[0002] 本申请要求于2017年12月21日提交的名称为“辐照治疗系统(IRRADIATION TREATMENT SYSTEM)”的美国临时
专利申请S/N 62/608,579的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本
发明总体涉及远距疗法领域，并且特别地涉及辐照治疗装置。
背景技术
[0004] 远距疗法是指辐照源与待治疗身体相距一定距离的治疗方法。x射线和
电子束长期以来被用于远程治疗各种癌症。遗憾的是，x射线呈现出接近指数衰减函数的线性
能量传输，因此用于深埋体内的
肿瘤时安全性很低。由于重粒子具有穿透到特定深度而不明显损伤居间(intervening)组织的能
力，因此重粒子，特别是强子，尤其是质子在远距疗法中使用日益得到认可，强子的线性能量传输呈现一个具有明显布拉格(Bragg)峰值的反相深度曲线(profile)，
布拉格峰值被定义为沉积了(deposit)强子大部分能量并且发生在强子路径末端的点。由于这种效果，与会对居间组织造成损伤的x射线和电子束相比，有更多的能量能够被引导在体内的肿瘤处。虽然术语强子包括各种粒子，实际上包括质子，但是各种离子在治疗中被最广泛地使用。为清楚起见，本文献将描述利用质子完成的治疗，但是这并不意味着仅限定于质子。
[0005] 质子或离子可以聚焦到可变穿透深度的靶体积上。通过这种方式，剂量分布可以与目标体积精确匹配。为了确保能完全
辐射靶点肿瘤，优选通过多个不同方向的多个射束到达体内的肿瘤上。不管射束是顺序地辐照还是同时地辐照，多个射束相交的点都被称为等中心点(isocenter)，并且为了使
生物效能最大化，等中心点必须精确地与靶肿瘤匹配。
[0006] 同步
加速器是一种循环
粒子加速器，其中
磁场用于使粒子转向以使它们循环并且使用
电场来加速粒子。
同步加速器的命名是由于其施加场与行进粒子射束的同步。
[0007] 通过在颗粒获得能量时适当地增加施加的磁场，带电粒子路径在带电粒子被加速时保持恒定，容纳粒子的
真空容器是大环面，即同步加速器环。通常，更容易在弯曲磁
铁和一些转弯部分之间使用一些直线部分，使圆环呈具有圆
角多边形的形状。
[0008] 同步加速器加速粒子的能力受到以下因素的限制：粒子必须充电才能加速，但加速下的带电粒子发射
光子，从而损失能量。当维持射束路径成一个圆圈所需的横向加速度损失的能量等于每个循环所增加的能量时，达到射束能量极限。增加射束能量极限的一种方法是使用具有更大半径的同步加速器环。
[0009] 图1示出辐照治疗系统10的高级透视图，该辐照治疗系统10包括：粒子射束发生器20；同步加速器环30；场控制单元40；治疗辐照源50，包括
喷嘴55；患者
支撑构件60以及可选的成像仪70。同步加速器环30具有入口31、出口32和外围33。外围33限定空间34，该空间34从外围垂直延伸。具体地，空间34限定垂直柱，其中央轴线与由同步加速器环30包围的中心相交并且其周长由外围33限定。粒子射束发生器20的输出端连接到同步加速器环30的入口
31并且治疗辐照源50的输入端连接到同步加速器环30的出口32。粒子射束发生器20、治疗辐照源50、患者支撑构件60和可选的成像仪70置于空间34外部。如下所述，患者支撑构件60相对于治疗辐照源50设置，使得治疗辐照源50可以辐照由患者支撑构件60支撑的患者(未示出)。在一个
实施例中，场控制单元40位于空间34的中央内。
[0010] 在操作中，粒子射束发生器20产生带电粒子射束并且经由入口31将产生的带电粒子射束输出到同步加速器环30中。粒子射束发生器20在带电粒子射束输入到同步加速器环之前，进一步为带电粒子射束提供初始加速。如本领域技术人员在本发明前所知，场控制单元40控制同步加速器环30的
