專利名稱：用于乳癌的圖像引導立體定位放射外科的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁共振成像(MRI)、放射線、立體定位放射外科和
乳癌。具體地說，本發明涉及利用y射線在乳房內癌變區域進行圖 像引導立體定位的放射外科消融的方法和裝置。
背景技術：
根據美國癌癥協會統計，在美國，乳腺癌是女性群體中最易患 的惡性腫瘤，每年有二十多萬的新診斷病例(Jemal等人，Cancer J. Clin.56:106-130(2006))。在過去幾十年間，乳房X線照相術和其它
成像模式發生了重大改進。因此，更多患者在疾病早期得到診斷， 因此保乳療法(BCT)成為治療選擇。
相比較于乳房切除手術，保乳療法提供了 一個更加美觀的結果 并且減輕了患者心理和情緒上的創傷(Fisher等人，N. Engl. 丄Med.347(16):1233-1241(2002); Veronesi等人，N. Engl. J. Med. 347 (16):1227-1232(2002); Liljegren等人,J. Clin. Oncol.17(8): 2326-2333 (2000);Clark等人，J. Natl. Cancer Inst.88(22): 1659-1664(1996);及 Gmy等人，Intl. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys.21:347-354(1991))。但是 保乳療法是一個復雜長期的治療過程。診斷為早期乳癌的患者首先 通過乳房腫瘤切除手術切除腫瘤及其周圍組織(也稱為邊緣區)。 理論上，可以切除足夠大小的邊緣區而全部切除腫瘤組織。4旦是乳 癌本身是多病灶的，并且因此通常有一些小的腫瘤病灶散布在主體 肺瘤周圍(Holland等人，Cancer 56:979-990(1985))。此外，與外科 手術相比，由于乳房X線照片和磁共振圖像是在不同的幾何學條件 下獲得的，所以乳房腫瘤切除手術操作時并沒有任何直接圖像引導， 造成外科手術的幾何不確定度為大約一厘米左右。因此，實際上，盡管出現胂瘤病灶的可能性隨著與主體腫瘤距離的增大而顯著降
低，(Holli等人,Br. J. Cancer 84(2):164畫169(2001); Liljegren等人， (2000)，出處同上;及Clark等人，(1996),出處同上)， 一個或多個微 小腫瘤病灶仍可能被遺留下來。這就是為什么在患者做了腫瘤切除 手術之后還需要放射治療所述外科邊緣區。如果手術后不進行放療， 大約35%的乳房腫瘤切除手術患者會局部復發(Early Breast Cancer Trial's Collaborative Group, New Engl. J. Med. 333: 1444-1455 (1995 ))。
目前，標準的放療包括大約5至7周的全乳放射治療。近距離 放射療法也已被應用于治療手術邊緣區(Baglan等人,Intl. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 50(4): 1003-1011(2001); King等人，Am. J. Surg. 180(4): 299-304(2000);及Wazer等人，Intl. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 53(4): 889-897(2002)),并且其包括把高或低強度的放射源引入乳房 的組織間隙。包括在大約一到兩周的療程中在外科手術臺對乳房進 行照射的加速部分乳房照射(APBI)目前正處在臨床實驗階段(Vicini 等人，J. Clin. Oncol, 19(7): 1993-2001(2001))。
