本發(fā)明涉及動態(tài)體模。動態(tài)體模用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，例如圖像引導(dǎo)放射治療，從而例如計劃、遞送和測量由輻射源傳送的輻射劑量。

背景技術(shù)：

通過使用放射治療的癌癥治療必須要將癌病灶暴露給由輻射源(例如醫(yī)用直線加速器(LINAC))發(fā)出的輻射束。輻射源針對癌病灶發(fā)出輻射束。因為例如在乳腺癌和肺癌中，癌病灶往往在皮膚下面，輻射束穿過輻射源和癌病灶之間的任何組織，并通過癌病灶之上的另一側(cè)上的任何組織。暴露于輻射的健康組織在該過程中可能被損傷，然而，這種損傷被認為是在一定程度上可接受的，因為它是治療癌癥的結(jié)果且有由治療癌癥加權(quán)，癌癥是更大的危險/生命威脅。因為不希望損傷健康組織，發(fā)展技術(shù)來避免盡可能多的健康組織，新的治療方法幫助減少到健康組織的暴露量，同時保持對癌癥病灶相同的暴露。

通過提供較小尺寸且與癌病灶更共形的輻射束，可根據(jù)外科醫(yī)生的精度提供輻射劑量，減少了否則將被照射的健康組織的量。立體定向體部放射治療(SBRT)或立體定向消融放療(SART)是胸部和腹部癌癥的放射治療技術(shù)，其提供了較大的輻射劑量，通常比標準放射治療技術(shù)高4-9倍，但有較少的重復(fù)遞送率。內(nèi)部呼吸、心臟和腸運動影響位于胸部和腹部區(qū)域中的癌癥。因此，精確地確定由健康組織包圍的癌變體積的位置，并朝向癌變組織引導(dǎo)所述輻射束是至關(guān)重要的。放射治療專家準確引導(dǎo)輻射束的能力是很需要的。

當治療左乳房的乳腺癌時，心臟、心臟和乳房之間的肺組織以及其它附近的健康組織可以某些治療角度暴露于輻射束。這種不期望的接觸可導(dǎo)致輻射毒性或特別是對心臟的后期副作用，影響了年輕患者的長期治療結(jié)果。因此，已經(jīng)開發(fā)了利用放射療法治療乳腺癌的新方法，其中患者只在他們已經(jīng)吸氣并主動屏住呼吸時接受治療。這是有益的，因為在吸氣期間心臟在輻射束下方(在下面)并遠離輻射束移動，使得心臟遠離左側(cè)乳房。在該技術(shù)中，所謂的深吸氣后屏氣(DIBH)，只有當病人的肺充氣時輻射才傳遞到靶向腫瘤。這需要在呼吸然后保持過程中打開和關(guān)閉輻射束(選通的)，以及跟蹤癌癥的位置。這種技術(shù)a)增加了靶(乳房體積)和心臟之間的距離；b)避免了或減少了被輻射的心臟附近的體積，并因此降低了輻射副作用的可能性；c)減少了靶向乳房下的輻射肺體積的百分比(在吸氣期間肺部擴張，所以相比當肺沒有擴張時，波束暴露更少的總肺體積)。

在自由呼吸技術(shù)中，患者自由呼吸，在吸氣和呼氣過程中他們的胸部和靶向癌移動。為了使這種技術(shù)發(fā)揮作用，在自由呼吸時監(jiān)控病人，使得根據(jù)呼吸周期可確定癌癥的位置。這被稱為自由呼吸選通輸送，允許引導(dǎo)輻射至癌癥的精確位置，并且僅當病人在呼吸周期中的預(yù)定位置時輸送。通常在初始模擬過程中使用紅外(IR)或光學(xué)照相機，并且根據(jù)呼吸周期數(shù)據(jù)來關(guān)于癌癥的位置分析該數(shù)據(jù)。在治療過程中再次使用IR照相機以確定癌癥的位置?；颊邔⒃谂鋫溆邢嗤蝾愃频谋O(jiān)控系統(tǒng)的加速器上進行多次治療，并且需要患者重現(xiàn)和保持與上述初始模擬的那些相同的呼吸模式。

在另一方面，DIBH依靠病人深呼吸，并屏住呼吸約20-30秒或更久。在DIBH期間，胸部擴張，心臟相比在自由呼吸期間更顯著地向下移動，使得DIBH更有益于實現(xiàn)胸壁與心臟之間的更大分離。類似的IR照相機可在所描述的用于自由呼吸技術(shù)的DIBH中使用。

因為這些技術(shù)是相對較新的，并且沒有在世界各地的大多數(shù)放射治療設(shè)施中得到實施，臨床實施的新趨勢是上升的。為了協(xié)助輻射輸送設(shè)備的試運行和在臨床實踐中常規(guī)質(zhì)量保證(QA)，需要能夠測試這些技術(shù)的方法和裝置來實現(xiàn)這些技術(shù)、訓(xùn)練操作者并確保建立輻射輸送機來實現(xiàn)這些技術(shù)正常運作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了動態(tài)體模，該體模包括：具有正面、背面以及在正面和背面之間的內(nèi)部空腔的主體，該主體具有可移動的胸壁；第一運動機構(gòu)，其被致動以移動該胸壁，由此相對于主體的背面移動所述正面；支撐在內(nèi)部空腔中的可移動器官構(gòu)件，通過第二運動機構(gòu)導(dǎo)致它相對于該主體移動；以及用于驅(qū)動第一和第二運動機構(gòu)的驅(qū)動源；其中第一和第二運動機構(gòu)移動該胸壁和可移動器官構(gòu)件，以基本上表示它們在人體內(nèi)的運動。

在一些實施方式中，胸壁包括第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中當?shù)谝贿\動機構(gòu)移動胸壁時第一區(qū)段和第二區(qū)段相對于彼此運動。該胸壁可進一步包括位于所述第一部分和第二部分之間的第三區(qū)段。胸壁的第三區(qū)段可以是彈性的。

在進一步的實施方式中，胸壁是彈性的，并且當?shù)谝贿\動機構(gòu)移動胸壁時變形。胸壁可剛性地連接到所述背面。此外，胸壁可朝向呼氣位置偏置，第一運動機構(gòu)將胸壁移動到吸氣位置。

在其它實施方式中，第一運動機構(gòu)在多個點連接到胸壁。第一運動機構(gòu)可在多個點連接到胸壁的第一和第二部分。第一運動機構(gòu)可在一個方向上從背面直線移動到所述主體的正面。第一運動機構(gòu)可擴張該胸壁。

在一些實施方式中，可移動器官構(gòu)件是可變形的?？梢苿悠鞴贅?gòu)件的第一端可相對于背面固定。可移動器官構(gòu)件的第二端可朝向第一位置偏置，并且所述第二運動機構(gòu)可伸展該可移動器官構(gòu)件以相對于可移動器官構(gòu)件的第一端來移動可移動器官構(gòu)件的第二端。該可移動器官構(gòu)件可以是心臟。該可移動器官構(gòu)件可以是一對肺。如果該可移動器官構(gòu)件是一對肺，則該對肺可與呼吸機流體地連通。

在動態(tài)體模的一些實施方式中，該胸壁在超過一個的空間方向上運動。

在進一步的實施方式中，第一運動機構(gòu)是機電機構(gòu)。第一或第二運動機構(gòu)可包括聯(lián)動裝置。在一個優(yōu)選的實施方式中，第一或第二運動機構(gòu)可包括往復(fù)、樞轉(zhuǎn)、凸輪或滑動運動。

在一些實施方式中，胸壁包括第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段，所述第三區(qū)段連接所述第一區(qū)段與第二區(qū)段。第一運動機構(gòu)可連接到第三區(qū)段。第一運動機構(gòu)可包括樞轉(zhuǎn)地連接到第三區(qū)段和體模背面的臂。第一運動機構(gòu)還可包括往復(fù)軸，所述往復(fù)軸樞轉(zhuǎn)地連接到所述臂。在一個更優(yōu)選的實施方式中，該往復(fù)軸通過連接構(gòu)件連接到所述臂。在一些實施方式中，當往復(fù)軸延伸時，所述臂相對于體模的背面樞轉(zhuǎn)，以移動胸壁遠離所述體模的背面。

