакивая разрыв 60. Таким образом, необходимо только внести в программу системы планирования лечения дополнительное ограничение, заключающееся в том, что ни один терапевтический пучок не может быть произведен под углами (или, на практике, в пределах определенного допуска), соответствующими разрыву 60.

В ситуации, когда предусматривается кратковременное прерывание доставки электроэнергии, или по иным обстоятельствам, полезным может быть обеспечение во вращающейся раме 28 буфера питания, такого как батарея, или конденсатор (для систем постоянного тока), или индуктор (для систем переменного тока). Фиг.4 демонстрирует схематическую компоновку системы. В систему 100 планирования лечения загружается желаемое распределение дозы излучения и различные аппаратные ограничения (которые могут включать в себя не подвергаемые обработке углы, как отмечено выше), и она (система) производит план лечения, состоящий из форм пучка и доз, назначенных к доставке из конкретных вращательных направлений. Это передается на устройство 102 управления, которое отправляет на устройство 104 для лучевой терапии команды на вращение линейного ускорителя 106 до желаемого положения с использованием тягового двигателя 108 и на установку коллиматора(-ов) 110 в соответствии с требованиями. Устройство 102 управления также осуществляет команды для главных катушек 112 МРТ, градиентных катушек 114 и РЧ системы 116 в соответствии с требованиями, с целью получения изображений пациента перед, во время и/или после лечения.

Устройство 102 управления может также, как отмечено выше, деактивировать систему МРТ или иным образом предотвращать получение (или использование) ею изображений или данных, в то время как устройство для лучевой терапии пересекает разрыв 60.

Фиг.5 и Фиг.6 демонстрируют альтернативное осуществление разрыва в контактном кольце, обеспечивающее возможность непрерывной доставки электроэнергии и непрерывного формирования изображений. Фиг.5 демонстрирует схематический вертикальный разрез устройства, рассматриваемый по продольной оси I по Фиг.1. Базовый блок 200 является неподвижно закрепленным на полу или другом подходящем основании и поддерживает способную вращаться раму (опущена для ясности), на которой установлено частично круговое контактное кольцо 202. Данная рама приводится в действие и частично поддерживается посредством приводного ролика 204 и приводного ролика 206.

Таким образом, контактное кольцо 202, в данном варианте осуществления, содержится во вращающейся раме и осуществляет вращение вместе с рамой. Электроэнергия доставляется к контактному кольцу 202 посредством щеточного контакта 208 и щеточного контакта 210, которые являются неподвижно установленными в базе 200. Электроэнергия доставляется к устройству для лучевой терапии посредством контакта 212, неподвижно установленного на внутренней радиальной стороне контактного кольца 202.

Таким образом, в противовес вышеуказанным вариантам осуществления, контактное кольцо 202 осуществляет вращение вместе с рамой, и контакты на базе 200 скользят по кольцу 202, по мере того как осуществляется вращение рамы посредством приводного ролика 204 и приводного ролика 206.

Контактное кольцо 202 является частично круговым в связи с тем, что оно имеет разрыв 214, занимающий существенный угловой участок кольца, в данном случае около 90º. Разрыв заполняется непроводящей вставкой (не продемонстрирована, для ясности) во избежание повреждения и/или разрушения щеточного контакта 208 и щеточного контакта 210. Угловая протяженность разрыва 214 является несколько меньшей, чем угловое разделение двух щеток 208, 210, которое в данном случае составляет около 100º.

В положении, продемонстрированном на Фиг.5, разрыв 214 является удаленным от щеток, оставляя только один возможный электрический путь к устройству для лучевой терапии, осуществляемый через посредство либо щетки 208, либо щетки 210, вдоль контактного кольца 202, и наружу через посредство контакта 212. Кругового пути не существует, и, таким образом, никаких нежелательных магнитных полей не будет создано. В этом состоянии, данный вариант осуществления действует таким же самым способом, что и в предыдущих вариантах осуществления, с тем исключением, что контактное кольцо является вращающимся вместо того, чтобы быть неподвижным.

По мере того как рама, устройство для лучевой терапии, а также контактное кольцо осуществляют вращение, в конечном итоге, разрыв достигнет одного из щеточных контактов 208, 210. На этой стадии, этот щеточный контакт станет бесполезным, но электроэнергия может, тем не менее, подаваться через посредство другого щеточного контакта, проходя вокруг контактного кольца 202 к контакту 212. Кругового пути, тем не менее, в наличии не имеется.