遺憾的是，不論是一到兩周還是五到七周的外部照射光束都會導 致肺部損傷(Lingos等人,Intl. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 21: 355-360 (1991);及Rothwell等人，Radiother. Oncol.4: 9-14 (1985));心血管損傷 (Corn等人,J. Clin. Oncol. 8: 741-750(1990);Dodwell等人，Australasian Radiol. 38: 154-156 (1994);及Rutqvist等人，Intl. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 22: 887-896(1992));皮膚和軟組織纖維化((Johansen等人，British J. Radio. 67: 1238-1242(1994));手臂浮月中(Wallgren, Acta Oncologica 31(2): 237-242 (1992));并且增加繼發癌癥的危險(Inskip等人，J. Natl. Cancer Inst. 86(13): 983-988(1994);及wallgren (1992),出處同上)。這 些缺陷都對接受保乳療法(BCT)的患者的生活質量產生負面影響。
在靈敏性和專用性上經過改進后的三維磁共振成像(3D MRI) 給外科醫生們提出了挑戰，要求提供一種侵入性更小、同樣有效且 美觀度也更高的方式以替代乳房切除手術。因此，人們已經更加努力地發展用于乳腺癌手術的微創技術(Dowlatshahi等人，The Amer, J， of Surgery 182:419-425(2001))。這些努力包括經皮熱消融(Jeffrey 等人，Arch. surg. 134: 1064-1068 (1999);及Izzo等人，Proc. Am. Soc. Clin. Oncol, 19: 80A (2000))和經皮冷消融(Staren等人，Arch. Surg. 132: 28-33
(1997 ));使用自動針(Liberman等人，Am. J. Roentgenol. 173: 1315-1322 (1999);及Burak等人，Arch. Surg. 135: 700-703 (2000));插管
(D'Angelo等人，Am. J. Surg. 174: 297-302 (1997); Chesbrough等人， Radiology 209: 197 (1999);及Liebman等人，Am. J. Roentgenol. 172: 1409-1412 (1999));和激光(Harries等人,Br. J. Surg.81: 1617-1619 (1994); M腦taz等人，Radiology 200:651-658(1996); Milne等人，Lasers Surg. Med. 26: 67-75 (2000);及Dowlatshahi等人，Breast J.2: 304-311 ( 1996 ))。 射頻消融(RFA)是被廣泛試驗的熱消融技術之一 (Jeffrey等 人(1999),出處同上;及Izzo等人(2000),出處同上)。在全身麻醉之 后，在超聲波圖像的指導下把射頻探頭插入腫瘤。施加在電極上的 射頻電流可以使靠近電極的溫度在大約5到7分鐘的時間段內逐漸 升到目標溫度，例如95攝氏度。使溫度穩定在目標溫度大約15分 鐘，之后可以冷卻大約1分鐘。冷消融技術(例如冷療法)包括使 液態氮循環至探頭末端形成 一 個冰球以破壞細胞。雖然這些〉'肖融方 法的初衷是微創，但是他們仍需要在全身麻醉下施行。另外，即便 可能，要使破壞區域精確地遵從腫瘤的形狀從而使對周邊正常組織 的不必要破壞被避免或最小化也是非常困難的。這些技術尚未通過 臨床證明可以替代外科手術。
由于圖像引導的針活檢的精確性，外科醫生已經開始使用 一 種 真空輔助活檢技術來 一 個 一 個地移除主體腫瘤和微型腫瘤
(Liberman等人(1999)，出處同上；及Burak等人(2000 )，出處同 上)，或者與立體定位結合使用大芯插管來移除一單個整塊的大芯 的樣本(D'Angelo等人(1997)，出處同上；Chesbrough等人(1999)， 出處同上；及Liebman等人(1999),出處同上)。報導的結果顯示， 利用這樣的技術徹底切除小于大約0.7厘米的腫瘤比較好。但即便是小型胂瘤，仍然會有大約70%的患者體內將留有殘余胂瘤。因此這 些圖像引導的經皮技術盡管侵入性小，但仍然不能取代外科手術。