在其它實施方式中，第三區(qū)段柔性地連接到第一區(qū)段和第二區(qū)段。

在一些實施方式中，第一區(qū)段和第二區(qū)段連接到體模的背面。

在一些實施方式中，第一和第二運動機構(gòu)的每一個基本上表示在人體內(nèi)吸氣和呼氣的運動。

在一些實施方式中，第一和第二運動機構(gòu)是同步的。

附圖說明

現(xiàn)在將僅參考附圖通過示例的方式描述結(jié)合本發(fā)明各個方面的實施方式，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的體模的正面等距視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的體模的示意圖；

圖3是圖2中的體模的正視圖；

圖4A是圖2中體模的正視圖，其中第一運動機構(gòu)在在多個點連接到胸壁；

圖4B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的第一運動機構(gòu)和第二運動機構(gòu)的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的體模的仰視圖；

圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的可移動器官構(gòu)件的示意圖；

圖6B是具有另外運動機構(gòu)的圖6A中可移動器官構(gòu)件的示意圖；

圖6C是圖6B中的另外運動機構(gòu)的示意圖；

圖6D是圖6B中耦合的示意圖；

圖6E是具有進一步的運動機構(gòu)的圖6B中可移動器官構(gòu)件的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的另一可移動器官構(gòu)件的示意圖；

圖8是圖4A中的體模的仰視圖；

圖9是圖1中的體模的仰視圖；

圖10是圖9中的體模的正視圖；

圖11A是具有植入的輻射探測器的可移動器官構(gòu)件的示意圖；

圖11B-11D是肺類似物的示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的體模的示意圖；

圖13是相對于輻射區(qū)和無輻射區(qū)定位的體模的示意圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的動態(tài)體模的正面等距視圖；

圖15是圖14中的體模胸骨下側(cè)的等距視圖；

圖16a和16b是圖14中的體模分別在呼氣和吸氣位置的橫截面圖；

圖17a和17b是圖14中的體模的橫截面圖，分別示出了在呼氣和吸氣位置的胸骨連接；

圖18是圖14中的體模在呼氣位置并連接到驅(qū)動裝置的橫截面圖；

圖19a和19b是圖14中的體模分別在呼氣和吸氣位置的等距視圖；

圖20a和20b是圖14中的體模分別在呼氣和吸氣位置的平面圖；

圖21a和21b是圖14中的體模分別在呼氣和吸氣位置的側(cè)視圖；

圖22a是在肋和胸骨之間的非剛性連接器的側(cè)視圖；

圖22b是圖22a中的連接器的等距剖視圖；

圖23是圖14中的體模的多個組件的布局；

圖24是圖14中的體模的上透視圖，具有分離的肺附件；以及

圖25是在圖14中所示的體模的分解圖。

具體實施方式

圖1至4示出了動態(tài)體模10，其包括主體12，主體12具有正面14、背面16以及在主體12的正面14和背面16之間的內(nèi)部空腔18。該主體具有在主體12的正面14的可移動胸壁20，其由第一運動機構(gòu)(例如連接到驅(qū)動裝置32的驅(qū)動構(gòu)件30)來移動，從而相對于主體12的背面16來移動主體12的正面14?？梢苿有乇?0的移動設(shè)計為表示胸部的運動，因為它在呼吸過程中擴張和收縮。

應(yīng)當指出，在優(yōu)選實施方式的整個描述中，術(shù)語例如胸、心臟、肺、脊柱、乳房等用于表示類似這些身體部位的特征，即擬人化的。例如術(shù)語心臟的使用并非意圖描述實際的人的心臟，無論是活的或先前活的，而是類似心臟的物體。應(yīng)當理解，雖然人體器官可用于某些身體部位，例如肋，但更實際的是使用具有與在它們位置的相應(yīng)人體部位類似的物理和化學(xué)性質(zhì)其它物體。該物理和化學(xué)性質(zhì)可包括材料密度和電子密度、機械強度、可變形性、顏色和輻射傷害耐受性。如果該術(shù)語旨在是實際的人體部位，將在前面有術(shù)語“人”，例如人的心臟。

第一運動機構(gòu)能夠表示人體胸部在呼吸過程中的運動，并允許在體外評估依靠在呼吸期間或在深吸氣下的治療的技術(shù)。兩個主要的呼吸方法被認為是患者正常呼吸的自由呼吸以及深吸氣呼吸，在深吸氣呼吸中，患者吸氣到接近最大肺活量并盡可能長地屏氣，只要他們能穩(wěn)定地這樣做，之后呼氣并重復(fù)該過程。第一運動機構(gòu)設(shè)計為移動胸壁，以模擬或接近胸壁在自由呼吸和深吸氣呼吸的方法下的運動。

胸壁可以各種不同的方式來形成，每個變型提供了不同的優(yōu)點。例如，胸壁20可由平的剛性板來表示，或者表示為人的胸腔。雖然平的剛性板將復(fù)制胸壁20的整體運動，但不能復(fù)制胸部在呼吸期間發(fā)生的變形。在另一方面，雖然人的胸腔將準確地復(fù)制人的胸壁的變形，但使用人的胸腔要復(fù)雜和昂貴得多。最終，胸壁將優(yōu)選表現(xiàn)地像胸腔，并能夠在時間和空間上模擬自由呼吸和深吸氣呼吸下的呼吸運動。

圖2示出了具有胸壁20的主體12的橫截面視圖，該胸壁20包括第一區(qū)段22和第二區(qū)段24。第一區(qū)段22和第二區(qū)段24在主體12的背面16連接到支撐體上，例如脊椎40。應(yīng)該理解的是，在主體12的背面16上的支撐體可以是任何支撐體，例如用于任何其它安裝結(jié)構(gòu)的基板。圖12示出了作為基板15的支撐體。

第一區(qū)段22的第一端22A連接到脊柱40，并且第二區(qū)段24的第一端24A連接到脊柱40。第一區(qū)段22的第一端22A和第二區(qū)段24的第一端24A可通過任何方式連接到脊柱40上。例如，第一端22A、24A可剛性地連接到脊柱40、樞轉(zhuǎn)地連接到脊柱40或彈性地連接到脊柱40?？商娲?，第一區(qū)段22和第二區(qū)段24可形成一體，脊柱40在第一區(qū)段22和第二區(qū)段24之間。

將胸壁分成兩個區(qū)段允許胸壁擴張，而不必是彈性的。這有助于復(fù)制人的胸壁運動，其由連接到脊柱的肋組成，該肋連接到胸骨以及本質(zhì)上是彈性的在胸部正面的胸骨。應(yīng)當理解的是，第一區(qū)段22和第二區(qū)段24不需要彼此連接，然而它們可直接或間接地彼此相連。還應(yīng)當理解的是，第一區(qū)段22和第二區(qū)段24可由左右組肋來表示?？商娲?，人的胸腔可用于體模10中。

胸壁20還可包括在第一區(qū)段22和第二區(qū)段24之間的第三區(qū)段26。第三區(qū)段26可以是彈性的，以復(fù)制人的胸骨。例如，第三區(qū)段26可由表現(xiàn)出彈性性質(zhì)的材料(例如橡膠或硅樹脂)形成，或者它可以是彈性物體，例如彈簧。圖2示出了第一區(qū)段22的第二端22B，其連接到第三區(qū)段26，以及第二區(qū)段24的第二端24B，其也連接到第三區(qū)段26。彈性第三區(qū)段作用，以將第一區(qū)段22的第二端22B和第二區(qū)段24的第二端24B一起拉動。雖然胸壁20可以是任何期望的尺寸，但胸壁20的尺寸優(yōu)選地代表所考慮的人類群體的尺寸(例如特定年齡的平均男性、平均女性、平均兒童，或特定個體)。

