(57)【要約】３自由度患者台に結合される２自由度放射線シールド内に搭載される線形加速器を使用して、非侵襲性定位放射線外科手術および精密な放射線治療を実施するための自己遮蔽およびコンピュータ制御システムが、提供される。放射線シールドは、軸方向軸を中心として回転可能な軸方向シールドと、斜交軸を中心として独立して回転可能な斜角シールドとを含み、それによって、治療および診断放射線ビームの改良された軌道の範囲を提供することができる。そのようなシールドは、容易な移動を促進するために、それらの個別の回転軸を中心として、および共通支持構造を中心として平衡にされることができる。
2021508259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部放射線漏出に対して自己遮蔽される放射線外科手術処置システムであって、前記システムは、
放射線シールドであって、前記放射線シールドは、内部処置空間を画定し、前記放射線シールドは、移動可能に界面接触される第１のシールドコンポーネントと、第２のシールドコンポーネントとを備える、放射線シールドと、
共通支持構造であって、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントによって画定される前記放射線シールドを実質的に支持し、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントの重心の間に配置され、前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記共通支持構造を中心として平衡にされる、共通支持構造と、
放射線源であって、前記放射線源は、前記第１および第２のシールドコンポーネントのうちの少なくとも１つの中に配置され、治療ビームを前記内部処置空間内の標的組織に指向するように構成される、放射線源と
を備える、システム。
【請求項２】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記内部処置空間内に支持される患者に沿って延在する第１の軸を中心として回転可能であり、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１のシールドコンポーネントの回転が前記第１の軸を中心として前記第１および第２のシールドコンポーネントの両方を回転させるように、前記第１のシールドコンポーネントと界面接触され、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１の軸を横断し、アイソセンタにおいて前記第１の軸と交差する第２の軸を中心として独立して回転可能であり、
前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドが前記第１の軸を中心として平衡にされ、前記第２のシールドコンポーネントが前記第２の軸を中心として平衡にされるように、前記放射線シールドを支持する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
コリメータをさらに備え、前記コリメータは、前記第１または第２のシールドコンポーネントのうちの１つの中に搭載され、前記アイソセンタに位置付けられる標的の処置のために、前記コリメータを通過する前記治療ビームを前記アイソセンタに指向するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記共通支持構造は、前記放射線シールドの周囲に延在する中心リングであり、前記中心リングは、前記第１のシールドコンポーネントの重心と前記第２のシールドコンポーネントの重心との間に垂直に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記放射線ビームが、処置球体の大部分を包含するある範囲の位置から前記アイソセンタに指向されることを可能にするように、前記第１のシールドは、前記第１の軸を中心として３６０度回転するように構成され、前記第２のシールドは、前記第２の軸を中心として３６０度回転するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のシールドは、前記第１の軸を中心として３６０度回転するように構成される一方、前記第２のシールドは、前記第２の軸の周囲で少なくとも１８０度回転するように構成される、または、
前記第１のシールドは、前記第１の軸を中心として少なくとも１８０度回転するように構成される一方、前記第２のシールドは、前記第２の軸の周囲で３６０度回転するように構成される、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記放射線源は、前記第２のシールドコンポーネント内に配置される前記コリメータと一直線である前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビームエミッタである、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記放射線源は、前記第１のシールドコンポーネント内に配置される前記コリメータと一直線である前記第１のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビームエミッタである、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のシールドコンポーネント内に配置される前記コリメータと一直線であり、対向して、前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビーム検出器をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２のシールドコンポーネントは、前記治療放射線ビームの軌道が、前記第２の軸を中心とする回転の経路に沿った任意の方向から前記標的と交差することを可能にするために、連続的に回転可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のシールドコンポーネントは、前記共通支持体上に搭載され、１つ以上のモータによって駆動される、旋回リング軸受アセンブリ内で回転可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記旋回リング軸受アセンブリは、前記第１のシールドコンポーネントを支持する内側旋回リングおよび前記第２のシールドコンポーネントを支持する処置ブラケットと回転可能に界面接触される前記共通支持体に搭載される外側旋回リングを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２のシールドコンポーネントは、前記処置ブラケットと回転可能に結合され、前記処置ブラケット上に搭載され、１つ以上のモータによって駆動される旋回リング軸受アセンブリに沿った第２の軸を中心として連続的に回転可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の軸に沿った前記第１および第２のシールドコンポーネントのそれぞれの回転は、１つ以上の線形モータによって駆動される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の軸は、水平であり、前記第２の軸は、４５度だけ前記第１の軸を横断する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
診断放射線ビームエミッタをさらに備え、前記診断放射線ビームエミッタは、前記第１のシールドコンポーネント内に搭載され、前記標的を通して前記診断放射線ビームエミッタと対向して前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される診断放射線ビーム検出器に診断放射線ビームを指向するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記診断放射線ビームの軌道が、前記第１の軸を中心とする回転の経路に沿った任意の方向から前記標的と交差することを可能にするように、前記第１の軸を中心として連続的に回転可能である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
制御サブシステムをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記第１および第２のシールドコンポーネントに動作可能に結合され、前記放射線源から放出される前記治療ビームの軌道が、処置球体に沿った複数の方向から前記標的と交差することを可能にするように、前記個別の第１および第２の軸に沿った前記第１および第２のシールドコンポーネントの移動を協調させるように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記放射線シールドの内部処置空間内に前記標的を有する前記患者の少なくとも一部を支持するための患者台をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項２０】
患者台に対する前記アイソセンタの場所を決定するように構成される１つ以上のカメラをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記患者台は、少なくとも３つの軸に沿って移動可能であり、前記制御システムと動作可能に結合され、
前記制御システムはさらに、前記アイソセンタに前記患者の標的を維持するように構成される、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記患者台は、前記治療放射線ビームの利用可能な軌道の範囲を増加させるように、ヘッドレストのピッチ角の調節を可能にするように構成される調節可能ヘッドレスト部分を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムは、封入位置と開放位置との間で水平軸を中心として回転可能である回転可能進入シェルを含み、前記封入位置では、前記シェルは、処置の間に患者台の少なくとも一部を被覆し、前記開放位置では、前記シェルは、前記患者台の真下で回転され、前記患者台を暴露し、前記患者台上で前記患者の位置付けを促進する、請求項２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記システムは、前記処置システムの中への前記患者の進入を促進するための開放位置と、前記患者が前記処置システムの遮蔽環境内に封入される閉鎖位置との間で動作可能である進入扉を含み、前記扉は、前記開放位置と前記閉鎖位置との間で垂直方向に動作可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記システムは、前記システムの全体的高さを低減させ、遮蔽要件を低減させるように、コンクリートピット内に配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、各処置の前に交換を可能にするように、可撤性である、請求項７に記載のシステム。
【請求項２７】
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、１つ以上のシンチレーション検出器と、１つ以上のカメラとを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項２８】
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、１つ以上のシンチレーション検出器と、１つ以上のフォトダイオードとを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記治療放射線エミッタおよび前記治療放射線ビーム検出器ユニットと動作可能かつ通信可能に結合される制御ユニットをさらに備え、前記制御ユニットは、前記治療放射線ビーム検出器ユニットから受信された信号に基づいて、前記標的に送達される前記治療放射線を監視および検証するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記治療放射線エミッタ、前記第１および第２のシールドコンポーネント、および移動可能患者台と動作可能かつ通信可能に結合される制御ユニットをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記診断放射線ビーム検出器から取得される複数の画像から診断撮像結果を生成するように構成され、
前記制御ユニットはさらに、前記診断撮像結果に基づいて、前記治療放射線エミッタからの前記治療放射線ビームの送達を制御し、前記標的を前記アイソセンタと整合させるために、必要に応じて前記移動可能患者台を調節するように構成される、
請求項１６に記載のシステム。
【請求項３１】
前記制御ユニットは、第１の画像をデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）画像と比較し、組み合わせることによって、前記診断撮像結果を生成するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記制御ユニットはさらに、
前記第１のシールドコンポーネントの第１の位置において前記第１の画像を取得し、前記第１の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、２Ｄ平行移動を生成することと、
前記第１のシールドコンポーネントの第２の位置において第２の画像を取得し、前記第２の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、第２の２Ｄ平行移動を生成することと、
前記２Ｄ平行移動に基づいて、３Ｄ平行移動結果を生成し、前記第２の画像と比較することと、
前記３Ｄ平行移動結果の前記第２の画像との比較に基づいて、前記標的への前記放射線治療ビームの送達を制御することと
を行うように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記制御ユニットは、前記第１の軸に沿って前記第１のシールドコンポーネントを回転させることによって、前記第１の位置から前記第２の位置に前記診断放射線エミッタを移動させるように構成され、前記第１および第２の位置は、少なくとも２０度離れている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記制御ユニットは、前記標的を前記アイソセンタと整合させるために、前記３Ｄ平行移動結果の前記第２の画像との比較に基づいて、前記患者台を調節するように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記制御ユニットは、前記３Ｄ平行移動結果の比較が、前記標的の前記アイソセンタとの整合を示すとき、前記第１のシールドコンポーネントの第２の位置に前記処置放射線ビームを送達するように構成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記３Ｄ平行移動結果を前記第２の画像と比較することは、前記第１の画像が略整合に対応するとき、３Ｄ回転を生成することを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３７】
前記制御ユニットは、
略整合が示されるまで、複数の２Ｄ画像のそれぞれに対して面内画像強調および最適化変換を実施することと、
略整合が示されるとき、組み合わせられた画像に対して面外画像強調および最適化変換を実施し、前記診断撮像結果を生成することと
によって、前記診断画像結果を生成するように構成される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３８】