放射外科手術能使得肺瘤消融精確度達到毫米以下。它已被證 明在所有能夠安全發送單一高劑量的位置都有效。多數立體定位放 射外科手術針對顱內胂瘤采用專用裝置，像伽瑪刀或線性加速器，
這些裝置將多個弧形束聚焦在肺瘤部位。放射外科手術也已成功地 運用在顱外部位，例如肺部和脊柱。方文射外科手術對轉移性癌癥尤
其有效，例如，顱內的乳癌轉移癌。對轉移性腫瘤使用大約為16-24 戈瑞的單一劑量能夠在85%的病例中根除腫瘤(Vesagas等人,J. Ne訓surg. 97( 5增刊.)507-510(2002);及Kondziolka等人，Cancer 104(12):2784-2791 ( 2005 ))，但是對姑息治療通常使用小于20戈
瑞的劑量。
據發明人了解，到目前為止還沒有任何人將立體定位放射外科 應用于乳房。在這一點上，據發明人了解，也沒有任何裝置能夠安 全、準確(外科精確)地高劑量放射乳腺癌區。不像針對顱內腫瘤 的放射外科手術中放射束可以通過大于2兀的立體角照到顱內病變 區，乳房只能通過有限的不受阻的角度用外部放射束(例如，那些 由線性加速器產生的放射束)放射。而且，不像頭骨可以可靠地固 定在坐標系統中從而不存在成像和治療中的幾何差別，這樣的固定 從來沒有在乳房上實現過。
發明內容
筌于以上幾點，本發明的一個目標是提供一種使用立體定位放 射外科手術治療乳房中癌變區域的方法。本發明的另 一個目標是提 供在所述方法中使用的設備。這些和其它的目標和優點以及另外的 創新特征將在下面的詳細描述里面進一 步闡述。
本發明提供一種用于對患者乳房中的癌變區域進行治療的方 法。此方法包括(i)在三維坐標系中對乳房進行成像；(ii)以立 體定位方式確定乳房中的癌變區域的位置；(iii)選擇性地確定待
8治療的整個或是部分癌變區域的體積；(iv)將乳房保持在與(i)
中使用的三維坐標系相同或者相應的三維坐標系中，以無創方式將 患者乳房中的癌變區域暴露于對癌癥治療有效劑量的輻射。
本發明還為乳房中的癌變區域的圖像引導立體定位的放射外科
手術提供設備。此設備包括(i)用于固定包含癌變區域的乳房的 部件；(ii)包括通道或者左開口和右開口的床，其中患者的左或右 乳房放置在通道中、或分別放于左或右開口中，以便在患者俯臥在 所述床上時進行治療，所述床可選地包括由自動模制介質形成的頂 層；(iii)位于所述床下面的立體定位框架，用于將乳房置于坐標 系中；(iv)—個或兩個乳房護罩，所述護罩以可拆卸的方式連接到 所述床上，可滑動地安裝到所述通道，或以可拆卸的方式連接到用 于固定乳房的部件；(v)放射單元，該放射單元包括(i，)源保持 架，源保持架包括具有內表面和外表面的壁以及與所述內表面連通 的通道，這些通道可以或不與所述外表面連通，并且每個通道可包 括一放射源，(ii，)準直儀保持架，其與所述源保持架的所述內表 面靠近，并包括不同尺寸的準直儀，這些準直儀與所述源保持架中 的通道以相同的方式布置，從而所述源保持架和所述準直儀保持架 之間的相對轉動允許選擇不同尺寸的放射束，由此發射不同尺寸的 輻射，以及(iii，)基座殼體，其位于所述源保持架的所述外表面之 下，支承所述源保持架和所述準直儀保持架，并容納使所述準直儀
保持架和源保持架一起轉動的另一馬達；(vi)弧形的基礎支承件； (vii)三個馬達，他們可操作地連接到所述床，并且每個馬達使所 述床在一個不同的運動軸線上運動；以及(viii)計算機控制系統， 其控制所述床的運動和放射單元。所述設備還包括、并且優選包括 治療規劃系統。所述放射單元和所述床的操作由所述計算機控制系 統控制，該計算機控制系統從所述治療規劃系統獲取治療參數，根 據治療規劃控制所述床和放射單元的運動，監測整個單元的安全和 操作，并且在需要時提供安全聯鎖和運動限制。
圖1是伽瑪放射單元的局部剖切視圖。