电磁场以为带电粒子射束提供其他的加速度。加速的粒子射束从同步加速器环30经由出口32被输出到治疗辐照源50中，并且加速的粒子射束经由喷嘴55输出。如上所述，由患者支撑构件60支撑的患者与喷嘴55以预定关系设置，使得输出粒子射束辐照患者的治疗靶点。在一个实施例中，如上所述在辐照之前，可选的成像仪70对患者支撑构件60支撑的患者成像，并且相应地调整患者的
位置。
[0011] 如上所述，期望具有大半径的同步加速器环30，以便增加加速粒子射束的能量。这需要非常大的治疗室以与治疗辐照源50、患者支撑构件60和可选的成像仪70一起容纳大的同步加速器环30。
[0012] 于2009年12月24日公布的Balakin的美国专利申请公开S/N US2009/0314961，通过使用强度反馈回路减小了同步加速器环的整体尺寸、提高同步加速器的效率，从而允许在实现相同加速度的同时减小同步加速器环的半径，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。然而，这种解决方案增加了系统的额外复杂性和成本。
发明内容
[0013] 因此，本发明的主要目的是克服
现有技术方法和远距疗法装置的缺点。这在本发明中由一种辐照治疗系统提供，该辐照治疗系统包括：具有入口和出口的同步加速器环，该同步加速器环限定边界，该边界从同步加速器环垂直延伸；粒子射束发生器，粒子射束发生器的输出端连接到同步加速器环的入口，并且设置为将带电粒子射束注入到同步加速器环中；场控制单元，被设置为调整电磁场，使得注入的带电粒子射束在同步加速器环内加速；治疗辐照源，置于限定的边界内并且包括输入端和输出端，辐照源的输入端连接到同步加速器环的出口，并且设置为接收来自同步加速器环的加速的粒子射束；以及患者支撑构件，置于限定的边界内并且与治疗辐照源的输出端成预定关系设置以支撑患者，该治疗辐照源设置为利用加速的粒子射束辐照支撑的患者。
[0014] 在一个实施例中，其中同步加速器环具有第一部分和与第一部分相对的第二部分，同步加速器环的第一部分相对于所述地板具有第一高度，同步加速器环的第二部分相对于地板具有第二高度，其中第二高度大于第一高度。在另一实施例中，同步加速器环的第一部分嵌入地板中。在另一实施例中，同步加速器的第二部分嵌入与地板相对的
天花板中。
[0015] 在另一实施例中，同步加速器环置于患者支撑构件上方。在另一实施例中，治疗辐照源置于患者支撑构件上方。
[0016] 在一个实施例中，同步加速器环置于患者支撑构件下方。在另一实施例中，辐照系统以进一步包括置于限定空间内的成像仪，成像仪设置为对患者成像。
[0017] 在一个单独实施例中，提供一种辐照治疗方法，该方法包括：以与治疗辐照源的输出端成预定关系支撑患者；控制治疗辐照源以利用在同步加速器环内加速的粒子射束辐照支撑的患者，同步加速器环的外周限定空间，该空间从环外周垂直延伸，其中支撑的患者和治疗辐照源中的每一个置于限定的空间内。
[0018] 在一个实施例中，同步加速器环具有第一部分和与第一部分相对的第二部分，同步加速器环的第一部分相对于所述地板具有第一高度，同步加速器环的第二部分相对于地板具有第二高度，其中第二高度大于第一高度。在另一实施例中，同步加速器环的第一部分嵌入地板中。在另一实施例中，同步加速器的第二部分嵌入与地板相对的
天花板中。
[0019] 在另一实施例中，同步加速器环置于支撑的患者上方。在一个其他的实施例中，治疗辐照源置于支撑的患者上方。
[0020] 在一个实施例中，同步加速器环置于支撑的患者下方。在另一实施例中，方法进一步包括控制成像仪以对
定位的患者成像，其中成像仪置于限定的空间内。
[0021] 从以下
附图和描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
