专利名称：辐射束分析器及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对直线加速器或其它辐射产生装置在目标处的辐射剂量进行测量的方法和装置，具体涉及对来自与用于在包括前列腺、肺、脑、脊柱、肝胰脏和肾脏的人体内任何位置的癌性和非癌性肿瘤的非侵入式治疗的放射外科系统一起使用的射波刀 (Cyberknife )、直线加速器或者其它辐射产生装置的辐射剂量的追踪和测量。
背景技术：
用于恶性肿瘤的治疗的各种公知医疗技术包括辐射的使用。通常使用辐射源，例如医用直线加速器，来生成被引导至患者的特定目标区域的辐射。将合适剂量的辐射引导至患者恶性区域处非常重要。当适当应用时，辐射在患者的恶性组织上产生电离效果，从而摧毁恶性细胞。只要所用辐射的剂量测定被适当监控，恶性肿瘤就能够被治疗而对周围的健康人体组织没有任何伤害。这些治疗的目标是将高剂量的辐射集中至肿瘤细胞或者恶性细胞，而将周围健康组织对辐射的暴露最小化。可以利用加速器来传送辐射。不同的加速器具有不同的特性和输出电平。最普通的加速器产生脉冲辐射。输出束具有矩形的横截面， 并且横截面面积通常在ι至1600平方厘米(cm2)之间。优选地，横截面面积或辐射场尺寸在1X1平方厘米(cm2)和40X40平方厘米(cm2)之间。通常使用模塑或者浇注铅或合金材料的方法，将矩形或正方形横截面形状改变为任何所需的横截面形状。更先进的加速器使用多叶式准直仪。其它加速器是连续地或非脉冲地进行辐射，例如钴放射机。一些加速器利用扫描电子束，该扫描电子束借助变化的电磁场用非常狭窄的电子束扫射治疗区域。为了确保正确的剂量测定，用于恶性肿瘤治疗的直线加速器必须得到校准。电子和光子辐射都必须被合适地测量，并且关联至特定装置。熟练的实际操作者必须保证辐射治疗的强度和持续时间都得到仔细地计算和管理，以便在维持患者的安全的同时可以产生期望的治疗结果。通常，确定例如为平面度、对称性、辐射场和光场校准等参数。事实上，使用太多的辐射会引起副作用，并对周围组织产生破坏作用。使用不足的辐射量将不能传送有效根除恶性肿瘤的剂量。因此，能够确定由特定机器产生的辐射的准确数量以及这些辐射将在患者体内分布的方式是非常重要的。为了得到对患者在目标区域处接收的辐射的精确评估，必须生成在患者体内不同位置处的某种辐射图案或图形。这些图案或图形关联1)随着水深的剂量变化，生成的百分深度剂量图、幻在垂直于辐射源的平面上的剂量变化，生成的横截束剖面图、以及3)随着水深的剂量变化，当SAD (源至轴线的距离)恒定时，生成百分深度剂量图和TMR/TPR(组织最大剂量比/组织模体比)图。横截面图的这些具体测量是本发明特别关注的。尽管对其它分析也有用，但是交叉束在径向和横向平面上的对准是本发明的基础。已经有向医院和治疗中心提供校准服务的公司。这些物理学家必须访问该设施并使用他们自己的设备来进行辐射源的校准。这需要能在现场快速组装并拆卸的、轻量的、易携带的、较不笨重的辐射测量装置。实际扫描也应该使用能在较短时间内得到的结果迅速地进行。这种装备允许物理学家更有效率并且在更短时间内校准更多辐射装置。
一种用于测量由医用直线加速器产生的辐射的现有系统使用了规格为 50CmX50CmX50Cm充满水的大水箱。一组电脑控制的马达通过一系列预先编程的步骤沿着在水平面下方的单轴移动辐射检测器。由于人体的密度非常接近于水的密度，因此充满水的箱提供了适当的介质用于模拟可能出现在患者体内的辐射的分布和强度。前述的箱通常被称为水模体。由直线加速器产生的辐射将被引导进模体箱内的水中，水中的不同深度和位置处的辐射强度值可以用辐射检测器来测量。当辐射穿透水时，直接射束或主要射束被水散射，基本类似于辐射束撞击患者的方式。散射辐射与主要辐射都由为辐射检测器一部分的离子室检测或由辐射敏感二极管检测。离子室基本是开放式电容器，其产生与在离子室体积内产生的离子数量相符的电流。检测器降低至模体箱内的测量点，并且在一段时间内进行测量。然后，检测器可移动至另一测量点，当检测器维持在第二位置时，在该测量点进行测量。在每个测量点，都进行大量的采样，并使检测器保持静止。在放射疗法和放射外科中，例如肿瘤可以通过杀死肿瘤中细胞的离子辐射束非侵入式地摧毁。