本發(fā)明涉及將帶電粒子引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者體內(nèi)的目標(biāo)區(qū)的領(lǐng)域，其中所述粒子是使用磁共振成像來引導(dǎo)的。

背景技術(shù)：

在帶電粒子束療法中，將高能帶電粒子束引導(dǎo)到受試者的目標(biāo)區(qū)處。包括帶電粒子的射束與物質(zhì)的相互作用的基本機制是通過庫侖力。隨著兩個粒子的相對速度減小，庫倫撞擊的橫截面增加。在帶電粒子束穿過受試者時，其越來越快地損失能量。這樣的效果是，粒子束的大部分能量沉積(deposited)在射束路徑的末端附近。因此，能量的高峰沉積在射束路徑末端處，這稱之為布拉格峰。

因此，帶電粒子束療法允許非常精準(zhǔn)地將高劑量傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)，例如目標(biāo)腫瘤，同時將傳送給所關(guān)注的受試者的總劑量最小化。然而，即使是所關(guān)注的受試者的(例如)沿射束路徑的解剖結(jié)構(gòu)的小幅移動，或者是目標(biāo)區(qū)的移位，也會導(dǎo)致傳送的劑量顯著偏離最初的劑量計劃。因此，期望使用實時成像來追蹤所關(guān)注的受試者并相對于所關(guān)注的受試者的運動(包括所關(guān)注的受試者的器官的運動)來調(diào)適射束。帶電粒子束療法的精度可通過基于磁共振(MR)成像的實時引導(dǎo)而顯著提高。

在帶電粒子束療法的領(lǐng)域內(nèi)，可使用不同種類的帶電粒子來治療所關(guān)注的受試者，例如作為癌癥治療。因此，需要帶電粒子源，以及射束路徑以引導(dǎo)所述帶電粒子束進入所關(guān)注的受試者體內(nèi)。帶電粒子束療法的一個示例是質(zhì)子療法(PT)，其中質(zhì)子直接進入所關(guān)注的受試者體內(nèi)。在EP 2 379172B1中描述了組合式MR-質(zhì)子療法設(shè)備的一個示例。

對于帶電粒子束療法來說，由于與MRI相關(guān)聯(lián)的強磁場和用于將粒子束引導(dǎo)至目標(biāo)區(qū)域的強磁場，在傳送帶電粒子束期間進行實時磁共振成像(MRI)是具有挑戰(zhàn)性的。因此，磁場之間的相互作用疊加可能導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，尤其是對于MRI來說。

作為用于生成所關(guān)注的受試者體內(nèi)圖像的程序的一部分，磁共振成像(MRI)掃描儀使用靜態(tài)磁場以使原子的核自旋對齊。在MRI掃描期間由發(fā)射器線圈產(chǎn)生的射頻(RF)脈沖導(dǎo)致對局部磁場的微擾，且由核自旋發(fā)射的RF信號被接收器線圈檢測到。這些RF信號用于構(gòu)建MRI圖像。發(fā)射器線圈和接收器線圈也可整合成一個收發(fā)器線圈。應(yīng)理解的是，術(shù)語“收發(fā)器線圈”的使用也適用于其中使用分離的發(fā)射器線圈和接收器線圈的系統(tǒng)。

因此，所關(guān)注的受試者位于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中，且質(zhì)子源是與門架一起提供的，所述門架將質(zhì)子引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者體內(nèi)。所述門架可繞MRI系統(tǒng)的z軸旋轉(zhuǎn)，即繞MRI系統(tǒng)的主磁體的z軸，以沿大致垂直于z軸的方向朝向所關(guān)注的受試者引導(dǎo)輻射，這是使用門架中的至少一個偏轉(zhuǎn)磁體(也稱為偶極磁體)實現(xiàn)的。

這種設(shè)置使質(zhì)子療法系統(tǒng)的至少一個偏轉(zhuǎn)磁體與MRI系統(tǒng)的主磁體靠得很近。所述偏轉(zhuǎn)磁體在較大的孔隙中產(chǎn)生強的偶極磁場，該磁場可具有(例如)1.5T的場強，并沿垂直于彎曲平面的方向潛在地形成強的雜散磁場。由于該雜散磁場隨著與偶極磁體相距的距離而快速衰減，其也會具有沿其它方向的分量，尤其是沿著MRI磁體的主磁場的方向，即z軸的方向。該磁場將導(dǎo)致圖像畸變和其它偽影。由于所述偏轉(zhuǎn)磁體繞MRI系統(tǒng)的z軸旋轉(zhuǎn)，例如使用勻場技術(shù)而對MRI系統(tǒng)處的PT場進行靜態(tài)補償是不可行的。此外，偶極磁體的場強的調(diào)制必須與帶電粒子能量的調(diào)制一起進行。帶電粒子的能量適于沿著射束方向移動布拉格區(qū)域，例如具有增多能量的帶電粒子與具有較低能量的帶電粒子相比更深地進入到所關(guān)注的受試者體內(nèi)。取決于帶電粒子的能量，偏轉(zhuǎn)磁體的外部磁場的強度也將因此是可變的。