在操作中，致動該驅(qū)動構(gòu)件30以移動胸壁20。驅(qū)動源，例如由用戶控制的計算機45上的軟件接口，驅(qū)動第一運動機構(gòu)。在由平板所表示的胸壁20的實施例中，該運動機構(gòu)可僅在單個點(未示出)連接到胸壁20。然而，驅(qū)動構(gòu)件30可在胸壁20的超過一個的點上連接。如圖2所示，驅(qū)動構(gòu)件30通過第一組連接構(gòu)件34和第二組連接構(gòu)件36連接到胸壁20的第一區(qū)段22和第二區(qū)段24。第三區(qū)段26是彈性的，并且第一和第二區(qū)段22、24是有彈性的。隨著致動驅(qū)動構(gòu)件30，連接構(gòu)件34、36作用于胸壁20上以擴張胸壁20并伸長第三區(qū)段26，從而使第一區(qū)段22和第二區(qū)段24相對于彼此移動。這個運動，其中胸壁在超過一個的空間方向上運動，復(fù)制吸氣，胸壁20變形和擴張。應(yīng)該理解的是，胸壁20可由單片可變形材料制成，例如橡膠或硅樹脂，并且在吸氣期間仍然執(zhí)行相同的變形功能。然而，這將導(dǎo)致只變形，而不是導(dǎo)致擴張的變形，這是在吸氣期間人的胸壁所經(jīng)歷的。通過使胸壁20分成第一區(qū)段22和第二區(qū)段24，第一區(qū)段22和第二區(qū)段24相對于彼此運動，允許胸壁20擴張。雖然胸壁20可由驅(qū)動構(gòu)件驅(qū)動到任何期望的位置，但優(yōu)選地驅(qū)動胸壁20使得胸壁20的運動在空間和時間上表示人的胸壁在吸氣期間的運動。

在吸氣后完成后，驅(qū)動構(gòu)件30返回到其初始位置。驅(qū)動構(gòu)件30可主動地返回到其起始位置，或者它可被動地返回到其初始位置。例如，驅(qū)動裝置32可用于將驅(qū)動構(gòu)件30返回到起始位置，或驅(qū)動裝置32可停止驅(qū)動該驅(qū)動構(gòu)件30，并且胸壁20，其可以是彈性的，將驅(qū)動構(gòu)件30 返回到其初始位置。應(yīng)該理解的是，在圖2所示的實施例中，驅(qū)動構(gòu)件30的初始位置將代表呼氣位置，然而該初始位置可能是吸氣位置，致動該驅(qū)動構(gòu)件以將胸壁20移動到呼氣位置。如果胸壁20將驅(qū)動構(gòu)件30返回到表示呼氣的初始位置，則胸壁20將朝向呼氣位置偏壓。在圖2所示的實施方式中，胸壁20朝向呼氣位置偏置，并且運動機構(gòu)的致動將胸壁20擴張到吸氣位置。

如圖4A所示，驅(qū)動裝置32由步進電機32A組成，其通過齒輪和軸32B連接到凸輪32C。隨著電機32A轉(zhuǎn)動，凸輪32C旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動該驅(qū)動構(gòu)件30在一個方向上從主體12的背面16朝向主體12的正面14做線性運動。步進電機的一個優(yōu)點是它能夠精確地進行定位而不需要反饋傳感器，因為各步驟的位置是已知的。應(yīng)當理解的是，雖然步進電機在這個實施例中使用，但它可用任何其它類型的電機來代替，例如伺服電機。此外，應(yīng)當理解的是，驅(qū)動構(gòu)件30可通過任何適當?shù)氖侄蝸眚?qū)動。例如，該運動可以是機械的，例如纜繩、鮑登纜繩、齒輪、萬向齒輪、凸輪、滑輪和皮帶、彈簧。可替代地，該運動可以是氣動或液壓的，例如由汽缸中流體驅(qū)動的活塞所引起。應(yīng)該理解的是，任何上述的裝置可單獨使用或組合使用來驅(qū)動該驅(qū)動構(gòu)件30。將會理解的是，步進電機32A和凸輪32C可用氣動或液壓裝置來代替。

通過軸32B使步進電機32A連接到凸輪32C的優(yōu)點在于它允許步進電機32A保留在主體12的空腔18的外側(cè)。此外，通過使用步進電機32A，內(nèi)部空腔18中不需要反饋傳感器。通過將電機32A定位在內(nèi)部空腔18的外側(cè)，體模10可用于使用X射線和計算機斷層掃描(CT)產(chǎn)生有用的醫(yī)學(xué)圖像。

圖12中示出了將步進電機32A定位在內(nèi)部空腔18的外側(cè)的一個實施例。在圖12中，基板15充當待連接的組件(例如步進電機32A)的底座。胸壁20可以與胸壁20如何連接到脊柱40的類似方式連接到基板15上，如上所述。如在圖12中所示，步進電機32A安裝到基板15的一個區(qū)域中，其在內(nèi)部空腔18的外側(cè)。以此方式，步進電機32A將不存在于體模10的胸部區(qū)域的圖像中。優(yōu)選地，內(nèi)部空腔18中的所有材料是擬人化的(例如心臟50和肺60具有與人體器官相似的密度和電子密度，這有利于計算輻射劑量)，并且在臨床環(huán)境中能容忍被暴露于超電壓(MV)光子束。通過從內(nèi)部空腔18中去除非擬人化的材料，例如金屬或具有比組織和骨頭更大密度的材料，那么相比于目標(例如金屬步進電機32A)定位在所述內(nèi)部空腔18的內(nèi)部中，產(chǎn)生的醫(yī)療圖像將具有更少的偽影。具體而言，如果步進電機32A放置在體模10的內(nèi)部空腔18中，步進電機中的金屬將模糊圖像，因為X射線將由金屬部件大量吸收和分散。

圖13示出了當成像該體模10時的輻射區(qū)100和非輻射區(qū)110。輻射區(qū)100表示將被輻射的區(qū)域，因此其中應(yīng)避免非擬人化的材料，而非輻射區(qū)110表示不會被輻射的區(qū)域，因此機械應(yīng)位于其中。

體模10設(shè)計為模擬人的胸壁在呼吸期間的運動。特別地，體模10設(shè)計成模擬人的胸壁的位移，并模擬人的胸壁位移的頻率?？梢远喾N方式來獲得人的胸壁移動的頻率和位移數(shù)據(jù)。例如，可使用四維計算機斷層掃描(4DCT)或X射線熒光或其它已知的方法來分析很多患者，以獲得很多現(xiàn)實生活的實施例，由此可計算平均值。另外，體模10設(shè)計成不僅模擬人的胸壁在一個方向上從體模10的正面14到背面16的位移，而且模擬胸壁20在吸氣期間的整體擴張。

除了可運動的胸壁20，該體模10還包括位于內(nèi)部空腔18中的可移動器官構(gòu)件。該可移動器官構(gòu)件可以是心臟50、肺60或感興趣的任何其它器官。應(yīng)該理解的是，該體模10可包括一個以上的可移動器官構(gòu)件，例如心臟50和一對肺60。通過第二運動機構(gòu)促使可移動器官構(gòu)件相對于主體12移動。第二運動機構(gòu)設(shè)計為移動該可移動器官構(gòu)件，使得它模擬或接近人體內(nèi)該器官的生理運動。

促使可移動器官構(gòu)件相對于主體12的背面16移動。如果可移動器官構(gòu)件的運動設(shè)計為表示人胸部內(nèi)的器官在呼吸期間隨著胸部擴張和收縮的運動，則可移動器官構(gòu)件將與胸壁20的運動同步，并通過第二運動機構(gòu)導(dǎo)致移動。胸壁20和可移動器官構(gòu)件的同步是通過同步第一和第二運動機構(gòu)來實現(xiàn)的，以基本上表示在人體內(nèi)的吸氣和呼氣的運動。