期望将辐射束仅引导至肿瘤，而不引导至肿瘤周围的健康组织。因此，射束精确瞄准肿瘤在这些辐射治疗中是极其重要的。目标是将高剂量的辐射集中至肿瘤，而使周围健康组织对辐射的暴露最小化。为了得到辐射剂量对肿瘤的均勻分布，在治疗过程中通常会调整辐射束的方向来追踪肿瘤。最先进的现代放射外科系统，例如爱可瑞公司(Accuray，Inc.)的Cyberknife 机器人放射外科系统，在治疗过程中使用立体的在线X-射线成像以提高辐射治疗的精确度。通过运用Cyberknife 立体X-射线摄影系统，患者的骨骼标志(例如他们的头骨)的位置能够得到高精确度地确定。因此，如果目标区域的位置相对于骨骼标志保持恒定，那么该高度精确的χ-射线摄影系统能够用于治疗目标区域。但是，如果目标区域的位置相对于骨骼标志是变化的，那么该X-射线摄影系统就不能用来确定目标区域，因为目标，例如肿瘤，通常在X-射线图像中是不可见的。例如，在患者腹部或胸部中的目标区域就不能仅使用该方法得到治疗。图像引导系统对于Cyberknife 系统的正确操作是必不可少的。为控制图像引导系统研发的第一个方法被称为6D或颅底追踪。X-射线照相机产生的图像与计算机生成的患者解剖学数字影像重建(DDR)的图像库不相上下，并且计算机算法确定了由于患者移动而必须提供给机器人的运动修正。该图像系统允许Cyberknife⑧传输具有0. 5mm精确度的辐射，而不使用附接至患者头骨的机械夹钳。使用图像引导技术被称为无框架立体定位的放射外科。该方法被称为6D是因为对三个平移运动(X、Y*Z)以及三个旋转运动进行了修正。现有技术描述已经知道几个现有技术装置教导了用于确定特定加速器的合适剂量测定的系统以及这些系统的使用方法。Sofield的第5，621，214号和第5，627，367号美国专利针对的是一种采用峰值检测方法的辐射束扫描器系统。该装置包括安装在水模体内的单轴。在使用中，水模体必须是水平的，并且参考检测器在射束内的某个点处保持静止，而信号检测器通过电步进马达的使用沿着单轴上下移动。虽然这些装置采用了水模体，但是其局限于沿着单轴来移动信号检测器并且仅提供射束的平面扫描。Gentry等的第2006/0033044A1号美国专利申请公开针对的是一种用于多能量电子束放射疗法的治疗计划器械。该系统由单独的计算器构成，该计算器允许用标准的单个电子束放射治疗设备进行多能量电子束治疗，由此提供改进的剂量分布。通过采用由使用者限定的深度剂量分布，计算器可以与大量现存的标准电子束放射治疗系统一起工作。本申请的发明人Navarro的、在2001年5月1日授权的第6，225，622号美国专利描述了一种动态辐射测量装置，其移动离子室通过静止辐射束以收集在射束区域内不同点处的辐射强度的读数。该专利的公开内容通过引用并入本文。Westerlund的、在1991年1月四日授权的、第4，988，866号美国专利针对的是
一种测量装置，其用来检查来自用于放射疗法的治疗器械的辐射场。该装置包括测量块，该测量块包含设置在盖板下方的辐射检测器，该装置还设有场标记线和能量过滤器。检测器连接至用于信号处理并表征测量值的读取单元。剂量检测校准检测器以特定几何图案被固定，以确定辐射场的均勻度。在使用中，测量装置能够同时检查由单个辐射源在测量块内的多个固定位置处发出的辐射的全体。Schmidt等的第2005/0173648A1号美国专利申请公开针对的是一种用于高能量治疗辐射的无线双模校准仪器。该仪器包括具有相对的第一面和第二面的外壳，该外壳将一组检测器维持在第一面和第二面之间。设置有用于电子的第一校准材料以拦截电子穿过第一面至检测器，设置有用于光子的第二校准材料以拦截光子穿过第二面至检测器。这些装置没有使用水模体，并且又局限于所有离子化检测器都处于一个平面中。 这不会得出对将正常撞击经受辐射治疗的人体的散射辐射与直接辐射相结合的合适的三维评估。因此，不能通过使用这些装置来容易地确定在现实方案中的精确剂量测定。Attix的、在1991年4月9日授权的第5，006，714号美国专利运用了一种特殊类型的闪烁剂量探测器，该闪烁剂量探测器不直接测量辐射，而测量辐射源的比例光输出。该探测器被设定在离子数和电子密度接近于水或肌肉组织的聚合材料中。