在此背景下，從文獻WO 2012/164527 A1已知一種方法，所述方法用于校正包括磁共振成像系統(tǒng)和輻射療法系統(tǒng)的MRI放射療法設(shè)備的磁場。所述MRI系統(tǒng)包括用于在成像區(qū)內(nèi)產(chǎn)生磁場的磁體。所述磁體產(chǎn)生的磁場在成像區(qū)以外具有零交叉(zero crossing)。所述醫(yī)療設(shè)備還包括被配置成用于使鐵磁性部件繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的門架。所述方法包括安裝磁性校正元件的步驟，所述磁性校正元件位于垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線的徑向路徑上。所述磁性校正元件定位于所述徑向路徑上，使得由于鐵磁性部件所導(dǎo)致的所述成像區(qū)內(nèi)的磁場變化減少。所述方法還包括重復(fù)地執(zhí)行以下步驟：測量成像區(qū)內(nèi)的磁場；確定成像區(qū)內(nèi)的磁場變化；如果磁場內(nèi)的變化高于預(yù)定閾值，則沿著徑向路徑調(diào)整所述磁性校正元件的位置。

此外，已公開發(fā)布的WO 2014/121991 Al涉及一種醫(yī)療設(shè)備，所述醫(yī)療設(shè)備包括：磁共振成像系統(tǒng)；磁補償線圈，所述磁補償線圈用于補償成像區(qū)內(nèi)的磁場不均勻性；門架，所述門架可操作以繞所述成像區(qū)旋轉(zhuǎn)；位置傳感器，所述位置傳感器用于測量所述門架的角位置和角速度；在所述門架內(nèi)的至少一個磁場畸變部件；存儲器，所述存儲器存儲機器可執(zhí)行指令和磁場校正數(shù)據(jù)。所述指令致使處理器：從位置傳感器接收位置和角速度數(shù)據(jù)；使用所述磁場校正數(shù)據(jù)、所述位置數(shù)據(jù)和所述角速度數(shù)據(jù)來確定用于控制所述磁補償線圈的線圈控制命令；使用所述線圈控制命令來控制所述磁補償線圈以補償所述成像區(qū)內(nèi)的磁場不均勻性；及獲取磁共振數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是在執(zhí)行磁共振成像時實現(xiàn)可靠的磁共振成像。本發(fā)明的另一方面是通過使用改進的磁共振成像而改進的引導(dǎo)來改進用于向所關(guān)注的受試者提供由帶電粒子形成的粒子束的粒子束治療。本發(fā)明的一個具體目的是提供一種醫(yī)療設(shè)備，所述醫(yī)療設(shè)備包括：磁共振成像系統(tǒng)，所述磁共振成像系統(tǒng)用于從所關(guān)注的受試者的成像體積的獲取磁共振數(shù)據(jù)；及粒子束管路，所述粒子束管路用于提供由帶電粒子形成的粒子束。本發(fā)明還提供一種屏蔽方法，所述方法能夠在所述粒子束設(shè)備在所述成像體積內(nèi)的操作期間可靠地補償用于將所述粒子束引導(dǎo)到所述成像體積內(nèi)的輻射體積的偏轉(zhuǎn)磁體的磁場。

這個目的是通過一種醫(yī)療設(shè)備實現(xiàn)的，所述醫(yī)療設(shè)備包括：磁共振成像系統(tǒng)，所述磁共振成像系統(tǒng)用于從至少部分地覆蓋所關(guān)注的受試者的成像體積獲取磁共振數(shù)據(jù)，其中所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于在所述成像體積內(nèi)產(chǎn)生磁場的主磁體；粒子束設(shè)備，所述粒子束設(shè)備具有用于提供由帶電粒子形成的粒子束的粒子束管路，所述粒子束設(shè)備包括被配置成用于繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的門架，所述旋轉(zhuǎn)軸線被沿所述主磁體的縱向方向布置，其中所述門架包括用于將所述粒子束引導(dǎo)至所述成像體積內(nèi)的輻射體積的至少一個偏轉(zhuǎn)磁體；主動補償線圈，所述主動補償線圈被布置成大致至少環(huán)繞所述成像體積且被設(shè)置成接近所述主磁體的外表面；及控制單元，所述控制單元用于控制所述主動補償線圈以抵消由所述成像體積內(nèi)的所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體至少沿所述主磁體的縱向方向所導(dǎo)致的雜散磁場。