圖3至5示出了包括兩個可移動器官構(gòu)件(心臟50和一對肺60)的體模10。將會理解的是，該體模10將利用心臟50或一對肺60起作用。心臟50可以是類似于人的心臟的物體。例如，心臟可通過類似于硅凝膠的心形體積的材料來表示。同樣地，一對肺60可以是類似于一對人的肺的物體。一對肺60可以是任何可充氣的物體，例如一對肺60可通過由氣密的硅樹脂涂層纏繞和密封的海綿來表示?？梢岳斫獾氖?，管結(jié)構(gòu)可內(nèi)置于該對肺60中，其類似于人的氣管和支氣管系統(tǒng)。該管結(jié)構(gòu)可由橡膠或硅樹脂制成，并設(shè)計為當它在來自進入的空氣流的壓力下以及在來自向下伸展肺60的運動機構(gòu)的力的作用下時，可類似于肺60的其余部分變形和擴張。優(yōu)選地，心臟50和肺60將是彈性的。應(yīng)該理解的是，心臟50和一對肺60將能夠模擬在自由呼吸和深吸氣呼吸期間發(fā)生的運動。因為體模10設(shè)計為表示吸氣和呼氣的運動，將會理解的是，準確地表示可移動器官構(gòu)件的形狀的重要性將大于匹配器官的電子密度等。

心臟50可通過第二運動機構(gòu)52移動。如圖6A所示，心臟50可通過第二運動機構(gòu)52進行變形。特別的，圖6A示出了心臟50，其固定在一端51上(相對于背面)，而第二運動機構(gòu)52伸展心臟50，導(dǎo)致心臟50變形。心臟50可朝向第一位置偏置，并且所述第二運動機構(gòu)52可伸展心臟50，以相對于心臟50的第一端51移動心臟50的第二端53?？梢岳斫獾氖牵呐K的伸展可通過牽引心臟50或通過推動心臟50的非固定部分遠離心臟50的固定部分來實現(xiàn)。

圖4B示出了一種方式，其中驅(qū)動構(gòu)件30和第二運動機構(gòu)52可組合。如在圖4B中所示的，第二運動機構(gòu)52可包括纜繩54和滑輪56。纜繩54的一端連接到心臟50的非固定部分，并且纜繩54的另一端經(jīng)由滑輪56連接到驅(qū)動構(gòu)件30。隨著第一運動機構(gòu)移動，也驅(qū)動了第二運動機構(gòu)52?；?6用于引導(dǎo)纜繩54，以使驅(qū)動構(gòu)件30和第二運動機構(gòu)52在不同的方向作用。纜繩54可由任何合適的材料制成，但它優(yōu)選地由尼龍或具有較強的機械強度的相似類型的耐用材料制成。滑輪56可由特氟隆或類似類型的耐用塑料材料制成。尼龍和特氟隆是市售的，并具有與身體組織類似的密度，因此如果它在輻射束的路徑上不會干擾CT成像或輻射束的衰減。應(yīng)該理解的是，運動機構(gòu)可在其它機械實施方式中組合，或者可利用液壓或氣動組合。

在人體內(nèi)，心臟在定期呼吸期間以組合擴張和收縮加上旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜心臟運動而移動。心臟在深吸氣過程中會更大程度地向下(朝腳)和向后(朝脊柱)移動。因此第二運動機構(gòu)52可定位，使得所述第二運動機構(gòu)52的致動朝向主體12的背面以及朝向主體12的下端19移動心臟50。應(yīng)當理解的是，運動機構(gòu)52可定位成在希望的任何方向上移動心臟50。例如，運動機構(gòu)52可在一般表示從上到下、從左到右、從體模的正面到背面或這些的任何組合的軸線上移動心臟，例如心臟50的上述朝向主體12的背面并朝向主體12的下端19的運動。意圖是心臟50在體模10中的運動代表了心臟在活人中由呼吸循環(huán)所引起的運動。即，心臟50在正確方向上相對于胸壁20和其他器官移動，并且它以正確的距離以及正確的頻率移動。距離和頻率可由體模10的用戶控制和調(diào)節(jié)。

可以理解的是，由于肺的充氣而導(dǎo)致的人的心臟的位移與肺的充氣水平有關(guān)。因此，如果體模10配置為模仿人的正常呼吸，心臟50在整個吸氣/呼氣周期比它在深吸氣屏氣期間移動地更少?？梢岳斫獾氖?，人的心臟的運動也會在男人、女人和兒童之間變化，因為肺的充氣對于這些群體的每一個將是不同的。可以理解的是，用戶通過計算機軟件能夠在自由呼吸周期和深吸氣屏氣周期之間進行選擇，計算機軟件將每個呼吸模式與相應(yīng)的心臟50的移動鏈接。

應(yīng)當注意，雖然由于人的肺充氣和胸腔的擴張存在心臟的移動，但由于向身體供給血液的心臟泵送作用也存在心臟的移動。應(yīng)該理解的是，人心臟的泵送作用可包括在體模10中。例如，體?？稍O(shè)計成使得a)只模擬心臟的縱向伸展運動，b)只模擬由于心臟泵血的運動，或c)模擬心臟的縱向伸展運動和由于心臟泵血的運動。

圖6B和6C示出了旋轉(zhuǎn)心臟50的機構(gòu)，以模仿由心臟泵血引起的人的心臟的旋轉(zhuǎn)。如上述關(guān)于圖6A所描述的，心臟50能夠通過運動機構(gòu)52縱向變形，心臟50固定在一端51上，并且驅(qū)動構(gòu)件在第二端53上連接。運動機構(gòu)52延伸通過的套筒94接合心臟50的第二端53。套筒的外表面94'是齒形的，允許套筒通過連接到運動機構(gòu)(顯示為電機96)的齒輪95旋轉(zhuǎn)。套筒94的外表面94'上的齒縱向延伸，使得當心臟50通過運動機構(gòu)52縱向變形時，所述齒保持與齒輪95接觸。偏置構(gòu)件，例如彈簧130，可包括在套筒94內(nèi)以在任一方向上旋轉(zhuǎn)偏置該套筒。當電機96致動時，齒輪95轉(zhuǎn)動，齒輪95相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)套筒94，從而相對于心臟的第一端51旋轉(zhuǎn)心臟50的第二端53。

在自由呼吸期間，心臟50的縱向移動將是比較小的，可能期望的是只考慮心臟的旋轉(zhuǎn)運動。因此可以設(shè)想，如果有三個運動機構(gòu)(一個用于胸壁、一個用于心臟的縱向移動以及一個用于心臟的旋轉(zhuǎn)運動)，在自由呼吸期間用于心臟50的縱向移動的運動機構(gòu)52可能是不活躍的。參照圖6B和6D，也可以設(shè)想其中用于胸壁和心臟的縱向運動的運動機構(gòu)是組合的，可提供耦合件97，例如具有鎖定銷99的套筒98，以允許主動地選擇或取消選擇心臟的縱向運動。例如，可希望在自由呼吸期間取消選擇心臟的縱向移動，但在DIBH期間選擇。

此外，如圖6E所示，人的心臟在整個心動周期經(jīng)歷的擴張和收縮也可包括在心臟50中。心臟可具有帶內(nèi)部腔室的空腔150，顯示為氣囊152，填充有液體，例如水。氣囊152與貯存器154流體地連通。泵送裝置，例如活塞156用于將水從貯存器154泵送到氣囊152中。隨著水泵入到氣囊152中，心臟100中的空腔150由氣囊152填充，并且通過伸展心臟50引起心臟50的擴張。當泵送停止時，使心臟50放松返回其正常狀態(tài)，使得水被推回到貯存器154中。可替代地，活塞可以主動地將水泵回到貯存器154中。泵送裝置可認為是運動機構(gòu)，因為它作用于心臟50以用水填充氣囊152，從而擴張了心臟50并相對于體模10的主體12來移動心臟50。