Attix指出，使用该检测器可以使水模体箱中的扰动最小化。另外，有一种称为ffelIhofer瓶中船(bottle-ship)的仪器，该仪器运用了比传统水模体更小体积的水。Wellhofer装置运用正时带和马达的结合以移动检测器通过水，因此需要较长的初始准备时间。因此，存在对便携式的模块化辐射束测量装置的需求。该装置应该都能够快速地组装和拆卸以在各种地点用来校准各种Cyberknife 系统。该装置应该能对从 Cyberknife⑧系统发出的辐射进行可重复的、精确的检测。由于利用该系统时射波刀与被治疗项目(例如肿瘤)之间的距离保持恒定，因此该装置也应该可以运用相对小体积的水或其它流体。以上的现有技术装置都不能执行迅速并精确的等中心测量，该等中心测量会在深度和等中心横截面上对TMR/TPR(组织最大剂量比/组织模体比)直接测量。这里也存在对便携式的模块化辐射束测量装置的需求。该装置应该能够快速地组装和拆卸以在各种位置用来校准各种等中心辐射束系统。该装置应该能对从辐射源发出的辐射进行可重复的、 精确的检测。由于在利用该系统时等中心辐射束源与被治疗项目(例如肿瘤)之间的距离保持恒定，因此该装置应该也能够运用相对较小体积的水。
发明内容
本发明的第一实施方式包括一种用于测量由射波刀产生的辐射的分布和强度的辐射束分析器。该分析器采用相对较小的水箱，在水箱内放置有传感器。传感器与辐射源之间的距离是不变的。水箱相对于传感器上升和下降以模拟患者体内疾病的位置。箱的这种运动允许来自射波刀的辐射得到适当地校准和调整以对患者的疾病适当治疗。本发明的另一实施方式包括一种用于测量由辐射源产生的辐射的分布和强度的辐射束分析器。该分析器采用相对较小的水箱，在水箱内放置有传感器或检测器。传感器与辐射源之间的距离是不变的。有两种维持SAD(源至轴线距离)恒定的方法。第一方法运用被设计为保持检测器的固定器来维持检测器的位置固定，并且升起或降下小水箱。第二方法使用一个升降机构在一个方向上下移动检测器，并使用另一升降机构在相反方向同步移动小水箱。第二方法也保持SAD恒定。这些方法将检测器相对于辐射源定位以模拟患者体内疾病的位置。箱的这种移动允许对来自等中心辐射束源的辐射进行适当的等中心测量。此外，本发明的目的是提供对来自用于执行放射外科或治疗疾病的直线加速器或射波刀的辐射的精确测量。本发明的进一步目的是将直线加速器或射波刀相对于患者体内的疾病精确地放置。本发明的另一目的是提供一种模块化辐射装置，该模块化辐射装置包括相对于固定传感器移动的相对较小的水箱以确定治疗疾病所需辐射的适当的数量。本发明的进一步目的是提供用于对水箱的移动进行电控以及对来自射波刀的辐射进行测量的方法和系统。本发明的进一步目的是精确地放置辐射检测器并获得测量的高重复性。本发明的另一目的是提供一种模块化辐射装置，该模块化辐射装置包括相对于固定的检测器或传感器移动的相对较小的水箱用来确定治疗疾病所需辐射的适当的数量。本发明的进一步目的是提供一种用于对相对较小的水箱的移动和安装在箱内的检测器或传感器的移动进行电控的系统和方法，这些移动用于测量来自等中心辐射束源的辐射。本发明的其它目的和优势将从以下的说明连同在其中提及的任何附图，通过本发明的图解说明和示例、某些实施方式的方式变得显然。本文所包含的任何附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施方式，并图解说明了本发明的各种不同的目的和特征。
图1是在使用中测量来自Cyberknife 的辐射的本发明的立体图；图2是本发明的前视图；图3是本发明的侧视图；图4是本发明的俯视立体图；图5是本发明的放大前视7
图6是本发明的测量箱的放大前视立体图；图7是运用了等中心辐射束源以治疗患者的现有技术辐射治疗系统的立体图；图8是合并了小箱并具有处于上升位置的检测器的本发明的第二实施方式的前视图；图9是合并了小箱并具有处于降下位置的检测器的本发明第二实施方式的前视图；图10是合并了小箱并具有处于上升位置的检测器的本发明第二实施方式的侧视图；图11是在上升位置具有检测器的本发明第二实施方式的小箱的侧视图；图12是在降下位置具有检测器的本发明第二实施方式的小箱的侧视图；图13是在上升位置具有检测器的本发明第二实施方式的小箱的后视立体图；图14是在降下位置具有检测器的本发明第二实施方式的小箱的后视立体图；图15是在使用中测量来自等中心辐射束源的辐射的本发明第二实施方式的立体图；图16A和16B是等中心深度扫描(TMP)和横截面图的结果；图17是本发明的第三实施方式的立体图；图18是本发明的第三实施方式的端视图；图19是本发明的第三实施方式的前视图；以及图20是本发明的第三实施方式的俯视图。