這個目的還通過一種用于醫(yī)療設(shè)備中的屏蔽方法來實現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：提供磁共振成像系統(tǒng)，所述磁共振成像系統(tǒng)用于從至少部分地覆蓋所關(guān)注的受試者的成像體積獲取磁共振數(shù)據(jù)，其中所述磁共振成像系統(tǒng)包括用于在所述成像體積內(nèi)產(chǎn)生磁場的主磁體；提供粒子束設(shè)備，所述粒子束設(shè)備具有用于由帶電粒子形成的粒子束的粒子束管路，所述粒子束設(shè)備包括被配置成用于繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的門架，所述旋轉(zhuǎn)軸線被沿所述主磁體的縱向方向布置，其中所述門架包括用于將所述粒子束引導(dǎo)至所述成像體積內(nèi)的輻射體積的至少一個偏轉(zhuǎn)磁體；提供主動補償線圈，所述主動補償線圈被布置成大致至少環(huán)繞所述成像體積且被設(shè)置成接近所述主磁體的外表面；及控制所述主動補償線圈以抵消由所述成像體積內(nèi)的所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體至少沿所述主磁體的縱向方向所導(dǎo)致的雜散磁場。

因此，所述主動補償線圈主動地抵消所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的橫跨所述MR磁體的視場或成像體積的雜散磁場的z分量。因此，所述粒子束設(shè)備的所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的雜散磁場被主動地補償，使得其沿著所述MR磁體的主磁場方向(即所述MR磁體的縱向方向或z軸)的分量在所述MR系統(tǒng)的所述成像體積上是均勻的或者為零。這優(yōu)選地適用于所述粒子束設(shè)備的所述門架的所有旋轉(zhuǎn)位置以及所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的所有強度。因此，所述粒子束設(shè)備、尤其是所述粒子束設(shè)備的所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體對MR成像的品質(zhì)的干擾效應(yīng)被減少或消除。所述偏轉(zhuǎn)磁體也稱為偶極磁體。

所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體本身的屏蔽，即屏蔽源處的磁場，由于此磁場的巨大強度而并不容易。借助鐵磁性材料進行被動屏蔽將是有問題的，因為這種屏蔽材料也將暴露于MRI磁體的雜散磁場，且因此橫跨所述成像體積產(chǎn)生附加的磁場不均勻性。此外，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場及其雜散磁場的強度并非隨時間不變的，而是隨著帶電粒子的能量而變化。由于大部分治療手術(shù)涉及帶電粒子的能量調(diào)制以便沿射束方向移動布拉格峰，因此靜態(tài)補償不適于抵消所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場效應(yīng)。這些不利之處可通過所提出的使用主動補償線圈的主動屏蔽來克服。

在所述主動補償線圈盡可能地接近需要補償磁場的體積時，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的主動補償是最有效的。因此，優(yōu)選的是，盡可能地遠離所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體來設(shè)置所述主動補償線圈。因此，優(yōu)選的是所述主動補償線圈的繞組分布在恰好位于所述磁體的柱形外表面外部的柱形表面上，或在所述主磁體的低溫恒溫器的柱形外表面的外部。優(yōu)選的是，所述MRI的磁體不具有任何突起，因此所述主動補償線圈可位于接近所述主磁體處，且盡可能地遠離所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體。在現(xiàn)有技術(shù)的某些磁體中，設(shè)置有用于例如低溫端口或真空端口、磁體支撐附連件、磁體支腳或其它部件的此類突起。

優(yōu)選的是，所述門架被設(shè)置成沿垂直于所述主磁體的z軸的角度將帶電粒子束引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者。因此，帶電粒子穿過所關(guān)注的受試者可被限制到最小，從而減少用于所關(guān)注的受試者的劑量。

所述偏轉(zhuǎn)磁體中的至少一個、即最接近所述門架的出口部分的偏轉(zhuǎn)磁體的磁場，是垂直于所述磁體的z軸引導(dǎo)的，且隨著與所述門架的出口部分的距離快速地減弱。由于這一磁場梯度，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體在所述MR磁體的所述成像體積處的磁場也具有z分量，其在z＝0平面內(nèi)為零，且其大小隨著遠離所述MR磁體的這一中面而增加。對于這種偶極磁體的試驗性設(shè)計來說，橫跨所述成像體積的磁場梯度約為100ppm。為正確地操作所述MRI系統(tǒng)，消除所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的這一z分量是最重要的，且通常是足夠的。

優(yōu)選的是，所述主動補償線圈被設(shè)置成具有適合的形狀和電流分布，使得其大致產(chǎn)生與所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體相同的磁場模式，但具有相反的極性。這是通過主動補償線圈的相應(yīng)設(shè)計來實現(xiàn)的。