В конечном итоге, после дополнительного вращения будет достигнуто состояние, продемонстрированное на Фиг.6, где разрыв 214 близок к тому, чтобы достичь (но не совсем достиг) другого щеточного контакта. На этой стадии, тот факт, что угловая протяженность разрыва 214 является меньшей, чем угловое разделение щеточного контакта 208 и щеточного контакта 210, будет означать, что первый щеточный контакт уже повторно получил контакт с контактным кольцом 202. Таким образом, по меньшей мере, один щеточный контакт всегда будет в состоянии снабжать электроэнергией вращающееся контактное кольцо 202. Остается только обеспечить, чтобы кабели или проводники, подающие электроэнергию на щеточный контакт 208 и щеточный контакт 210, сами по себе не служили для замыкания кругового пути, как, например, посредством обеспечения двух отдельных проводников, достигающих щеточного контакта 208 и щеточного контакта 210 в продольном направлении или в радиально направленном внутрь направлении.

В соответствии с настоящим изобретением, таким образом, обеспечиваются, по меньшей мере, два переключаемых разрыва 60a и 60b в проводнике 50 контактного кольца, разделяющих его на два участка. Положения данных разрывов не являются особенно важными, поэтому удобным является разделение кольца на равные участки.

В равной степени, конкретная природа разрыва не является важной до тех пор, пока через разрыв может осуществляться управление электрической проводимостью. Таким образом, разрыв может представлять собой воздушный зазор или участок непроводящего материала, помещенный в кольцо, или какое-либо другое прерывание электропроводимости кольца, вместе с переключателем 62a, 62b, перекрывающим данное прерывание и обеспечивающим току возможность обхода разрыва, когда это желаемо. Как проиллюстрировано на Фиг.7, управление переключателями может осуществляться так, чтобы ограничивать доступные пути тока только до одного пути 56.

Фиг.8-Фиг.11 демонстрируют последовательные этапы работы устройства. В иллюстрируемой версии токопроводящие кольца 50 являются неподвижными и все имеют идентичные схемы переключаемых разрывов, нижний переключаемый разрыв 60a в положении «семь часов» и верхний переключаемый разрыв 60b в положении «один час» (при рассмотрении по их оси). Обеспечивается набор щеток 54, по одной на каждое из трех колец, подающих каждую из трех фаз источника электропитания переменного тока. Щетки все находятся в, по существу, одинаковом положении по окружности. Таким образом, одиночное кольцо и щетка, продемонстрированные на Фиг.4-Фиг.7, действительно, фактически, демонстрируют ситуацию всех трех колец и щеток. В целях создания более сложной системы, в предпочтительном осуществлении, некоторые или все из этих факторов могли бы быть ослаблены или изменены, но, в целях пояснения, проиллюстрированной компоновки будет достаточно.

Таким образом, на Фиг.8 щетки 54 находятся в положении около «2-х часов» и осуществляют движение против часовой стрелки в направлении верхнего переключаемого разрыва 60b. Данный переключаемый разрыв 60b является, таким образом, закрытым в ожидании проходящей щетки 54. Нижний переключаемый разрыв 60a является открытым (то есть, непроводящим), обеспечивая тем самым, чтобы вокруг устройства не существовало непрерывных путей. Это означает, что существует только один возможный путь 56 от базы 52, на которой ток подается, к щетке 54.

После того как щетка 54 прошла верхний переключаемый разрыв 60b, как продемонстрировано на Фиг.9, он может быть открыт, а нижний переключаемый разрыв 60a закрыт. Это создаст новый токопроводящий путь 58 через посредство нижнего переключаемого разрыва 60a и разорвет предыдущий токопроводящий путь, обеспечивая тем самым, чтобы вокруг устройства продолжалось отсутствие непрерывных путей. Смена данных двух переключателей может быть произведена, по существу, одновременно, если механизмы переключения и управления способны делать это надежно. В альтернативном варианте, верхний переключатель 62b может открываться максимально непосредственно перед тем, как будет закрыт нижний переключатель 62a, создавая тем самым кратковременный перерыв в подаче электропитания, но обеспечивая, чтобы вокруг устройства не существовало никакого непрерывного пути. В дополнительном альтернативном варианте, верхний переключатель 62b может открываться максимально непосредственно после того, как будет закрыт нижний переключатель 62a, поддерживая тем самым непрерывность электропитания за счет того, что будет иметь место кратковременный момент, во время которого будет существовать непрерывный путь. В этом последнем случае, может быть принят возможный кратковременный сбой в системе формирования изображения, или формирование изображений может на какой-то момент быть остановлено, или точный момент переключения может быть рассчитан во времени так, чтобы совпадать с прерыванием формирования изображений. Использование множества переключателей, естественно, в действительности означает, что переключение может происходить в какой-либо любой момент времени, в то время как щетка 54 находится в соответствующем участке между переключателями, предоставляя, таким образом, некоторую степень свободы при расчете переключения во времени.