具体实施例方式虽然本发明容许有不同形式的实施方式，但是在附图中示出并在下文中将描述的是目前优选的实施方式，但本发明并不限于此，并且应该理解本公开考虑了本发明的范例并不试图将本发明局限于所图解说明的特定实施方式。本发明设计用于对由Cyberknife 产生的辐射束进行具有一定精确度、精密度和速度的测量。对来自在放射外科中运用的装置的辐射的动态体模测量和直接TMP/IPR直接测量均已经在本文提及的本申请的申请人的相关专利申请中描述过。这两种测量方法的结合以及对这些测量方法中的一些特征的调整产生了下文将描述的本发明。尽管动态体模测量和直接TMP/IPR直接测量的两个基本概念相同，但是本发明需要的是水，而不是类似于动态体模的固态水，并且也不同于TMP/IPR。辐射是通过在箱的顶部的辐射源来传送的，而不是类似于申请人之前的TMR/IPR测量中的横向传送。本发明还允许使用具有明显较小容量的箱。相比现有技术箱的100升的容量，在优选实施方式中箱的容量为2. 5升。参见图1至6，图解说明了本发明的第一实施方式，其包括用于在放射外科系统中对由Cyberknife 12产生的辐射的分布和强度进行测量的模块化辐射束分析器10。由 Cyberknife 发出的辐射束14处于大致竖直方向。射束14非常锐利并能以小于1毫米的精确度定位于患者。射束14用于患者治疗区域，其优选具有直径为0. 5cm的最小场尺寸和直径为6cm的最大场尺寸。采用了 Cyberknife 的放射外科系统需要所有辐射测量都采用等中心方法或者TMR/TPR(组织最大剂量比/组织模体比)直接测量。此外，由于放射外科过程的精确度，辐射的测量需要非常精确。本发明的相对较小的箱被放置在测量装置的托架18上，该测量装置使用了大体上更大的箱30。更大的测量装置允许托架18在三个不同的轴线X、Y和Z上移动。在图2 中可以看到，X轴沿着箱30的水平部分延伸。在图2中还可以看到，Y轴在竖直方向延伸。 在图3中可以看到，Z轴朝向或远离箱30的后壁延伸。小马达，例如步进马达，将托架18沿着所有三个轴线移动。本发明包括仅在Y方向可移动的第二箱16。虽然步进马达是优选的实施方式，但是能够沿着三个轴线的每一个来移动托架18的任何类型的马达或装置都可以使用。在使用Cyberknife 的放射外科系统中，Cyberknife 和在患者身上被治疗的疾病(例如肿瘤)之间的距离保持恒定。因此，为了模拟肿瘤或者其它被治疗疾病在患者体内可能位于的不同位置或深度，仅需要改变水的相对深度，用水的相对深度对患者体内项目的深度进行模拟。一旦通过将传感器32移动至第二箱16内的水中特定深度来对患者体内的正确深度或位置进行模拟，就可对来自Cyberknife 的辐射量进行调节以适当地治疗肿瘤或疾病。本发明通过沿着Y轴垂直上下移动第二箱16来实现这个情况。传感器32被安在支承件34上或被放置在支承件34内，如图4、5和6所示。支承件34固定在大体竖直的杆或支承件36上。支承件36转而连接至大体水平的杆或支承件 38，并支承于其上。虽然图解说明的是在支承件36和38上施加了横向力的优选连接装置 40，但是也可以利用任何其它类型的连接装置40。如图3所示，支承件或杆38利用安装在导轨42上的连接装置44连接至导轨42。支承件；34允许对Cyberknife 12和传感器32 之间的距离进行调整，以模拟商用Cyberknife 和被治疗疾病之间的距离。支承件38和 34允许传感器32与来自Cyberknife 12的辐射束14对准。步进马达或者其它类似装置(未示出)沿着Y轴移动托架18。这模拟了疾病位于患者体内的深度或水平高度。托架18具有固定至其上的支承板或平台44，如图5所示。 