前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記処置放射線ビームまたは診断放射線ビームへのより少ない暴露を有する部分が低減された厚さを有するように、可変厚さを有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記第２のシールドコンポーネントの重量と釣り合うように選択および搭載される釣り合い重りを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項４０】
可撤性治療放射線ビーム検出器ユニットであって、
シンチレーション検出器と、
１つ以上の光センサであって、前記１つ以上の光センサは、前記シンチレーション検出器から放出される光の測定のために、前記シンチレーション検出器に対して略固定位置および整合において構成および配列される、１つ以上の光センサと、
コネクタであって、前記コネクタは、前記１つ以上の光センサの外部制御および前記光センサから外部制御デバイスへの出力の伝送を促進するために、前記１つ以上の光センサに結合される、コネクタと、
１つ以上の解放可能結合特徴であって、前記１つ以上の解放可能結合特徴は、放射線処置システム内での前記ユニットの確実な搭載を促進し、前記ユニットを用いた治療放射線ビームの監視または検証を促進する、１つ以上の解放可能結合特徴と
を備える、可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット。
【請求項４１】
前記シンチレーション検出器は、シンチレーション膜であり、前記１つ以上の光センサは、１つ以上のＣＣＤカメラを備える、請求項４０に記載の可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット。
【請求項４２】
前記シンチレーション検出器は、シンチレーション膜であり、前記１つ以上の光センサは、１つ以上のフォトダイオードを備える、請求項４０に記載の可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット。
【請求項４３】
前記１つ以上の結合特徴は、磁石、ラッチ、ペグ、ほぞ孔、スナップ、フック、ループ、スロット、ねじ、留め金、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上のものを含む、請求項４０に記載の可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット。
【請求項４４】
前記１つ以上の結合特徴は、前記治療放射線ビームが前記シンチレーション検出器の放射線受容面上に入射するように、前記放射線処置システム内の特定の整合および／または配向において前記ユニットを解放可能に固着させるように構成される、請求項４０に記載の可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット。
【請求項４５】
自己遮蔽放射線処置システムを用いて患者を処置する方法であって、前記方法は、
前記放射線シールド内の内部処置空間内に支持される標的を有する前記患者の一部に沿って延在する第１の軸に沿って、放射線シールドの第１のシールドコンポーネントを回転させることであって、前記放射線シールドは、少なくとも前記第１のシールドコンポーネントと、それと移動可能に界面接触される第２のシールドコンポーネントとによって画定され、前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記個別の第１および第２の軸を中心として実質的に平衡にされ、共通支持体によって支持される、ことと、
前記第１のシールドコンポーネント内に搭載される診断放射線エミッタと対向して前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される診断放射線検出器から１つ以上の診断画像を取得し、第１の診断画像結果を生成することと、
前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線エミッタを第１の位置に位置付けるように、前記第１の軸を横断し、前記処置空間内のアイソセンタにおいて前記第１の軸と交差する第２の軸を中心として、前記放射線シールドの第２のシールドコンポーネントを回転させることと、
前記第１の診断結果が前記アイソセンタにおける前記標的の整合に対応するとき、前記第１の診断画像結果に基づいて、前記治療放射線エミッタから前記アイソセンタに、前記第１の位置に対応する第１の方向から治療放射線ビームを送達することと
を含む、方法。
【請求項４６】
前記第１のシールドコンポーネントを回転させることは、前記処置空間を画定する放射線シールド全体を回転させる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記共通支持体は、それを中心として前記第１および第２のシールドコンポーネントが平衡にされる基部中心リングを備え、前記第１のシールドコンポーネントを回転させることは、前記中心基部リング内に搭載される旋回リング軸受アセンブリを駆動することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される前記診断放射線検出器から１つ以上の付加的診断画像を取得し、第２の診断画像結果を生成することと、
前記第２の軸を中心として前記第２のシールドコンポーネントを回転させ、前記治療放射線エミッタを第２の位置に位置付けることと、
前記第２の診断画像結果が前記標的および前記アイソセンタの整合に対応するとき、前記第２の診断画像結果に基づいて、前記治療放射線エミッタから前記アイソセンタに、前記第２の位置に対応する第２の方向から治療放射線ビームを送達することと
をさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記標的を前記アイソセンタと整合させるように、前記１つ以上の診断画像に基づいて、前記標的を有する前記患者の部分を支持する患者台を移動させることをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記患者台を移動させることは、それから治療放射線ビームが伝送されるアクセス可能な方向を増加させるように、前記患者台のヘッドレスト部分のピッチを調節することを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビーム検出器ユニットを用いて送達される前記治療放射線を監視および／または検証することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記ユニットは、シンチレーション検出器と、１つ以上のカメラまたはフォトダイオードとを備える、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記シンチレーション検出器が前記治療放射線ビームに入射される特定の位置および配向において前記第２のシールドコンポーネント内に前記ユニットを確実に搭載する１つ以上の解放可能結合特徴を用いて、前記治療放射線ビーム検出器ユニットを搭載することと、
前記放射線処置後、前記治療放射線ビーム検出器ユニットを除去および廃棄することと
をさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
治療放射線ビーム検出器ユニットを用いて前記患者を通過される残留線量を測定することをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記測定された残留線量を処置計算において決定された計算された残留線量と比較し、処置送達品質を決定することをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
制御ユニットの処理ユニットを用いて、第１の診断画像をデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）画像と比較し、組み合わせることによって、前記第１の診断撮像結果を生成することをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５７】
１つ以上の診断画像を取得することは、
前記第１のシールドコンポーネントの第１の位置において前記第１の画像を取得し、前記第１の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、２Ｄ平行移動を生成することと、
前記第１のシールドコンポーネントの第２の位置において第２の画像を取得し、前記第２の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、第２の２Ｄ平行移動を生成することと、
前記２Ｄ平行移動に基づいて、３Ｄ平行移動結果を生成し、前記第２の画像と比較することと、
前記第１の診断撮像結果を決定することと
を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の軸を中心として前記第１のシールドコンポーネントを回転させることによって、前記第１の位置から前記第２の位置に前記診断放射線エミッタを移動させることをさらに含み、前記第１および第２の位置は、少なくとも２０度離れている、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記標的を前記アイソセンタと整合させるために、前記３Ｄ平行移動結果の前記第２の画像との比較に基づいて、前記患者台を調節することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記処置放射線ビームは、前記３Ｄ平行移動結果の比較が前記標的の前記アイソセンタとの整合を示すときに送達される、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記３Ｄ平行移動結果を前記第２の画像と比較することは、前記２Ｄ平行移動が略整合に対応するとき、３Ｄ回転の生成を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記制御ユニットは、
略整合が示されるまで、複数の２Ｄ診断画像のそれぞれに対して面内画像強調および最適化変換を実施することと、
略整合が示されるとき、組み合わせられた診断画像に対して面外画像強調および最適化変換を実施し、それによって、診断撮像結果を生成することと
によって、診断画像結果を生成するように構成される、請求項５６に記載の方法。
【請求項６３】
放射線外科手術処置システムのための遮蔽システムであって、前記遮蔽システムは、
放射線シールドであって、前記放射線シールドは、内部処置空間を画定し、前記放射線シールドは、移動可能に界面接触される第１のシールドコンポーネントと、第２のシールドコンポーネントとを備える、放射線シールドと、
共通支持構造であって、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントによって画定される前記放射線シールドを実質的に支持し、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントの重心の間に配置され、前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記共通支持構造を中心として平衡にされる、共通支持構造と
を備える、システム。
【請求項６４】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記内部処置空間内に支持される患者に沿って延在する第１の軸を中心として回転可能であり、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１のシールドコンポーネントの回転が前記第１の軸を中心として前記第１および第２のシールドコンポーネントの両方を回転させるように、前記第１のシールドコンポーネントと界面接触され、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１の軸を横断する第２の軸を中心として独立して回転可能であり、
前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドが前記第１の軸を中心として平衡にされ、前記第２のシールドコンポーネントが前記第２の軸を中心として平衡にされるように、前記放射線シールドを支持する、
請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
放射線処置システムのための患者台であって、前記患者台は、
標的を有する前記患者の少なくとも一部を支持し、前記標的を放射線処置システムの処置空間内に位置付けるための患者台であって、前記患者台は、
下側カートであって、前記下側カートは、前記処置システムからの前記患者の標的の挿入および抽出のために線形運動を実施するように構成される、下側カートと、
上側カートであって、前記上側カートは、前記処置システムのアイソセンタに対する前記標的の調節のために線形運動を実施するように構成される、上側カートと、
ピッチプレートであって、前記ピッチプレートは、前記患者ベッドを支持し、前記処置システムのアイソセンタに対する前記標的の調節のためにピッチ軸に沿って上下に傾斜するように構成される、ピッチプレートと
を含む、患者台
を備え、
前記患者台はさらに、前記処置システムのアイソセンタに対する前記標的の調節のために、ヨー軸に沿った弧状の左右回転移動を実施するように構成される、患者台。
【請求項６６】
制御システムが、前記患者台と動作可能に結合され、前記制御システムは、前記患者の標的を前記アイソセンタに維持するように構成される、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
前記患者台はさらに、
調節可能ヘッドレスト部分であって、前記調節可能ヘッドレスト部分は、前記標的への前記システムの治療放射線ビームの利用可能な軌道の範囲を増加させるように、前記標的を支持するヘッドレストのピッチ角の調節を可能にするように構成される、調節可能ヘッドレスト部分
を含む、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６８】
放射線処置システムにおいて使用するための診断撮像システムであって、前記システムは、
診断放射線ビームエミッタであって、前記診断放射線ビームエミッタは、標的が維持される前記処置システムのアイソセンタと一直線であるように前記処置システム内に搭載され、前記診断放射線ビームエミッタは、前記アイソセンタと交差する軸を中心として回転するように構成される、診断放射線ビームエミッタと、
診断放射線ビーム検出器ユニットであって、前記診断放射線ビーム検出器ユニットは、前記診断放射線ビームエミッタと対向して前記処置システム内に搭載され、前記アイソセンタと交差する前記軸を中心として回転するように構成される、診断放射線ビーム検出器ユニットと、
制御システムであって、前記制御システムは、前記診断放射線ビームエミッタおよび検出器と動作可能に結合され、前記制御システムは、
前記診断放射線ビームエミッタおよび検出器を用いて第１の診断画像を取得することと、
第１の画像をデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）画像と比較し、組み合わせることによって、診断撮像結果を決定することと
を行うように構成される、制御システムと
を備える、診断撮像システム。
【請求項６９】
前記制御ユニットはさらに、
前記エミッタの第１の位置において前記第１の画像を取得し、前記第１の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、２Ｄ平行移動を生成することと、
前記エミッタの第２の位置において第２の画像を取得し、前記第２の画像を前記ＤＲＲ画像と相関させ、第２の２Ｄ平行移動を生成することと、