圖7示出了一對由多個運動機構(gòu)移動的肺60。肺60連接到呼吸機70，其可由與肺60流體地連通的空氣泵72組成。呼吸機70可認為是運動機構(gòu)，因為它作用于肺60以用空氣填充肺60，從而給它們充氣并相對于主體12的背面16移動它們。為了使肺60充氣，肺60可以是中空的，具有與呼吸機70流體連通的開口。除了呼吸機70，圖7中所示的實施方式示出了連接到所述成對肺60每個的底部的兩個進一步的運動機構(gòu)62、64。該運動機構(gòu)62、64在吸氣期間朝向主體12的下端19牽引肺部。肺60是可變形的，并且在吸氣期間當朝向主體12的下端19移動時擴張?？梢岳斫獾氖?，連接在肺60的底端61、63的成對運動機構(gòu)62，64可用連接到肺60的兩個底端61、63的單個運動機構(gòu)(未示出)來代替。此外，應(yīng)該理解的是，需要僅僅一個呼吸機70和一個或兩個運動機構(gòu)62、64來移動成對的肺60。例如，肺60可僅連接到呼吸機70，其可給肺60充氣，導(dǎo)致它們擴張和變形?？商娲?，肺60可連接到僅一個或多個能夠朝向主體12的下端19牽引肺的運動機構(gòu)。如關(guān)于心臟50所描述的，可以理解的是肺60的牽引可通過牽引肺60或通過推動肺60的非固定部分遠離肺60的固定部分來實現(xiàn)。

可以理解的是，雖然呼吸機70在圖7中示為空氣泵72，但所述呼吸機可以是能夠在吸氣期間給成對的肺60充氣并且允許空氣在呼氣期間退出成對的肺60的任何裝置。例如，空氣泵72可用比大氣壓更大的壓力源來替換，在壓力源和成對的肺60之間具有一個閥，閥打開以允許空氣從壓力源流到肺60。應(yīng)該理解的是，肺60的充氣以及肺60的牽引將能夠模擬人的肺的運動，用于自由呼吸和深吸氣呼吸的情況。

因為肺60的移動方向?qū)⒉煌谛呐K50，運動機構(gòu)62、64將在不同的方向上向著心臟50移動肺60。具有多個運動機構(gòu)允許單獨控制每個肺60的移動，并允許器官在表示吸氣和呼氣過程中人體器官移動的方向上驅(qū)動。由于肺的屬性，人的肺的移動在肺的內(nèi)部的不同位置在方向和大小上而不同。應(yīng)該理解的是，肺60的復(fù)雜三維運動可通過改變肺60的密度(例如非均勻的)、肺內(nèi)構(gòu)建的支氣管系統(tǒng)和由運動機構(gòu)62、64單獨或與呼吸機70相結(jié)合所引起的移動而改變。優(yōu)選地，肺60將能夠產(chǎn)生存在于人的肺內(nèi)的滯后，使能夠研究非同一的三維運動。

肺60的充氣設(shè)計為模仿人體肺在吸氣期間的移動和擴張，并與肺60在吸氣運動期間的牽引同步。當調(diào)查肺癌時，其中癌癥的位置在呼吸循環(huán)過程中變化，這樣的移動是必需的。應(yīng)該理解的是，肺60可以是一對人體肺。雖然已經(jīng)描述了心臟50和肺60，但應(yīng)當理解的是，任何感興趣的器官可用作可移動器官構(gòu)件，無論是作為心臟50和肺60的補充，還是代替心臟50和肺60。

在圖6和7所示的實施方式中，運動機構(gòu)52、62、64包括通過齒輪和軸連接到凸輪的步進電機，如關(guān)于胸壁20所描述的。將理解的是，雖然步進電機在該實施例中使用，它可用任何其它類型的電機來代替，例如伺服電機。此外，如以上所討論的，步進電機和凸輪可用氣動或液壓裝置來代替。

驅(qū)動源驅(qū)動該運動機構(gòu)52、62、64。驅(qū)動源可以是與驅(qū)動第一運動機構(gòu)30的計算機45相同，或者運動機構(gòu)52、62、64可由一個或多個其它驅(qū)動源進行控制。使所有運動機構(gòu)由單個驅(qū)動源驅(qū)動將是有利的，因為這將去除事件同步的復(fù)雜性，并減少操作體模10所需的操作者的數(shù)量。

因為體模10的潛在應(yīng)用之一是用于進行質(zhì)量保證測試，以及調(diào)試用于治療乳腺癌的吸氣屏氣技術(shù)，體模10的主體12還可包括一對女性乳房80，如在圖5、8、9、10、12和13中所示的。乳房80可由具有與乳房內(nèi)的軟組織相似的特性的材料制成。例如，乳房80可由硅樹脂或結(jié)合的產(chǎn)品制成，所述結(jié)合產(chǎn)品在女性乳房增大的臨床過程中使用，具有硅樹脂涂層或保護層。優(yōu)選地，乳房80會變形，并以與在呼吸循環(huán)期間的人的乳房類似的方式反應(yīng)。此外，當體模10以其仰臥(面朝上)或其它位置定位時，例如在臨床情況下側(cè)臥或俯臥(面朝下)，因為重力的作用乳房80會變形。乳房可構(gòu)建為胸壁20的一部分，或者可以是附加層90，其單獨地連接到胸壁20的外表面上。圖12示出了作為胸壁20的胸腔28，附加層90連接到胸腔28。

圖14-25示出了動態(tài)體模200的替代實施方式。體模200包括主體212，具有正面214、背面216和在正面214和背面216之間的內(nèi)部空腔218。主體212具有在主體212的正面214的可移動胸壁220。致動第一運動機構(gòu)(示為鉸接聯(lián)接230)，以移動胸壁220，從而相對于主體212的背面216移動主體212的正面214?？梢苿有乇?20的運動設(shè)計為表示胸部在呼吸過程中擴張和收縮的運動。

體模具有可移動器官構(gòu)件，示為心臟250，支撐在內(nèi)部空腔218中。通過示為電機252的第二運動機構(gòu)，促使心臟250相對于主體移動。驅(qū)動源，例如控制器/計算機245驅(qū)動第一和第二運動機構(gòu)230、252。第一和第二運動機構(gòu)230、252設(shè)計為基本上表示在人體內(nèi)吸氣和呼氣的運動。由第一和第二運動機構(gòu)230、252所產(chǎn)生的移動在某些情況下是相關(guān)的，并且在某些情況下是同步的，以基本上表示在人體內(nèi)吸氣和呼氣的運動。

胸壁由示為右肋222的第一區(qū)段、示為左肋224的第二區(qū)段以及示為胸骨226的第三區(qū)段組成。圖23示出了單個肋222a。胸骨226連接右肋222和左肋224。胸骨226松散地模仿人體內(nèi)的胸骨，并成形為類似于人的胸骨。左肋222和右肋224松散地模仿人體內(nèi)的肋骨，并成形為類似于人的肋骨。胸骨226柔性地連接到右肋222和左肋224。左肋222和右肋224連接到體模200的背面216，具體地是在脊柱217處。左肋222和右肋224連接到脊柱217，使得它們可相對于脊柱217旋轉(zhuǎn)。胸骨226和右肋222以及左肋224之間的柔性連接通過連接器來實現(xiàn)，例如彈性體鉸鏈228。肋222、224和胸骨226具有結(jié)節(jié)229，其連接到彈性體鉸鏈228中的凹部228a。胸骨226通過兩個在胸骨226頂部的肋構(gòu)件226a鉸接地連接到所述脊柱217。脊柱217由兩個部分217a、217b組成。

鉸接聯(lián)接230具有臂232，可樞轉(zhuǎn)地連接到所述胸骨226(參見圖17b)。臂232也樞轉(zhuǎn)地連接到脊椎217。該臂基本上是“L”形。鉸接聯(lián)接230具有連接構(gòu)件234，其樞轉(zhuǎn)地在臂232的一端連接，并在另一端樞轉(zhuǎn)地連接到軸236，其延伸穿過體模200的脊柱217。軸236可縱向往復(fù)運動，并且通過電機238移動。脊柱217和電機238連接到板270上。板270提供了方便的表面以安裝體模200的元件部分。

參照圖17a和17b，當軸236處于縮回位置時，胸壁220處于呼氣位置(圖17a)。當電機238縱向延伸軸236時，連接構(gòu)件234促使臂232相對于脊柱217旋轉(zhuǎn)。隨著臂232旋轉(zhuǎn)，胸骨226在上面(向上)和前部(向前)移動，使胸壁擴張(圖17b)。換言之，當軸236延伸時，臂232相對于所述體模200的背面216樞轉(zhuǎn)，以移動胸壁220遠離體模200的背面216。胸壁在兩個空間方向(上面及前部)的直線移動產(chǎn)生了非直線運動。因為胸骨226在上面及前部移動，經(jīng)由彈性體鉸鏈228連接的肋222、224由胸骨226的移動而在上面及前部牽引，并相對于脊柱217樞轉(zhuǎn)。彈性鉸鏈允許肋222、224和胸骨226相對于彼此扭轉(zhuǎn)，同時確保它們保持連接。