第二箱16的下部可移动地固定于平台44，以使得在本发明的运行过程中，箱不会脱离托架 18。有多种方法可将第二箱16固定至平台44，包括但不限于扣接、胶接、焊接等。虽然在优选实施方式中，第二箱16可释放地固定于平台44 ；但是其也可以永久地附接至其上。虽然所图解说明的第二箱16具有大体上正方的横截面并在高度方向上为矩形， 但是优选的实施方式是圆筒形的。圆筒优选地直径为19cm和高度为40cm。其由透明丙烯酸材料制成。也可以运用具有各种其它尺寸和重量的箱。箱也可以由各种其它材料制成。本发明的这个实施方式运用了申请人于2008年7月25日提交的、题为“Modular Radiation Beam Analyzer Software (模块化辐射束分析器软件)”的第61/083，740号美国专利申请和于2006年8月25日提交的、题为“Convertible Radiation Beam Analyzer SyStem(可转换的辐射束分析器系统)”的第11/510，275号美国专利申请中的软件和程序， 以控制操作导轨的马达、获得数据、分析数据、提供数据的图形表示、并传输具有相关修改的数据。本发明的这个实施方式能够与单个或一系列离子室一起使用。也可以与多个二极管一起使用。本发明还可以与传统辐射疗法一起使用。当与传统辐射疗法一起使用时，第二箱16的尺寸为14cm长X 14cm宽X 40cm高。本发明的另一实施方式被设计为以一定的精确度、精密度和速度对由辐射束源产生的辐射束进行等中心测量。本发明的第二实施方式也可以与Cyberknife 辐射系统一起使用。来自在放射外科中使用的装置的辐射动态体模测量和TMR/TPR(组织最大剂量比 /组织模体比)函数直接测量已经在本文提及的申请人的相关专利申请中描述过。这两个测量方法的结合以及这些测量方法中的一些特征的调整得到了将在下文描述的本发明。等中心辐射治疗系统保持辐射源和患者疾病之间的距离恒定。换句话说，SAD (源至轴线的距离)是恒定的。通过使用如图7和15图解说明的操作器116，辐射源还可以绕病人枢轴转动。有两个维持SAD(源至轴线的距离)恒定的方法。第一方法运用被设计为保持检测器的固定器来维持检测器的位置固定，并且升高和降下小水箱。第二方法使用一个升降机构以一个方向移动检测器向上或向下，并使用另一升降机构向相反方向同步地移动小水箱。第二方法也保持SAD恒定。这些方法将检测器相对于辐射源定位，以模拟患者体内疾病的位置。箱的这种移动允许来自辐射束源的辐射得到适当地等中心测量。尽管动态体模测量和TMR/IPR函数直接测量的两个基本概念相同，但是本发明的实施方式能够运用水，而不是类似于动态体模测量中的固态水，来测量横截束剖面。本发明的第二实施方式还可以对由在箱顶部的源发出的辐射进行TMR/IPR直接测量，而不是类似于申请人早先的TMR/TPR测量中的横向传送。最后，结合这两个概念，可使用单个装置来对相对深度剂量(TMR/TPR)和横截束剖面进行等中心测量。早先的发明则需要两个不同的装置。本发明的第二实施方式还允许运用比在现有技术测量系统中采用的水箱具有明显更小容量的水箱。相比现有技术的箱的100升容量，在优选实施方式中箱的容量为2. 5升。参见图7-15，在图7中图解说明了现有技术的等中心放射治疗设备110。在图7 中图解说明的等中心放射治疗设备包括辐射生成单元112、变量准直器114、操作器116、 移动工作台118、诊断成像器120、和产生辐射束124的控制单元122。在图15中图解说明了本发明用于对在放射外科系统中由等中心辐射束1 产生的辐射的分布和强度进行测量的模块化辐射束分析器126。等中心辐射束源在大体上竖直方向发出辐射束124。辐射束1 非常锐利，并且能够以小于1毫米的精确度定位于患者。射束14用于患者的治疗区域，治疗区域优选具有0.5cm直径的最小场尺寸和6cm直径的最大场尺寸。采用了等中心辐射束的放射外科系统需要所有辐射测量都利用本发明的TMR/TPR(组织最大剂量比/组织模体比)直接测量的等中心方法进行。此外，由于放射外科过程的精确度，传送至患者的辐射测量需要非常精确。本发明的第二实施方式的相对较小的箱1 被放置在测量装置的托架130上。便携式可折叠框131维持整个系统。