前記標的への前記放射線治療ビームの送達を制御する際に使用するために、前記２Ｄ平行移動に基づいて、３Ｄ平行移動結果を生成し、前記第２の画像と比較することと
を行うように構成される、請求項６８に記載の診断撮像システム。
【請求項７０】
前記制御ユニットは、前記第１のシールドコンポーネントを前記第１の軸に沿って回転させることによって、前記第１の位置から前記第２の位置に前記診断放射線エミッタを移動させるように構成され、前記第１および第２の位置は、少なくとも２０度離れている、請求項６８に記載の診断撮像システム。
【請求項７１】
外部放射線漏出に対して自己遮蔽される放射線外科手術処置システムのための遮蔽システムであって、前記システムは、
患者の標的が位置付けられる内部処置空間を画定する放射線シールドであって、前記放射線シールドは、移動可能に界面接触される第１のシールドコンポーネントと、第２のシールドコンポーネントとを備える、放射線シールドと、
回転シールドシェルであって、前記回転シールドシェルは、前記放射線シールドと界面接触し、前記標的が前記内部処置空間内に位置付けられるとき、前記処置空間の外側に延在する前記患者の一部にわたって位置付け可能である、回転シールドシェルと、
シールド扉であって、前記シールド扉は、前記回転シールドシェルの開口部を被覆し、前記患者をカプセル化し、放射線処置の間に完全遮蔽を提供するように位置付け可能である、シールド扉と
を備える、遮蔽システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年９月６日に出願された、米国仮出願第６２／５５４，８７６号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本願は、概して、そのそれぞれが、あらゆる目的のために、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「Ｒｅｖｏｌｖｉｎｇ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ」と題され、２０１７年６月２０日に出願された、ＰＣＴ出願第ＵＳ２０１７／０３８２５６号、「Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｉｎｉｍａｌ  ｏｒ  Ｎｏ  Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｎ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ」と題された、米国特許第９，３０８，３９５号、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｅ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ」と題された、米国特許第９，３１４，１６０号、および「Ｖｉｓｕａｌｉｚｉｎｇ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ  Ｂｅａｍ  ｉｎ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｔｅｘｔ  ｏｆ  Ｐａｔｉｅｎｔ’ｓ  Ａｎａｔｏｍｙ」と題された、米国特許第９，６０４，０７７号に関する。
【０００３】
本発明は、概して、定位放射線外科手術の分野に関する。特に、本発明は、自己遮蔽放射線処置システムおよび処置の方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
放射線外科手術機器のための放射線遮蔽室を構築する高費用は、より低い費用で提供され得るシステムの必要性をもたらしている。自己遮蔽される放射線外科手術システムを作成することは、本目的を達成するが、安全かつ効果的な処置送達を確実にするための多数のサブシステムの複雑な協調された機能を含む、そのようなシステムと関連付けられる課題が存在する。
【０００５】
種々の自己遮蔽放射線外科手術システムが提案されているが、そのようなシステムを実行する際に遭遇する大きな課題が存在し、これは、遮蔽コンポーネントの高費用および重量、それらの相当な重量に起因する遮蔽コンポーネントを位置付ける際の困難、およびシステム全体のサイズおよび重量をさらに追加する関連付けられる支持体および駆動モータの相当な費用およびサイズを含む。これらの課題は、そのような設計の実行可能性を限定し、処置の利用可能な軌道の範囲をさらに限定する。したがって、低減された重量およびサイズを有する自己遮蔽システムの必要性があり、さらに、治療放射線ビームおよび診断撮像のための改良された機敏さおよび移動の範囲を伴うそのようなシステムの必要性がある。そのような処置システムが処置のためにより広く利用可能であることを可能にするために、そのようなシステムが、より単純かつ費用効果があるように構築され、従来のボールトまたは放射線遮蔽室を要求することなく標準的サイズの室内に適合するように、コンパクトなサイズおよび縮小された占有面積を有することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に説明される処置システムは、非侵襲性定位放射線外科手術および精密な放射線治療を計画および実施するための自己遮蔽およびコンピュータ制御システムである。
【０００７】
いくつかの側面では、本発明は、潜在的放射線逃散を防止するシールドの量および重量を最小限にしながら、システムのアイソセンタに解剖学的構造を維持し、独立した軸方向および斜角シールドを介したＭＶおよびｋＶビーム軌道の最大範囲を提供し、共通支持体のための比較的に小さい占有面積の基部リングを中心として重い放射線シールドコンポーネントを対称的に平衡にする機械的利点を提供する目的を果たす、ユニークなシールド設計および設置の使用によって、従来の自己遮蔽設計に優る実質的利点を提供する。種々の実施形態では、可変厚さのシールドを提供することは、重量を最小限にし、空間内のシールドを平衡にすることは、シールドおよび治療放射線ビームのより精密な移動を可能にする。一側面では、本発明は、本明細書に説明される利益を提供し、完全遮蔽を提供するように患者の完全カプセル化をさらに提供する、移動可能シールドコンポーネントを伴う自己遮蔽設計を提供する。いくつかの実施形態では、そのようなシステムは、軸方向および斜角シールド、および患者の完全なカプセル化および完全遮蔽を可能にする回転シェルおよび扉を含む。
【０００８】
そのようなシステムは、２自由度回転可能シールドアセンブリ上に搭載される、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）等の治療放射線ビームエミッタと、放射線を処置標的（例えば、患者の脳腫瘍）に正確に送達するための撮像システムとを含むことができる。いくつかの実施形態では、本システムは、アイソセンタに標的を正確に位置付けるための合計５自由度を提供するために、ＬＩＮＡＣに関する２自由軸に追加される、患者台と関連付けられる３つの独立した自由度を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本システムは、患者移動を追跡するために患者解剖学的構造に関する放射線写真情報（例えば、頭蓋骨位置）を使用し、回転可能シールドアセンブリのアイソセンタに標的を配置するために精密に外科手術台を調節することによって、検出された患者移動を補正する。処置システムは、システム全体の機能において一体的に関連する種々のハードウェアおよびソフトウェアシステムを含む。サブシステムは、機械的サブシステムと、患者台サブシステムと、統合制御サブシステムと、ＬＩＮＡＣサブシステムと、処置計画サブシステムと、処置送達サブシステムと、撮像および監視サブシステムと、制御サブシステムと、安全サブシステムとを含む。これらのサブシステムはそれぞれ、統合ロボットシステム内に対応するハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを含むことができる。システム全体が、本明細書に説明される全てのサブシステムおよび関連付けられる特徴を含むように要求されるわけではなく、サブシステムのうちの１つ以上のもの、説明されるサブシステムの修正、またはそれらの任意の組み合わせを含み得ることを理解されたい。
【００１０】
第１の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、解剖学的標的を本システムのアイソセンタに維持するように構成される。いくつかの実施形態では、本システムは、患者の監視のために使用され得、また、本システムのアイソセンタを決定および／または検証するために使用され得る、１つ以上のカメラを含む。そのようなカメラは、コリメータアセンブリの中に組み込まれる、移動可能シールドコンポーネント内に搭載される、または患者台の上方の隣接する構造に搭載されることができる。いくつかの実施形態では、コリメータは、患者に向かって指向される２つのそのようなカメラを含む。いくつかの実施形態では、本システムは、放射線シールドコンポーネントが回転されているときにカメラが移動しないように、患者台の上方の固定場所において搭載される、少なくとも２つ以上の、多くの場合、４つのカメラを含む。いくつかの実施形態では、本システムは、独立して位置付け可能である１つ以上のカメラを含むことができる。
【００１１】
第２の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、自己遮蔽環境を維持する。いくつかの実施形態では、自己遮蔽環境は、複数のシールドコンポーネント、すなわち、移動可能に界面接触する少なくとも第１および第２のシールドコンポーネントの協調された移動によって維持される。
【００１２】
第３の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、独立した軸方向および斜角シールドを介した処置および撮像のために、ＭＶおよびｋＶビーム軌道の両方の改良された、または最大範囲を提供する。そのようなシステムでは、ｋＶビームエミッタは、軸方向シールドコンポーネント内に搭載されることができる一方、ＭＶビームエミッタは、斜角シールドコンポーネント内に搭載され、これは、軸方向シールドコンポーネントの軸方向軸を横断する斜交軸を中心として回転可能である。
【００１３】
第４の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、シールドを対称的に平衡にすることによって機械的利点を提供する。いくつかの実施形態では、複数のシールドコンポーネントは、本システムの全体的サイズと比較して、比較的に小さい占有面積を有する支持リングによって支持される。いくつかの実施形態では、機械的利点が、比較的に小さい占有面積の基部を伴う共通支持体を中心としてシールドを対称的に平衡にすることによって提供され、シールドがはるかに容易かつ正確に移動されることを可能にする。いくつかの実施形態では、基部リングは、精密さおよび正確度を促進する共通支持体として作用する。
【００１４】
第５の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、本システムの全体的重量を最小限にするために、可変厚さの斜角シールドを提供する。メガボルト（ＭＶ）治療放射線ビームおよび／またはキロボルト（ｋＶ）診断放射線ビームへのより少ない暴露を伴うシールドコンポーネントの部分は、低減された厚さを有することができる。そのような可変厚さ遮蔽は、より高い放射線暴露を伴うシールド部分の外側に沿って付加的遮蔽シートを搭載することによって形成されることができる、または可変厚さ鋳造によって加工されることができる。
【００１５】
第６の側面では、本明細書に説明されるシステムは、ＬＩＮＡＣシールドの重量がビームストップの重量と釣り合うように平衡にされる。本平衡は、比較的に小さい、より低いトルクモータを用いた、ＬＩＮＡＣシールドの移動を可能にする、機械的利点を提供する（例えば、軸方向軸の周囲の可動部品の重心が偏心（例えば、５ｍｍ）し、非平衡をもたらす場合、非平衡を相殺するように重力によって誘発される発振トルクの最大値は、可動シールドの重量×回転軸までの偏心ＣＯＧ距離であろう（既存のモータ公称定格トルクが３００ｋｇ．ｍであるものを超える１４，０００ｋｇ×５ｅ−３＝７００ｋｇ．ｍ））。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による、処置システムの概観を図示する。
【００１７】
【図２Ａ】図２Ａは、いくつかの実施形態による、本システムおよび支持基部リングおよび患者台との界面接触の側面図を示す。
【００１８】
【図２Ｂ】図２Ｂは、いくつかの実施形態による、開放患者ポータルを伴う本システムの正面図を示す。
【００１９】
【図３】図３は、いくつかの実施形態による、簡略化されたパラダイムにおける機械的サブシステムの移動軸およびそれらの相互の関係を図式的に図示する。
【００２０】
【図４】図４は、いくつかの実施形態による、患者台および関連付けられる運動軸を示す。
【００２１】
【図５】図５は、いくつかの実施形態による、患者台の移動可能層および個別の軸の簡略化モデルを伴う運動軸を示す。
【００２２】
【図６】図６は、いくつかの実施形態による、全てのハードウェアおよびソフトウェアサブシステムを監視および制御する統合制御サブシステムを図示する。
【００２３】
【図７】図７は、いくつかの実施形態による、自己遮蔽システムの移動可能シールドコンポーネントを図式的に図示する。
【００２４】
【図８】図８は、いくつかの実施形態による、それによって、患者を通してシンチレーションシート上に通過されたＭＶ放射線がフォトダイオードアレイによって捕捉され、結果として生じる信号が処理および記憶される、システムを図示する。
【００２５】
【図９】図９は、いくつかの実施形態による、ＣＣＤカメラを使用してシンチレーションシートから蛍光を捕捉することによって、患者を通過した放射線の量を検証するための手段を図示する。
【００２６】
【図１０】図１０は、図９に説明されるようなＣＣＤ捕捉を伴うが、ここでは、各患者使用の間に精密な意図される位置において除去および交換されるシンチレーションシートおよびＣＣＤカメラの両方を含有するハードウェアユニットの形態における一般的シンチレータの具体的実施形態を図示する。
【００２７】
【図１１】図１１は、いくつかの実施形態による、連続的ビュー撮像のための追跡方法論フレームワークを図示する。
【００２８】
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態による、６Ｄ追跡方法論最適化プロセスフローを図示する。
【００２９】
【図１３】図１３は、いくつかの実施形態による、連続的ビューを使用するシールドアセンブリ運動制御を図式的に図示する。
【００３０】
【図１４】図１４は、いくつかの実施形態による、連続的ビュー撮像における第１および第２の位置を図式的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、自己遮蔽放射線処置システムに関し、特に、シールドアセンブリが第１の軸を中心として回転し、シールドコンポーネントのうちの１つが第１の軸を横断する第２の軸を中心として回転するように、平衡にされ、移動可能に界面接触される、少なくとも２つのシールドコンポーネントによって画定される放射線シールドを有する自己遮蔽システムに関する。そのような構成は、遮蔽アセンブリの回転によって患者の位置を追跡するための複数の方向からの診断強度（ｋＫＶ）撮像を可能にし、さらに、第２の軸に沿った１つのシールドコンポーネントの独立した回転によるある範囲の方向からの治療放射線の送達を可能にする。それらの個別の回転軸を中心として、および共通支持体を中心としてシールドコンポーネントを平衡にし、可変厚さのシールドコンポーネントを提供することは、実質的に、シールドの重量を低減させ、協調された精密な制御された移動を実行可能にする。本アプローチはまた、従来の放射線処置システムに共通する広範な遮蔽ボールトを要求することなく、標準的サイズの室内に適合するように、よりコンパクトなサイズのシステムおよび駆動アセンブリを可能にする。いくつかの実施形態では、本構成は、放射線シールドを含む主要部分が、３ＭＶシステムに関して高さおよび幅において約３メートルまたはそれ未満であり、重量において約３０トンまたはそれ未満であることを可能にする。シールドのサイズおよび量は、使用されているシステムの放射線エネルギー容量に依存し、本明細書における概念は、任意の放射線処置システムに適用され得ることを理解されたい。種々の側面がさらに、本明細書に説明される説明および例示的実施形態を参照することによって理解されることができる。