В ситуации, когда предусматривается кратковременное прерывание доставки электроэнергии или по иным обстоятельствам, полезным может быть обеспечение во вращающейся раме 28 буфера питания, такого как батарея, или конденсатор (для систем постоянного тока), или индуктор (для систем переменного тока).

Фиг.10 демонстрирует ситуацию после дополнительного вращения щетки 54 против часовой стрелки, до положения непосредственно перед нижним переключаемым разрывом 60a. Тот все еще находится в закрытом состоянии, обеспечивая возможность короткого токопроводящего пути 58 от базы 52 через посредство нижнего переключателя 62a. Альтернативный токопроводящий путь предотвращается посредством того, что верхний переключатель 62b остается открытым. Фиг.6 иллюстрирует приблизительную точку, к моменту которой должно быть выполнено переключение токопроводящих путей, описанное выше.

Фиг.11 демонстрирует устройство после того, как щетка 54 прошла нижний переключаемый разрыв 60a. Нижний переключатель 62a может далее быть открыт, а верхний переключатель 62b закрыт. Следует отметить, что верхний переключатель может быть закрыт после того, как открыт нижний переключатель 62a, поскольку щетка 54 находится в том же самом участке кольца 50, что и источник электропитания от базы 52. Таким образом, снабжение электроэнергией гарантируется независимо от состояния различных переключателей и для обоих (или всех) переключателей является возможным быть открытыми. Соответствующим образом, компоновка «замыкание после размыкания» является предпочтительной, поскольку она не вызывает каких-либо осложнений.

По мере того как щетка 54 продолжает вращение против часовой стрелки, процесс далее повторяется. Безусловно, для вращения по часовой стрелке процесс должен идти в обратном направлении. Некоторые планы лечения требуют вариативности во вращательном движении рабочей головки, осуществляющей вращение в первом направлении в течение первого периода, затем дающей обратный ход и осуществляющей движение в обратном направлении, после чего (потенциально) следуют дополнительные изменения направления на обратное. В таком случае, в зависимости от осуществляемого в данный момент направления вращения, может соответствующим образом в соответствии с вышеуказанными принципами осуществляться управление переключателями. Это может быть выгодным с точки зрения того, что когда желаемая траектория вращения была установлена, на средство управления, осуществляющее управление переключателями, будет поступать поток информации относительно будущего вращения, или что возможным будет заблаговременное принятие решения о переключении во время (или после) выполнения этапа плана лечения.

Устройство 102 управления также может, как отмечено выше, деактивировать систему МРТ или иным образом предотвращать получение (или использование) ею изображений или данных, в то время как происходит одновременная или почти одновременная смена переключателя 62a и переключателя 62b.

Таким образом, варианты осуществления данного изобретения способны обеспечивать удовлетворительный источник электроснабжения для вращающегося устройства для лучевой терапии без предоставления возможности прохода тока в круговом пути вокруг продольной оси в какой-либо любой момент времени.

Безусловно, будет понятным, что относительно описанного выше варианта осуществления может быть сделано множество вариаций, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к медицинской технике и решает практические задачи, касающиеся доставки электроэнергии к источнику излучения при лучевой терапии, работающему в соединении с устройством магнитной визуализации. Обеспечивается устройство для лучевой терапии, содержащее опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, формирующий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя, по меньшей мере, одно электрическое прерывание. Это создает контактное кольцо, в котором отсутствует непрерывный круговой путь, и кольцо, в котором ток, таким образом, вынужден проходить по пути через одну или другую сторону. Также раскрываются соответствующие устройство планирования лечения и способ формирования плана лечения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для лучевой терапии, содержащее:
опору для пациента;
систему магнитно-резонансного обследования с магнитными катушками, расположенными вокруг опоры для пациента для создания внутри магнитного поля;
источник излучения, формирующий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента;
контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя, по меньшей мере, одно электрическое прерывание.

2. Устройство для лучевой терапии по п. 1, в котором данное электрическое прерывание сформировано посредством, по меньшей мере, одного непроводящего участка.

3. Устройство для лучевой терапии по п. 2, в котором, по меньшей мере, один непроводящий участок представляет собой воздушный зазор.

4. Устройство для лучевой терапии по п. 2, в котором, по меньшей мере, один непроводящий участок представляет собой разрыв, заполненный диэлектриком.

5. Устройство для лучевой терапии по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее средство управления для системы магнитно-резонансного обследования, выполненное с возможностью обнаружения, когда способная вращаться опора находится в положении, соответствующем, по меньшей мере, одному
электрическому прерыванию, и подавления системы магнитно-резонансного обследования.