模块化辐射束分析器1 使托架130能够在三个不同轴线X、Y和Z上移动。在图8和15中图解说明了 X轴沿着箱132的一部分在水平方向延伸。 在图8和15中还可以看到，Z轴在竖直方向延伸。在图4和9中可以看到，Y轴朝向和远离箱132的后壁延伸。例如步进马达的小马达将托架130沿着所有的三条轴线移动。虽然步进马达是优选实施方式，但是可以沿着三条轴线的每条轴线来移动托架118的任何类型的马达或装置都能够使用。本发明的第二实施方式包括在Y方向可移动的小箱1 和同样在Y方向可移动的检测器或传感器134。例如步进马达136的小马达以顺时针和逆时针方向旋转螺栓138，如图11和12图解说明的。安装支架140保持并维持检测器或传感器134处于固定位置。安装支架140紧固至螺栓138并被支承在其上，以使得当螺栓向一个方向旋转时安装支架140 会相对于箱132的底部上升，并且当螺栓向相反方向旋转时螺栓将下降。虽然图解说明的是在检测器或传感器上施加了横向力的优选安装支架140，但是也可以使用任何其它类型的安装支架140。安装支架140允许对等中心辐射束源112与检测器或传感器134之间的距离进行调整，以模拟商用等中心辐射束和使用以上描述的放射外科系统的待治疗个体或患者的疾病之间的距离。安装支架140还允许检测器或传感器134与来自等中心辐射束源 112的辐射束112对准。在使用等中心辐射束的放射外科系统中，等中心辐射束源112与患者的待治疗疾病，例如肿瘤，之间的距离保持恒定。因此，为了模拟肿瘤或其它待治疗疾病在患者体内所处的不同位置或深度，仅需要改变对患者体内项目的深度进行模拟的水的相对深度。一旦通过将检测器或传感器134移动至箱1 内水的特定深度而模拟出患者体内的正确深度或位置，则可对来自辐射源的辐射量进行调节以适当治疗肿瘤或疾病。本发明的该第二实施方式通过使用两个方法之一来实现这一点。第一方法运用被设计为保持检测器134的固定器140来维持检测器134的位置固定，并升高或降下小水箱128。第二方法使用一个升降机构在一个方向向上或向下移动检测器或传感器134，并使用另一升降机构在相反方向同步移动小水箱。第二方法也可以保持SAD恒定。这些方法将检测器相对辐射源定位以模拟患者体内疾病的位置。箱的移动允许来自辐射束源的辐射得以适当地等中心测量。两个方法之间的主要区别为第二方法运用了额外的马达，该马达将扫描能力延伸至三(3)个轴X、 Y、Z，因此可以在深度方向、和径向横向方向以及对角线方向扫描。第一方法仅能在深度方向和横向方向扫描。第一方法通过使用步进马达或者能够升起和/或降下托架的类似装置升起和/或降下托架130来升起和/或降下水箱128。第二方法通过运用螺栓机构138和步进马达136 或者能够升起和/或降下支架的类似装置升起和/或降下安装支架140来升起和/或降下检测器或传感器134。通过升起和/或降下托架130，同时将箱1 升起和/或降下，如本文以上所述。升起和/或降下安装支架140的马达或装置与升起和/或降下托架130马达或装置同步，以将检测器或传感器134维持在相对于辐射源的固定位置。换句话说，保持SAD 恒定。如图解说明的，箱1 为8cm长、8cm宽和40cm高。其具有2. 5升容量。其由透明丙烯酸材料制成。在优选实施方式中，箱128为具有19cm直径和40cm高度的圆筒形。也可以使用具有各种其它尺寸和重量的箱。箱也可以由各种其它材料制成。一个电线或电缆142从检测器或传感器延伸至记录装置以测量和记录由辐射源传送至特定点的辐射量。另一电线或电缆144从控制盒146延伸，如图9所示。控制盒控制托架130在X、Y和Z方向的运动。又一电线或电缆148从马达136延伸至控制装置150。 该控制装置将托架130与安装支架140之间的移动同步，以将检测器或传感器维持在相对于辐射源的固定位置。本发明的这个实施方式运用了申请人于2008年7月25日提交的、题为“Modular Radiation Beam Analyzer Software (模块化辐射束分析器软件)”的第61/083，740号美国专利申请和于2006年8月25日提交的、题为“Convertible Radiation Beam AnalyZer SyStem(可转换的辐射束分析器系统)”的第11/510，275号美国专利申请中的软件和程序，以控制操作导轨的马达、获得数据、分析数据、提供数据的图形表示、并传输具有相关修改的数据。