Ｉ．システム概観
【００３２】
いくつかの実施形態では、放射線外科手術システムは、以下のハードウェアサブシステムおよびソフトウェア、すなわち、機械的サブシステム、患者台サブシステム、制御サブシステム、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）サブシステム、処置計画サブシステム、処置送達サブシステム、撮像および監視サブシステム、安全サブシステム、および関連付けられるソフトウェアコンポーネントを含む。統合制御システム、安全サブシステム、およびソフトウェアコンポーネントは、単一の制御ユニットまたはサブシステムの中に組み込まれ得ることを理解されたい。代替として、これらのサブシステムは、複数の協調されたサブシステムまたはユニットを含み得る。これらのサブシステムはそれぞれ、統合ロボットシステム内に対応するハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを有する。実施形態は、コンポーネントまたはその変形例のうちのいくつかまたは任意の組み合わせを含み得ることを理解されたい。
【００３３】
本明細書に説明される処置システムの実施形態では、放射線の少なくとも２つの形態、すなわち、（１）治療強度（例えば、腫瘍細胞を死滅させるために十分な放射線量送達）であるメガボルト（ＭＶ）Ｘ線放射線、および（２）診断強度であり、適切なＭＶビーム標的化および送達を確実にするために本装置内で標的（例えば、患者の頭蓋骨または身体部分）の位置を追跡するために使用される、キロボルト（ｋＶ）Ｘ線放射線が、放出および検出される。いくつかの実施形態では、ＭＶ放射線源は、一方の移動可能シールドコンポーネント内に添着され、ｋＶ放射線源は、他方のシールドコンポーネント内に添着され、シールドコンポーネントはともに、標的の周囲の遮蔽処置空間を画定し、複数の方向からのｋＶ放射線源を用いた標的の撮像および複数の方向からのＭＶ放射線源からの標的の処置を可能にするように移動可能である。
Ａ．移動可能遮蔽コンポーネント
【００３４】
一側面では、放射線シールドは、第１の軸を横断する第２の斜交軸を中心として独立して回転可能である第２のシールドコンポーネントまたは斜角シールドと移動可能に界面接触される、典型的には水平である第１の軸方向軸を中心として移動可能である、第１のシールドコンポーネントまたは軸方向シールドを含む。いくつかの実施形態では、第１の軸方向シールドは、それを通して患者台および患者が処置空間の中に挿入される、略垂直に配向される近位開口部と、第２の軸が４５度の角度において第１の軸と交差するように、第２のシールドまたは斜角シールドと移動可能に界面接触される、遠位角度付き開口部（例えば、４５度）とを有する。いくつかの実施形態では、斜交軸は、形状が略半球形であり、標的を包囲する経路からの標的への治療放射線ビームの送達を可能にするために、対向する側上に治療放射線ビームエミッタおよびビームストップを含む。第１の軸方向軸に沿ったシールドの協調された移動および第２の斜交軸に沿った斜角シールドの移動は、処置球体の表面の大部分に沿った実質的に連続的な範囲の治療ビームを可能にし、近位および遠位端における球体のわずかな部分のみが、アクセス不可能である。
【００３５】
典型的には、第１および第２のシールドは、鉄または鉄合金、または任意の好適なシールド材料から形成される。同一または異なる、任意の好適な材料の付加的シールドが、より高い放射線レベルに暴露される面積内の各シールドの外側に搭載されることができる。いくつかの実施形態では、処置放射線源または処置放射線ビームエミッタ（例えば、ＬＩＮＡＣ）は、シールドのうちの一方の中に添着される一方、診断撮像放射線源は、他方のシールド内に配置される。シールドコンポーネントはさらに、それらの個別の回転軸を中心として各シールドコンポーネントまたはアセンブリを平衡にするように搭載される、釣り合い重りを含むことができる。
Ｂ．機械的サブシステム
【００３６】
別の側面では、自己遮蔽放射線処置システムは、複数の方向からの撮像および処置を促進するために、移動可能シールドコンポーネントの移動を協調させる機械的サブシステムを含む。いくつかの実施形態では、機械的サブシステムは、ＬＩＮＡＣおよび撮像サブシステムを格納する２自由度回転電気機械的シールドアセンブリを含む。その目的は、ＬＩＮＡＣによって生成される高エネルギー処置ビームを精密な方式でシステムアイソセンタにおける（例えば、標的または腫瘍が位置するであろう）点に指向するようにＬＩＮＡＣを移動させることである。２自由度は、処置ビームに関する種々のアプローチ角度が達成されることを可能にする。
【００３７】
いくつかの実施形態では、本システムは、回転シェルの端部に上下に移動する垂直扉を伴う、患者台サブシステムを格納する機械的回転可能シールドアセンブリに取り付けられる、回転シェルを含む。これらの２つの機構は、本システムへの患者入口／出口としての役割を果たす。
【００３８】
本明細書に説明される種々の実施形態では、機械的サブシステムは、以下を含む。
１．放射線処置ビーム発生器コンポーネントを支持する、２つの可動放射線シールド（例えば、軸方向シールドおよび斜角シールド）。
２．典型的には、２つの回転軸軸受を伴うブラケットを通して軸方向および斜角シールドを支持する、中心主要基部リング。
３．患者台および付加的静的放射線シールドを支持する、患者進入アセンブリ。
４．処置空間への進入口および出口を構成する、垂直放射線シールドを伴う回転シェル。
【００３９】
２πステラジアンを超えるであろう頭頸部処置ビーム立体角を提供するために、処置放射線ビーム発生器コンポーネントは、２自由度を伴う斜角支持ブラケット内に支持される斜角放射線シールド上に統合される。いくつかの実施形態では、本システムは、最も大きい立体角範囲を提供するように構成される。それらの自由度は、相互に横断する。説明される実施形態では、それらの自由度は、以下に沿った純粋な回転である。
１．水平である（すなわち、重力に垂直である）軸方向軸。
２．軸方向軸に対して４５度に配向される斜交軸。
本４５度角度は、それらの２つの軸の間で一定のままである。
【００４０】
一側面では、２つの移動可能シールドコンポーネントのそれらの２つの運動軸は、患者の腫瘍が位置する処置システムのアイソセンタにおいて交差する。いくつかの実施形態では、可動患者台サブシステムが、標的がアイソセンタに留まることを確実にするために使用されることができる。説明される実施形態では、治療放射線ビーム発生器（すなわち、ＬＩＮＡＣ）は、ビームが放射線シールドの任意の位置に関してアイソセンタを照準とするように統合される。いくつかの実施形態では、２つの移動可能シールドコンポーネントは、共通支持体、典型的には、主要基部リングによって支持される。これは、下記にさらに説明されるように、支持体を中心とする２つの移動可能シールドコンポーネントの平衡によって遂行されることができる。典型的には、基部リングは、鋳造構造であり、構造的係留方法を使用して地面に係留されることができる。本構成は、処置システム全体の占有面積を縮小する。放射線シールドの軸方向回転は、大型旋回リングボール軸受を使用して遂行されることができる。旋回リング軸受の外側リングは、主要基部リングに搭載されることができる。軸方向軸受は、印加される外力（すなわち、重力および線形モータによって誘発される磁気引力荷重）に起因する軸受の偏向を最小限にするために要求される堅性を提供するようにサイズ決めされる。軸方向軸受の内側リングは、２つの回転アセンブリ、すなわち、軸方向放射線シールドと斜角放射線シールド搭載ブラケット（「処置ブラケット」）との間に咬持される。軸方向シールドは、処置ブラケットとともに、斜角シールドおよび関連付けられる電子機器を封入し、機械の後側から可視である大型ケージ様構造である、斜角シールド搭載ブラケットの周囲に搭載される線形磁石クレセントのセットを含む線形リングモータによって駆動される、軸方向軸受軸の周囲でともに回転する。軸方向アセンブリを回転させるために十分なトルクを提供するために、本システムは、それぞれ６つのコイルのセットを含む、２つのモータコイルアセンブリを使用する。それらの２つのアセンブリは、システム主要リングアセンブリの底部に横並びに位置し、可動アセンブリ重力荷重に起因するモーメントと反対のモーメントを提供する。軸方向運動位置、速度、および加速度は、２つの冗長エンコーダヘッドセンサとともに、１つのリングスケールを使用して制御される。軸方向軸受およびモータアセンブリの特定の構成がここで説明されるが、種々の他の構成および任意の好適なモータアセンブリが、説明される概念と一致して、軸方向軸受軸に沿って軸方向シールドおよび斜角シールドの回転を提供するために使用され得ることを理解されたい。
【００４１】
別の側面では、斜角シールドは、軸方向軸受軸を横断する第２の軸に沿って独立して回転可能である。本明細書に説明される実施形態では、斜角シールドは、軸方向軸受軸に対して４５度に配向される回転軸を有する、斜角旋回ボール軸受を通して斜角処置ブラケット上に搭載される。斜角旋回リングボール軸受は、重力および線形モータによって誘発される磁気引力荷重を含む外力に起因する軸受の偏向を最小限にするために要求される堅性を提供するようにサイズ決めされる。いくつかの実施形態では、処置ブラケットは、その上で両方の軸方向軸受突接が機械加工される１つの部品であり、これは、１つを上回るブラケットを使用する場合に公差の積み重ねを回避し、最適な正確度を確実にする。放射線処置ビーム発生器コンポーネントは、処置ビーム発生器が標的の周囲で完全に回転され得るように、斜角放射線シールド上に統合される。斜交軸の周囲で斜角シールドアセンブリを回転させるために十分なトルクを提供するために、回転シールドは、２つの同じモータコイルアセンブリを利用する。典型的には、各モータコイルアセンブリは、６つのモータコイルのセットを含む。本実施形態では、斜角シールドアセンブリおよびモータコイルアセンブリは、コイル／磁気引力に起因するモーメントを消失させるために、対称的に搭載される。本引力は、軸受に関する一定の圧縮軸方向荷重を誘発し、これは、有益である。いくつかの実施形態では、斜角運動位置、速度、および加速度は、２つの冗長エンコーダヘッドセンサとともに、１つのリングスケールを使用して制御されることができる。種々の他の構成も、使用され得ることを理解されたい。
【００４２】
さらに別の側面では、処置システムは、軸方向および斜角シールドによって画定される遮蔽処置空間の中への患者の進入を促進するために、患者進入アセンブリを含むことができる。典型的には、患者進入アセンブリは、回転する軸方向および斜角放射線シールドに対して静止したままである。本明細書に説明される実施形態では、患者進入アセンブリは、主要基部リングに搭載され、付随の図に示されるような放射線シールドブロックと、患者台のためのマウントと、自己遮蔽カプセルシステムのための放射線シールド巻取扉としての役割を果たす回転シェルとを含む。回転シェルは、患者進入ブラケットに搭載されるギヤ付き旋回ボール軸受を用いて患者台マウントの周囲で回転する。ギヤ付き軸受は、ギヤード電気モータアセンブリによって駆動されるピニオンを使用して回転されることができる。ギヤードモータは、本システムへの電力の喪失／不在下でアクティブ化されるブレーキを具備し、回転シェルをその位置に維持する。放射線遮蔽垂直扉アセンブリは、回転シェルの患者入口を開放／閉鎖するために垂直に移動する。本放射線シールド垂直扉は、アクチュエータを使用して上下に移動する。いくつかの実施形態では、扉システムは、電力喪失の場合に、患者が除去されることを可能にするために、電力を伴わずに扉が下に移動され、患者入口が開放され得るように構成される。例えば、扉は、圧力リリーフ弁を手動で開放し、大きい垂直重力荷重によって誘発されるエネルギーを放出することによって、制御された様式で電力を伴わずに開放され得る。
【００４３】
なおも別の側面では、コリメータアセンブリが、ＬＩＮＡＣサブシステムに搭載されることができる。処置システムの中への組み込みのために好適なコリメータアセンブリの実施例が、ＰＣＴ出願第ＵＳ２０１７／０３８２５６号にさらに詳述される。そのような実施形態では、コリメータアセンブリは、球形／円筒形であり、ＬＩＮＡＣ放射線ビーム軸上に中心合わせされる。本機械的軸は、アイソセンタにおいて交差する。典型的には、コリメータアセンブリは、異なるコリメータサイズの選択可能セットを提供する。これを後で達成するために、それらの異なるコリメータサイズは、リボルバに設計されることができる。異なるコリメータサイズを選択するために、リボルバは、ＬＩＮＡＣ放射線ビーム軸に垂直な軸の周囲でハーモニック駆動（例えば、ギヤード）電気モータを介して回転する。本ギヤードモータは、例えば、付随の図に示されるように、主要筐体上に統合されることができる。スケールを伴う２つの冗長回転エンコーダヘッドセンサのセットが、リボルバに搭載され、リボルバの位置制御フィードバックを提供し、各コリメータサイズをＬＩＮＡＣビーム軸と整合させることができる。いくつかの実施形態では、付加的「コリメータサイズ」センサが、各コリメータサイズの適切な位置／整合を決定するために使用されることができる。コリメータアセンブリは、アイソセンタと交差するビーム軸と整合される、斜角シールド上に搭載されることができる。本コリメータアセンブリの向かいに、放射線ビームストップが、搭載されることができる。より多くのシールドが、ＬＩＮＡＣ標的からの後方散乱放射線を遮蔽するために、ＬＩＮＡＣの周囲に統合されることができる。コリメータおよび放射線ビームストップは、任意の好適な材料から構築されることができるが、典型的には、それらは、説明される処置システムの中への組み込みのための低減されたサイズのコリメータおよびビームストップを可能にする、タングステンまたはタングステン合金から形成される。
Ｃ．患者台サブシステム
【００４４】