圖2是伽瑪放射單元的縱剖視圖。 圖3是包括可能尺寸的伽瑪放射單元的橫剖視圖。 圖4a和圖4b分別示出了彼此分開的源保持架和準直儀保持架。 圖5a、圖5b和圖5c示出了通過源保持架和準直儀保持架之間 的相對轉動(圖5a和圖5b)索引的準直儀。當放射單元未用于治療 患者時，所述源與所述準直儀保持架上的實心塊對準(圖5c)。
具體實施例方式
本發明提供 一 種使用立體定位的放射外科手術治療乳房中癌變 區域的方法。本發明還提供在所述方法中使用的設備。本發明的方 法和設備被認為是為目前包括保乳療法在內的治療方法提供了潛在 的優點。潛在優點包括但不限于本質無創，無痛，可以潛在地在如 果不是全部則在絕大多數早期乳癌治療中取消放射治療，(通過將 治療時間由7到IO周縮短到數小時之內來)提升生活質量，無瘢痕， 通過取消侵入性外科手術和隨后的放療減小對非癌變組織的放射治 療，易重復，并且節約成本。
立體定位技術被認為可以實現大約1毫米的精確度。采用乳腺 癌放射外科手術不可避免地會將大輻射劑量傳遞到靶標區之外；但 是離靶標的距離越遠，劑量降低的越快。高劑量的梯度變化大體上 可以滿足使主體肺瘤周圍任何的殘留腫瘤病灶的消亡的要求。在離 耙標邊緣l厘米處，劑量下降至胂瘤內部病灶最大劑量的大約10-15 %。如果覆蓋靶標的最小劑量是25戈瑞(通常是最大劑量的50%)， 在距耙標1厘米處的劑量是5到7.5戈瑞。該本質劑量梯度和近距放 療法或MammoSite ( Proxima Therapeutics,Inc.,Alpharetta, GA)的沖弟度 相似。因此，與顱內病變的放射外科手術形成鮮明對比，靶標之外 的劑量也是有用的，并且期望用于消除高劑量靶標之外的潛在腫瘤病灶。正是這個特征使得能夠取消術后放療。
鑒于以上說明，本發明提供 一 種用于治療患者乳房內癌變區域
的方法。此方法包括(i)在三維坐標系中對乳房進行成像；(ii) 以立體定位方式確定乳房中的癌變區域；(iii)選#^生地確定待治 療的整個或是部分癌變區域的體積；(iv)將乳房保持在與(i)中 使用的三維坐標系相同或者相應的三維坐標系中，以無創方式將患 者乳房中的癌變區域暴露于對癌癥治療有效劑量的放射。
整個乳房必須放置在與成像和放射外科手術過程中使用的三維 坐標系相同或相應的坐標系中。此外，在成像和放射外科手術過程 中，乳房在所述三維坐標系中的形狀和定位必須相同(或相應)。 本發明還提供固定乳房的部件(例如(如下所述的)乳房罩杯)和 圍繞罩杯以建立相對于罩杯的坐標系的立體定位框架。
計算機治療規劃系統用于識別立體定位框架(其在乳房橫切面 圖像中以小圓點顯示)的圖像，計算圖像截面的位置和方向，并且 在坐標系中精確規劃圖像上的每 一 點。輪廓繪制工具可以用來確定 待治療的整個癌變區域或是部分癌變區域的體積。所述計算機治療 規劃系統還允許將不同尺寸準直儀的輻射中心手動設置在(即"發 射，，到)癌變區域上，并自動優化發射的尺寸和位置。在設計所述 治療后，放射單元的控制系統讀取的治療參數被以電子方式傳遞給 放射單元的控制系統，以用于輸送治療。這種規劃方法目前正在顱 內病變的治療中使用(Shepard等人,Int，l J. of Radiat. Oncol. Biol. Physics 56 (5): 1488-1494(2003);及Yu等人，Tech. in Cancer Res. and Treatment 2(2):93-104 ( 2003 ))。
可以使用任何合適的放射源，例如在癌癥治療中具有適當半衰 期長度并且能將有效治療放射劑量傳遞至IO厘米深度或更深的放射 性同位素，諸如Y射線。希望半衰期長于大約12個月，但是半衰期 相對較短卻有其他理想特征的同位素也可以考慮。有效治療劑量大 約在20戈瑞和大約60戈瑞之間。鉆-60 (6QCo)是合適的放射性同 位素的例子，它具有大約5.3年的半衰期并且能夠生成具有1.25MeV平均光子能量的有效治療劑量的Y射線。替代的，可以使用來自X 射線管或X光頻帶的線性加速器的小型X射線源。可以在一個療程 或者多個重復的療程傳遞對癌癥治療有效的放射劑量。
鑒于上述情況，本發明還提供一種用于在患者乳房中的癌變區