心臟250通過剛性臂254支撐在內(nèi)部空腔218內(nèi)。當電機252縮回剛性臂254時，心臟朝下移動(向下)。心臟250還可具有連接到心臟250的隔膜256，以松散地模仿人的隔膜的運動。這是由心臟和隔膜所經(jīng)歷的移動的簡化模型，僅適用于建模DIBH?？梢栽O(shè)想，該隔膜可由單獨的運動機構(gòu)進行控制，以允許隔膜的運動和心臟的運動是不同的。電機252與電機238同步，以基本上代表人體內(nèi)的吸氣和呼氣運動。心臟250通過電機252的運動不是為了復(fù)制心臟的跳動，而是通過在吸氣期間給肺充氣而引起的心臟運動。

體模200還具有由發(fā)泡海綿制成的肺260(圖24)。肺260是被動的，并且反作用于胸壁220、心臟250和隔膜256的運動而運動。為了更緊密地匹配肺部所希望的密度，由天然海綿和水的組合制成的肺類似物可用來模擬肺的特征。為了避免水泄漏，泡沫可用具有不漏水外表面的小半圓形管262來制造，其在體模的長度上延伸，完全地包封了潤濕泡沫264的部分(參見圖11B)。然后，例如通過膠連接半圓形管262，使得它們作為單件移動(參見圖11C)。最后，不漏水表面266施加到所連接的半圓形管262上(參見圖11D)。通過以這種方式制造肺，水會“均勻分布”地保留在泡沫中。可替代地，泡沫聚苯乙烯珠粒和水可用來模擬肺。

雖然已將第一和第二運動機構(gòu)描述為電機238、252，但應(yīng)理解的是，該運動機構(gòu)可以是任何合適的線性致動器。例如運動機構(gòu)可以是任何合適的電-機械機構(gòu)或任何合適的電-氣動或電-液壓機構(gòu)。

雖然以上已經(jīng)描述了體模的兩個不同變型10、200，但可以設(shè)想，一個體模的功能組件可與另一個體模的功能組件組合。例如，雖然體模200描述了連接到剛性臂254的心臟250，但體模200可改為利用關(guān)于體模10所描述的心臟50。另外，雖然描述了體模200具有被動的肺260，但可設(shè)想該體模200可包括關(guān)于體模10所描述的肺60。

以下特征將關(guān)于體模10來描述，然而它們同樣適用于體模200。如圖8和9所示，體模10還可包括癌癥病灶85。在女性乳腺癌的實施例中，癌癥病灶85將位于乳房80中。癌癥病灶85可以與通常在女性乳房中發(fā)現(xiàn)的癌癥病灶類似的形狀和尺寸進行設(shè)計。應(yīng)該理解的是，癌癥病灶85具有不同于乳房80的其余部分的密度。因此，癌癥病灶85可清楚地確定并因而在體模10的CT圖像中描繪。此外，癌癥病灶85設(shè)計為使得它可用特別配制和制造的凝膠來代替，其可用作輻射劑量探測器。凝膠可形成為與癌癥病灶85相同的形狀和尺寸。可以理解的是，上述的凝膠劑量探測器具有類似于乳房80的性質(zhì)。可替代地，在肺癌的情況下，癌癥病灶85將位于該成對的肺60中的一個肺里，優(yōu)選地鄰近肺61的下底部。肺60中的癌癥病灶可設(shè)計為2-3cm直徑的球形，并理想地將由具有類似于癌癥病灶的性質(zhì)的材料制成，例如Dermasol(市售產(chǎn)品，具有0.82g/cm³的密度)。應(yīng)當理解的是，在乳腺癌的情況下，將有可能只包括在體模10的主體12上的一個乳房，然而希望存在兩個乳房，尤其是當使用紅外相機檢測胸壁運動時。關(guān)于由紅外照相機獲取的圖像，乳房80的表面和胸部20的其余部分可具有與人的皮膚類似的性質(zhì)。還應(yīng)當理解的是，當使用體模10的目的是檢查肺60時，則可產(chǎn)生一男一女兩個版本(例如具有或不具有乳房80)。將優(yōu)選的是體模10的女模將代表平均女性的物理尺寸，并且體模10的男模將代表普通人的物理尺寸?？商娲兀w?？稍O(shè)計為復(fù)制特定的人口，例如兒童，或甚至是特定的人。

體模10的器官和其它身體部位將理想地表示人體中這些部位的密度。特別的，單位為g/cm³的器官密度應(yīng)該是心臟大約為1.05、乳房和軟組織為0.95、肺為0.25-0.45以及肋/骨頭為1.3-1.8。例如，心臟可由硅凝膠、聚氨酯或橡膠制成，并且皮膚可由彈道凝膠(豬明膠)或硅樹脂制成。將能夠澆注皮膚和乳房，使得它們具有人的柔性、手感、彈性、密度和顏色，然后通過尼龍搭扣或者拉鏈將模壓皮膚和乳房固定至胸腔。例如，乳房可由商業(yè)乳房植入物、PlatSilR Gel-10(鉑硅氧烷)或Zerdine自修復(fù)材料制成。可替代地，乳房和皮膚可澆注為完成件，然后連接或像T恤一樣“穿戴”至體模10的胸腔。

體模10的器官和其它身體部位可使用可用的、比較新的并且先進的三維印刷技術(shù)來制造或生產(chǎn)，以使用期望的材料和合適的技術(shù)實現(xiàn)在外表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸方面更接近地類似于人體。

乳房內(nèi)的癌癥病灶85將具有與正常乳房組織稍微不同的密度，這使得它能夠在CT掃描中被檢測到。癌癥病灶85的密度優(yōu)選是約1.02g/cm³。例如，癌癥病灶85可由Dermasol制成。優(yōu)選地，體模中所用的材料將具有類似的物理密度以及與相應(yīng)的人體部位類似的密度。

體模10可具有一個或多個用于檢測和/或測量輻射劑量的裝置。圖10示出了嵌入在體模10的成對乳房80的左乳房中的硅基半導(dǎo)體二極管輻射探測器82。該二極管輻射探測器82連接到劑量計83，其記錄輸送給二極管82的輻射劑量?？梢岳斫獾氖?，二極管可放置在體模10的一個或多個身體部位中。例如，二極管輻射探測器82可嵌入在體模10的乳房80、肺60和心臟50中。另外，二極管輻射探測器82可嵌入在癌癥病灶85中。二極管輻射探測器應(yīng)放置在其中需要了解輸送的輻射劑量的區(qū)域中。

通過將二極管輻射探測器82包括在體模10中，能夠監(jiān)測和確定在輻射治療期間輸送到主體12的各部位的輻射劑量。這允許體模10的用戶確定哪些劑量給予癌癥病灶85以及心臟50和肺60中的興趣區(qū)域(ROI)，并且在女性體模的情況下給予一對乳房80。從該數(shù)據(jù)能夠確定治療計劃的有效性。應(yīng)該理解的是，二極管輻射探測器82可以是任何合適的尺寸以及任何特定類型的形式，例如市售的光子二極管、電子二極管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。

可替代地，用于檢測和/或測量輻射劑量的一個或多個裝置可以是離子室。例如，心臟50可具有保持嵌入到其中的管的離子室，然后該離子室放置在離子室保持架的內(nèi)部。在一般情況下，二極管輻射探測器是優(yōu)選的，因為它們具有比電離室更小的體積，并且二極管由是組織等效物的材料制成。應(yīng)該理解的是，二極管輻射探測器82可用其它類型的探測器來代替，例如金剛石探測器、熱致發(fā)光劑量計(TLD)、光釋光(OSL)探測器、輻射變色薄膜或?qū)ｉT配制的能夠測量劑量的凝膠。