優(yōu)選的是，所述主動補償線圈具有繞組分布，使得通過控制所述主動補償線圈的電流，所形成的磁場(即所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場連同所述主動補償線圈的磁場)在所述MR磁體的整個視場(即所述成像體積)上具有均勻的z分量。所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體和所述主動補償線圈的總磁場的橫向分量無需為零。只要總的橫向磁場足夠小，使得所述橫向磁場和所述主MRI磁場的向量之和與所述MR磁體的磁場并無顯著不同，所述MRI系統(tǒng)的成像過程將不會被所述橫向磁場影響。

所述粒子束設(shè)備的所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體和所述主動補償線圈的磁場的所形成的z分量的強度的優(yōu)選選擇為零。即使在此設(shè)計約束下，仍可獲得用于所述主動補償線圈中的電流分布的大量解決方案，即所述主動補償線圈的設(shè)計基本上不限于本說明書。所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體和所述補償線圈的凈磁場的橫向分量也為零的特殊情況是具有吸引力的，因為這將消除所述磁共振成像系統(tǒng)與所述粒子束設(shè)備之間的其它可能的相互作用。然而，此實施方案需要強大設(shè)計的主動補償線圈，與用于基本抵消所述磁場的總的z分量的主動補償線圈相比，這將導(dǎo)致復(fù)雜的設(shè)計。

優(yōu)選的是，用于所述主動補償線圈的電流模式是通過首先計算或測量所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體在所述MR磁體的所述成像體積的位置處的磁場圖來設(shè)計的。這些磁場值隨后可使用流函數(shù)法用作線圈優(yōu)化程序的磁場目標(biāo)值。這類似于通常用于設(shè)計MR梯度線圈的情況。優(yōu)化過程中的代價函數(shù)則可以是所述主動補償線圈中的總耗散量。所形成的電流模式優(yōu)選地被離散到各自傳輸相同的工作電流的繞組中。

進一步優(yōu)選的是，所述主動補償線圈也補償所述粒子束設(shè)備的其它磁場源的磁場。優(yōu)選的是，所述主動補償線圈也補償隨著所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體中的工作電流而縮放的其它磁場源的磁場。

優(yōu)選的是，所述粒子束設(shè)備是用于將質(zhì)子束引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者的質(zhì)子療法(PT)設(shè)備。PT設(shè)備是本領(lǐng)域中已知的，且不必詳細論述。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈被固定到所述門架且能夠與所述門架一起繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在將所述主動補償線圈固定到所述門架的情況下，所述主動補償線圈可容易地隨所述門架和所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體一起旋轉(zhuǎn)，使得由所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體產(chǎn)生的磁場與由所述主動補償線圈產(chǎn)生的用于補償?shù)拇艌鲆黄鹦D(zhuǎn)。這有利于旋轉(zhuǎn)磁場的補償。

根據(jù)替代性實施例，所述主動補償線圈能夠繞所述門架的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，但所述主動補償線圈的旋轉(zhuǎn)是獨立于所述門架的旋轉(zhuǎn)來控制的。因此，所述主動補償線圈可容易地添加到現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備。也可以容易地添加到現(xiàn)有的粒子束設(shè)備。現(xiàn)有設(shè)備的設(shè)計無需被更改。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈被固定到所述門架的出口部分。所述門架的所述出口部分是指所述門架的其中粒子束離開所述門架以進入所關(guān)注的受試者體內(nèi)的那部分。在所述主動補償線圈盡可能地接近需要補償磁場的體積處時，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的主動補償是最有效的。因此，優(yōu)選的是，盡可能地遠離所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體設(shè)置所述主動補償線圈，即所述主動補償線圈被固定到接近所述主磁體的所述出口部分。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈包括柱形支撐結(jié)構(gòu)和布置在所述支撐結(jié)構(gòu)處的用于傳輸補償電流的一組繞組。所述支撐結(jié)構(gòu)和所述繞組優(yōu)選地由有色金屬材料制成，以免影響所述主磁體的內(nèi)部、尤其是所述成像體積內(nèi)的磁場。優(yōu)選的是，所述繞組由銅制成。所述主動補償線圈的所述繞組可放置在所述支撐結(jié)構(gòu)的外表面或內(nèi)表面上。根據(jù)如上所述的所述主動補償線圈的設(shè)計電流分布模式，所述繞組優(yōu)選地設(shè)置于所述支撐結(jié)構(gòu)上。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈包括金屬薄片，其中在所述金屬薄片中切割出電路徑，且使所述金屬薄片繞柱形支撐結(jié)構(gòu)彎曲。所述支撐結(jié)構(gòu)和所述金屬薄片優(yōu)選地由有色金屬材料制成，以免影響所述主磁體的內(nèi)部、尤其是所述成像體積內(nèi)的磁場。優(yōu)選的是，所述金屬薄片由銅制成。所述主動補償線圈的所述金屬薄片可放置在所述支撐結(jié)構(gòu)的外表面或內(nèi)表面上。根據(jù)如上所述的所述主動補償線圈的設(shè)計電流分布模式，所述電路徑優(yōu)選地設(shè)置于所述金屬薄片中。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈設(shè)置有用于粒子束穿過的至少一個開口。所述至少一個開口是指所述主動補償線圈的不具有導(dǎo)電元件的區(qū)域。因此，所述至少一個開口用作所述帶電粒子束到達所關(guān)注的受試者的窗口。例如，在非旋轉(zhuǎn)型主動線圈的情況下，可設(shè)置多個開口，使得所述帶電粒子束可從多個方向穿過所述多個開口引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者。