[0022] 为了更好地理解本发明并示出如何实现本发明，现在仅通过示例的方式参考附图，其中相同的附图标记始终表示相应元件或部分。
[0023] 现在详细参考附图，需要强调的是，所示的细节仅为示例方式，并且仅以对本发明的优选实施例的说明性论述为目的，并且是为了提供本发明原理和概念方面的最有用且最容易理解的描述而呈现。就这方面而言，不要试图示出本发明中比基本理解所需更详细的结构细节，配有附图的描述足以使得本领域技术人员明白如何在实践中体现本发明的几种形式。在附图中：
[0024] 图1示出现有技术的辐照治疗系统的高级透视图。
[0025] 图2示出根据某些实施例的辐照治疗系统的高级透视图；以及
[0026] 图3示出根据某些实施例的辐照治疗方法的高级
流程图。
具体实施方式
[0027] 在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解的是，本发明的应用不限于下列描述中阐述的或附图中说明的部件的构造和布置细节。本发明适用于其它实施例或以各种方式实践或执行。而且，应理解的是，本文所用的措辞和术语是以描述为目的，而不应被认为具有限制性。
[0028] 图2A至图2D示出辐照治疗系统100的各种高级透视图。辐照治疗系统100包括：粒子射束发生器20；同步加速器环30；场控制单元40(未示出)；治疗辐照源50，包括喷嘴55；患者支撑构件60；以及可选的成像仪70。为简单起见，仅示出粒子射束发生器20的一部分。在图2A至图2D中：图2A示出没有可选的成像仪70的辐照治疗系统100的高级透视图；图2B示出具有可选的成像仪70的辐照治疗系统100的高级透视图；图2C示出粒子射束发生器20，同步加速器环30和喷嘴55的高级透视图；以及图2D示出辐照治疗系统100的实施例，其中同步加速器环30的一部分嵌入在治疗室的地板中。此处一起描述图2A至图2D。
[0029] 同步加速器环30具有入口31、出口32和外围33。在一个实施例中，如图所示，同步加速器环30进一步具有第一部分35和与第一部分35相对的第二部分36。第一部分35相对于治疗室120的
水平地板110具有第一高度和第二部分36相对于治疗室120的水平地板110具有第二高度。第二高度大于第一高度，即同步加速器环30呈一定角度。在另一个实施例中，如图2D所示，同步加速器环30的第一部分35嵌入在地板100中。在另一实施例中，第二高度至少为170厘米，以便允许患者在第二部分36下面通过。在另一实施例(未示出)中，同步加速器环30的第二部分36嵌入在治疗室120的天花板中。在另一实施例(未示出)中，同步加速器环30悬挂在治疗室120的天花板上。在另一实施例(未示出)中，同步加速器环30置于治疗室120上方的地板上。在另一实施例(未示出)中，整个同步加速器环30嵌入在地板100中。
[0030] 外围33限定从其垂直延伸的空间34。具体地，空间34限定垂直柱，其中央轴线与由同步加速器环30包围的中心相交，并且其周长由外围33限定。特别地，空间34在地板100和治疗室120的天花板之间垂直延伸，而不管同步加速器环30的角度如何。
[0031] 粒子射束发生器20的输出端连接到同步加速器环30的入口31，并且治疗辐照源50的输入端连接到同步加速器环30的出口32。粒子射束发生器20、场控制单元40、治疗辐照源50、患者支撑构件60和可选的成像仪70置于空间34内。如上所述，患者支撑构件60相对于治疗辐照源50设置，使得治疗辐照源50可以辐照由患者支撑构件60支撑的患者。在一个实施例中，如上所述，同步加速器环30置于患者支撑构件60上方。可选地，在另一实施例中，同步加速器环30置于患者支撑构件60下方。