域的治療方法中使用的設備。所述設備包括(i)用于固定包含癌 變區域的乳房的部件；(ii)包括通道或者左開口和右開口的床，其 中患者的左或右乳房放置在通道中、或分別放于左或右開口中，以 便在患者俯臥在所述床上時進行治療，所述床可選地包括由自動模 制介質形成的頂層；(iii)位于所述床下面的立體定位框架，用于 將乳房置于坐標系中；(iv)—個或兩個乳房護罩，所述護罩以可拆 卸的方式連接到所述床上，可滑動地安裝到所述通道，或以可拆卸 的方式連接到用于固定乳房的部件；(v)放射單元(諸如伽馬射線 放射單元)，包括(i，)源保持架，源保持架包括具有內表面和外 表面的壁以及與所述內表面連通的通道，這些通道可以或不與所述 外表面連通，并且每個通道可包括一放射源，(ii，)準直儀保持架， 其與所述源保持架的所述內表面靠近，并包括不同尺寸的準直儀， 這些準直儀與所述源保持架中的通道以相同的方式布置，從而所述 源保持架和所述準直儀保持架之間的相對轉動允許選擇不同尺寸的 放射束，由此發射不同尺寸的輻射，以及(iii，)基座殼體，其位于 所述源保持架的所述外表面之下，支承所述源保持架和所述準直儀 保持架，并容納使所述準直儀保持架和源保持架彼此相對轉動的馬 達以及使被鎖定的所述準直儀保持架和源保持架一起轉動的另 一 馬 達；(vi)弧形的基礎支承件；(vii)三個馬達，他們可操作地連 接到所述床，并且每個馬達使所述床在一個不同的運動軸線上運動 (見圖1);以及(viii)計算機控制系統，其控制所述床的運動和 放射單元。所述設備還包括、并且優選包括治療規劃系統。
所述源保持架優選為碗狀(參見圖4b)。所述源保持架的下部 不必同上部一樣保持相同的球面曲線(見圖1)，由此可使治療空間 更深。希望所述源保持架由諸如金屬的材料制成并且其厚度足以能
12有效削減輻射和阻擋來自通道的側面輻射(例如，1 0厘米到3 0厘米， 取決于材料)(下文詳述)。例如，如果^Co用作放射源，所述源 保持架優選由鑄鐵制成。
通道被引入源保持架的壁中。每個通道具有獨特的緯度。所述 通道可以在源保持架的內表面上打開，但是卻不能在外表面上打開。 替代的，可以在源保持架的內表面和外表面上都能打開通道，并且 使用密封件密封通道的在源保持架的外表面上打開的外端，所述密 封件諸如單獨的或者還與鉛塞 一 起使用的不銹鋼螺釘。放射源例如 放射性同位素被安置在通道里。希望的是，所述放射性同位素最初 置于容器諸如瓶中，然后將瓶置于通道中，所述容器(瓶)在面向
源保持架的內表面的末端有窗口。例如，可以從MDSNordion, Inc. (Ottawa, Canada)通過商業途徑獲得的鈷-60是直徑大約1.2毫米、 厚度大約1毫米的彈丸。多個彈丸可以堆疊在小瓶中，直到大約2 厘米的高度。優選的是，每一個放射源瓶都包含數百居里(Ci)的 6()Co，且每一個放射源瓶都在不銹鋼外殼中雙倍包裹。優選的是，在 源保持架的壁中設置至少大約30至40條通道。如果在所述源保持 架旋轉時所述通道不同面，則可使用任何合適的布置，這些布置通 常位于源保持架的上部三分之一，諸如從大約-1度到大約35度。就 此而言，沒有安放放射源瓶的源保持架的底部可以被切掉。從放射 源瓶中射出的束指到靠近源保持架的邊緣的平面上的共同等角點并 位于源保持架的中心軸線上。當所述源保持架旋轉時，來自所有存 在的放射源的束不共面并且始終聚焦在等角點上。優選的是，放射 源瓶在被安裝時的初始總體放射性處于大約6000-10000Ci的范圍， 由此初始劑量速率為3至4Gy/min。
包括不同準直儀孔的準直儀保持架用來選擇輻射光束的尺寸 (見圖4a)。準直儀保持架也優選為碗狀但尺寸更小(例如，具有 可以容納諸如大約30厘米左右罩杯的乳房的內部直徑)，這樣它可 以小于大約lmm的間隔同心地放置在源保持架的內部(見圖1)。 如果源保持架的下部沒有同其上部一樣遵循相同的球面曲線，則準直儀保持架的下部需要加以調整(參見例如圖1)。準直儀保持架和 源保持架同心設置并有相同的旋動軸線。他們通過單獨的軸和軸承 保持在各自相應的位置處。希望準直儀保持架由如下材料制成并具 有如下厚度，該厚度(例如從大約IO厘米到大約30厘米，取決于
