МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАДИОТЕРАПИИ, КОНТРОЛИРУЕМОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИЕЙ
MEDICAL INSTRUMENT FOR RADIOTHERAPY CONTROLLED BY MAGNETIC RESONANCE IMAGING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к медицинскому инструменту для радиотерапии, конкретно, к передающей линии, используемой в этом медицинском инструменте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ПО ИЗОБРЕТЕНИЮ
Радиационная терапия, или радиотерапия, является способом лечения рака, цель которого состоит в уничтожении клеток злокачественного новообразования ионизирующим излучением с высокой энергией от источника излучения. Магнитно-резонансная визуализация (MRI) является способом медицинской визуализации, который позволяет получать изображения анатомии тела человека. MRI-контролируемая радиотерапия означает использование MRI изображений для улучшения подачи радиационного облучения. Для того чтобы быть совместимыми с источником излучения, компоненты MRI системы должны быть способны выдерживать воздействие ионизированного излучения с высокой энергией и в то же время вносит как можно меньшее затухание соответствующего излучения. Конкретно, для так называемого радиационного окна, то есть области MRI системы, через которую проходит излучение от источника, чтобы достигнуть своей цели, то есть клеток злокачественного новообразования, существует необходимость в компонентах MRI системы, которые способны выдерживать воздействие излучения и вносить небольшое затухание.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты осуществления представляют медицинский инструмент, описанный в качестве предмета рассмотрения в независимых пунктах формулы изобретения.
В одном аспекте изобретение относится к медицинскому инструменту для радиотерапии, контролируемой магнитно-резонансной визуализацией. Медицинский инструмент содержит систему магнитно-резонансной визуализации для сбора данных магнитного резонанса из зоны визуализации. Медицинский инструмент дополнительно содержит источник излучения для испускания рентгеновского излучения или гамма-излучения, направленного в целевую зону внутри зоны визуализации. Излучение от источника излучения, направленное в целевую зону, проходит через радиационное окно системы магнитно-резонансной визуализации.
Система магнитно-резонансной визуализации содержит по меньшей мере одну радиационно-проницаемую электрическую передающую линию. Электрическая передающая линия выполнена с возможностью передачи электрического сигнала и продолжается через радиационное окно. Электрическая передающая линия обеспечивается микрополосковой линией передачи, содержащей токопроводящую линию, продолжающуюся параллельно земляному слою. Токопроводящая линия и земляной слой отделены друг от друга диэлектрической подложкой.
В другом аспекте микрополосковая линия является многопроводниковой микрополосковой линией и содержит множество токопроводящих линий, продолжающихся параллельно земляному слою. Земляной слой является общим земляным слоем для токопроводящих линий, отделенным от токопроводящих линий диэлектрической подложкой.
В другом аспекте положение передающей линии внутри радиационного окна находится в позиции минимальной связи передающей линии с одним или более элементами приемной катушки системы магнитно-резонансной визуализации.
В другом аспекте микрополосковая линия подсоединена к элементу катушки антенной решетки, содержащей множество элементов приемной катушки системы магнитно-резонансной визуализации, и микрополосковая линия выполнена с возможностью передачи радиочастотного (RF) сигнала, принятого элементами приемной катушки антенной решетки, через радиационное окно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения только в качества примеров и со ссылками на чертежи, на которых:
ФИГ. 1 – показывает схематическую диаграмму приводимого в качестве примера медицинского инструмента для радиотерапии, контролируемой магнитно-резонансной визуализацией;
ФИГ. 2 – показывает схематическую диаграмму первой приводимой в качестве примера катушки фазированной решетки в радиационном окне;
ФИГ. 3 – показывает схематическую диаграмму представление второй приводимой в качестве примера катушки фазированной решетки в радиационном окне;
ФИГ. 4A – показывает схематическую диаграмму типовой микрополосковой линии;
ФИГ. 4B – показывает схематическую диаграмму типовой многопроводниковой микрополосковой линии;
ФИГ. 5 – показывает схематическую диагараммукатушки фазированной решетки, показанной на фиг. 3, с многопроводниковой микрополосковой линией, показанной на фиг. 4B;
ФИГ. 6A – показывает схематическую диагарамму третьей приводимой в качестве примера катушки фазированной решетки; и
ФИГ. 6B – показывает диагарамму зависимости между связью и положением микрополосковой линии по отношению к приводимой в качестве примера катушке фазированной решетки, показанной на фиг. 6A.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В дальнейшем одинаково пронумерованные элементы на чертежах являются либо подобными элементами, либо выполняющими эквивалентную функцию. Элементы, которые были обсуждены ранее, не будут обязательно обсуждаться на последующих чертежах, если их функция эквивалентна.
Различные структуры, системы и устройства схематически изображаются на чертежах только в целях пояснения и так, чтобы не затемнять настоящее изобретение деталями, которые хорошо известны специалистам в данной области техники. Тем не менее, прилагаемые чертежи включены в состав описания и поясняют иллюстративные примеры раскрываемого предмета изобретения.
Радиотерапия направлена на уничтожение клеток злокачественного новообразования, оказывая при этом минимальное вредное влияние на окружающие здоровые органы. Общая доза, требуемая для уничтожения опухоли, которая обычно составляет от около 20 Гр до 80 Гр, в общем случае распределяется по многим сеансам лечения.
Имеются два основных недостатка, которые должны быть приняты во внимание при использовании источника излучения для радиотерапии: воздействие излучения на здоровую ткань и неопределенность относительно положения и формы опухоли. Эти недостатки определяют лимитирующее ограничение максимальной дозы излучения при лечении.
Воздействие излучения на здоровые клетки, окружающие опухоль, может быть ограничено облучением опухоли с разных углов и изменением формы луча. К тому же во время одного сеанса только доза около 2 Гр может быть приложена. При этом здоровые клетки имеют некоторое время для восстановления от излучения до следующего сеанса лечения.
Для того чтобы иметь способность к использованию этих технических приемов, необходимо точное знание о форме и расположении опухоли. Для того чтобы получить изображение анатомической структуры, содержащей подлежащую обработке опухоль, а также здоровую ткань, окружающую опухоль, может быть использована MRI. Влияние вышеупомянутых ограничений может быть уменьшено и/или сведено к минимуму использованием контролируемой визуализацией радиотерапии, например, основанной на MRI. MRI-RT система означает систему магнитно-резонансной визуализации в сочетании с внешним источником излучения для радиотерапии.
0
Магнитно-резонансная визуализация является способом формирования медицинских изображений, который может быть использован как в диагностике, так и как части лечения разных заболеваний, таких как рак. Что касается лечения заболеваний, MRI может быть использована для мониторинга и направления лечения. Для получения MRI изображений пациент располагается внутри сильного статического магнитного поля (B). Затем на пациента подается радиочастотный (RF) импульс. RF импульс побуждает тело излучать в ответ другой RF сигнал, так называемый сигнал ядерного магнитного резонанса (NMR). NMR сигнал принимается приемной катушкой и передается в процессор, который реконструирует изображение, используя полученные MRI данные.
0=(
0
0
0
0
6
Приложение статического магнитного поля к пациенту, содержащему протоны в зоне визуализации MRI системы, приводит в результате к прецессии протонов относительно внешнего магнитного поля с ларморовской частотой. Ларморовская частота fγ/2π)B, где γ является гиромагнитным отношением, а B- напряженностью внешнего магнитного поля. Для водородного ядра γ=267,522*101/Ts. Таким образом, если, например, B=1,5 T, то ларморовская частота f≈63,87 МГц.
0
3
-12
Первоначально протоны, совершающие прецессионное движение относительно B-поля, не совпадают по фазе, что приводит в результате к отсутствию чистого компонента. Когда мощный, например, порядка 10 ватт, RF импульс на ларморовской частоте прикладывается к протонам, протоны начинают совершать прецессионное движение в фазе друг с другом. Когда RF импульс прекращается, протоны излучают свою избыточную энергию и возвращаются в свое первоначальное состояние. Излученный сигнал является NMR сигналом, который принимается приемными катушками. Мощность сигнала составляет, например, порядка 10 ватт и уменьшается экспоненциально.