優(yōu)選的是，所述主動補償線圈相對于包括所述主磁體的z軸的平面具有鏡像對稱。進一步優(yōu)選的是，所述主動補償線圈的導(dǎo)體均不穿過此對稱平面。因此，在所述主動補償線圈的柱形結(jié)構(gòu)及其支撐結(jié)構(gòu)中可提供機械分開，以允許所述主動補償線圈以兩個半體安裝在所述MRI磁體周圍，在將線圈圍繞所述MRI主磁體放置之后借助螺栓或其它裝置將所述兩個半體連接在一起。所述主動補償線圈的兩個半體的繞組優(yōu)選地串聯(lián)連接。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈借助空氣、通過強制或自然對流、或者通過流經(jīng)安裝在所述主動補償線圈的表面上的冷卻通道的水、或者經(jīng)過所述主動補償線圈的繞組本身(在所述繞組由中空導(dǎo)體制成的情況下)而冷卻。由于所述主動補償線圈優(yōu)選地隨偏轉(zhuǎn)的偶極磁體旋轉(zhuǎn)，因此可使用所述偶極磁體的水冷系統(tǒng)來冷卻所述主動補償線圈。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述控制單元適于控制所述主動補償線圈以利用與所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體中的電流成比例的電流來激勵所述主動補償線圈。因此，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的補償可被促進，因為所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的場強變化(其會影響所述雜散磁場的強度)也直接施加到所述主動補償線圈。利用如上所述的所述主動補償線圈的適合設(shè)計，所述雜散磁場的補償可通過用成比例的電流來驅(qū)動所述主動補償線圈而自動地執(zhí)行。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體和所述主動補償線圈被設(shè)置成具有用于使磁場匹配的相同的工作電流，且所述主動補償線圈和所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體串聯(lián)地電連接以便由同一工作電流驅(qū)動。因此，可進一步促進所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的補償，因為所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的場強變化(其會影響所述雜散磁場的強度)由所述主動補償線圈直接補償。利用如上所述的所述主動補償線圈的適合設(shè)計，所述雜散磁場的補償可自動地執(zhí)行。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述醫(yī)療設(shè)備包括用于為所述主動補償線圈供電的驅(qū)動裝置，且所述控制單元適于使用來自所述粒子束設(shè)備的磁體設(shè)定點信息來控制所述驅(qū)動裝置。因此，可獨立于經(jīng)過所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的電流來驅(qū)動所述主動補償線圈，即以獨立模式驅(qū)動所述主動補償線圈。在這種獨立操作模式下，產(chǎn)生并使用由恰當(dāng)?shù)囊蕾囉谒銎D(zhuǎn)磁體中的電流的補償電流值組成的查找表是有用的。所述查找表可通過磁性仿真或通過測量偶極磁體和所述主動補償線圈的磁場來產(chǎn)生。如果所述偶極磁體的鐵磁性部分中的磁滯影響依賴于電流的外部磁場，則針對所述偶極電流增加或減少的情況提供單獨的查找表是有利的。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈包括具有至少兩個同軸的線圈層的多層線圈設(shè)置。例如，所述多層設(shè)置可例如通過設(shè)置柱形支撐結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)，其中在其柱形內(nèi)表面上設(shè)置一組繞組，且在其柱形外表面上設(shè)置另一組繞組，因此在此實施例中形成兩個線圈層。優(yōu)選的是，所述線圈層可獨立地驅(qū)動。附加線圈層可添加至所述主動補償線圈，以補償由任何附加的磁場源產(chǎn)生的磁場，例如在使用多個偏轉(zhuǎn)和/或掃描磁體時。所述多層線圈設(shè)置能實現(xiàn)所述偶極磁體的外部磁場中的非線性(這可由所述偏轉(zhuǎn)磁體的鐵回軛(iron return yoke)中的飽和造成)補償。此外，如果粒子束設(shè)備包括多個磁體，所述多個磁體是利用具有不同時間依賴性的電流驅(qū)動的，則所述多層設(shè)置優(yōu)選地用于補償由這些磁性雜散磁場源產(chǎn)生的磁場。