體模10還可以具有植入的標記，以能夠跟蹤身體部位。例如，該標記可以是商業(yè)基準標記、金線(～10mm)或銅線(～10mm)。圖11A示出了在肺60中植入的黃金基準標記。該基準標記可植入在肺60的任何地方，然而它們優(yōu)選位于興趣區(qū)域中，這將有助于確定肺60在呼吸期間的運動和位置。例如，黃金基準標記可植入在肺60的上、中、下、中心和外部區(qū)域中。基準標記84可具有約0.75mm的直徑和10mm的長度尺寸。黃金基準標記84可用作X射線和CT圖像中的腫瘤塊的標識符。標記84也可通過使用四維CT(4DCT)或四維錐束CT(4D-CBCT)或其它裝置用于測量在對應(yīng)點的呼吸運動軌跡，從而使滯后效應(yīng)可視化和可測量。應(yīng)該理解的是，標記84可植入在癌癥病灶85內(nèi)。應(yīng)當理解的是，基準標記84可由其它類型或形狀的標記來代替，例如金線圈或可用于臨床使用的線。此外，專門設(shè)計用于核磁共振成像(MRI)的陶瓷標記也可代替標記84。

體模10還可包括在質(zhì)地(光滑度)、顏色以及由光學(xué)和紅外攝像機接收到的反射特性上類人的皮膚。例如，該體模10可具有白皙、中等或深色的皮膚。體模10提供類人皮膚的優(yōu)點是它能夠通過光學(xué)和/或紅外線攝像機成像，光學(xué)和/或紅外線攝像機用于檢測女性體模10的情況下的胸部20和乳房80的運動，可顯現(xiàn)類似于人的物體。使用不包括類人皮膚的體模可導(dǎo)致已專門設(shè)計用于成像人體皮膚的攝像機不再精確測量胸部的位置，這是由于皮膚的反射率、平滑度或光澤等沒有模仿人類。所述類人皮膚或可施加到體模10的外表面，或者可通過使用單獨的頂層來實現(xiàn)，該單獨的頂層覆蓋胸部20的外表面。通過具有單獨的頂層，可容易地改變皮膚以模擬不同的種族群體。

體模10可設(shè)置有裝置，用于允許更容易地進入內(nèi)部空腔18。例如，胸壁20可在胸部中心設(shè)置有由塑料制成的拉鏈92，其沿著體模10從上到下運行。拉鏈92允許更容易地進入，除了別的之外能夠精確放置輻射探測器。例如，如果希望使用不同類型的輻射探測器，例如用二極管探測器更換MOSFET探測器，則拉鏈會使得這樣做更容易。此外，如果輻射探測器放置在不同的內(nèi)部位置，并且可能重新定位到心臟50和肺60的表面上的不同位置，則內(nèi)部空腔18更容易通過拉鏈92進入，以允許精確放置探測器。

體模10可在大范圍的應(yīng)用中使用。例如，該體模10可能用于：

·調(diào)試用于DIBH或SBRT的CT/4DCT系統(tǒng)；

·調(diào)試用于DIBH或SBRT的放射治療計劃系統(tǒng)(RTPS)；

·調(diào)試用于DIBH或SBRT或其它技術(shù)的具有板載X射線成像儀(OBI)和CBCT/4D-CBCT的醫(yī)用直線加速器(LINAC)；

·調(diào)試用于DIBH或SBRT或其它放射治療技術(shù)的具有多葉準直器(MLC)跟蹤能力或腫瘤跟蹤能力、光束選通或圖像選通能力的醫(yī)療直線加速器(LINAC)；

·調(diào)試用于DIBH或SBRT的室內(nèi)光/紅外攝像系統(tǒng)；

·檢驗不同成像模式或系統(tǒng)之間的運動檢測一致性，例如CT到MRI/PET、4DCT到4D-CBCT、4DCT到IR。

·以上系統(tǒng)的定期QA及定期檢測；

·培養(yǎng)學(xué)生或?qū)嵙?xí)生以演示在呼吸過程中的胸部運動以及用于DIBH和SBRT技術(shù)的展示；

·與乳腺癌和肺癌相關(guān)的研究活動；

·訓(xùn)練和用于由臨床醫(yī)師練習(xí)基準標記插入程序；

·用于DIBH或SBRT或其它治療的定期、患者特異性的QA。

因為體模10能夠模仿人的胸部、心臟、肺等的運動，可以理解的是當教授學(xué)生或?qū)嵙?xí)生關(guān)于多個器官在呼吸循環(huán)期間的運動時，這種裝置可容易地替換人類受試者。此外，應(yīng)當理解的是，該體模10可廣泛應(yīng)用于人的肺癌和乳腺癌的研究活動，因為它能夠模仿這些器官在呼吸循環(huán)過程中的運動。例如，該體模10可用于測試對于不同位置的癌癥的各種新的治療方法，以確定腫瘤劑量與健康組織劑量的最佳比例。

應(yīng)該理解的是，體模10設(shè)計成可重復(fù)使用的，因此在一般情況下，體模10的組件也將是可重復(fù)使用的，并且損壞的組件應(yīng)該是可更換的。例如，肺60可由允許肺60多次使用的材料制成。然而，將會理解的是，在允許的情況下，使用不可重復(fù)使用的肺，例如人的活性組織或動物的肺，并不會偏離當前發(fā)明。在一般情況下，體模10的運動將優(yōu)選在空間和時間上復(fù)制人的運動。

提供下面的實施例，其中描述了體模10的使用。

實施例1-使用DIBH調(diào)試用于治療乳腺癌的輻射傳送機

調(diào)試機電、輻射發(fā)射機，例如LINAC或CT，需要物理學(xué)家來驗證幾何形狀、能量、空間和時間精度，旨在由輻射輸送機輸送的發(fā)射輻射束的累積劑量將按照預(yù)期(即按計劃)輸送，和/或由輻射束產(chǎn)生的圖象是高質(zhì)量的，并將是掃描人體的真實表示。

在DIBH的治療過程中，患者必須接受CT成像和治療模擬，其中患者需要用CT掃描她在深吸氣屏氣狀態(tài)下的胸部區(qū)域。CT掃描儀配備了攝像頭(IR和視頻)以監(jiān)測胸部表面的呼吸運動。

在調(diào)試期間，患者將用體模10來代替。如圖12所示以及如以上所討論的，步進電機32A可位于內(nèi)部空腔18的外側(cè)。由于步進電機32A 位于所述內(nèi)部空腔18的外側(cè)，步進電機將不會對CT成像造成干擾。體模10的CT掃描應(yīng)產(chǎn)生一系列的橫截面圖像，由此肋20(在具有肋的實施方式中)的骨結(jié)構(gòu)、心臟50和肺60、癌癥病灶85和基準標記84等將在視覺上識別。從這些圖像中，可根據(jù)呼吸循環(huán)中的時間來測量位置或尺寸以及興趣區(qū)域之間的相對距離。圖像應(yīng)該能夠產(chǎn)生一組數(shù)字重建射線影像(DRR)，能夠使物理學(xué)家從更期望的透視角度研究上述器官/ROI。重要的是CT數(shù)據(jù)集是準確的，因為它們用于計劃治療。

該計劃涉及患者的CT數(shù)據(jù)集發(fā)送到放射治療計劃(RTP)計算機，用于在理想形狀和尺寸的光束以最佳角度放置之前腫瘤和危險中的其它器官(OAR)的描繪，并且計算最終的劑量。在調(diào)試期間，來自患者的CT圖像將由來自體模10的CT圖像代替，并且將開發(fā)治療計劃和計算輻射劑量。

然后，體模10可用來確定計劃的治療是否實際上在計劃期間輸送到計算出的區(qū)域或點。換言之，體模10可用于確定由機器輸送的輻射是否與所計劃的治療一致，或者機器是否如預(yù)期的不工作。