60
MRI может обеспечивать превосходный мягкотканный контраст по сравнению с другими способами формирования медицинских изображений, такими как компьютерная томография. MRI-контролируемая радиотерапия означает использование MRI изображений для улучшения подачи радиационного облучения. Возможность использования MRI изображений в качестве руководства в планировании подачи дозы повышает точность терапии и потенциально улучшает результат лечения. По мере того как повышается число диагностированных раковых заболеваний, возрастает необходимость в более эффективной радиационной терапии. Повышенная точность MRI-контролируемой терапии по сравнению с традиционной радиационной терапией позволяет использовать более высокие дозы облучения, что уменьшает необходимое число сеансов лечения. Для MRI-контролируемой радиотерапии может быть использован медицинский инструмент, который сочетает MRI систему и источник излучения, подобный, например, линейному ускорителю заряженных частиц (LINAC), используемому для генерации излучения высокой энергии. Альтернативный источник излучения может быть обеспечен, например, используя CO радионуклиды. Такой медицинский инструмент для MRI-контролируемой радиотерапии может быть использован для подачи точного радиационного терапевтического облучения пациентам с раковым заболеванием.
Зона, где излучение от источника излучения проходит через MRI систему, конкретно, через приемные катушки, называется радиационным окном или, иногда, зеленой зоной.
Обычно в медицинских инструментах для радиотерапии используются коаксиальные кабели вследствие их хорошей изоляции по отношению к условиям окружающей среды. Однако коаксиальные кабели непривлекательны по двум причинам: количество металл в этих кабелях с относительно большим диаметром ослабляет излучение, а круглая форма кабелей рассеивает излучение.
Варианты осуществления могут иметь положительный эффект в том, что они позволяют передавать электрический сигнал через радиационное окно, используя передающую линию, обеспечиваемую микрополосковой линией или многопроводниковой микрополосковой линией. Многопроводниковая микрополосковая линия позволяет передавать множество электрических сигналов через одну и ту же передающую линию. Микрополосковая линия может быть совместима с источником излучения благодаря ее радиационной стойкости и ее радиационной проницаемости, то есть малому затуханию излучения, проходящего через материал. Проницаемость означает физическое свойство, позволяющее излучению проходить (по меньшей мере частично) через материал. Согласно вариантам осуществления микрополосковые линии и/или их компоненты имеют прямоугольное сечение, которое может ослаблять рассеяние излучения. Таким образом, передающая линия в форме микрополосковой линии в радиационном окне может по-прежнему позволять пучку излучения, исходящему от источника излучения, проходить через него. Передающая линия может быть использована для передачи RF сигнала, например, 63,87 МГц RF сигнала, через радиационное окно в приемной катушке. Другими словами, передающая линия, создаваемая микрополосковой линией, может работать на ларморовской частоте MRI системы. Возможность передачи RF сигнала через радиационное окно позволяет реализовать приемные катушки с меньшими элементами катушек, что приводит в результате к более высокому отношению сигнал/шум. Материалы, из которых состоит микрополосковая линия, могут быть выбраны немагнитными, чтобы не создавать помех получению MRI данных.
Микрополосковая линия может содержать по меньшей мере одну токопроводящую линию. Многопроводниковая микрополосковая линия может содержать множество токопроводящих линий. Это может иметь положительный эффект в том, что множество токопроводящих линий может быть реализовано в компактном исполнении. Кроме того, все токопроводящие линии могут располагаться в одном и том же положении с минимальной связью с другими компонентами MRI системы, такими, например, как элементы катушек.
Микрополосковые линии являются типом электрических передающих линий, которые могу изготавливаться с использованием технологии печатных плат (PCB) и могут быть использованы для передачи сверхвысокочастотных сигналов. Микрополосковая линия содержит одну или более токопроводящих полосок, называемых также токопроводящими линиями, которые отделены от общей земляной пластины диэлектрической подложкой, известной как подложка. Микрополосковая линия может быть полностью выполнена как рисунок металлизации на подложке.
Отношение сигнал/шум (SNR) является ключевым признаком любой MRI системы. SNR является мерилом, которое сравнивает интенсивность сигнала по отношению к изображению и уровню шума. Сигнал является средней яркостью пикселов внутри изображенного объекта по отношению к интенсивности NMR сигнала, а шум является стандартным отклонением пикселов за пределы соответствующего объекта.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, объекты настоящего изобретения могут быть реализованы в виде аппарата или компьютерного программного продукта. В соответствии с этим объекты настоящего изобретения могут иметь форму полностью аппаратного варианта осуществления, полностью программного варианта осуществления (включая сюда встроенные программы, резидентное программное обеспечение, микрокод, и т.п.) или варианта осуществления, сочетающего объекты программного и аппаратного обеспечения, которые все могут в общем случае именоваться здесь как ʺсхемаʺ, ʺмодульʺ или ʺсистемаʺ. Кроме того, объекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта в одном или более машиночитаемых носителях информации, имеющих выполняемый компьютером код, реализованный в них.
Может быть использовано любое сочетание одного или более машиночитаемых носителей информации. Машиночитаемый носитель информации может быть носителем сигналов или запоминающим носителем информации. Термин ʺмашиночитаемый запоминающий носитель информацииʺ, как он используется здесь, охватывает любой материальный носитель информации, способный запоминать команды, которые исполняются процессором компьютерного устройства. Машиночитаемый запоминающий носитель информации может быть машиночитаемым энергонезависимым запоминающим носителем информации. Машиночитаемый запоминающий носитель информации может быть также вещественным машиночитаемым носителем информации. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый запоминающий носитель информации может быть также способен к запоминанию данных, к которым может иметь доступ процессор компьютерного устройства. Примеры машиночитаемых запоминающих носителей информации включают в себя, не ограничиваясь этим, гибкий диск, накопитель на жестком магнитном диске, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB флэш-накопитель, оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), оптический диск, магнитно-оптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и универсальные цифровые диски (DVD), например, CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R диски. Термин машиночитаемый запоминающий носитель информации также относится к различным типам носителей записи, к которым может быть осуществлен доступ компьютерным устройством через сеть или линию связи. Например, данные могут извлекаться через модем, через Интернет или через локальную сеть. Выполняемый компьютером код, реализованный в машиночитаемом носителе, может передаваться, используя любое подходящее средство, включая сюда, но не ограничиваясь этим, беспроводную связь, проводную линию, оптоволоконный кабель, RF, и т.п., или любое подходящее сочетание вышеперечисленного.
Машиночитаемый носитель сигналов может включать в себя распространяемый сигнал данных с выполняемым компьютером кодом, реализованным в нем, например, в основной полосе частот или как части несущей волны. Такой распространяемый сигнал может принимать любую из множества форм, включая сюда, но не ограничиваясь этим, электромагнитную, оптическую или любое подходящее их сочетание. Машиночитаемый носитель сигналов может быть любым машиночитаемым носителем, который не является машиночитаемым запоминающим носителем информации и который может сообщать, распространять или транспортировать программу для использования системой исполнения команд, аппаратом или устройством, или же в соединении с ними.
ʺПамять компьютераʺ или ʺпамятьʺ является примером машиночитаемого запоминающего носителя информации. Память компьютера является любой памятью, которая непосредственно доступна для процессора. ʺЗапоминающее устройство компьютераʺ или ʺзапоминающее устройствоʺ является другим примером машиночитаемого запоминающего носителя информации. Запоминающее устройство компьютера является любым энергонезависимым машиночитаемым запоминающим носителем информации. В некоторых вариантах осуществления запоминающее устройство компьютера может быть также памятью компьютера, или наоборот.
ʺПроцессорʺ, как он используется здесь, означает электронный компонент, который способен выполнять программу или же исполняемую машиной команду или выполняемый компьютером код. Ссылка на компьютерное устройство, содержащее ʺпроцессорʺ, должна пониматься как возможное содержание более одного процессора или обрабатывающего ядра. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Процессор может также пониматься как группа процессоров внутри одной компьютерной системы или как распределенный среди многих компьютерных систем. Термин ʺкомпьютерное устройствоʺ следует также понимать как относящийся к группе или сети компьютерных устройств, каждый из которых содержит процессор или процессоры. Выполняемый компьютером код может выполняться множеством процессоров, которые могут находиться внутри одного и того же компьютерного устройства или которые могут быть даже распределены по многим компьютерным устройствам.