いくつかの実施形態では、処置システムは、標的を有する患者の少なくとも一部が、移動可能シールドコンポーネントによって画定される処置空間内に位置付けられることを可能にするために、複数の軸に沿って十分に移動可能である、移動可能患者支持台を含む。本明細書に説明される実施形態では、患者台は、少なくとも２つの目的を果たす、すなわち、第１に、その上で患者が処置の間に快適に横臥し得るベッド支持体を提供し、第２に、頭頸部領域における所望の点の３次元における位置を、放射線が送達されるであろうアイソセンタに正確に維持する役割を果たす、３軸機構を含む。これらの目的を遂行するために、患者台は、複数の軸に沿った患者の移動を可能にする複数のコンポーネントによって画定されることができる。いくつかの実施形態では、患者台は、少なくとも４つの小区分、すなわち、下側カート、上側カート、ピッチプレート、および患者ベッドを有する。下側カートは、処置および抽出位置の間で患者を移動させる機能を有する。処置のために患者を設定するために、患者台は、線形転動方式で、シールドアセンブリから患者ポータルの外側まで延在する。上側カート、ピッチプレート、および患者ベッドはともに、頭頸部における点をアイソセンタに正確に位置付けるために必要とされる運動を提供する。上側カートは、患者台のための制御コンポーネントを格納する。下側カート、上側カート、および患者ベッドは、線形モータによって作動される一方、ピッチプレートは、送りねじ配列を伴う回転モータによって作動される。患者台の頭部支持部分は、それを用いて商業的に入手可能な放射線フェイスマスクを固着させるための面を含むことができ、患者ベッドはさらに、患者身体が送達の間に有意に移動することを防止するための拘束ストラップを含むことができる。いくつかの実施形態では、頭部部分はさらに、患者の頭を傾け、ＬＩＮＡＣの利用可能な処置範囲をさらに増加させるように構成されることができる。処置システムは、移動可能頭部部分を伴わない多軸患者台も同様に利用し得ることを理解されたい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、患者台は、少なくとも５つの小区分、すなわち、台基部、下側カート、上側カート、ピッチプレート、および患者ベッドを有する。台基部は、患者台のための固定支持体を提供する。台基部は、患者台と機械的サブシステムとの間の界面として作用し、すなわち、患者台は、台基部を使用して機械的システムに取り付けられることができる。台基部はまた、付加的遮蔽を提供することができる。下側カートは、線形運動（Ｙ１軸）を実施し、処置および抽出位置の間で患者を移動させる機能を果たす。下側カートは、任意の好適なモータによって駆動されることができる。いくつかの実施形態では、下側カートは、いかなるトランスミッションも伴わない直接駆動を使用する線形モータによって駆動される。そのような構成は、ギヤトレインのような機械的トランスミッションの場合に起こるいかなる電力喪失も回避する。直接駆動はまた、より応答性がある。加えて、本構成は、逆駆動可能であり、これは、重要な安全性特徴であり得る。停電の場合に、下側カートは、その逆駆動能力に起因して、手動で引き出されることができる。上側カートは、線形運動（Ｙ２軸）を実施し、これは、ピッチプレートおよび患者ベッドとともに、頭頸部領域における点をアイソセンタに正確に位置付けるために必要とされる運動を提供する。上側カートは、任意の好適なモータ、例えば、上記に議論されるような利点を有する線形モータによって駆動されることができる。ピッチプレートは、上下に（ピッチ軸）傾斜することができ、上側カートおよび患者ベッドとともに、頭頸部領域における点をアイソセンタに正確に位置付けるために必要とされる運動を提供する。いくつかの実施形態では、ピッチプレートは、回転モータによって駆動される送りねじを使用して上下に傾斜される。そのような構成は、送りねじが逆駆動可能ではなく、したがって、偶発的電力喪失の間にその位置を保持するであろうため、有利である。患者ベッドは、任意の好適なモータによって駆動される弧状の左右回転（ヨー軸）運動を実施することができる。いくつかの実施形態では、ヨー回転は、湾曲線形モータによって直接駆動され、これは、上側カートおよびピッチプレートとともに、頭頸部領域における点をアイソセンタに正確に位置付けるために必要とされる運動を提供する。そのような構成も、同様に逆駆動可能である。標的化の観点から、説明される患者台構成は、患者内の空間的点｛ｘ，ｙ，ｚ｝をアイソセンタに配置する役割を果たす（３つの軸によって提供される３自由度）。
【００４６】
いくつかの実施形態では、患者台は、軸あたり１つの主要エンコーダおよび１つの冗長エンコーダを含む。システムコンピュータと運動コントローラとの間のリンクは、直接配線される、またはイーサネット（登録商標）であり得る。運動コントローラとモータドライブとの間のリンクは、直接配線される、またはＥｔｈｅｒＣＡＴであり得る。モータドライブ、モータ、およびエンコーダは、典型的には、患者台アセンブリ内に位置する。
【００４７】
別の側面では、処置計画サブシステムは、世界座標系の基準フレームレベルにおいて患者台サブシステムと互換性があるように構成される。処置送達サブシステムは、解剖学的標的面積が本システムの物理的アイソセンタにあるように、患者台とともに患者を移動させることによって、処置が送達される前に患者設定の任意の可能性として考えられる変化を考慮し、本機能は、撮像サブシステムによって検出される任意の患者移動を補償するために、処置全体を通して継続される。
Ｄ．統合制御サブシステム
【００４８】
さらに別の側面では、本システムは、デバイス位置センサ入力を機械的サブシステムおよび患者台サブシステム上の種々のモータと協調させ、機械的サブシステムおよび患者台の種々のコンポーネントを移動させ、各放射線ビームが患者の身体内の標的に適切に照準され、適切な時間に同一のものへの割り当てられた軌道にあることを確実にするように集合的に機能する、運動制御サブシステムを含むことができる。これは、放射線が解剖学的標的にのみ進むことを確実にする。これはまた、遮蔽された患者ポートが必要なときに閉鎖され、必要なときに開放されることを可能にする。これらの目的は、機械的サブシステム、ＬＩＮＡＣサブシステム、処置計画サブシステム、処置送達サブシステム、撮像および監視サブシステム、患者台サブシステム、および制御および安全サブシステムを双方向的にネットワーク化することによって達成されることができる。
【００４９】
コンピュータ、センサ、およびアクチュエータの間の通信は、任意の好適な手段によって、例えば、周辺センサおよびデバイスを監視し、主要コンピュータシステムからシステムおよびアクチュエータを制御するためのＥｔｈｅｒＣＡＴリアルタイムネットワーク（例えば、Ｂｅｃｋｈｏｆｆ、Ｌｅｎｚｅ、Ｓａｎｙｏ−Ｄｅｎｋｉ、ＡＣＳ）を使用して実装されることができる。
Ｅ．ＬＩＮＡＣサブシステム
【００５０】
なおも別の側面では、本システムは、処置ビームを生産するＬＩＮＡＣサブシステムを含む。典型的には、ＬＩＮＡＣサブシステムは、シールドコンポーネントの移動が標的を中心としてＬＩＮＡＣを完全に回転させるように、第２の移動可能シールドコンポーネント（例えば、斜角シールドコンポーネント）内に添着される。本システムは、荷電粒子処置ビームまたは光子処置ビームを生成するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、本システムは、ＬＩＮＡＣを使用し、１，４００〜１，６００ｃＧｙ／分の範囲内の線量率に関して１〜５ＭｅＶ、好ましくは、２〜４ＭｅＶ、より好ましくは、３ＭｅＶの公称エネルギーを伴う処置ビームを生産する。いくつかの実施形態では、本システムは、１，０００〜２，０００ｃＧｙ／分の範囲内の線量率に関して２〜３ＭＶの範囲内のエネルギーを伴う処置ビームを生産するように構成される。一側面では、処置ビームは、１つの好適な処置ビームを生産するためにコリメートされる。いくつかの実施形態では、ＬＩＮＡＣサブシステムは、異なる照射野サイズの範囲、例えば、４〜５０ｍｍの範囲内の照射野サイズを生産するように構成される。示される実施形態では、ＬＩＮＡＣサブシステムは、例えば、４５０ｍｍの源−軸距離（ＳＡＤ）において４ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ、１２．５ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、および２５ｍｍの直径等の８つの利用可能な照射野サイズを含む。ＬＩＮＡＣサブシステムは、特定の治療または標的サイズに関して必要に応じて、種々の他の直径におけるコリメートビームを提供するように構成され得ることを理解されたい。照射野サイズはそれぞれ、円形かつ対称であってもよい、または正方形、長方形、または所望される任意の他の形状であってもよい。いくつかの実施形態では、ＬＩＮＡＣは、制御および安全サブシステムの中に統合される種々の安全インターロックを備える。
【００５１】
ＬＩＮＡＣサブシステムは、所与の放射線治療を複数の方向から標的に送達するために必要とされる任意の好適なコンポーネントを含むことができる。本明細書に説明される実施形態では、ＬＩＮＡＣサブシステムは、ＬＩＮＡＣと、電動二次コリメータと、マグネトロンと、ソリッドステート変調器と、ガン駆動電力供給源と、ＲＦ導波管と、線量計基板と、自動周波数制御（ＡＦＣ）基板と、ＬＩＮＡＣ制御基板とを含む。いくつかの実施形態では、ＬＩＮＡＣは、単一光子ビームエネルギーが３ＭＶの範囲内であるように構成される。いくつかのそのような実施形態では、深部線量＝４０±２％（ｄ２００／ｄ１００＝０．５のイオン化率を伴う４５ｃｍの源−源距離（ＳＳＤ）における２．５ｃｍ円形照射野サイズに関して）である。他のそのような実施形態では、最大深部線量（Ｄｍａｘ）は、７＋／−１ｍｍである。いくつかの実施形態では、線量率は、４５０ｍｍの源−軸距離（ＳＡＤ）において１，５００＋／−１０％ＭＵ／分であり、ＳＡＤ＝４５０ｍｍにおいて１ＭＵ＝１ｃＧｙであり、Ｄｍａｘにおいて２５ｍｍ照射野サイズである。いくつかの実施形態では、ＬＩＮＡＣサブシステムは、本発明の側面による自己遮蔽処置システムの中への組み込みのために、カスタムＬＩＮＡＣ制御基板と、自動周波数制御基板（ＡＦＣ）と、線量計と、線量計基板とを含む。
Ｆ．撮像および監視サブシステム
【００５２】
ある放射線外科手術精度要件を満たすために、処置システムは、システムアイソセンタに対する腫瘍の位置を追跡する手段を提供する、撮像および監視サブシステムを含むことができる。いくつかの実施形態では、追跡目的のために、自己遮蔽カプセルは、ｋＶ撮像検出器とともに、Ｘ線供給源を伴うｋＶ管を具備する。放射線ビームをアクティブ化することに先立って、撮像および監視サブシステムは、患者頭部の画像を撮影し、腫瘍が定位置にある（例えば、アイソセンタに位置する）ことを検証する。位置不一致の場合では、患者台は、位置不一致を補償するために自動的に移動し、解剖学的標的をシステムアイソセンタにもたらす。
【００５３】
いくつかの実施形態では、患者位置（ＬＩＮＡＣに対して推測的に）を監視するために、撮像および監視サブシステムは、第１のシールドコンポーネント内に固定される撮像放射線源と、放射線源と対向して第２のシールドコンポーネント内に添着される放射線検出器とを含む。本明細書に説明される実施形態では、撮像放射線源は、キロ電圧Ｘ線源であり、撮像放射線検出器は、不定形シリコン平坦パネル検出器であるが、任意の好適な撮像放射線源および検出器が、他の実施形態において使用され得ることを理解されたい。処置の間、サブシステムは、偶発的に患者解剖学的構造の画像を取得し、存在する場合、患者移動を決定し、必要に応じて、腫瘍をシステムアイソセンタに位置付けるために患者位置を調節するように患者台サブシステムに指図する。
【００５４】
一側面では、撮像および監視サブシステムは、連続的ビュー追跡方法論とともに構成される。本システムは、撮像を実施し、少なくとも２つの画像が、標的の位置を決定するために撮像および監視サブシステムから連続的に取得される。本明細書に説明される実施形態では、ｋＶ管および検出器は、ライブ患者画像を入手するために使用される。対照的に、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅシステムまたはＢｒａｉｎｌａｂシステム等の従来のシステムは、ステレオ画像追跡のために撮像デバイスの２つのセットを使用する。ステレオ画像追跡は、各撮像システムからの追跡結果を組み合わせ、６自由度の結果を形成する。患者整合および追跡のために迅速かつ正確な解決策を有するために、本明細書に説明される実施形態は、移動可能撮像サブシステムを利用し、患者頭部に向かう異なる視点からの連続的ビューを取得する。例えば、撮像放射線源は、第１のシールドコンポーネントが第１の画像を取得するために第１の位置にある間に使用されることができ、次いで、第１のシールドコンポーネントは、別の視点から第２の画像を取得するために、撮像デバイスを第２の位置に移動させるために回転されることができ、第１および第２の画像は、標的のアイソセンタとの整合を決定するために使用される。本システムは、初期患者整合および送達の間の追跡の両方において使用されることができる。本明細書に説明される実施形態は、単一の診断放射線源を含むが、いくつかの実施形態では、第１のシールドコンポーネント上の異なる場所における複数の源が、使用され得ることを理解されたい。
【００５５】
連続的ビュー追跡方法論を利用する例示的撮像方法は、以下のステップを含むことができる。
１）診断撮像システムの第１の場所において第１の画像を取得し、Ｘ線画像をデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）画像と相関させ、正確な２Ｄ平行移動（ＴＸ１およびＴＹ１）を得る。
２）診断撮像システムを（典型的には、その上に本システムが搭載されるガントリまたはシールドアセンブリの移動によって）少なくとも第２の場所（単一軸運動、または２つの軸の組み合わせであり得る）に移動させ、再び相関させ、第２の正確な２Ｄ平行移動（ＴＸ２およびＴＹ２）を得る。
３）それらの２つの場所の間の変位マトリクス（すなわち、回転）に基づいて、２つの結果（ＴＸ１／ＴＹ１、ＴＸ２／ＴＹ２）を組み合わせ、（ＴＺ２）の深度結果を計算する。
４）深度結果（ＴＺ２）を現在の場所結果（ＴＸ２／ＴＹ２）と組み合わせ、３Ｄ平行移動結果（ＴＸ２／ＴＹ２／ＴＺ２）を形成する。
５）任意の台運動がそれらの２つの撮像場所の間に起こった場合、変位マトリクス（ステップ３における）はまた、台平行移動を含むことができる。
６）正確かつロバストなＴＺ２結果を得るために、いくつかのアプローチが、使用されてもよい。
ａ．最小回転角度が、雑音を低減させる（例えば、２０度以上の、典型的には、４０〜７０度、好ましくは、約６０度の角度）。
ｂ．ヒューリスティックアプローチが、２つを上回る画像を組み合わせるために使用されることができる。例えば、連続的ビュー結果は、全ての履歴（前、前−１、前−２…）画像を伴う最後の画像から生成されることができる。最後のいくつかのみが、潜在的患者運動を回避するために使用され、任意の外れ値が、平均結果を見出すために除去される。
ｃ．反復アプローチもまた、（３）と（４）との間で使用されることができる。
７）３Ｄ平行移動結果に加えて、初期位置が座標降下または関連最適化アプローチを使用して整合位置に近接した後、３Ｄ回転が、別個に計算されることができる。
ａ．回転Ｙおよび回転Ｚを固定しながら、ある範囲（例えば、−５〜＋５）内の最良合致を見出すために回転Ｘを検索する。
ｂ．回転Ｘを最適化されたままに保ち、次いで、新しい最良値が見出されるまで最適化された回転Ｙおよび回転Ｚを検索する。
８）初期回転が見出された後、最適化が、行われることができ、ステップ１〜４は、随意に、患者整合のために繰り返される。
Ｇ．ＭＶ放射線ビームモニタサブシステム
【００５６】
別の側面では、本システムは、ＭＶ放射線ビームモニタサブシステムを用いて処置の間にＭＶ（治療）放射線ビームを監視する。目的は、（ｋＶビームのように）患者の位置を決定することではなく、むしろ、患者を通過する放射線強度を検証および定量化することである。患者を通過した（およびＬＩＮＡＣによって出力された放射線の量を把握した）後に捕捉されると、残留放射線は、患者を通過されることが予期される放射線の量と比較することによって、患者が吸収した放射線の量と相関されることができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、ＭＶ放射線ビームの出力は、シンチレーション膜と、シンチレーション膜からの光を検出し、対応する信号を出力する、１つ以上のカメラとを含む、ＭＶ放射線ビームモニタサブシステムの使用によって測定される。結果として生じるデジタル化信号は、次いで、ビデオ信号処理電子機器を通して処理され、システムコンピューティングユニットにフィードされる。システムコンピューティングユニットは、次いで、線量データ、ビームプロファイルデータ、およびビーム位置付けデータを決定することができる。本実施形態の１つの潜在的利点は、高分解能カメラが採用され得るため、データのより高い空間分解能である。本実施形態の第２の利点は、簡易化および費用である。
【００５８】