作為選擇，所述主動補償線圈可被設(shè)置成為包括至少兩個獨立線圈的主動補償線圈組件。上文關(guān)于所述多層線圈設(shè)置論述的原理也適用于包括至少兩個獨立線圈的所述主動補償線圈組件。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述主動補償線圈包括至少一個校正繞組。通常，與所述主動補償線圈的尺寸相比，所述至少一個校正繞組是小的。所述至少一個校正繞組能實現(xiàn)補償效果的精細調(diào)節(jié)，這是補償由于制造或?qū)R精度所導(dǎo)致的磁場誤差所期望的。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，所述方法包括使所述主動補償線圈與所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體對齊。具體地講，在將所述主動補償線圈附接到繞所述MR磁體的中心線旋轉(zhuǎn)的所述門架時，所述補償線圈需要準(zhǔn)確地對齊到所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體。在所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體與所述主動補償線圈對齊的情況下，所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體與所述主動補償線圈的磁場模式可彼此匹配，這有利于所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場的補償。

在所述主動補償線圈與單獨的粒子束設(shè)備(即，不具有MRI系統(tǒng))一起使用時，上文關(guān)于醫(yī)療設(shè)備論述的原理也是適用的。因此，可在所述主動補償線圈內(nèi)部提供柱形空間，其中至少在沿所述門架的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上可以可靠地補償雜散磁場。

附圖說明

參照下文所述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯并得到闡明。然而，此實施例未必代表本發(fā)明的全部范圍，因此參照本文及權(quán)利要求書以解讀本發(fā)明的范圍。

在附圖中：

圖1示出了根據(jù)第一實施例的帶有主動補償線圈的醫(yī)療設(shè)備的一實施例的概略剖視圖，

圖2在透視圖中示出了根據(jù)圖1的第一實施例的醫(yī)療設(shè)備，其中省略了主動補償線圈，

圖3在透視圖中示出了根據(jù)圖2的偏轉(zhuǎn)磁體和MR磁體的示意性布置，

圖4在透視、剖視圖中示出了圖1的醫(yī)療設(shè)備的MR系統(tǒng)的MR磁體中的磁場分布，其中沒有如現(xiàn)有技術(shù)已知的主動屏蔽件，

圖5在透視、剖視圖中示出了圖1的醫(yī)療設(shè)備的MR系統(tǒng)的MR磁體中的磁場分布，其中具有主動補償線圈，

圖6在透視、剖視圖中示出了主動補償線圈的一半的繞組，以及根據(jù)圖5的醫(yī)療設(shè)備的MR系統(tǒng)的MR磁體，其中該圖的剖切面位于補償線圈的對稱平面處，

圖7在透視、剖視圖中示出了如圖5和6所示的主動補償線圈的一半的繞組，且沒有MR磁體，其中該圖的剖切面位于補償線圈的對稱平面處，并且

圖8示出了根據(jù)圖7的主動補償線圈的一半的繞組的平面圖，其中為清楚起見而省略了所述繞組的一半。

具體實施方式

圖1和2示出了根據(jù)優(yōu)選實施例的醫(yī)療設(shè)備100。

醫(yī)療設(shè)備100包括磁共振成像(MRI)系統(tǒng)110，該磁共振成像(MRI)系統(tǒng)110包括磁共振(MR)磁體112(也稱為主磁體)，所述磁體被設(shè)置成具有兩個子磁體114的分體的磁體。如在圖2中可詳細看出，每個子磁體114包括低溫腔室136，該低溫腔室136設(shè)置有輻射屏蔽件138。低溫腔室136內(nèi)布置有適于產(chǎn)生主磁場的內(nèi)部超導(dǎo)線圈140和外部超導(dǎo)屏蔽線圈142。超導(dǎo)屏蔽線圈142被調(diào)適成使得存在環(huán)繞子磁體114的零磁場區(qū)域。

在子磁體114的孔116內(nèi)，設(shè)有適用于接納所關(guān)注的受試者120的支撐件118。在兩個子磁體114之間，存在成像體積122，其中磁場足夠均勻以能夠獲取磁共振成像數(shù)據(jù)。在成像體積122內(nèi)存在輻射區(qū)124，也稱為目標(biāo)區(qū)124，這將在下文詳細論述。在此實施例中，磁共振成像數(shù)據(jù)是使用分體的收發(fā)器線圈126獲取的。信息的空間編碼是通過分體的梯度線圈128來執(zhí)行的。在此實施例中，梯度線圈128位于主磁體112的孔116內(nèi)。

在此實施例中，分體的收發(fā)器線圈126直接設(shè)定于所關(guān)注的受試者120身上。在其它實施例中，用于獲取磁共振成像數(shù)據(jù)的線圈可安裝至MR磁體112的孔116內(nèi)、可安裝于支撐件上，或者可安裝至梯度線圈128。