Выполняемый компьютером код может содержать исполняемые машиной команды или программу, которые побуждают процессор выполнять аспект настоящего изобретения. Выполняемый компьютером код для выполнения операций применительно к аспектам настоящего изобретения может быть записан в любом сочетании одного или более языков программирования, включая сюда объектно-ориентированный язык программирования, такой как Java, Smalltalk, C++ или другой подобный, и общеупотребимые процедурные языки программирования, такие как ʺCʺ язык программирования или подобные языки программирования, и компилированные в исполняемые машиной команды. В некоторых случаях выполняемый компьютером код может быть в форме языка высокого уровня или в предварительно скомпилированной форме и быть использован в сочетании с интерпретатором, который генерирует исполняемые машиной команды в процессе работы.
Выполняемый компьютером код может выполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя как автономный пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или же полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть подсоединен к компьютеру пользователя через любой тип сети, включая сюда локальную сеть (LAN) или региональную сеть (WAN), или же соединение может быть выполнено к внешнему компьютеру (например, через Интернет, используя провайдера услуг Интернет).
Аспекты настоящего изобретения описаны со ссылкой на блок-схемы аппаратов (систем) и компьютерных программных продуктов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Должно быть понятно, что каждый блок или участок блоков на блок-схемах последовательности операций, чертежах и/или блок-схемах может быть реализован командами компьютерной программы в форме выполняемого компьютером кода, когда это применимо. Должно быть также понятно, что, когда они взаимно не исключаются, сочетания блоков в разных блок-схемах последовательности операций, на чертежах и/или в блок-схемах могут быть допустимы. Эти команды компьютерной программы могут подаваться в процессор компьютера общего назначения, специального компьютера или другого программируемого аппарата обработки данных для формирования машины, с тем чтобы команды, которые исполняются через процессор компьютера или другого программируемого аппарата обработки данных, создавали средство для реализации функций/действий, определенных в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций или блок-схем.
Эти команды компьютерной программы могут также запоминаться в машиночитаемом носителе информации, который может направлять компьютер, другой программируемый аппарат обработки данных или другие устройства на функционирование конкретным образом, с тем чтобы команды, хранимые в машиночитаемом носителе информации, создавали готовый продукт, включая сюда команды, которые реализуют функцию/действие, определенные в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций или блок-схемы.
Команды компьютерной программы могут быть также загружены в компьютер, другой программируемый аппарат обработки данных или другие устройства, чтобы вызвать ряд необязательных этапов, которые должны выполняться на компьютере, другом программируемом аппарате или на других устройствах, чтобы сформировать реализуемый компьютером процесс, с тем чтобы команды, которые исполняются на компьютере или другом программируемом аппарате, обеспечивали процессы для реализации функций/действий, определенных в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций или блок-схемы.
ʺПользовательский интерфейсʺ, как он используется здесь, относится к интерфейсу, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. ʺПользовательский интерфейсʺ может также относиться к ʺчеловеко-машинному интерфейсуʺ. Пользовательский интерфейс может предоставлять информацию или данные оператору и/ли принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может обеспечивать, чтобы ввод от оператора был принят компьютером, и может обеспечивать вывод пользователю от компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволить оператору управлять или манипулировать компьютером, и этот интерфейс может позволить компьютеру указывать результаты производимого оператором управления или манипулирования. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером предоставления информации оператору. Прием данных с помощью клавиатуры, мыши, шарового манипулятора, сенсорной панели, ручки координатно-указательного устройства, планшета графического ввода, джойстика, геймпада, веб-камеры, гарнитуры, ручки переключения скорости, штурвала управления, педалей, управляющих перчаток, танцевального коврика, дистанционного управления и акселерометра - все это представляет примеры компонентов пользовательского интерфейса, которые способны обеспечить прием информации или данных от оператора.
ʺАппаратный интерфейсʺ, как он используется здесь, означает интерфейс, который позволяет процессору компьютерной системы взаимодействовать и/или управлять внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Аппаратный интерфейс может позволить процессору посылать сигналы управления или команды во внешнее вычислительное устройство и/или аппарат. Аппаратный интерфейс может также позволить процессору обмениваться данными с внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, не ограничиваясь этим, универсальную последовательную шину, IEEE 1394 порт, параллельный порт, IEEE 1284 порт, последовательный порт, RS-232 порт, IEEE-488 порт, Bluetooth соединение, соединение по беспроводной локальной сети, TCP/IP соединение, Ethernet соединение, интерфейс с регулировкой напряжения, MIDI интерфейс, интерфейс с аналоговым входом и интерфейс с цифровым входом.
ʺДисплейʺ или ʺдисплейное устройствоʺ, как они используются здесь, означают выходное устройство или пользовательский интерфейс для воспроизведения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, звуковые или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, не ограничиваясь этим, компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, брайлевский экран, электроннолучевую трубку (CRT), запоминающую трубку, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный флуоресцентный (VF) дисплей, светодиодный (LED) дисплей, электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменные дисплейные панели (PDP), жидкокристаллический дисплей (LCD), дисплей на органических светодиодах (OLED), проекционный аппарат и шлем-дисплей.
Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из радиационно-стойкого материала. Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из материала с общей радиационной стойкостью по меньшей мере 10 кГр. Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из материала с общей радиационной стойкостью по меньшей мере 250 кГр. Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из материала с общей радиационной стойкостью по меньшей мере 1 МГр. Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из материала с общей радиационной стойкостью по меньшей мере 10 МГр.
Долгосрочная радиационная стойкость используется для описания способности материала выдерживать ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение высокой энергии от источника излучения, используемого для радиотерапии, такого, например, как LINAC, может вызвать ухудшение механических и электрических свойств материалов в MR-RT компонентах. Чем выше радиационная стойкость компонента, тем дольше ожидаемый срок службы компонента. 10-летняя общая доза для обычных MR-LINAC приемных катушек может, например, оцениваться в 240 кГр.
Варианты осуществления могут иметь полезный эффект в том, что ухудшение свойств используемых материалов вследствие накопленной за срок службы дозы излучения, что может привести к нарушению функционирования системы, а также к проблемам безопасности, может быть устранено. Таким образом, может быть достигнута повышенная надежность системы. Кроме того, могут быть устранены короткие интервалы замены или перестановки соответствующих компонентов. Наконец, не требуется дополнительного экранирования. Экранирование может быть реализовано, например, вольфрамовыми пластинами. Однако экранирование тяжелыми металлами может быть нежелательным, например, вследствие результирующего увеличения массы компонентов. Кроме того, тяжелые металлы будут повышать затухание излучения. Для передающих линий, проходящих через радиационное окно MR-RT системы, смена местоположения, а также экранирование практически нецелесообразны. Однако, выбирая изолирующий материал с достаточной радиационной стойкостью, передающая линия может быть выполнена с возможностью выдерживания воздействия излучения.
Согласно вариантам осуществления, диэлектрическая подложка состоит из полиимида. Использование полиимида может иметь полезный результат в обеспечении высокой радиационной стойкости. Полиимид может при этом выдерживать долгосрочное воздействие жестких атмосферных условий. Полиимид может выдерживать излучение высокого уровня мощности с дозами до 10 МГр при незначительном изменении или вовсе без изменения физических или электрических свойств. Более тонкие диэлектрические подложки вызывают меньшее затухание излучения, но они могут также привести к затруднениям в проектировании передающей линии. Толщина может, например, выбираться равной 101,6 мкм. В качестве материала проводника выбиралась медь благодаря ее превосходной проводимости.
Согласно вариантам осуществления, толщина токопроводящих линий минимизирована. Согласно вариантам осуществления, толщина токопроводящих линий менее 50 мкм. Согласно вариантам осуществления, толщина токопроводящих линий менее 20 мкм. Согласно вариантам осуществления, толщина токопроводящих линий менее 10 мкм.