6. Устройство для лучевой терапии по любому из пп. 1-4, в котором способная вращаться опора содержит, по меньшей мере, один щеточный контакт, выполненный с возможностью осуществления контакта с контактным кольцом.

7. Устройство для лучевой терапии по п. 6, в котором, по меньшей мере, один щеточный контакт имеет протяженность в направлении, тангенциальном к контактному кольцу, больше, чем протяженность, по меньшей мере, одного непроводящего участка в нем.

8. Устройство для лучевой терапии по п.6, в котором, по меньшей мере, один щеточный контакт имеет протяженность в направлении, тангенциальном к контактному кольцу, меньше, чем протяженность, по меньшей мере, одного непроводящего участка в нем.

9. Устройство для лучевой терапии по любому из пп. 1-4, в котором контактное кольцо выполнено с возможностью вращения вместе со способной вращаться опорой, и дополнительно содержащее два или более вращательно неподвижных щеточных контакта, выполненных с возможностью осуществления контакта с контактным кольцом.

10. Устройство для лучевой терапии по п. 9, в котором два или более вращательно неподвижных щеточных контакта выполнены на большем расстоянии друг от друга, чем протяженность указанного, по меньшей мере, одного непроводящего участка.

11. Устройство для лучевой терапии по любому из пп. 1-4, в котором контактное кольцо содержит множество электрических прерываний, определяющих множество электрически отдельных сегментов контактного кольца.

12. Устройство для лучевой терапии по п. 11, в котором каждый сегмент контактного кольца отдельно и селективно соединен с источником электроэнергии.

13. Устройство для лучевой терапии по п. 1, в котором контактное кольцо содержит, по меньшей мере, два средства переключения, формирующих электрическое прерывание для селективного разделения контактного кольца на, по меньшей мере, два электрически отдельных дуговых сегмента.

14. Устройство для лучевой терапии по п. 13, дополнительно содержащее средство управления для осуществления управления множеством средств переключения в соответствии с положением способной вращаться опоры относительно контактного кольца.

15. Устройство для лучевой терапии по п. 14, в котором средство управления выполнено с возможностью осуществления управления множеством средств переключения так, чтобы источник излучения непрерывно снабжался электроэнергией независимо от положения способной вращаться опоры относительно контактного кольца.

16. Устройство для лучевой терапии по любому из пп. 1-4, в котором источник излучения представляет собой линейный ускоритель.

17. Устройство для лучевой терапии по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее средство формирования изображений в форме системы РЧ приемника с одной или несколькими антеннами РЧ приемника для обнаружения сигналов магнитного резонанса и получения из них изображения.

18. Устройство планирования лечения, выполненное с возможностью формирования плана лечения, подходящего для устройства для лучевой терапии, содержащего опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, формирующий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, и контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя, по меньшей мере, одно электрическое прерывание, причем данное устройство планирования лечения содержит:
вход для приема клинических параметров, включающих в себя, по меньшей мере, данные формирования изображения пациента, в которых были идентифицированы области для лечения, и геометрических ограничений, включающих в себя, по меньшей мере, местоположение, по меньшей мере, одного электрического прерывания в контактном кольце;
обрабатывающую схему для формирования плана лечения на основе, по меньшей мере, указанных клинических параметров и указанных геометрических ограничений, в котором работа указанного источника излучения подавляется, когда положение указанного способного вращаться источника соответствует местоположению, по меньшей мере, одного электрического прерывания; и
выход для вывода указанного плана лечения.

19. Способ формирования плана лечения, подходящего для
устройства для лучевой терапии, содержащего опору для пациента, магнитные катушки, расположенные вокруг опоры для пациента для создания внутри магнитного поля, источник излучения, формирующий пучок излучения, направленный на опору для пациента и установленный на способной вращаться опоре таким образом, чтобы осуществлять вращение источника излучения вокруг опоры для пациента, и контактное кольцо для передачи электрической энергии к источнику излучения и расположенное вокруг опоры для пациента, включающее в себя, по меньшей мере, одно электрическое прерывание, причем данный способ содержит этапы, на которых:
принимают клинические параметры, включающие в себя, по меньшей мере, данные формирования изображения пациента, в которых были идентифицированы области для лечения, и геометрические ограничения, включающие в себя, по меньшей мере, местоположение, по меньшей мере, одного электрического прерывания в контактном кольце;
формируют план лечения на основе, по меньшей мере, указанных клинических параметров и указанных геометрических ограничений, в котором работа указанного источника излучения подавляется, когда положение указанного способного вращаться источника соответствует местоположению, по меньшей мере, одного электрического прерывания; и
выводят указанный план лечения.