收發(fā)器線圈126連接到收發(fā)器130。收發(fā)器130能夠發(fā)射和接收射頻信號。收發(fā)器130與控制單元132連接。分體的梯度線圈128由梯度放大器134供電，所述梯度放大器由控制單元132控制。梯度放大器134是能夠為梯度線圈128供應(yīng)電流的功率放大器?？刂茊卧?32是適于從收發(fā)器126獲得的磁共振數(shù)據(jù)來構(gòu)造圖像的數(shù)據(jù)處理裝置。

醫(yī)療設(shè)備100還包括粒子束設(shè)備150，在此實施例中它是質(zhì)子療法(PT)設(shè)備。PT設(shè)備150具有用于由帶電粒子形成的粒子束154的粒子束管路152，所述粒子束管路包括被配置成用于繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)的門架156，所述旋轉(zhuǎn)軸線被沿著主磁體112的縱向方向布置。所述門架包括用于將粒子束154引導(dǎo)至成像體積122內(nèi)的輻射體積124的一個偏轉(zhuǎn)磁體158。在此實施例中，粒子束154以垂直于主磁體112的z軸的角度被引導(dǎo)至所關(guān)注的受試者120。設(shè)置于門架156中的其它偏轉(zhuǎn)磁體是不可見的，且也不再詳細論述。圖3示意性地示出偏轉(zhuǎn)磁體158和MR磁體112的布置。MR磁體112被示為單個磁體。然而，MR磁體112的具體設(shè)計如上文所述。

PT設(shè)備150包括被設(shè)置成用于控制偏轉(zhuǎn)磁體158的引導(dǎo)裝置160。控制單元132適于控制引導(dǎo)裝置160。引導(dǎo)裝置160適于將粒子束154引導(dǎo)至輻射體積124。如圖1和2可見，由于主磁體112、收發(fā)器線圈126和梯度線圈128的分體設(shè)計，粒子束154并不與主磁體112、收發(fā)器線圈126和梯度線圈128相交。

PT設(shè)備150還包括用于支撐門架156的可旋轉(zhuǎn)支撐件162。如圖2可見，可旋轉(zhuǎn)支撐件162環(huán)繞MRI系統(tǒng)110?？尚D(zhuǎn)支撐件162在出口部分(outlet section)164的區(qū)域支撐門架156，在出口部分164處粒子束154離開門架156。

用于掃描粒子束154的脈沖電磁體優(yōu)選地位于低磁場環(huán)166內(nèi)部，這允許使用具有鐵磁性回軛(return yoke)的有效掃描磁體。

如圖4可見，在一起操作MRI系統(tǒng)110和PT設(shè)備150時，偏轉(zhuǎn)磁體158導(dǎo)致了主磁體112內(nèi)的磁場的不均勻性，這可通過磁場分布球170看出。

PT設(shè)備150還包括主動補償線圈200以在MR磁體112內(nèi)提供均勻磁場。主動補償線圈200被布置成大致至少環(huán)繞成像體積122。主動補償線圈200進一步設(shè)置成接近主磁體112的外表面。在此位置中，主動補償線圈200被固定至門架156的出口部分164且可與門架156一起繞旋轉(zhuǎn)軸線線R旋轉(zhuǎn)。

主動補償線圈200是經(jīng)由驅(qū)動單元202驅(qū)動的?？刂茊卧?32經(jīng)由驅(qū)動單元202來控制主動補償線圈200。此外，控制單元132控制主動補償線圈200以抵消由偏轉(zhuǎn)磁體158導(dǎo)致的在成像體積122內(nèi)沿主磁體112的縱向方向的雜散磁場。在此實施例中，控制單元132控制主動補償線圈200以使用驅(qū)動單元202利用與偏轉(zhuǎn)磁體158中的電流成比例的電流來激勵所述主動補償線圈。

因此，控制單元132控制主動補償線圈200以主動抵消偏轉(zhuǎn)磁體158的橫跨MR磁體112的成像體積122的雜散磁場的z分量，使其沿著MR磁體112的縱向方向的分量在成像體積122內(nèi)是均勻的或者為零。此控制適用于粒子束設(shè)備150的門架158的所有旋轉(zhuǎn)位置，以及適用于偏轉(zhuǎn)磁體158的磁場的所有強度。

在此實施例中，主動補償線圈200被設(shè)計成具有適合的形狀和電流分布，使其產(chǎn)生與偏轉(zhuǎn)磁體158基本相同的磁場模式，但具有相反的極性。此外，主動補償線圈200對齊到偏轉(zhuǎn)磁體158，使得偏轉(zhuǎn)磁體158和主動補償線圈200的磁場模式彼此匹配。更進一步地，主動補償線圈200具有繞組分布，使得通過控制主動補償線圈200的電流，所形成的磁場(即所述至少一個偏轉(zhuǎn)磁體的磁場連同所述主動補償線圈的磁場)在MR磁體112的整個成像體積上具有均勻的z分量。