Согласно вариантам осуществления, толщина земляного слоя минимизирована. Согласно вариантам осуществления, толщина диэлектрической подложки минимизирована. Согласно вариантам осуществления, толщина диэлектрической подложки менее 110 мкм. Согласно вариантам осуществления, толщина диэлектрической подложки менее 50 мкм.
Для того чтобы достигнуть пациента, излучение должно пройти через радиационное окно MRI RT системы. Все части системы, расположенные в радиационном окне между источником излучения и пациентом, вызывают затухание излучения. Затухание должно быть минимизировано проектированием компонентов внутри радиационного окна. Кроме того, затухание должно быть насколько возможно равномерным в радиационном окне, чтобы обеспечить равномерное распределение излучения в ткани, подлежащей обработке, например, опухоли.
MRI система содержит по меньшей мере одну приемную катушку, которая обеспечивает чувствительную антенну, настраиваемую на ларморовскую частоту. Переменное магнитное поле NMR сигнала, возбуждаемое MRI системой, наводит небольшой ток в приемной катушке. Этот аналоговый сигнал усиливается малошумящим предварительным усилителем приемной катушки и посылается в аналого-цифровой преобразователь, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Традиционные MRI приемные катушки располагаются как можно ближе к зоне визуализации, обычно сверху и под пациентом, который лежит на тележке MRI системы. Однако приемные катушки, используемые для радиотерапии, не могут касаться пациента, потому что это может вызвать изменение формы внутренних органов и опухолей.
Согласно вариантам осуществления, приемные катушки создаются катушкой фазированной решетки, содержащей множество элементов катушки. Катушка фазированной решетки может содержать, например, от 4 до 32 элементов катушки. Варианты осуществления могут иметь полезный эффект в том, что катушка фазированной решетки может получать данные магнитного резонанса от большой площади, которая накрывается множеством элементов катушки, содержащихся в катушке фазированной решетки, сохраняя при этом высокое отношение сигнал-шум благодаря малым виткам отдельных элементов катушки. Общее правило при проектировании приемных катушек состоит в том, что наивысшее возможное SNR для круглых витков катушки достигается с расстояния, которое равно диаметру круглого витка.
Связь между соседними элементами катушки, которая может вводить сигналы в элементы катушки, увеличивая шум, может быть ослаблена геометрическим перекрытием витков соседних элементов катушек. Посредством перекрытия соседние элементы катушки могут быть развязаны друг от друга.
Каждый элемент катушки может иметь предварительный усилитель, который усиливает ток, наводимый NMR сигналом. Этот усиленный аналоговый сигнал передается в аналого-цифровой преобразователь через передающую линию. Как и в случае элементов катушки, может быть желательно минимизировать связь передающих линий с элементами катушки, а также с другими передающими линиями, для того чтобы предотвратить уменьшение SNR.
Согласно вариантам осуществления, множество элементов приемной катушки в системе магнитно-резонансной визуализации расположено во множестве параллельных рядов, образующих прямоугольную матричную структуру. Передающая линия продолжается рядом с общей центральной линией элементов катушки, содержащихся в самом крайнем столбце матричной структуры. Варианты осуществления могут иметь положительный эффект в том, что множество элементов приемной катушки, которые расположены в матричной структуре, могут позволить параллельное формирование изображений вдоль рядов, а также вдоль столбцов матричной структуры. Кроме того, расположение передающей линии рядом с центральной линией элементов катушки, содержащихся в самом крайнем столбце, может свести к минимуму связь между передающей линией и элементами катушки матричной структуры.
Согласно вариантам осуществления, позиция минимальной связи определяется как позиция из ряда, содержащего множество позиций, для которой измеряется минимальная связь передающей линии с элементами катушки антенной решетки. Связь между передающей линией и витком приемной катушки может сильно зависеть от положения передающей линии. Передающая линия может, например, перемещаться по радиационному окну, и может измеряться связь для разных положений. Таким образом, может быть определено одно или более положений с минимальной связью.
Согласно вариантам осуществления, передающая линия и по меньшей мере один из элементов приемной катушки антенной решетки выполняются на общей печатной плате. Подложка печатной платы используется как диэлектрическая подложка микрополосковой линии.
Микрополосковые линии изготавливаются на печатной плате (PCB). Печатные платы механически поддерживают и электрически соединяют электронные компоненты, используя токопроводящие дорожки, контактные площадки и другие топологические элементы, изготовленные травлением, например, из медных листов, ламинированных на непроводящей подложке. Компоненты, такие как конденсаторы, резисторы или активные устройства, могут, например, припаиваться на PCB или встраиваться в подложку. Витки элементов приемной катушки могут также изготавливаться на печатной плате. Может быть целесообразно выполнять передающие линии и витки на одной и той же PCB. Тем самым можно исключить использование двух PCB, располагаемых друг над другом. При использовании только общей PCB толщина сочетания витка и микрополосковой линии может быть уменьшена, например, в два раза.
Согласно вариантам осуществления, множество электрических передающих линий продолжается через радиационное окно. Множество электрических передающих линий создается множеством микрополосковых линий. Согласно вариантам осуществления, обеспечивается множество многопроводниковых микрополосковых линий.
Согласно вариантам осуществления, медицинский инструмент выполняется с возможностью перемещения источника излучения по отношению к радиационному окну, с тем чтобы изменялось положение, в котором рентгеновское излучение или гамма-излучение, направленное в целевую зону, проходит через радиационное окно. Варианты излучения могут иметь положительный эффект в том, что опухоль может облучаться с разных углов. Для того чтобы не ограничивать перемещение источника излучения и не ограничивать возможные углы, под которыми может подаваться излучение, может оказаться необходимым располагать передающие линии внутри радиационного окна. Согласно вариантам осуществления, медицинский инструмент выполняется с возможностью поворота источника излучения относительно оси поворота. Согласно вариантам осуществления, медицинский инструмент выполняется с возможностью перемещения источника излучения вдоль оси поворота.
Согласно вариантам осуществления, источник излучения, такой, например, как LINAC, располагается на кольце вокруг MRI системы. LINAC может поворачиваться по кольцу, так что излучение может подаваться под разными углами к пациенту. Компоненты MRI системы, такие как градиентные катушки и сверхпроводящие катушки, могут иметь радиационное окно, через которое может проходить излучение от источника излучения с минимальным затуханием.
Согласно вариантам осуществления, источник излучения обеспечивает LINAC, испускающий рентгеновское излучение. Линейный ускоритель заряженных частиц (LINAC) является типом ускорителя заряженных частиц. Он повышает кинетическую энергию заряженных субатомных частиц или ионов, воздействуя на эти заряженные частицы серией осциллирующих электрических потенциалов вдоль линейного пучка излучения. LINAC используются для разнообразных применений, например, они используются для генерации рентгеновского излучения для медицинских целей в радиотерапии. Линейные ускорители используются, в частности, в радиационном терапевтическом облучении применительно к пациентам с раковым заболеванием. При радиационном облучении рентгеновское излучение высокой энергии, генерируемое LINAC, используется для разрушения раковых клеток. Излучение генерируется ускорением электронов в волноводе и сталкиванием ускоренных электронов с целью из твердого металла. Сталкивание производит протоны с высокой энергией в процессе тормозного излучения. Эти протоны направлены на опухоль пациента и сформированы для совпадения с формой опухоли.
Согласно вариантам осуществления, источник излучения содержит радионуклиды, испускающие гамма-излучение от гамма-распада.
Здесь рентгеновское излучение и гамма-излучение определяются их происхождением: рентгеновское излучение испускается электронами, например, когда они ускоряются для образования тормозного излучения, тогда как гамма-излучение испускается ядрами.
60
Например, CO может быть использован в качестве источника излучения, который испускает гамма-излучение для медицинской радиотерапии. Так называемое лечение радиоактивным кобальтом или кобальт-60 терапия относится к медицинскому использованию гамма-излучения от радиоизотопного кабальта-60 для лечения заболеваний, таких как рак. При использовании в радиотерапии кобальтовые пушки создают стабильные дихроматические лучи с энергией 1,17 МэВ и 1,33 МэВ, что дает в результате среднюю энергию луча 1,25 МэВ. Кобальт-60 изотоп имеет период полураспада 5,3 года, так что может потребоваться время от времени заменять кобальт-60.