いくつかの実施形態では、ＭＶ放射線ビームモニタサブシステムは、可撤性ＭＶ放射線ビームモニタユニットを含み、これは、各処置の前に交換され、ＭＶ放射線ビームモニタが適切に機能し、再使用で劣化しないことを確実にする。いくつかの実施形態では、ユニットは、シンチレーションシートを伴う可撤性ＭＶ検出器カメラを含む。典型的には、シンチレーションシートは、シリコーン（ＰＤＭＳ）マトリクス上で蛍光体Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（ＧＯＳ）から作製され、シートに鋳造される。ビームが送達される毎に、対応する画像が、コンピュータ上に記憶される。ＣＣＤカメラは、ＭＶ放射線で劣化するため、カメラは、単回使用され、交換されてもよく、新しい工場較正カメラが、毎回の正確な読取値を確実にする。可撤性ＭＶ放射線ビームモニタユニットは、１つ以上の結合および／または整合特徴を含み、一貫して正確な空間的設置を確実にする。整合特徴は、例えば、磁石、ラッチ、ペグ、ほぞ孔、または任意の好適な手段を含む、確動止め具および確動係止機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、可撤性ＭＶ放射線ビームユニットが取り付けられるシールドコンポーネントは、ユニットの所望の設置または配向を促進する輪郭付き領域、例えば、ＭＶ放射線ビームに略垂直であるシンチレーションシートを含む。輪郭付き領域は、可撤性ユニットを受容するようにサイズ決めされ、その中に確動止め具および確動係止機構を含み、所望の位置、整合、および配向における可撤性ＭＶ放射線ビームユニットの確実な取付を促進することができる。ＣＣＤに加えて、撮像デバイスは、ＣＭＯＳカメラまたは任意の他のデジタル撮像デバイスを含む。
【００５９】
予期される線量から測定された線量への実質的な逸脱は、異常を示し、本システムは、統合制御サブシステムを介してシャットダウンされるであろう。本サブシステムは、種々の相互接続ケーブルおよび他の補助デバイスを含むことができる。補助デバイスのうちのいくつかは、処置の間にユーザが患者を監視し、患者と相互作用するためのカメラおよびインターコムを含む。本システムは、ＬＩＮＡＣ位置毎に患者に処方される線量のリアルタイム監視を提供する。本監視フィードバック特徴は、処置計画が、処方されるように送達され、一実施形態では、吸収された放射線に応答して変化を受けるＭＶイメージャを用いて実装され、新しい工場較正ユニットと交換され得ることを確実にする。
【００６０】
いくつかの実施形態では、ＭＶ放射線ビームモニタサブシステムは、シリコンダイオードベースのＭＶ検出器を伴う可撤性単回使用ＭＶ検出器を含む。いくつかの実施形態では、単回使用ＭＶ検出器は、シンチレータと、１つ以上のフォトダイオードとを含む。そのような検出器は、処置の品質を定量化するための原位置放射線強度測定のための種々の技法の使用を可能にし、放射線ビームの原位置位置付け、ビーム経路内に患者を伴わないビーム内の強度分布、およびビーム経路内に患者を伴う残留ビームに関するデータを提供する。部位毎に送達される線量は、ビーム経路内の患者の有無を問わず、検証のために本測定を使用して決定されることができる。測定された残留線量は、治療ビーム検出器ユニットから決定され、複数の点において測定されることができる。処置計画システムによって決定される残留線量の理論値は、処置の検証のために、および／または処置送達品質を評価するために、本技法を使用して測定された残留線量値と比較されることができる。検証または品質決定は、記録され、後続治療送達を調節するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、ダイオードアレイの出力は、増幅され、デジタル化され、スマートコントローラにフィードされ、そこで、データは、ソートされ、スケーリングされ、オンボードシステムコンピュータに送信される。付加的処理を伴うシステムコンピュータは、送達線量データ、ビームプロファイルデータ、およびビーム位置付けデータを決定するために使用されることができる。高エネルギーＸ線を提供するＬＩＮＡＣは、非常に小さいデューティサイクル（例えば、５００：１デューティサイクル）で変調される。典型的には、ビームは、時間の１／３００（例えば、時間の１／５００）未満にわたってのみオンであり、残りの時間は、ビームは、オフであるが、しかしながら、シンチレータの時定数は、ほぼ３桁遅くなり得る。信号入手は、放射線パルスのオン時間と同期され、読み取られる信号の量を最大限にする。本技法は、低レベル信号に関する信号対雑音比に役立つ。治療放射線ビーム品質を特性評価するために、ビームの空間位置および強度測定が、実行されることができる。これらの値は、本システムのＱＡ周期の間にビーム品質を特性評価するために使用されることができ、処置の間にビーム位置および強度分布データを提供するために使用されることができ、送達される実際の線量が所望されることを検証し、処置の品質を定量化するために二次線量測定値と併用されることができる。例えば、患者を通過した後のビームの残留線量測定値が、計算された残留線量と比較し、処置の品質を検証するために使用されることができる。ＣＴデータとともに、残留ビーム強度分布を分析することによって、処置の間に腫瘍に対するビームの位置正確度を決定することが可能であり得る。
【００６１】
一側面では、ＭＶ放射線ビームモニタサブシステムは、放射線がシンチレータ原子を励起し、ひいては、可視範囲内の光子の放出を生成するように、高エネルギーＸ線放射線に入射するように位置付けられるシンチレータを含む。可視光強度は、放射線強度に比例する。いくつかの実施形態では、一連のフォトダイオードが、システムコンピュータへの入力として可視光を電気信号に変換するために使用される。シンチレータは、放射線をフォトダイオードの検出範囲内の可視光に変換する。フォトダイオードアレイは、シンチレータの直後に設置され、信号レベルを最大限にし、信号対雑音比を改良することができる。ビーム直径を網羅するために十分な数のダイオードが、ビーム強度プロファイル測定を提供するために使用されるべきである。使用され得る種々の異なるフォトダイオードアレイ構成が存在する。いくつかの実施形態では、フォトダイオードアレイは、最も大きいコリメータ開口を使用してビーム全体を網羅するために、チップあたり１６個の要素ダイオードおよび十分な数のチップを利用する。ダイオードアレイからの電気信号は、次いで、増幅およびデジタル化され、コンピュータにフィードされる。コンピュータソフトウェアは、信号をデジタル的に処理し、処置の間の検証のための線量測定値を生産し、およびビーム強度プロファイルおよびＸＹ位置データを生産する。ＸＹ位置データは、腫瘍上のビームの位置の正確度を検証し、可能性として考えられる誤差を報告するために使用されてもよい。
【００６２】
ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラ等の他の光検出方法もまた、使用されることができる。ＣＣＤカメラを利用するいくつかの実施形態では、カメラのアクティブ面積の小さいサイズに起因して、そのような構成は、典型的には、画像をカメラに投影するために複数の光学コンポーネントを使用する。光学系は、典型的には、ＣＣＤカメラが、合焦のための余地を可能にするために、シンチレータからある程度の距離だけ離れて設置されることを要求する。ＣＣＤカメラによって受信される信号強度は、既知の放射線強度に較正され、それによって、シンチレータとＣＣＤとの間に間置される距離内で起こる光のいかなる損失も補償する。
ＩＩ．詳細な実施例
【００６３】
図１は、本システム内のハードウェアの最も大きい部品である機械的サブシステムを含む、例示的自己遮蔽処置システムの概観を図示する。本システムは、２つの移動可能シールドコンポーネント、すなわち、斜角シールド１０１と、軸方向シールド１０５とを含む、シールドを含み、斜角シールド１０１は、斜交軸１３０上で回転し、軸方向シールド１０５は、軸方向軸１３５上で回転する。軸方向シールド１０５の回転に応じて、軸方向シールド１０５および斜角シールド１０１の両方が、軸１３５を中心として回転される一方、斜角シールド１０１は、軸方向軸１３５を横断する斜交軸１３０を中心として独立して回転可能である。患者１５０は、軸方向軸１３５に沿って実質的に整合される患者台（図示せず）上で本装置内で横臥しており、アイソセンタ１３６における標的が、軸方向軸１３５および斜交軸１３０の交点に位置する。斜角シールド１０１の内面上に搭載されるものは、患者１５０を通過し、また、斜角シールド１０１の内面上に搭載されるＭＶ放射線検出器１１５によって受け取られる、ＭＶ放射線治療ビーム１４５を生産する、ＬＩＮＡＣ１１０である。軸方向シールド１０５の内面上に搭載されるものは、ＫＶ放射線エミッタ１２０であり、これは、そのビーム１４０を患者１５０を通して斜角シールド１０１の内面上に搭載されるｋＶ放射線検出器１２５に通過させることによる、リアルタイムＸ線画像ベース位置感知のために使用される。描写されるシールドコンポーネントは、中実構造であり、ハッチ線は、単に、明確化のために省略されていることに留意されたい。
【００６４】
図２Ａは、側面から視認されるような処置システムの機械的サブシステムをより詳細に示す。本実施形態では、サブシステムは、床ピット内に格納されるが、サブシステムはまた、十分な頭上クリアランスを仮定して、ピットを伴わない床面上に静置し得ることを理解されたい。軸方向軸２１１は、軸方向軸受アセンブリ（これが基部リングによって不明瞭であるため可視ではない）を介して回転し、マルチチャネル電気および電子供給源が、軸方向スリップリング２１２によって回転して整流される。軸方向シールド２０５が、その中の患者の胴の周囲で軸方向軸２１２上で回転する。斜交軸２１６が、斜角軸受アセンブリ２１７上で回転し、マルチチャネル電気および電子供給源が、斜角スリップリング２１８によって回転して整流される。斜角シールド２０４が、斜角支持ブラケット２１５によって被覆され、それによってシステム電子機器とともに封入される。シェル軸受２６６上で回転するシェル２６５が、本システムが閉鎖遮蔽構成にあるとき、進入ポータルを患者台基部２６０の上方から被覆および遮蔽する。ポータルは、扉２７５およびシェル２６５が閉鎖および遮蔽構成にあるとき、患者台の上側２／３を封入する、本デバイスの内部への進入路である。
【００６５】
本実施形態では、処置システムは、約２フィートの深さに形成されたコンクリートピット２５５内に位置する。ピットは、本デバイスの下側部分のための付加的放射線シールドとしての役割を果たし、有利なこととして、患者を本デバイスから出し入れし、床レベルに着座させるために快適な高さに患者ベッド（ここでは図示せず）を設置する。ピットはまた、室内の本装置のために要求される天井高さを低減させ、より小さく見えることによって本装置を審美的により魅力的にする。本装置自体によって占有されないピットの部分は、本装置の通常床レベル２５０を満たす床板２５１によって被覆されることができる。機械的装置全体は、主に、リング基部２５６を用いてピット２５５の底部におけるコンクリートに係留され、斜角シールド２０４および軸方向シールド２０５および本システムの他の巨大なコンポーネントの重量を平衡にする、強力な中心基部リング２５７によってともに保持される。リング基部２５６は、ここで示されるように、基部リング２５７の一体部分であり得る、またはそれに取り付けられる別個のコンポーネントであり得ることを理解されたい。ピット２５４のより深い延在は、その完全開放位置における扉２７０の垂直進行の必要性に適応する。
【００６６】
本実施形態では、処置システムは、放射線の自動的停止をもたらすように、人物の近接を検出し、処置の間に放射線への意図せぬ暴露または可動システム部品への接触を防止するように、直接囲繞区域の中への人物の承認されていない進入に応じた運動を検出するために、各側上の基部の近傍に配置される、近接検出器２５９を含む。いくつかの実施形態では、近接検出器は、処置システムの各側上の１つの近接検出器がシステム全体の周囲に延在する区域を効果的に網羅するように、少なくとも１８０度、典型的には、最大２７０度の検出範囲を有する。代替として、３６０度範囲を伴う単一の近接検出器が、システム全体の上方に位置付けられ得る。近接検出器によって網羅される面積は、境界によってマーキングされることができる。そのような構成は、本システムが境界を横断される場合に停止するであろうため、意図せぬ暴露のリスクが殆ど存在しないため、境界の外側の面積が制御されない面積になることを可能にし得る。
【００６７】
図２Ｂは、正面から視認されるような機械的サブシステムの図を示す。扉２７５は、開放位置に垂直に降下され、それによって、ポータル開口部２７１を露見させる。ポータル開口部２７１を通して、コリメータ２８０および患者台２９０が、内部で可視である。本実施形態では、扉２７５は、扉アクチュエータ２７６（例えば、油圧ジャッキ）を含む扉機構を使用して、かつピット基部２５５の本さらに深い部分２５４によって提供される空間を使用して、これをピット延在部２５４の中に降下させることによって開放される。そのような構成は、これが扉および関連付けられる移動機構のためのポータル開口部の周囲に要求されるクリアランスを低減させるため、有利である。種々の他の実施形態では、扉は、上方から降下され得る、または任意の方向から定位置に平行移動または回転され得ることを理解されたい。
【００６８】
本実施形態では、機械的上部構造全体が、ともに連結され、基部リング２５７によって支持され、これは、両側上の重いシールドおよび他の機器の大きい荷重を実質的に平衡にする。軸方向ブラケット２５８は、軸方向シールドを被覆し、本機械の対向する側上の斜角ブラケット（図示せず）と同様の様式で必須の電子機器を被覆する役割を果たす。シェル２６５は、開放位置にあり、そこで、これは、シェル軸受２６６を中心として回転され、患者台２９０の下方の患者台基部の下にあり、患者台２９０を上方から暴露されたままにしていることに留意されたい。本位置は、患者台がその最大限まで外向きに転動することを可能にし、患者が本装置から装填および装填解除されることを可能にする。装填に応じて、患者台２９０は、コリメータに向かって転動し、シェル２６５は、シェルが患者台２９０を被覆するまでシェル軸受２６６を中心として回転し、扉アクチュエータ２７６上の扉２７５は、閉鎖および遮蔽位置に上昇する。
【００６９】
図３は、本発明の側面による、簡略化されたパラダイムにおける例示的機械的サブシステムの移動軸およびそれらの相互の関係を図式的に図示する。本システムにおける軸方向軸３０１は、第１のシールドコンポーネント（例えば、軸方向シールド）の移動を制御する。本システムにおける斜交軸３０５は、第２のシールドコンポーネント（例えば、斜角シールド）の独立した移動を制御する。シールドコンポーネントは、それらの個別の軸によって提供されるそれらの移動の範囲をより良好に図示するために、省略されている。本実施形態では、ＬＩＮＡＣ３１０は、ＬＩＮＡＣ３１０が潜在的処置体積３１５内の標的に放射線照射することが可能であるように、関連付けられる斜角シールドを介して斜交軸３０１に結合される。分かり得るように、潜在的処置体積３１５は、アイソセンタ（図示せず）を中心として略球形形状である。本実施形態では、斜交軸３０５は、軸方向軸３０１から独立して移動し得るが、軸方向軸３０１の移動は、必然的に、軸方向軸３０１を中心とする斜交軸３０５の移動をもたらすことを理解されたい。本構成は、標的への処置ビームの相当な移動の範囲を提供するが、ＬＩＮＡＣが到達することができない、軸３０１の遠位に位置する処置容積３１５の部分が存在する。随意に、本部分は、標的を１つ以上の軸に沿って処置球体のアクセス可能部分に移動させ得る患者台の使用によって、効果的に低減されることができる。そのような患者台の実施例が、下記にさらに詳細に説明される。いくつかの実施形態では、軸方向シールドおよび斜角シールドはそれぞれ、それらの個別の回転軸を中心として３６０度回転可能である。しかしながら、各シールドコンポーネントの本回転の範囲は、処置ビームの移動の全範囲を維持するために要求されず、例えば、シールドコンポーネントのうちの一方は、他方のシールドコンポーネントが３６０度回転可能である限り、１８０度だけ回転可能であり得ることを理解されたい。