[0032] 如上所述，在运行过程中，粒子射束发生器20产生带电粒子射束并且经由入口31将产生的带电粒子射束输出到同步加速器环30。粒子射束发生器20进一步为带电粒子射束提供初始加速度。如本领域技术人员在本发明时已知的那样，场控制单元40控制同步加速器环30的电磁场为带电粒子射束提供其他的加速度。加速的粒子射束从同步加速器环30经由出口32输出到治疗辐照源50中，并且加速的粒子射束经由喷嘴55输出。
[0033] 如上所述，由患者支撑构件60支撑的患者与喷嘴55以预定关系定位，使得输出粒子射束辐照患者的治疗靶点。在一个实施例中，如上所述在辐照之前，可选的成像仪70对患者支撑构件60支撑的患者成像，并且相应地调整患者的位置。
[0034] 有利地，通过将治疗辐照源50、患者支撑构件60和可选的成像仪70放置在限定空间34内，可以减小治疗室120的尺寸。另外，在同步加速器环30或其第二部分36升高在患者支撑构件60上方的实施例中，治疗辐照源50的喷嘴55可以以任何角度放置以辐照患者，包括相对患者的垂直位置。
[0035] 图3示出根据某些实施例的辐照治疗方法的高级流程图。在阶段1000中，患者以与治疗辐照源的输出端呈预定关系被支撑。可选地，治疗辐照源置于支撑的患者上方。在阶段1010中，阶段1000的治疗辐照源利用在同步加速器环内加速的粒子射束辐照支撑的患者，同步加速器环的外周限定空间，该空间从环外周垂直延伸。阶段1000的支撑的患者和治疗辐照源都置于限定的空间内。特别地，在一个实施例中，患者被支撑在患者支撑构件上，患者支撑构件置于限定的空间内。
[0036] 在另一实施例中，同步加速器环具有第一部分和第二部分，第二部分与第一部分相对。同步加速器环的第一部分相对于所述地板具有第一高度，同步加速器环的第二部分相对于地板具有第二高度，第二高度大于第一高度。特别地，在一个实施例中，高度是相对于地板平面即平行于海平面的平面的距离，其限定了地板与
建筑物底部相对的高度，不考虑地板的任何不规则或角度。在一个实施例中，同步加速器环的第一部分嵌入在地板中。在另一实施例中，同步加速器环的第二部分嵌入在与地板相对的天花板中。在另一实施例中，同步加速器环的第一部分嵌入在地板中，而同步加速器环的第二部分未嵌入与地板相对的天花板中。在另一实施例中，同步加速器环的第一部分未嵌入地板中，而同步加速器环的第二部分嵌入在与地板相对的天花板中。在另一实施例中，同步加速器环的第一部分嵌入在地板中，而同步加速器环的第二部分嵌入在与地板相对的天花板中。
[0037] 在一个实施例中，同步加速器环置于被支撑的患者上方。在另一实施例中，同步加速器环置于被支撑的患者下方。
[0038] 在阶段1020中，控制成像仪以对阶段1000的支撑的患者进行成像。成像仪置于阶段1010的限定空间内。
[0039] 应理解的是，为了清楚起见，在单独的实施例的背景下描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的背景中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。
[0040] 除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然与本文描述的那些相似或相同的方法可用于本发明的实践或测试，但时本文描述了合适的方法。
[0041] 本文提及的所有出版物、专利申请，专利和其它参考文献都通过引用整体并入。如有冲突，以专利
说明书(包括定义)为准。另外，材料、方法和实施例仅是说明性的而不是限制性的。
[0042] 本文所用的术语“包括”，“包含”和“具有”及其同源词表示“包括但不必限于”。
[0043] 本领域技术人员将理解的是，本发明不限于上文特别示出并描述的内容。相反，本发明的范围由所附
权利要求书限定，并且包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及其变化和
修改，本领域技术人员在阅读前述描述时将想到这些。