Согласно вариантам осуществления, медицинский инструмент содержит процессор для управления медицинским инструментом. Медицинский инструмент дополнительно содержит память, содержащую исполняемые машиной команды для исполнения их процессором, при этом исполнение исполняемых машиной команд побуждает процессор принимать план лечения для облучения целевой зоны; получать данные магнитного резонанса, используя систему магнитно-резонансной визуализации; реконструировать магнитно-резонансное изображение из данных магнитного резонанса для регистрации положения целевой зоны в магнитно-резонансном изображении; регистрировать положение целевой зоны в магнитно-резонансном изображении; генерировать сигналы управления в соответствии с положением целевой зоны и планом лечения; и осуществлять управление источником излучения для облучения целевой зоны, используя сигналы управления.
Согласно вариантам осуществления, память дополнительно содержит данные последовательности импульсов и протокол параллельной магнитно-резонансной визуализации. Данные последовательности импульсов выполнены с возможностью побуждения процессора к получению данных магнитного резонанса в соответствии с протоколом параллельной магнитно-резонансной визуализации. Магнитно-резонансное изображение реконструируется из данных магнитного резонанса в соответствии с протоколом параллельной магнитно-резонансной визуализации.
Параллельная визуализация может позволить повысить SNR и ускорить получение изображения. Параллельная визуализация служит для реконструкции свободных от артефактов изображений либо из смешанных изображений (реконструкция SENSE типа), либо из данных, полученных с недостаточной плотностью наблюдений (реконструкция GRAPPA типа). В клинических условиях более быстрое получение изображений может, например, быть использовано для сокращения времени задержки дыхания, что приводит в результате к меньшему числу обследований или лечений с нарушениями вследствие движения.
Согласно вариантам осуществления, память дополнительно содержит ряд значений чувствительности катушки для элементов катушки антенной решетки. Протокол параллельной магнитно-резонансной визуализации является SENSE протоколом, и магнитно-резонансное изображение реконструируется из данных магнитного резонанса с использованием ряда значений чувствительности катушки.
Варианты осуществления могут иметь положительный эффект в том, что может быть применена геометрия катушки, которая позволяет использовать кодирование чувствительности (SENSE), например, в направлении от головы до ног пациента. Используя SENSE, можно сократить время визуализации. Время получения может быть уменьшено в число раз от одного до числа элементов катушки, используемых для получения данных.
Ряд независимых, несвязанных элементов приемных катушек может быть использован для магнитно-резонансного получения данных, повышая тем самым измеряемое отношение сигнал/шум (SNR) по сравнению с единственной катушкой. Такие отдельные катушки многокатушечной установки в общем случае имеют лучший коэффициент заполнения, то есть часть чувствительного объема катушки, заполненная образцом, выше, но такие катушки имеют неравномерную приемную чувствительность и разные пространственные положения. Таким образом, магнитно-резонансные (MR) сигналы, обнаруживаемые катушками, кодируются по чувствительности, предоставляя другое и альтернативное средство в MRI для выполнения пространственного кодирования параллельно обычному Фурье кодированию сигналов. Используя ряд таких катушек, можно произвести грубую выборку k-пространства, то есть пространства MRI данных, чтобы ускорить сканирование, применяя соответствующие технические приемы реконструкции изображения для реконструкции магнитно-резонансных изображений, которые свободны от артефактов неполной выборки/развертки, и объединить изображения от отдельных катушек. Одним примером такого способа реконструкции изображений, который к тому же выполняет сочетание изображений, генерируемых множеством катушек, является кодирование чувствительности или способ SENSE реконструкции. SENSE может быть также применен, если не выполняется неполная выборка, и обеспечивает оптимальное сочетание изображений с точки зрения отношения сигнал/шум.
Способ SENSE реконструкции был введен журнальной статьей Пруссмана (Pruessmann) и его соавторов ʺSENSE: кодирование по чувствительности для быстрой MRIʺ, ʺMagnetic Resonance in Medicineʺ, 42:952-962 (1999).
Терминология для описания SENSE реконструкции хорошо известна и была предметом многих обзорных статей, и представлена в стандартных работах по магнитно-резонансной визуализации. Например, в ʺРуководстве по MRI последовательности импульсовʺ Бернстайна (Bernstein) и др., опубликованном в Elsevier Academic Press в 2004 г. и содержащем обзор способа SENSE реконструкции на стр. 527-531.
60
На фиг. 1 схематически представлены сечение и функциональный вид медицинского инструмента 100. Медицинский инструмент 100 показан как содержащий систему 102 радиотерапии и систему 106 магнитно-резонансной визуализации. Система 102 радиотерапии содержит кольцевой механизм 108. Кольцевой механизм 108 поддерживает источник 110 радиотерапии. Источник 110 радиотерапии представляет и может, например, быть LINAC источником рентгеновского излучения, X-ray 2 или источником радиоизотопного гамма-излучения, таким как CO источник гамма-излучения. Рядом с источником 110 радиотерапии находится коллиматор 112 многолепесткового пучка для коллимирования пучка 114 излучения, который генерируется источником 110 радиотерапии. Кольцевой механизм 108 также выполнен с возможностью перемещения, например, поворота источника 110 радиотерапии и коллиматора 112 пучка относительно точки 117 поворота системы 102 радиотерапии. Ось 116 поворота проходит через точку 117 поворота.
Система 106 магнитно-резонансной визуализации показана содержащей главный магнит 122. Кольцевой механизм 108 является кольцеобразным и окружает главный магнит 122. Главный магнит 122, показанный на фиг. 1, является сверхпроводящим магнитом цилиндрической формы. Однако другие магниты также применимы для вариантов осуществления этого изобретения. Главный магнит 122 имеет переохлажденный криостат 124. Внутри криостата 124 имеется ряд сверхпроводящих катушек 126. Имеются также компенсационные катушки 128, в которых ток имеет противоположное направление току в сверхпроводящих катушках 126. Это создает зону 130 слабого магнитного поля, которая окружает или охватывает главный магнит 122. Цилиндрический главный магнит 122 показан имеющим ось 132 симметрии.
Внутри туннеля магнита имеется градиентная катушка 134 магнитного поля, которая используется для получения данных магнитного резонанса с целью пространственного кодирования объектов внутри зоны 138 визуализации главного магнита 122. Градиентная катушка 134 магнитного поля подсоединена к источнику 136 питания градиентной катушки магнитного поля. Градиентная катушка 134 магнитного поля служит для представления. Обычно градиентные катушки магнитного поля содержат три отдельных ряда катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных направлениях пространства. Зона 138 визуализации располагается в центре главного магнита 122.
Рядом с зоной 138 визуализации имеется радиочастотная (RF) катушка 140 для манипулирования ориентацией магнитных спинов внутри зоны 138 визуализации и для приема радиопередач от спинов также внутри зоны 138 визуализации. Радиочастотная катушка 140 подсоединена к радиочастотному приемо-передатчику 142. Радиочастотная катушка 140 и радиочастотный приемо-передатчик 142 могут быть заменены отдельными катушками передачи и приема и отдельными передатчиком и приемником. Понятно, что радиочастотная катушка 140 и радиочастотный приемо-передатчик 142 представлены просто для примера.
Согласно вариантам осуществления, радиочастотная катушка 140 может содержать катушку фазированной решетки для приема RF сигналов. Пучок 114 излучения проходит через систему 106 магнитно-резонансной визуализации. Пучок 114 излучения проходит конкретно через радиочастотную катушку 140. Область радиочастотной катушки 140, через которую может проходить пучок 114 излучения, определяется радиационным окном 141. Через радиационное окно 141 продолжается по меньшей мере одна передающая линия системы 106 магнитно-резонансной визуализации, которая представлена микрополосковой линией. Согласно вариантам осуществления, передающая линия передает RF сигнал, принятый радиочастотной катушкой 140 или одним из элементов катушки, соответственно, через радиационное окно 141.