主動補償線圈200包括在圖中并未示出的柱形支撐結(jié)構(gòu)，以及用于傳輸補償電流的布置于所述支撐結(jié)構(gòu)處的一組繞組204，如圖5-7中可見。支撐結(jié)構(gòu)和繞組204由有色金屬材料制成。繞組204由銅線形成。在此實施例中，主動補償線圈200的繞組204放置在所述支撐結(jié)構(gòu)的外表面上。在替代性實施例中，主動補償線圈200的繞組204放置在所述支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。繞組204根據(jù)如下所述的主動補償線圈200的設(shè)計電流分布模式而設(shè)置在所述支撐結(jié)構(gòu)上。

在替代性實施例中，主動補償線圈200包括金屬薄片，其中在所述金屬薄片中切割出電路徑，且使所述金屬薄片繞柱形支撐結(jié)構(gòu)彎曲。所述支撐結(jié)構(gòu)和所述金屬薄片由有色金屬材料制成。所述金屬薄片由銅制成。主動補償線圈200的所述金屬薄片放置在所述支撐結(jié)構(gòu)的外表面或內(nèi)表面上。

如圖7和8可見，主動補償線圈200包括兩個對稱的半線圈210，其中一個在圖7和8中示出。在圖8中，與圖7相比，出于簡潔的原因僅示出了主動補償線圈200的繞組204的一半。然而，在替代性實施例中，與圖7示出的實施例相比，主動補償線圈200設(shè)置有繞組204的一半。在此情況下，與圖7所示的主動補償線圈200相比，主動補償線圈200可借助雙電流驅(qū)動，以便實現(xiàn)相同的主動補償。

利用兩個半線圈210，主動補償線圈200被設(shè)置成相對于包含主磁體112的z軸的平面鏡像對稱。每個半線圈210被設(shè)置成其繞組204與相應(yīng)的另一半線圈210的繞組204分離開，使得主動補償線圈200的繞組204均不跨過此對稱平面。兩個半線圈210的繞組204串聯(lián)連接，盡管其在圖中看起來是以單獨的繞組204的形式提供的。因此，相同的電流施加至諸如圖8所示的繞組204。電流的方向在圖8中由添加至繞組204的箭頭指示。

在此實施例中，主動補償線圈200是借助空氣冷卻的，通過強制對流或自然對流。在替代性實施例中，所述繞組設(shè)置為中空導(dǎo)體，以用于作為冷卻劑的水的循環(huán)。在另一實施例中，冷卻通道安裝于主動補償線圈200的表面上，以實現(xiàn)水循環(huán)以便進行冷卻。

如圖1可見，主動補償線圈200設(shè)置有用于粒子束154通過的開口206。開口206是指主動補償線圈200的不具有導(dǎo)電元件(即不具有繞組204)的區(qū)域。如圖1可見，連接窗口208被設(shè)置成用于分體的收發(fā)器線圈126和收發(fā)器130的連接。

用于主動補償線圈200的繞組204的電流模式是通過首先計算或測量至少一個偏轉(zhuǎn)磁體158在MR磁體112的成像體積122位置處的磁場圖來設(shè)計的。這些磁場值用作使用流函數(shù)法的線圈優(yōu)化程序的磁場目標(biāo)值，所述流函數(shù)法類似于通常用于設(shè)計MR梯度線圈的方法。優(yōu)化過程中的代價函數(shù)是主動補償線圈200中的總耗散量。所形成的電流模式優(yōu)選地被離散到各自攜載相同的工作電流的繞組204中。在替代性實施例中，主動補償線圈200也補償了粒子束設(shè)備150的其它磁場源的磁場，具體地講，主動補償線圈200補償了隨著偏轉(zhuǎn)磁體158中的工作電流而縮放的其它磁場源的磁場。主動補償線圈200也包括校正繞組。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的圖示和描述被認(rèn)為是圖示性或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載的特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。

附圖標(biāo)記列表

100 醫(yī)療設(shè)備

110 磁共振成像(MRI)系統(tǒng)

112 磁共振(MR)磁體，主磁體

114 子磁體

116 孔

118 支撐件

120 所關(guān)注的受試者

122 成像體積

124 輻射體積，目標(biāo)區(qū)

126 分體的收發(fā)器線圈

128 分體的梯度線圈

130 收發(fā)器

132 控制單元

134 梯度放大器

136 低溫腔室

138 輻射屏蔽件

140 內(nèi)部超導(dǎo)線圈

142 外部超導(dǎo)線圈

150 粒子束設(shè)備，質(zhì)子療法設(shè)備

152 粒子束管路

154 粒子束

156 門架

158 偏轉(zhuǎn)磁體

160 引導(dǎo)裝置

162 可旋轉(zhuǎn)支撐件

164 出口部分

166 低磁場環(huán)

170 磁場分布球體

200 主動補償線圈

202 驅(qū)動單元

204 繞組

206 開口

208 連接窗口

210 半線圈