為了調(diào)試輻射輸送機(LINAC)，以使用DIBH來治療乳腺癌，體模10應(yīng)包括乳房80、腫瘤85和心臟50，但不一定必須包括肺部60。這是因為用于乳腺癌的DIBH技術(shù)在深吸氣期間向后向下方移動心臟，移動心臟進一步遠離癌癥部位。是心臟相對于尋求的乳房分離，而不是肺的運動。然而，在DIBH期間肺的充氣會影響正好在癌變?nèi)榉肯路降姆蔚膭┝矿w積直方圖(DVH)的計算。因此，理想的是使肺60存在于體模10中。此外，控制心臟50運動的步進電機將位于體模10的內(nèi)部空腔18的外側(cè)。

乳房80、心臟50和癌癥85應(yīng)該全具有輻射探測器82，以允許記錄這些區(qū)域的瞬間輻射測量。乳房80、心臟50和癌癥85的每一個可具有一個或多個輻射探測器82。通過增加輻射探測器的數(shù)量，可更準確地確定劑量的數(shù)量和劑量點的位置。

因為DIBH技術(shù)還減少了對肺的輻射劑量，理想的是包括在體模10中的一對肺60，配備有多個二極管輻射探測器82，以確定和比較輸送到肺的輻射劑量。

在使用中，體模10將定位在機器上，并將接收由治療計劃所計算的標稱劑量。然后，將由劑量計83記錄的二極管輻射探測器82的測量值與旨在由治療計劃輸送的劑量進行比較。如果輸送到體模10的劑量和由治療計劃計算出的劑量很好的匹配，則可知輻射輸送被正確執(zhí)行。有幾個因素可能導(dǎo)致輸送的輻射不精確。例如，當波束在導(dǎo)通和關(guān)斷之間切換時的劑量非線性度；波束導(dǎo)通時刻之間的系統(tǒng)時間不匹配和/或與患者的呼吸周期不同步；計劃和輸送目標之間可能的空間定位偏差。在任何上述實施例中，不準確或錯誤將導(dǎo)致癌癥靶治療不足，或者附近的健康組織/器官，例如肺或心臟不期望地暴露。雖然使用體模10不會確定劑量被錯誤輸送的原因，但它會通知物理學(xué)家存在問題，促使物理學(xué)家進一步調(diào)查，并避免患者被錯誤治療以及暴露在意外的輻射劑量下。

類似的方法和體模10將用于調(diào)試用于乳腺癌的選通自由呼吸治療的機器，所不同的是初始CT成像和治療模擬將根據(jù)用于自由呼吸的體模10來進行。

類似的方法也用來進行定期QA和定期測試。

實施例2-用于治療肺癌的放射輸送、治療計劃和成像機器的調(diào)試

涉及調(diào)試用于治療肺癌的機器的步驟類似于實施例1中概述的步驟。此外，體模10將經(jīng)歷CT成像和治療模擬，其中體模10需要用CT在自由呼吸和/或可能屏氣狀態(tài)下掃描體模的胸部區(qū)域。

在自由/均勻呼吸期間，癌癥病灶在肺中連續(xù)移動。通常癌癥病灶很小并相比周圍健康組織具有低的對比，并因此將難以在由治療機所產(chǎn)生的X射線圖像上識別，但是癌的體積可更容易地在CT圖像上看到。因此，需要基準標記，其在接受CT掃描時值入到腫瘤中。由于在呼吸的肺中各個位置的復(fù)雜性，基準標記的運動軌跡可以是在吸氣和呼氣期間的不規(guī)則三維環(huán)形，被稱為滯后效應(yīng)。因此，重要的是指示癌癥標靶的該基準標記可精確定位和跟蹤。

為了調(diào)試能夠4DCT成像的CT掃描器，體模10應(yīng)包括肺60、癌癥病灶85和基準標記84?；鶞蕵擞?4可用于精確地測量在呼吸周期中癌癥病灶85在CT和X射線圖像上的運動。從4DCT數(shù)據(jù)，可產(chǎn)生基準標記84的滯后環(huán)，該環(huán)可用于治療計劃。體模10的基準標記84的4DCT和X射線測量之間的一致將確定4DCT成像的準確度。

為了調(diào)試輻射治療計劃(RTP)計算機系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)能夠CT對CT圖像融合、MRI對CT融合、CT和其它成像方式之間的變形圖像配準，體模10應(yīng)包括肺60、心臟50、癌癥病灶85和基準標記84。肺60、心臟50和基準標記84可用于準確地測量任何兩組圖像之間的配準一致性，來研究自由呼吸循環(huán)期間肺60、心臟50以及癌癥病灶85在任何階段的變形。從而使用體模10，可確定成像共配準、器官位置和體積計算的RTP系統(tǒng)的準確度。

為了調(diào)試用于使用自由呼吸或DIBH技術(shù)來治療肺癌的輻射輸送機，體模10應(yīng)包括腫瘤85和成對的肺60和腫瘤85內(nèi)的基準標記84，但并不一定需要包括心臟50。該基準標記84將用來識別在X射線圖像上的腫瘤85。體模10適用于男性和女性，并且是否包括乳房80將依據(jù)希望是男性還是女性版本。此外，控制肺運動的步進電機將位于體模10的內(nèi)部空腔18的外側(cè)。呼吸機70的空氣泵72也位于內(nèi)部空腔18的外側(cè)?？商娲?，肺60和癌癥病灶85可具有替換基準標記84的二極管輻射探測器82，以允許記錄任何興趣區(qū)域的輻射劑量測量。每個肺60和癌癥病灶85可具有一個或多個探測器82。通過增加輻射探測器的數(shù)量，可更準確地確定劑量點的數(shù)量和位置。

因為心臟是不應(yīng)該輸送劑量的器官，可在體模10內(nèi)包括心臟50，配備有二極管輻射探測器82，以便也監(jiān)測和確定輸送到心臟的輻射劑量。

如實施例1，該體模10將定位在機器上，并將接收到由治療計劃計算的劑量。然后，將由劑量計83記錄的通過二極管輻射探測器82的劑量測量值與旨在由治療計劃輸送的劑量進行比較。如果輸送到體模10的劑量和由治療計劃計算出的劑量匹配，則可知輻射輸送機正常運轉(zhuǎn)。

類似的方法將用來進行定期QA和定期測試。

實施例3-基準標記插入

基準標記插入的程序具有非滿意的臨床效果的風(fēng)險，并被認為是艱巨的任務(wù)，由于缺乏適當?shù)捏w外模型，其往往只由臨床醫(yī)生在體內(nèi)實踐。體模10可用于由臨床醫(yī)生實踐基準標記插入程序。

為了實踐基準標記插入程序，體模10應(yīng)該包括成對的肺60和癌癥病灶85，但并不一定需要包括心臟50。體模10適合男性和女性，并且是否包括乳房8將依據(jù)希望是男性還是女性版本。因為基準標記的放置不需要輻射劑量的測量，肺60不需要具有二極管輻射探測器82，并且步進電機可放置在任何地方。

因為臨床醫(yī)生可能想在逼真的體模上實踐基準標記放置，能夠在體模10內(nèi)包括心臟50。

在基準標記放置期間，患者進行CT掃描以產(chǎn)生第一組CT圖像。腫瘤體積的理想目的地和基準標記的行進路徑在這些圖像上計劃，同時患者躺在CT床上。臨床醫(yī)生利用一組不同直徑和長度的針外周刺穿皮膚和肺，以在移動腫瘤體積內(nèi)植入標記。然后再立即重新掃描患者以生成第二組圖像，以驗證標記放置結(jié)果。臨床醫(yī)師面臨的困難是隨著此過程的進行胸部和肺部的運動。此過程最有可能在臨床環(huán)境中的有限空間內(nèi)進行，例如在患者和直徑80cm長的CT造影架之間的15cm的間隙中。擁有一個體模，其中胸壁和肺以一個模仿人的運動的方式運動，允許臨床醫(yī)生在與體內(nèi)類似的情況下或甚至在非臨床環(huán)境中(例如辦公室或教師)更頻繁和更自由地實踐本技術(shù)，以提高他們的技術(shù)。

一旦臨床醫(yī)師完成基準標記84在肺病灶85中的放置，體模10可用4DCT掃描并且分析標記84的放置，以評估所述標記84放置的如何，允許臨床醫(yī)生繼續(xù)實踐，直到他們發(fā)展了準確在患者體內(nèi)放置基準標記的能力。