Внутри центра главного магнита располагается также пациент 144. Пациент 144 имеет целевую зону 146 и показан спокойно лежащим на тележке 148 для пациента. RF катушка 140 может передавать RF импульсы в целевую зону 146. Тележка 148 для пациента имеет механическую систему 150 позиционирования. Механическая система 150 позиционирования выполнена с возможностью позиционирования тележки 148 для пациента внутри главного магнита 122. В зависимости от пространств, доступного внутри главного магнита 122, механическая система 150 позиционирования может перемещать тележку 148 для пациента в разных направлениях, включая сюда направление, перпендикулярное к оси 132 магнита. Если имеется большее доступное пространство внутри главного магнита 122, механическая система 150 позиционирования может иметь большее число степеней свободы. Например, механическая система 150 позиционирования может располагать тележку 148 для пациента, используя шесть степеней свободы.
Радиочастотный приемо-передатчик 142, источник 136 питания градиентной катушки магнитного поля, механический толкатель 104 и механическая система 150 позиционирования показаны все подсоединенными к аппаратному интерфейсу 154 компьютерной системы 152. Компьютерная система 152 использует процессор 156 для управления медицинским инструментом 100.
Компьютерная система 152, показанная на фиг. 1, является иллюстративной. Многие процессоры и компьютерные системы могут быть использованы для реализации функциональных свойств, представленных этой одной компьютерной системой. Компьютерная система 152 содержит аппаратный интерфейс 154, который позволяет процессору 156 посылать и принимать сообщения от компонентов медицинского инструмента 100. Процессор 156 также подсоединен к дисплейному устройству 158, запоминающему устройству 160 компьютера и к памяти 162 компьютера. Дисплейное устройство 158 может содержать чувствительное дисплейное устройство с сенсорным экраном. Дисплейное устройство может быть снабжено вставным сенсорным пером, которое позволяет пользователю более эффективно манипулировать дисплейным устройством 158.
Система 102 радиотерапии не показана подсоединенной к аппаратному интерфейсу 154. Система 102 радиотерапии может быть, например, подсоединена к аппаратному интерфейсу 154 и сообщаться с компьютерной системой 152 через механический толкатель 104.
Для примера, показанного на фиг. 1, ось 116 поворота системы радиотерапии не коаксиальна с осью 132 магнита. Точка 117 поворота показана как смещенный центр относительно оси 132 магнита. Можно увидеть, что целевая зона 146 эксцентрична и смещена относительно оси 132 магнита. Система 102 радиотерапии сдвинута механическим толкателем 104 таким образом, что точка 117 поворота системы радиотерапии находится в пределах целевой зоны 146. Можно увидеть, что кольцевой механизм 108 был сдвинут по отношению к магниту 122.
Пучок 114 излучения проходит через точку 117 поворота. Размещение точки 117 поворота в центре целевой зоны позволяет непрерывно обрабатывать целевую зону, когда пучок 114 излучения создается источником 110 излучения и поворачивается кольцевым механизмом 108.
Запоминающее устройство 160 компьютера показано содержащим данные 170 магнитного резонанса, которые были получены системой 106 магнитно-резонансной визуализации, используя данные 168 последовательности импульсов, содержащиеся в запоминающем устройстве 160 компьютера. Запоминающее устройство 160 компьютера показано дополнительно содержащим магнитно-резонансные изображения 172, которые были реконструированы из данных 170 магнитного резонанса. Согласно вариантам осуществления, магнитно-резонансные изображения 172 реконструируются в соответствии с протоколом 171 параллельной магнитно-резонансной визуализации. При реконструкции магнитно-резонансных изображений 172 в соответствии с протоколом 171 параллельной магнитно-резонансной визуализации может быть использован ряд значений чувствительности 169 катушки, содержащихся в запоминающем устройстве 160 компьютера. Ряд значений чувствительности 169 катушки может представлять чувствительности катушки для множества элементов приемной катушки, содержащихся в радиочастотной катушке 140. Запоминающее устройство 160 компьютера показано дополнительно содержащим план 174 лечения. Ряд значений чувствительности 169 катушки используется, например, когда магнитно-резонансные изображения 172 реконструируются в соответствии с SENSE протоколом, обеспечиваемым протоколом 171 параллельной магнитно-резонансной визуализации. Запоминающее устройство 160 компьютера показано дополнительно содержащим сигналы 178 управления радиотерапией.
Память 162 компьютера содержит исполняемые машиной команды 180, 182, 186, 188, 194 для исполнения их процессором 156. Память 162 компьютера показана содержащей модуль 180 управления медицинского инструмента. Модуль 180 управления медицинского инструмента содержит исполняемые машиной команды, которые позволяют процессору 156 управлять общим функционированием медицинского инструмента 100. Память 162 компьютера показана дополнительно содержащей модуль 182 управления системы радиотерапии. Модуль 182 управления системы радиотерапии содержит исполняемые машиной команды, которые позволяют процессору 156 управлять функционированием системы 102 радиотерапии.
Память 162 компьютера показана дополнительно содержащей модуль 186 управления магнитно-резонансной визуализацией. Модуль 186 управления магнитно-резонансной визуализацией содержит исполняемый машиной код, который позволяет процессору управлять функционированием и работой системы 106 магнитно-резонансной визуализации. Память 162 компьютера показана дополнительно содержащей модуль 188 реконструкции изображений. Модуль 188 реконструкции изображений содержит исполняемый машиной код, который используется процессором 156 для преобразования данных 170 магнитного резонанса в изображения 172.
Память 162 компьютера показана дополнительно содержащей модуль 194 генерации сигналов управления радиотерапией. Модуль 194 генерации сигналов управления радиотерапией содержит исполняемый машиной код, который процессор 156 использует для генерации сигналов 178 управления радиотерапией. Сигналы 178 управления радиотерапией могут генерироваться в сочетании с планом 174 лечения.
На фиг. 2 схематически показано радиационное окно 141 первой приводимой в качестве примера катушки 200 фазированной решетки с четырьмя элементами 202 катушки. Катушка 200 фазированной решетки содержится, например, в радиочастотной катушке 140 на фиг. 1. Размер радиационного окна 141 определяется, например, максимальным используемым размером прямоугольного поля излучения. В направлении слева-направо радиационное окно 141 должно достигать полной ширины катушки 200 фазированной решетки, с тем чтобы излучение могло быть подано со всех направлений поперечной плоскости пациента. Источник излучения может поворачиваться, например, на 360° вокруг оси поворота в направлении голова-ноги. Электрические компоненты, такие как предварительный усилитель 206 для усиления RF сигналов, принятых отдельными элементами 202 катушки 200 фазированной решетки, располагаются за пределами радиационного окна 141, для того чтобы защитить компоненты от излучения и исключить затухание излучения.
На фиг. 3 показан пример геометрии второй катушки 210 фазированной решетки с меньшими элементами 202 катушки по сравнению с элементами катушки на фиг. 2. Катушка 210 фазированной решетки содержит множество элементов 202 катушки, распределенных как по направлению слева-направо, так и по направлению голова-ноги. Элементы 202 катушки расположены в двух рядах 220, 230. Для того чтобы повысить SNR, могут быть использованы меньшие элементы 202 катушки с меньшими витками. Однако этот тип геометрии катушки требует, чтобы NMR сигнал, принятый элементами катушки, был передан через радиационное окно 141.
Для того чтобы добиться минимального затухания излучения, радиационное окно 141 физических объектов, таких как катушки, должно быть настолько тонким, насколько это физически возможно, и/или изготавливаться из материалов с низкой плотностью. Кроме того, физические объекты, в частности, электронные компоненты, такие как предварительный усилитель 206, сдвигаются за пределы радиационного окна 141.