本发明的这个实施方式能与单个或者一系列离子室一起使用。也可以与单个或者一系列二极管一起使用。本发明的这个实施方式还可以与Cyberknife 或传统辐射疗法一起使用。当与传统辐射疗法一起使用时，箱128的尺寸为14cm长X 14cm宽X40cm高。 但是主要的应用是小辐射场的测量，类似于在Cyberknife 机器和立体定位处理中使用的辐射场。当在Z方向扫描时，等中心扫描生成TMR/TPR函数。这是通过运用本文之前描述的两个方法之一来实现。这与不保持SAD恒定并生成PDD (百分深度剂量)函数的传统扫描器不同。还应该注意，TMR(组织最大剂量比)不能等中心地在剖面上扫描。还应该注意， 动态体模测量不能等中心地扫描深度。在图16A和16B图解说明了等中心深度扫描(TMR) 和横截面图的结果。参见图17至20，现在将描述本发明的第三实施方式。该第三实施方式以与第一和第二实施方式相同的方式使用，以执行TMP/IPR SAD直接测量(等同于等中心测量)，并且辐射从位于箱2 顶部的辐射源(未示出)发出。辐射源与分别在图1和7中图解说明的 12和112相同。箱2 被放置在类似于118的移动工作台上，以测量放射外科系统中辐射束的分布和强度，如图7图解说明的。箱2 可在X方向横向地移动，并且还能通过旋转台2 绕Z轴旋转。通过马达 (未示出)来操作旋转台229。多个垂直支承件231安装在轨道233上。轨道233保持这些垂直支承件231，并对其相对彼此定位。轨道233被安装在旋转台2 上并且使整个装置能够绕Z轴旋转。第二组轨道235被安装在垂直支承件231上，大体上平行于轨道233并与其垂直隔开。第二组轨道235对箱2 提供支撑。自动化机构在X方向移动箱228。其使检测器或传感器234能够沿着X轴横向移动。可选地，连接装置242能沿着导轨244移动。这可以自动地或手动地完成。这还可以沿着X轴移动检测器234。检测器或传感器234被安装在支承件240上。支承件240能自动地或手动地沿着Z轴竖直上下移动。第三实施方式在不使用大水箱的情况下比第一、第二实施方式进行大体上更大辐射场的测量。这可以通过将箱2 从第一位置旋转高达90度到第二位置来实现。该移动使检测器234能够在大体上更大区域上移动而无需采用大水箱。在旋转基底上使用较小的箱2 导致了在较大辐射场中进行测量所需的箱的尺寸和水的体积会显著减少。由于与传统箱中水的45加仑体积相比，所用水的相对较小体积为11加仑，因此这还导致了显著的重量节省。优选的箱为35cm长、30cm宽、40cm高，并且由丙烯酸材料制成。在本说明书中提及的所有专利和申请都表明了与本发明相关领域技术人员的水平。所有专利和申请通过引用同等程度地并入本文，如同每个单个申请都是通过引用特别地并独立地并入本文。应该理解，虽然图解说明了本发明的某个形式，但是本发明并不局限于本文所描述并示出的特定形式或布置。对本领域技术人员显而易见的是，可以作出各种改变而不偏离本发明的范围，并且本发明不被认为是限于本文的说明书和所附的任何附图/图形中示出和描述的内容。
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本领域技术人员应该容易理解，本发明非常适于实现目的并获得所提及的、以及那些本文固有的结果和优势。本文所描述的实施方式、方法、过程和技术都是目前优选的实施方式的代表，旨在示例性并不试图限制范围。对于本领域技术人员将出现的本文改变和其它使用都包含在本文的精神内，并且由所附权利要求的范围来限定。尽管已经描述的本发明与特定优选实施方式有关，但是应该理解，权利要求书中要保护的本发明不会过度局限于这些特定的实施方式。事实上，用于实现本发明的所述模式的各种修改对本领域技术人员是显而易见的，其旨在所附的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种辐射扫描系统，用于对由放射外科治疗装置沿着轴线发出的射束的辐射剂量进行检测，包括动态体模主体，由密度接近于人体密度的材料制成；至少一个剂量测定探测器，构建并排列为感应光子和电子，所述至少一个剂量测定探测器被放置在所述动态体模主体内； 托架，支撑所述动态体模主体； 导轨，所述托架紧固至所述导轨； 所述动态体模主体被放置在所述托架上；相对于所述导轨递增地移动所述托架和所述动态体模主体的机构； 由此实现所述动态体模主体通过一系列位置的移动，以便提供足够数据从而确定放射外科治疗所需辐射的合适剂量。