【００７０】
図４は、本発明の側面による、例示的患者台およびその運動軸を示す。患者台４００は、処置の間の正しいＭＶ放射線ビーム照準のために患者を支持し、位置付ける。患者台４００は、２つのｙ軸４３１の運動、ｘ軸４３３の周囲のピッチ運動、およびｚ軸４３２の周囲のヨー運動を有する。下側カート４０５は、上側カート４１２が行うように、台基部４１０のｙ軸４３１に沿って移動する。ピッチプレート４１５は、患者ベッド４２０のヘッド端部をｚ軸４３２に沿って上昇または降下させることによって、ピッチ方式でｘ軸４３３に平行であるピッチ軸の周囲で回転する。患者ベッド４２０は、患者ベッドのヘッドをｘ軸４３３に沿って左右に移動させることによって、ヨー方式でｘ軸に垂直であるヨー軸を中心として回転する。患者ベッドは、放射線外科手術安定化フェイスマスクを取り付けるための面を含むヘッドレスト部分４２５を有する。随意に、ヘッドレスト４２５は、標的を移動させ、処置球体のアクセス可能部分を増加させるように自動的に移動され得る、付加的ピッチジョイントを含むことができる。典型的には、付加的ピッチジョイントは、処置球体のアクセス不可能な部分をさらに低減させるように、ヘッドレスト４２５が３０度の上向き傾斜と下向き傾斜との間で傾くことを可能にするように構成される。各台コンポーネントの関連付けられる移動は、下記にさらに説明され、図５に描写される。
【００７１】
図５は、それらの軸の簡略化されたモデルとともに、関連付けられる運動軸を伴う図４の例示的患者台を示す。台基部５０５は、台のｘ軸平行移動を支援する。下側カート５１０は、第１のｘ軸平行移動運動において転動する。下側カート５１０の上で、上側カート５１５が、第２のｘ軸平行移動運動のために転動する。ピッチプレート（ピッチ回転）５２０は、ピッチ運動において移動され、患者の臀部を収容する部分に添着され、患者の頭部を収容する端部においてピッチ方式で自由に移動する。患者台５２５はまた、ヨー方式で回転する。ヘッドレスト５２６が、ピッチ軸に沿って傾く。患者台の移動可能コンポーネントの本構成は、進入ポータルを通した患者の位置付けおよび移動可能シールド内の処置空間内での患者（例えば、患者の頭部）内の標的の位置付けを促進する。台コンポーネントおよび関連付けられるジョイントの特定の構成がここで描写されるが、ジョイントの代替構成が、本発明による移動の同一または類似する範囲を提供するために利用され得ることを理解されたい。
【００７２】
図６は、本発明の側面による、処置システムの全てのハードウェアおよびソフトウェアシステムを監視および制御する例示的主要統合制御システムを図示する。患者台６００は、腫瘍がアイソセンタにあるように正しい位置に患者を位置付け、患者の頭部を固定する役割を果たし、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化される。撮像および監視サブシステム６０５は、診断画像を取得し（例えば、患者整合および追跡のためにｋＶ  Ｘ線画像を取得し）、処置放射線ビームの監視および／または検証を実施する（例えば、患者から出射するＭＶ放射線を測定する）。本サブシステムはまた、患者とのビデオおよびオーディオ通信を提供することができる。サブシステム６０５は、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。機械的サブシステム６１０は、放射線シールドを提供し、ＬＩＮＡＣの移動および位置を制御し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。ＬＩＮＡＣサブシステム６１５は、ＭＶ放射線ビームを生成し、これを患者に送達し、内部出力測定が、二重イオンチャンバ内で提供され、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。制御パネル６２５は、ＬＩＮＡＣオン／オフ機能、患者通信のためのスピーカおよびマイクロホン、および他の機能に関する手動制御を提供し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。オペレータＰＣ６３０は、処置送達サブシステムを起動し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。制御ＰＣ６３５は、システムハードウェアを制御し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化される。計画およびデータベースＰＣ６４０は、処置計画サブシステムおよび関連付けられるデータベースを起動し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化されることができる。ペンダントＰＣ６４５は、ペンダントアプリケーションを起動し、制御および安全サブシステム６２０にネットワーク化される。上記のシステムは、有線接続によって、または無線ネットワークを通して制御および安全サブシステムにネットワーク化され得ることを理解されたい。
【００７３】
図７は、放射線シールドの軸方向シールドおよび斜角シールドの重量分布の平衡を図示する、概略図である。軸方向シールド７０２は、軸ａ２を中心として回転し、軸方向シールド７０１の回転が軸ａ２を中心として斜角シールドもまた回転させるように、斜角シールド７０１と移動可能に界面接触される。軸方向および斜角シールドの質量の異なる幾何学形状および分布を前提として、放射線シールドの回転は、典型的には、シールドの１回転の間に反力の実質的な変動に適応させるために、比較的に大型の過大なモータを要求するであろう。これらの変動を回避するために、１つ以上の釣り合い重りが、それを中心としてそれぞれが回転する軸を中心として重量をより均一に分散させるために、個別のシールドコンポーネント上に搭載されることができる。本実施形態では、斜角シールドコンポーネントは、それを中心としてこれが回転する斜交軸の周囲で平衡にされ、軸方向シールドおよび斜角シールドアセンブリは、それを中心としてアセンブリが回転する軸方向軸の周囲で平衡にされる。順に、軸方向および斜角シールドは、放射線シールドアセンブリの周囲に延在し、下側基部部分７０５を含む、共通支持基部リング７０４を中心として釣り合うことができる。図７は、軸方向軸ａ１から距離ｄ１だけオフセットされる、斜交軸の周囲で平衡にされる斜角シールド７０１の質量ｍ１の重心ＣＧ１を示す。軸方向シールド７０２の質量ｍ２の重心ＣＧ２は、軸方向軸ａ２からｄ２の距離だけオフセットされる。したがって、軸方向軸ａ２を中心としてシールドアセンブリを平衡にするために、ｍ３の釣り合い重り７０３が、方程式ｍ３ｄ３−ｍ２ｄ２＝ｍ１ｄ１に従って、軸方向軸からｄ３の距離において軸方向シールド７０２に搭載される。１つのみの釣り合い重りが本実施例に示されるが、そのような平衡は、必要に応じて、種々のシールドコンポーネント上に搭載される付加的釣り合い重りを含み得ることを理解されたい。それらの個別の回転軸を中心としてシールドコンポーネントおよびシールドアセンブリを釣り合わせるそのようなアプローチは、本明細書に説明されるようなシールドコンポーネントを回転させるために必要とされるモータ要件を低減させ、それによって、本デバイスの全体的サイズおよび占有面積を縮小し、および機械的駆動システムの費用および複雑性を低減させる。
【００７４】
示されるように、軸方向および斜角シールドは、共通支持リングを中心として相互を釣り合わせる。典型的には、中心基部支持リングは、実質的に質量の中心の間に垂直に配置されるが、いくつかの実施形態では、中心基部支持リングは、質量の中心と一致する、またはそれを越えてある距離だけ延在することができる。一側面では、軸方向シールドと斜角シールドとの間の角度付き界面（例えば、４５度）は、質量の中心が相互に比較的に近いことを可能にし、これは、１つ以上の線形モータによって駆動されるシールドアセンブリを回転させる旋回駆動リングが、支持リング７０４上の中心に位置することを可能にする。
【００７５】
図８は、患者を通してシンチレータ上に通過されたＭＶ治療放射線がフォトダイオードアレイによって捕捉され、結果として生じる信号がシステムコンピュータにおいて処理および登録される、ＭＶ治療放射線監視または検証サブシステムを含む実施形態を図示する。本実施形態では、ＬＩＮＡＣ８０５は、ＭＶ治療放射線ビーム８１５を放出し、これは、コリメータ８１０を通過し、次いで、患者８２０の標的化部分を通過する。残りの放射線ビームは、次いで、シンチレータ８２５に衝突し、これは、放射線ビーム８１５の強度に比例する強度における可視光で発光する。シンチレータ８２５の発光は、フォトダイオードアレイ８３０によってそれらのコンポーネントフォトダイオードから電子信号８３１に変換される。信号は、集合的に、または分離形態において、増幅器８３５、アナログ／デジタルコンバータ８４０を通して、次いで、信号処理コンピュータ８４５に通過される。結果として生じる処理された信号は、次いで、システムコンピューティングユニット８５０に送信される。本プロセスは、処置セッションの間に連続的に起こり、それによって、セッションにわたって受容される放射線の合計量を検証する。いくつかの実施形態では、ビームストップ（図示せず）が、シンチレーションシートまたはダイオードの直後のＭＶ放射線ビームの経路内に直接設置される。
【００７６】
図９は、ＣＣＤカメラを使用してシンチレーションシートから蛍光を捕捉することによって、患者を通過した放射線の量を検証するための代替手段を伴う別の実施形態を図示する。本実施形態では、ＬＩＮＡＣ９０５は、ＭＶ治療放射線ビーム９１５を出力し、これは、回転コリメータ９１０を通して、患者９２０の頭部の標的化領域に通過する。患者９２０を通過した後、ＭＶ放射線ビーム９１５は、シンチレータ９３０に衝突する。ＭＶ放射線９１５によって衝突されることに応答して、シンチレータ９３０は、放射線ビームの強度に比例する可視蛍光９２５を生産する。蛍光９２５は、ＣＣＤカメラ９３５によって捕捉され、これは、画像情報を伴う信号を出力する。画像情報は、次いで、リアルタイムで、ビデオデータ取得電子機器９４０、ビデオ信号処理電子機器９４５に通過され、最終的に、患者が受容した放射線処置の量を記録および認証するシステムコンピューティングユニット９５０に通過される。ＣＣＤカメラ９３５によって捕捉された蛍光は、患者をすでに通過した放射線を反射するため、システムコンピューティングユニット９５０は、放射線強度測定が患者９２０を通してビームを通過させることに先立って行われるシステムよりも、患者によって受容される放射線のより正確な評価を受信することができる。本アプローチは、患者を通してビームを通過させることに先立って実施される強度測定の代わりに、またはその補完として使用され得ることを理解されたい。種々の実施形態では、本プロセスは、処置セッションの間に連続的に起こり、それによって、セッションにわたって受容される放射線の合計量を検証する。いくつかの実施形態では、ビームストップ９３１、典型的には、厚いシールドの部分が、シンチレーションシートまたはダイオードの直後のＭＶ放射線ビームの経路内に直接設置される。ビームストップ９３１は、その場所における高強度放射線が遮蔽された装置の外部に伝送されないことを確実にする。
【００７７】
図１０は、本発明の側面による、処置システムと併用するための可撤性かつ交換可能シンチレータ／カメラ組み合わせを図示する。好ましくは、これは、各患者使用の間に除去および交換されるシンチレーションシートおよびＣＣＤカメラを含有するハードウェアの消耗品であり、新しく較正されたＣＣＤカメラが、処置検証システムおよび関連付けられるデータベース記録に送達される最も正確な可能性として考えられる読取値のために毎回使用されることを確実にする。可撤性筐体１０２０は、添着されたシンチレーションシート１０１０と、添着されたＣＣＤカメラ１０１５とを有し、したがって、ユニットとして除去され、交換されてもよい。放射線は、ＣＣＤカメラを経時的に劣化させるため、より正確なＭＶ検出が、放射線外科手術処置の間にユニットを交換することによって達成されることができる。筐体１０２０は、１つ以上の可撤性結合特徴によって搭載基部１０３５に確実に添着されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の結合特徴は、治療ビームの一貫した信頼性のある監視および検証を提供するように、シールドの内部のユニットの適切な整合および／または配向を確実にするように構成される。１つ以上の結合特徴は、ペグおよびほぞ孔、ラッチ、および図１０に示されるように、精密に設置された鉄金属タブ１０２５に取り付けられる磁石１０３０を含み得る、任意の好適な結合手段を含むことができる。搭載基部１０３５は、ＭＶ放射線ビームの経路内の機械的サブシステムの遮蔽壁１０４０に添着されることができる。ＣＣＤカメラ１０１５によって捕捉される蛍光可視光は、高エネルギー（ＭＶ）ｘ線ビーム強度に比例する。新しい工場較正ＣＣＤカメラが、各可撤性筐体１０２０内にあり、各患者で使用されるため、最も高い処置検証基準が、維持される。
ＩＩＩ．撮像および追跡方法論
【００７８】
図１１は、例示的追跡方法論フレームワークを図示する。いくつかの実施形態では、追跡方法は、ｋＶおよびＤＲＲ画像の並行した強調１１０５を含む。強調は、雑音フィルタ、コントラスト、および輝度等の使用を含むことができる。次に、画像のピラミッド再サンプリング１１１０が、本システムが最初により低い分解能の画像に取り組み、雑音および極小値を除去することを可能にすることによって、プロセスの効率を可能にするために使用されるが、最終ステップにおいて最大分解能に戻ることができる。次に、本方法は、画像１１１５を変換することができ、これは、回転、平行移動、およびスケーリングを含むことができる。次いで、画像は、規則的なグリッド上で領域１１２０にセグメント化されることができる。領域へのセグメント化は、全体的パターン合致にわたる正確度を低減させ得る、頭蓋骨の可動部分（例えば、顎）等の画像の不要な部分を除外する役割を果たす。次に、本方法は、類似性測定および検索評価１１２５を実行することができる。類似性は、勾配の差異を使用して評価されることができ、さらに、類似性曲線フィッティングとともに勾配降下または座標降下最適化方法を利用することができる。最後に、本方法は、収束に基づき得る検証１１３０を含むことができる。
【００７９】
図１２は、追跡の最適化のためのプロセス概略図である。ステップ１２０５において、ｋＶ画像が、撮像および監視サブシステムから入手される。未加工画像が入手された後、オフセットおよび利得較正が、均一な強度を得て、不良ピクセル等の検出器アーチファクトを除去するために実施される。ステップ１において、リアルタイムデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）画像が、システム幾何学形状および標的場所に基づいて生成される。２Ｄ  ＤＲＲ画像が生成された後、コントラスト強調等のいくつかの画像強調ステップが、ある特徴を強調するために使用されることができる。本ステップは、広範な計算を要求し得、ＧＰＵによって加速されることができる。ステップ１２１５において、画像強調アプローチが、面内変換推定のために使用される。面内変換は、２つの面内平行移動と、１つの面内回転とを含む。ステップ１２２０において、アルゴリズムが、面内パラメータの最適化されたソリューションを見出すために、座標降下アプローチを使用する。例えば、アルゴリズムは、最初に、面内回転（ＲＺ）を見出し、次いで、ＴＸおよびＴＹを見出す、または最初にＴＹを見出し、次いで、ＴＸを見出すことができる。ＲＺ、ＴＸ、およびＴＹを含む最終最適化変換が、見出される。ステップ１２２５において、画像強調アプローチが、面外変換推定の前に使用される。面外変換は、２つの面外回転と、１つの面外平行移動とを含む。深度特徴の弱い信号に起因して、面外強調は、ステップ１２１５に説明されるような面内強調と異なり得る。ステップ１２３０において、アルゴリズムは、面外回転ＲＸおよびＲＹを見出すために、座標降下アプローチを使用する。最初にＲＸを検索するか、最初にＲＹを検索するかのいずれかである。ステップ１２４０において、アルゴリズムの最後のステップは、面外平行移動（例えば、深度）を最適化することである。