При устройстве катушки, таком как показано на фиг. 2, где все элементы 202 катушки расположены в горизонтальном (слева-направо) направлении, SENSE может быть использован только в горизонтальном направлении. При таком устройстве катушки, когда все элементы 202 катушки расположены в ряд, SENSE может быть применен только в одном направлении вдоль соответствующего ряда. Если изображения должны быть получены в дополнительном направлении, например, в перпендикулярном к соответствующему ряду, потребуются один или более дополнительных рядов 220, 230 элементов катушки, параллельных первому ряду. Для геометрии катушки, такой как показана на фиг. 3, SENSE может быть использован в направлении голова-ноги, что уменьшает время получения максимум в два раза. При использовании множества рядов SENSE может быть дополнительно применен во втором направлении, перпендикулярном к первому направлению. Однако, когда SENSE используется в направлении голова-ноги с совместимой с радиотерапией, например, с LINAC, MRI системой, усиленный NMR сигнал должен быть передан через радиационное окно, с тем чтобы RF сигналы от всех элементов 202 катушки из обоих рядов 220, 230 могли быть оценены процессором медицинского инструмента.
l
На фиг. 4A схематически показана типовая микрополосковая линия 300. Микрополосковая линия 300 содержит токопроводящую полоску 302, которая продолжается параллельно земляному слою 304. Токопроводящая полоска 302 и земляной слой 304 отделены друг от друга диэлектрической подложкой 306. Токопроводящая полоска, например, имеет толщину t и ширину W. Диэлектрическая подложка 306 имеет, например, толщину d, а земляной слой 304 имеет, например, толщину t. Эффективная диэлектрическая постоянная ε может быть рассчитана по уравнению:
Для случая W/d≥1 импеданс микрополосковой линии может быть рассчитан по уравнению:
0
W и d микрополосковой линии должны выбираться таким образом, чтобы приведенное выше уравнение давало в результате желаемый импеданс, например, Z=50 Ом.
На фиг. 4B схематически показана типовая многопроводниковая микрополосковая линия 310. Многопроводниковая микрополосковая линия 310 соответствует микрополосковой линии 300 на фиг. 4A, но содержит множество токопроводящих полосок 302, например, две токопроводящие полоски 302, которые продолжаются параллельно общему земляному слою 304.
r
0
0
7
Структура типовой PCB передающей линии, создаваемой многопроводниковой микрополосковой линией, может, например, быть выполнена со следующими техническими характеристиками: диэлектрическая подложка выполняется из полиимида с ε=3,4 и толщиной d=101,6 мкм; медь используется в качестве токопроводящего материала, например, толщиной t=18 мкм и проводимостью ό=5,8*10 См/м, ларморовская частота f=63,87 МГц с 1,5 T MRI системой, Z=50 Ом, длина передающей линии l=35 см, минимальная ширина проводника =0,1 мм и минимальное расстояние между проводниками =0,1 мм.
На фиг. 5 схематически показана катушка 210 фазированной решетки с фиг. 3 с двумя многопроводниковыми микрополосковыми линиями 300 с фиг. 4. Каждая многопроводниковая микрополосковая линия 300 содержит две токопроводящие полоски и соответствует двум передающим линиям. Поэтому каждая многопроводниковая микрополосковая линия 300 передает RF сигнал двух элементов 202 катушки через радиационное окно 141. Левая многопроводниковая микрополосковая линия 300 передает, например, усиленные RF сигналы первого и второго элементов 202 катушки через радиационное окно 141, тогда как правая многопроводниковая микрополосковая линия 300 передает усиленные RF сигналы третьего и четвертого элементов 202 катушки.
Прежде чем излучение достигнет пациента, оно должно пройти через MRI систему MR-RT системы. Все компоненты MRI системы, расположенные в радиационном окне между источником излучения и пациентом, вызывают затухание излучения. Целесообразно использовать MR-RT компоненты, которые минимизируют затухание. Кроме того, может быть выгодно, чтобы затухание было как можно более равномерным в радиационном окне, чтобы обеспечить равномерность распределения излучения по ткани, подлежащей обработке, например, опухоли.
Затухание α в процентах определяется уравнением:
где μ/ρ является массовым коэффициентом затухания, а x=ρt является массовой толщиной, создаваемой продуктом толщиной t с плотностью материала равной ρ.
Массовый коэффициент затухания для материала зависит от энергии излучения. Для смесей и компаундов массовый коэффициент затухания может быть рассчитан по уравнению:
i
где w - весовая доля i-го атомного компонента. Точная оценка весовой доли может быть получена делением суммы протонов и нейтронов в атоме на сумму всех протонов и нейтронов в молекуле.
Cu
3
-2
2
Микрополосковые линии могут состоять из трех слоев: общий земляной слой, диэлектрическая подложка и одна или более токопроводящих линий. Земляной слой, как и проводник, могут, например, изготавливаться из меди. Согласно варианту осуществления толщина медных слоев, то есть земляного слоя и проводника, составляет, например, 18 мкм. Диэлектрическая подложка может быть изготовлена из полиамида (PI) и иметь толщину, например, 101,6 мкм. Плотность меди ρ=8,69 г/см. При 2 МэВ весовая доля составляет  =4,205*10 см/г. Для толщины 18 мкм затухание для меди при 2 МэВ равно:
20
10
5
2
PI
20
10
5
2
c
H
o
N
3
Плотность PI, то есть (CHON), равна ρ=1,42 г/см. Атомная масса углерода 12,1, водорода 1, кислорода 16 и азота 14. Общая атомная масса (CHON) равна 358. Поэтому весовая доля для отдельных атомных компонентов углерода (w), водорода (w), кислорода (w) и азота (w) равна:
Массовый коэффициент затухания для полиимида равен:
и, используя массовые коэффициенты затухания для углерода, водорода, кислорода и азота, известные из литературы, при 2 МэВ получим:
Затухание для полиимида толщиной 101,6 мкм равно:
Общее затухание для микрополосковой линии с двумя слоями по 18 мкм меди и слоем полиимида 101,6 мкм равно:
При выполнении витков элементов катушки на той же печатной плате (PCB), что и многопроводниковая микрополосковая линия, то есть при обеспечении полиимидного слоя печатной платой, не требуется никакого дополнительного слоя подложки, и затухание, вносимое микрополосковой линией в добавление к затуханию, вносимому элементами катушки, определяется двумя слоями меди:
На фиг. 6A схематически показана катушка 200 фазированной решетки, содержащая четыре элемента 202 катушки, каждый из которых выделен на сигнальный канал CH1, CH2, CH3, CH4. Катушка 200 фазированной решетки на фиг. 6A соответствует катушке 200 фазированной решетки на фиг. 2. Соседние элементы катушки в катушке 200 фазированной решетке перекрываются, для того чтобы уменьшить связь между этими соседними элементами 202. Позиция 0 см установлена для центра катушки 200 фазированной решетки, позиция 23,5 см соответствует внешней стороне канала CH1, и позиция 23,5 см соответствует внешней стороне канала CH4. Испытательные кабели для измерения связи между элементами 202 могут быть выровнены в направлении голова-ноги.
На фиг. 6B показана схема связи микрополосковой линии с четырьмя каналами в зависимости от положения микрополосковой линии. На фиг. 6B представлены типовые результаты измерений для микрополосковой линии, содержащей земляную пластину с шириной 6 мм. Оптимальное положение микрополосковых линий находится в позициях +18,25 см и -18,25 см. Принятые сигналы от первого и второго элементов 202 катушки могут быть эффективно переданы через виток первого элемента 202 катушки, и сигналы от третьего и четвертого элементов 202 катушки могут быть эффективно переданы через виток четвертого элементов 202 катушки. Используя микрополосковую линию с двумя верхними проводниками, можно упростить передачу двух сигналов по сравнению с двумя соседними микрополосковыми линиями. Микрополосковая линия состоит, например, из двух верхних токопроводящих полосок шириной 0,3 мм, отстоящих на 6 мм друг от друга на 12-мм земляной пластине. Микрополосковая линия может быть реализована на той же подложке, что и другие PCB передающие линии, описанные выше со ссылкой на фиг. 4, и может, например, иметь длину 35 см.
Понятно, что один или более приведенных выше вариантов осуществления изобретения могут сочетаться при условии, что сочетаемые варианты осуществления не являются взаимоисключающими.
Хотя изобретение было представлено и подробно описано на чертежах и в изложенном выше описании, такое представление и описание должно рассматриваться как иллюстративное или приводимое в качестве примера и не ограничивающее. Изобретение не ограничивается раскрываемыми вариантами осуществления.