2.如权利要求所述的辐射扫描系统，其中所述剂量测定探测器是离子室。
3.如权利要求1所述的辐射扫描系统，其中所述动态体模主体包括由丙烯酸材料制成的箱。
4.如权利要求1所述的辐射扫描系统，其中所述移动是等中心的。
5.如权利要求1所述的辐射扫描系统，其中所述放射外科治疗装置是直线加速器。
6.一种辐射扫描系统，用于对由放射外科治疗装置沿着轴线发出的射束的辐射剂量进行检测，包括动态体模主体，由密度接近于人体密度的材料制成；至少一个剂量测定探测器，构建并排列为感应光子和电子，所述至少一个剂量测定探测器被放置在所述动态体模主体内； 托架，支撑所述动态体模主体； 导轨，所述托架紧固至所述导轨； 所述动态体模主体被放置在所述托架上；相对于所述导轨递增地移动所述动态体模主体内的所述至少一个剂量测定探测器的机构；由此实现所述至少一个剂量测定探测器通过一系列位置的移动，以便提供足够数据从而确定放射外科治疗所需辐射的合适剂量。
7.如权利要求6所述的辐射扫描系统，其中所述剂量测定探测器是离子室。
8.如权利要求6所述的辐射扫描系统，其中所述动态体模主体包括由丙烯酸材料制成的箱。
9.如权利要求6所述的辐射扫描系统，其中所述移动是等中心的。
10.如权利要求6所述的辐射扫描系统，其中所述放射外科治疗装置是直线加速器。
11.一种辐射扫描系统，用于对由放射外科治疗装置沿着轴线发出的射束的辐射剂量进行检测，包括动态体模主体，由密度接近于人体密度的材料制成；至少一个剂量测定探测器，构建并排列为感应光子和电子，所述至少一个剂量测定探测器被放置在所述动态体模主体内； 托架，支撑所述动态体模主体；导轨，所述托架紧固至所述导轨； 所述动态体模主体被放置在所述托架上；相对于所述导轨递增地移动所述托架和所述动态体模主体的机构； 相对于竖直轴线递增地旋转所述动态体模主体的机构；由此实现所述动态体模主体通过一系列位置的移动，以便提供足够数据从而确定放射外科治疗所需辐射的合适剂量。
12. —种校准放射外科治疗装置的方法，包括 提供由密度接近于人体密度的材料制成的动态体模主体； 提供被构建并排列为感应光子和电子的至少一个剂量测定探测器； 将所述至少一个剂量测定探测器放置在所述动态体模主体内； 将所述动态体模主体支承在托架上； 将所述托架紧固至导轨；相对于所述导轨递增地移动所述托架和所述动态体模主体；由此实现所述动态体模主体通过一系列位置的移动，以便提供足够数据从而确定放射外科治疗所需辐射的合适剂量。
全文摘要
一种用于对由Cyberknife产生的辐射的分布和强度进行测量的辐射束分析器。该分析器采用相对较小的水箱，在水箱内放置有传感器。传感器与辐射源之间的距离是不变的。水箱相对于传感器上升和下降以模拟患者体内疾病的位置。箱的这种运动允许来自Cyberknife的辐射得到适当地校准和调整，以用于对患者疾病的适当治疗。在第二实施方式中，辐射束分析器测量由辐射源产生的辐射的分布和强度。该分析器采用相对较小的水箱，在水箱内放置有传感器或检测器。传感器与辐射源之间的距离是不变的。有两种维持SAD(源至轴线的距离)恒定的方法。第一方法运用被设计为保持检测器的固定器来维持检测器的位置固定，并且升高和降下小水箱。第二方法使用一个升降机构在一个方向将检测器向上或向下移动，并使用另一升降机构在相反方向同步地移动小水箱。第二方法也保持SAD恒定。这些方法将检测器相对于辐射源定位，以模拟疾病在患者体内的位置。箱的这种移动允许来自辐射束源的辐射得到适当的等中心测量。
文档编号G01T1/169GK102265182SQ200980153157
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者丹尼尔·纳瓦罗 申请人:丹尼尔·纳瓦罗