【００８０】
図１３は、連続的ビュー方法論による、識別された標的のｋＶ画像を取得するための機械的サブシステムの移動を図式的に図示する。進入からの軸方向回転の本概念図では、軸方向回転経路１３０５が、円によって表される。標的は、軸方向シールドの回転移動によって画定されるその円１３０５の中心にある。ステップ１３１０において、第１のｋＶ画像が、ｋＶ  Ｘ線管が上部に位置し、ｋＶ検出器が底部に位置する、位置Ａから取得される。ステップ１３１５において、軸方向シールドが、ｋＶ  Ｘ線管が右に位置し、ｋＶ検出器が左に位置する、位置Ｂに回転される。ステップ１３２０において、連続的ビューアルゴリズムが、標的オフセットを計算するために、位置ＡおよびＢから入手されるｋＶ画像を使用する。患者台が、次いで、オフセットを補償するために移動される。ステップ１３２５において、別のｋＶ画像が、位置Ｃ（患者台が移動されていることを除いて位置Ｂと同一）において取得される。ステップ１３２６において、軸方向シールドは、位置Ｄ（台が移動されていることを除いて位置Ａと同一）に戻るように回転される。ステップ１３３０において、別のｋＶ画像が、位置Ｄにおいて取得される。ステップ１３３５において、連続的ビューアルゴリズムが、標的オフセットを計算するために、位置ＣおよびＤから入手されたｋＶ画像を使用する。患者台が、オフセットを補償するために移動される。ステップ１３４０において、ステップ１３３５からの最後に計算されたオフセットが、所定の閾値（例えば、０．５ｍｍ）未満である場合、初期整合は、標的がアイソセンタに整合されているため、終了し、そうでなければ、追跡方法は、標的が整合されるまでステップ１３１０からステップを繰り返すことができる。
【００８１】
図１４は、いくつかの実施形態による、連続的ビュー撮像における第１および第２の位置における撮像を図式的に図示する。位置１において、診断放射線ビームエミッタ１４２０は、標的を通して診断撮像ビーム１４４０を指向する一方、診断ビーム検出器ユニット１４２５は、標的を通過した残留ビームを測定した。位置２において、診断放射線ビームエミッタ１４２０および検出器ユニット１４２５は、アイソセンタを通して位置２まで延在する軸の周囲で回転し、そこで、第２の画像が、取得される。典型的には、第２の位置は、第１の位置から少なくとも２０度にある。第１および第２の画像は、前述で説明されるように、診断結果を決定し、治療の送達を促進するために利用されることができる。
【００８２】
例示的実施形態が、実施例として、理解の明確化のために、ある程度詳細に説明されているが、当業者は、種々の修正、適合、および変更が採用され得ることを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるべきである。
【００８３】
前述の明細書では、本発明は、その具体的実施形態を参照して説明されるが、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識するであろう。上記に説明される発明の種々の特徴、実施形態、および側面が、個別に、または合同で使用されることができる。さらに、本発明は、本明細書のより広い精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に説明されるものを超える任意の数の環境および用途において利用されることができる。本明細書および図面は、故に、制限としてではなく、例証として見なされるものである。本明細書で使用されるような用語「〜を備える」、「〜を含む」、および「〜を有する」は、非限定的技術用語として読み取られることを具体的に意図していることを認識されたい。
【図１】
2021508259.tif 000003
【図２Ａ】
2021508259.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月3日(2020.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部放射線漏出に対して自己遮蔽される放射線外科手術処置システムであって、前記システムは、
放射線シールドであって、前記放射線シールドは、内部処置空間を画定し、前記放射線シールドは、移動可能に界面接触される第１のシールドコンポーネントと、第２のシールドコンポーネントとを備える、放射線シールドと、
共通支持構造であって、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントによって画定される前記放射線シールドを実質的に支持し、前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドコンポーネントの重心の間に配置され、前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記共通支持構造を中心として平衡にされる、共通支持構造と、
放射線源であって、前記放射線源は、前記第１および第２のシールドコンポーネントのうちの少なくとも１つの中に配置され、治療ビームを前記内部処置空間内の標的組織に指向するように構成される、放射線源と
を備える、システム。
【請求項２】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記内部処置空間内に支持される患者に沿って延在する第１の軸を中心として回転可能であり、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１のシールドコンポーネントの回転が前記第１の軸を中心として前記第１および第２のシールドコンポーネントの両方を回転させるように、前記第１のシールドコンポーネントと界面接触され、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記第１の軸を横断し、アイソセンタにおいて前記第１の軸と交差する第２の軸を中心として独立して回転可能であり、
前記共通支持構造は、前記第１および第２のシールドが前記第１の軸を中心として平衡にされ、前記第２のシールドコンポーネントが前記第２の軸を中心として平衡にされるように、前記放射線シールドを支持する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
コリメータをさらに備え、前記コリメータは、前記第１または第２のシールドコンポーネントのうちの１つの中に搭載され、前記アイソセンタに位置付けられる標的の処置のために、前記コリメータを通過する前記治療ビームを前記アイソセンタに指向するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記共通支持構造は、前記放射線シールドの周囲に延在する中心リングであり、前記中心リングは、前記第１のシールドコンポーネントの重心と前記第２のシールドコンポーネントの重心との間に垂直に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のシールドは、前記第１の軸を中心として３６０度回転するように構成される一方、前記第２のシールドは、前記第２の軸の周囲で少なくとも１８０度回転するように構成される、または、
前記第１のシールドは、前記第１の軸を中心として少なくとも１８０度回転するように構成される一方、前記第２のシールドは、前記第２の軸の周囲で３６０度回転するように構成される、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記放射線源は、前記第２のシールドコンポーネント内に配置される前記コリメータと一直線である前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビームエミッタであるか、
前記第１および第２のシールドコンポーネントは、前記処置放射線ビームまたは診断放射線ビームへのより少ない暴露を有する部分が低減された厚さを有するように、可変厚さを有するか、
前記第１のシールドコンポーネントは、前記第２のシールドコンポーネントの重量と釣り合うように選択および搭載される釣り合い重りを含むか、
のいずれかである、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のシールドコンポーネント内に配置される前記コリメータと一直線であり、対向して、前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される治療放射線ビーム検出器をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、各処置の前に交換を可能にするように、可撤性であるか、
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、１つ以上のシンチレーション検出器と、１つ以上のカメラとを備えるか、
前記治療放射線ビーム検出器ユニットは、１つ以上のシンチレーション検出器と、１つ以上のフォトダイオードとを備えるか、
のいずれかである、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記治療放射線エミッタおよび前記治療放射線ビーム検出器ユニットと動作可能かつ通信可能に結合される制御ユニットをさらに備え、前記制御ユニットは、前記治療放射線ビーム検出器ユニットから受信された信号に基づいて、前記標的に送達される前記治療放射線を監視および検証するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２のシールドコンポーネントは、前記治療放射線ビームの軌道が、前記第２の軸を中心とする回転の経路に沿った任意の方向から前記標的と交差することを可能にするために、連続的に回転可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のシールドコンポーネントは、前記共通支持体上に搭載され、１つ以上のモータによって駆動される、旋回リング軸受アセンブリ内で回転可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記旋回リング軸受アセンブリは、前記第１のシールドコンポーネントを支持する内側旋回リングおよび前記第２のシールドコンポーネントを支持する処置ブラケットと回転可能に界面接触される前記共通支持体に搭載される外側旋回リングを含み、
前記第２のシールドコンポーネントは、前記処置ブラケットと回転可能に結合され、前記処置ブラケット上に搭載され、１つ以上のモータによって駆動される旋回リング軸受アセンブリに沿った第２の軸を中心として連続的に回転可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
診断放射線ビームエミッタをさらに備え、前記診断放射線ビームエミッタは、前記第１のシールドコンポーネント内に搭載され、前記標的を通して前記診断放射線ビームエミッタと対向して前記第２のシールドコンポーネント内に搭載される診断放射線ビーム検出器に診断放射線ビームを指向するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１のシールドコンポーネントは、前記診断放射線ビームの軌道が、前記第１の軸を中心とする回転の経路に沿った任意の方向から前記標的と交差することを可能にするように、前記第１の軸を中心として連続的に回転可能である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
制御サブシステムをさらに備え、前記制御サブシステムは、前記第１および第２のシールドコンポーネントに動作可能に結合され、前記放射線源から放出される前記治療ビームの軌道が、処置球体に沿った複数の方向から前記標的と交差することを可能にするように、前記個別の第１および第２の軸に沿った前記第１および第２のシールドコンポーネントの移動を協調させるように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記放射線シールドの内部処置空間内に前記標的を有する前記患者の少なくとも一部を支持するための患者台をさらに備えるか、
患者台に対する前記アイソセンタの場所を決定するように構成される１つ以上のカメラをさらに備えるか、
のいずれかである、請求項２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記患者台は、少なくとも３つの軸に沿って移動可能であり、前記制御システムと動作可能に結合され、
前記制御システムはさらに、前記アイソセンタに前記患者の標的を維持するように構成される、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記システムは、封入位置と開放位置との間で水平軸を中心として回転可能である回転可能進入シェルを含み、前記封入位置では、前記シェルは、処置の間に患者台の少なくとも一部を被覆し、前記開放位置では、前記シェルは、前記患者台の真下で回転され、前記患者台を暴露し、前記患者台上で前記患者の位置付けを促進するか、
前記システムは、前記処置システムの中への前記患者の進入を促進するための開放位置と、前記患者が前記処置システムの遮蔽環境内に封入される閉鎖位置との間で動作可能である進入扉を含み、前記扉は、前記開放位置と前記閉鎖位置との間で垂直方向に動作可能であるか、
前記システムは、前記システムの全体的高さを低減させ、遮蔽要件を低減させるように、コンクリートピット内に配置されるか、
のいずれかである、請求項２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記治療放射線エミッタ、前記第１および第２のシールドコンポーネント、および移動可能患者台と動作可能かつ通信可能に結合される制御ユニットをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記診断放射線ビーム検出器から取得される複数の画像から診断撮像結果を生成するように構成され、
前記複数の画像が、少なくとも前記第１のシールドコンポーネントの第１の位置において取得される第１の画像、および前記第１のシールドコンポーネントの第２の位置において取得される第２の画像を含み、
前記制御ユニットはさらに、前記診断撮像結果に基づいて、前記治療放射線エミッタからの前記治療放射線ビームの送達を制御し、前記標的を前記アイソセンタと整合させるために、必要に応じて前記移動可能患者台を調節するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
可撤性治療放射線ビーム検出器ユニットであって、
シンチレーション検出器と、
１つ以上の光センサであって、前記１つ以上の光センサは、前記シンチレーション検出器から放出される光の測定のために、前記シンチレーション検出器に対して略固定位置および整合において構成および配列される、１つ以上の光センサと、
コネクタであって、前記コネクタは、前記１つ以上の光センサの外部制御および前記光センサから外部制御デバイスへの出力の伝送を促進するために、前記１つ以上の光センサに結合される、コネクタと、
１つ以上の解放可能結合特徴であって、前記１つ以上の解放可能結合特徴は、放射線処置システム内での前記ユニットの確実な搭載を促進し、前記ユニットを用いた治療放射線ビームの監視または検証を促進する、１つ以上の解放可能結合特徴と
を備える、可撤性治療放射線ビーム検出器ユニット
をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
【国際調査報告】
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