Другие изменения раскрываемых вариантов осуществления могут быть поняты и произведены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, описания и формулы изобретения. В формуле изобретения слово ʺсодержитʺ не исключает других элементов или этапов, а артикль единственного числа (ʺaʺ или ʺanʺ в оригинале) не исключает множественности. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких предметов, указанных в формуле изобретения. Простой факт, что определенные меры упомянуты во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что сочетание этих мер не может быть выгодно использовано. Компьютерная программа может запоминаться/распределяться на подходящем носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе или как часть другого аппаратного обеспечения, но может также распределяться другим образом, таким как через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны восприниматься как ограничивающие его объем.
Типовые сочетания признаков, описанных выше, могут быть такими, как изложены ниже.
1. Медицинский инструмент (100) для радиотерапии, контролируемой магнитно-резонансной визуализацией, который содержит:
систему (106) магнитно-резонансной визуализации для получения данных (170) магнитного резонанса из зоны (138) визуализации,
источник (110) излучения для испускания рентгеновского излучения или гамма-излучения (114), направленного в целевую зону (146) внутри зоны (138) визуализации, причем излучение (114) от источника (110) излучения, направленное в целевую зону (146), проходит через радиационное окно (141) системы (106) магнитно-резонансной визуализации,
при этом система (106) магнитно-резонансной визуализации содержит по меньшей мере одну радиационно-проницаемую электрическую передающую линию, которая выполнена с возможностью передачи электрического сигнала и которая продолжается через радиационное окно (141),
при этом электрическая передающая линия обеспечивается микрополосковой линией (300), содержащей токопроводящую линию (302), продолжающуюся параллельно земляному слою (304), причем токопроводящая линия (302) и земляной слой (304) отделены друг от друга диэлектрической подложкой (306).
2. Медицинский инструмент (100) по п. 1, в котором микрополосковая линия (300) является многопроводниковой микрополосковой линией, содержащей множество токопроводящих линий (302), продолжающихся параллельно земляному слою (304), который является общим земляным слоем для токопроводящих линий (302), отделенным от токопроводящих линий (302) диэлектрической подложкой (306).
3. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором диэлектрическая подложка (306) состоит из материала с общей радиационной стойкостью по меньшей мере 250 кГр.
4. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором диэлектрическая подложка (306) состоит из полиимида.
5. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина токопроводящих линий (302) меньше 20 мкм.
6. Медицинский инструмент (100) по п. 5, в котором толщина токопроводящих линий (302) меньше 10 мкм.
7. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина диэлектрической подложки (306) меньше 110 мкм.
8. Медицинский инструмент (100) по п. 7, в котором толщина диэлектрической подложки (306) меньше 50 мкм.
9. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором положение передающей линии внутри радиационного окна (141) находится в позиции минимальной связи передающей линии с одним или более элементами (202) приемной катушки (200, 210) антенной решетки системы (106) магнитно-резонансной визуализации.
10. Медицинский инструмент (100) по п. 9, в котором множество элементов (202) приемной катушки антенной решетки (210) системы (106) магнитно-резонансной визуализации расположены в множестве параллельных рядов (220, 230), образуя прямоугольную матричную структуру, причем передающая линия продолжается рядом с общей центральной линией элементов (202) катушки, содержащихся в самом крайнем столбце матричной структуры.
11. Медицинский инструмент (100) по любому из пунктов 9 или 10, в котором позиция минимальной связи определяется как позиция из ряда, содержащего множество позиций, для которой измеряется минимальная связь передающей линии с элементами (202) катушки антенной решетки (200, 210).
12. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором микрополосковая линия (з00) подсоединена к элементу (202) катушки антенной решетки (200, 210), содержащей множество элементов (202) приемной катушки системы (106) магнитно-резонансной визуализации, и микрополосковая линия (300) выполнена с возможностью передачи RF сигнала, принятого элементами (202) приемной катушки антенной решетки (200, 210), через радиационное окно (141).
13. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором передающая линия и по меньшей мере один из элементов (202) приемной катушки антенной решетки (200, 210) выполнены на общей печатной плате, причем подложка печатной платы используется как диэлектрическая подложка (306) микрополосковой линии (300).
14. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором множество электрических передающих линий продолжается через радиационное окно (141) и в котором множество электрических передающих линий создается множеством микрополосковых линий (300).
15. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором медицинский инструмент (100) выполняется с возможностью перемещения источника (110) излучения по отношению к радиационному окну (141), с тем чтобы положение, в котором рентгеновское излучение или гамма-излучение (114), направляемое в целевую зону (146), проходит через радиационное окно, изменялось.
16. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором источник (110) излучения обеспечивается LINAC, испускающим рентгеновское излучение.
17. Медицинский инструмент (100) по любому из пунктов с 1 по 15, в котором источник (110) излучения содержит радионуклиды, испускающие гамма-излучение (114) от гамма-распада.
18. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором медицинский инструмент (100) дополнительно содержит:
процессор (156) для управления медицинским инструментом (100);
память (162), содержащую исполняемые машиной команды для исполнения их процессором (156), причем исполнение исполняемых машиной команд побуждает процессор (156):
- принимать план лечения для облучения целевой зоны (146);
- получать данные (170) магнитного резонанса, используя систему (106) магнитно-резонансной визуализации;
- реконструировать магнитно-резонансное изображение (172) из данных (170) магнитного резонанса;
- регистрировать положение целевой зоны (146) в магнитно-резонансном изображении (172);
- генерировать сигналы (178) управления в соответствии с положением целевой зоны (146) и планом лечения; и
- управлять источником (110) излучения для облучения целевой зоны (146), используя сигналы (178) управления.
19. Медицинский инструмент (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором память (162) дополнительно содержит данные (168) последовательности импульсов и протокол (171) параллельной магнитно-резонансной визуализации, причем данные (168) последовательности импульсов выполнены с возможностью побуждения процессора (156) к получению данных (170) магнитного резонанса в соответствии с протоколом (171) параллельной магнитно-резонансной визуализации,
при этом магнитно-резонансное изображение (172) реконструируется из данных (170) магнитного резонанса в соответствии с протоколом (171) параллельной магнитно-резонансной визуализации.
20. Медицинский инструмент (100) по п. 19, в котором память (162) дополнительно содержит ряд значений чувствительности (169) катушки для множества элементов (202) приемной катушки антенной решетки (200, 210), в котором протокол (171) параллельной магнитно-резонансной визуализации является SENSE протоколом и в котором магнитно-резонансное изображение (172) реконструируется из данных (170) магнитного резонанса, используя ряд степеней чувствительности (169) катушки.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
100 медицинский инструмент
102 система радиотерапии
104 механический толкатель
106 система магнитно-резонансной визуализации
108 кольцевой механизм
110 источник радиотерапии
112 многолепестковый коллиматор пучка
114 пучок излучения
116 ось поворота
117 точка поворота
122 главный магнит
124 криостат
126 сверхпроводящая катушка
128 компенсационная катушка
130 зона слабого магнитного поля
132 ось магнита
134 градиентная катушка магнитного поля
136 источник питания градиентной катушки магнитного поля
138 зона визуализации
140 радиочастотная катушка
141 радиационное окно
142 радиочастотный приемо-передатчик
144 пациент
146 целевая зона
148 тележка для пациента
150 механическая система позиционирования
152 компьютерная система
154 аппаратный интерфейс
156 процессор
158 пользовательский интерфейс
160 запоминающее устройство компьютера
162 память компьютера
164 расстояние сверху
166 расстояние снизу
168 последовательность импульсов
169 чувствительность катушки
170 данные магнитного резонанса
171 протокол параллельной магнитно-резонансной визуализации
172 магнитно-резонансные изображения
174 план лечения
178 сигналы управления радиотерапией
180 модуль управления медицинского инструмента
182 модуль управления системы радиотерапии
186 модуль управления магнитно-резонансной визуализацией
188 модуль реконструкции изображения
194 модуль генерации сигнала управления радиотерапией
200 катушка фазированной решетки
202 элемент катушки
206 предварительный усилитель
210 катушка фазированной решетки
220 ряд элементов катушки
230 ряд элементов катушки
300 микрополосковая линия
310 многопроводниковая микрополосковая линия
302 токопроводящая линия
304 земляной слой
306 диэлектрическая подложка