材料)足以阻擋準直儀保持架外大約98%以上的輻射。如果將"Co 作為束的放射源，準直儀保持架優選由鑄鐵或鴒制成。如果準直儀 保持架是由鎢制成的，準直儀保持架可以薄一些。如果準直儀保持 架由鑄鐵制成，可以將鴒準直儀插入準直儀保持架中，這樣的準直 儀保持架造價較低且較容易加工。準直儀保持架和源保持架都被定 向成面朝上。在準直儀保持架上有大約120到大約200個由高密度 材料如鴒制成的準直儀，這些準直儀投影到所述等角點的尺寸從大 約l厘米變化到大約4厘米。準直儀保持架的內表面可采用薄的可 更換的內襯(諸如塑料內襯)來保護。
當所述設備未被使用時，源保持架內的通道始終對準準直儀保 持架中的實心屏蔽塊，以屏蔽從通道釋放的輻射。當有癌變區域的 乳房通過床的移動放置于放射束的中心時，通過源保持架和準直儀 保持架的相對旋轉使需要的準直儀尺寸與放射源對準。這使得放射 源與特定尺寸的準直儀對準。這個過程通常叫做準直儀索引 (indexing)(參見圖5a至圖5c)。在準直儀索引的過程中，放射 源可能要經過其他的準直儀孔以到達希望的準直儀尺寸。為了避免 輻射治療靶標的外部，旋轉順序和準直儀尺寸被設置成，放射源瓶 以從最小到最大的順序與準直儀對準，并且然后與準直儀保持架的 實心部分對準，該實心部分用做屏蔽件。當治療結束時，順序相反， 放射源與準直儀保持架上的實心屏蔽位置重新對準。如果像此文中 描述的這樣使用所述設備，輻射泄漏水平小于國家委員會對輻射保 護和措施(NCRPM)推薦的水平(參見例如NCRPM Reports No.49 (1976 )和No.51 (1977 ))。
一旦源保持架中的放射源瓶與準直儀保持架中的孔對準，源保 持架和準直儀保持架將由鎖定部件鎖定到一起，所述鎖定部件諸如由電磁線圈驅動的錐形的鎖定銷。在源保持架和準直儀被鎖定在一 起后，他們圍繞中心軸線一起旋轉。來自放射源瓶的放射束形成聚 焦在等角點(即所有放射束的焦點)上的弧。由于容納放射源瓶的 通道不共面，所有束也不同面。這些弧提供了比傳遞到乳房皮膚的 劑量高大約 一百多倍的病灶劑量。
本領域技術人員可以理解，不同結構的源保持架和準直儀保持 架也是可行的。就此而言，可使用大量的(例如大于大約100個) 放射源，在該情形中，源保持架和準直儀保持架不必相對彼此旋轉 來實現在等角點(乳房癌變區域放置的位置)和乳房其他區域之間 的希望劑量比。源保持架和準直儀保持架也不必是碗狀。而是，每 個通道具有經度和綿度的獨特組合，并且來自所有放射源的束始終 聚焦于等角點。
在源保持架下面是基座殼體(參見圖1 )。基座殼體支承源保持 架和準直儀保持架，減弱來自放射源瓶的輻射泄漏，并容納使所述 準直儀保持架和源保持架彼此相對轉動的馬達以及使被鎖定的所述 準直儀保持架和源保持架 一起轉動的另 一 馬達。另 一 個馬達可以使 整個放射單元(包括基座殼體)繞輻射等角點側向擺動，使得準直 儀的表面平面可以最好地遵循患者胸壁的輪廓。優選的是，當放射 源瓶剛剛安裝時，基座殼體使從距單元任何方向1米遠的任何輻射
泄漏小于大約2.0mR/hr。這要求屏蔽的厚度是十分之一值層(TVL ) 的五倍。優選的是，基座殼體的屏蔽層包括鉛或鉛合金。例如，18 厘米厚的鉛層足以屏蔽6QCo的放射源瓶。所述基座殼體優選安裝在 弧形的基座支承件(圖3 )上，諸如包括弧形軌道并且旋轉軸線通過 等角點的弧形的基座支承件，通過焦點的旋轉軸線的弧形軌道上， 這樣除了患者治療床的x、 y和z向移動之外，放射碗可以在橫向平 面中擺動(例如，+/-30度)，這將在下面詳細敘述。基座的曲率中 心也是放射束的焦點。這使得乳房外側象限中的癌變區域與等角點 對準。
所述床(參見圖2)包括通道或者左開口和右開口 ，其中患者的左或右乳房放置在通道中、或分別放于左或右開口中，以便在患者
俯臥在所述床上時進行治療。床的長度應該足以供身高4英尺10英 寸至6英尺6英寸的女性使用。床的寬度可以根據其長度而略有變 化。床的表面包括放射屏蔽件，例如夾在兩層不銹鋼或者其他材料 (如塑料和碳纖維)之間的鉛層。如果需要，床的表面還可包括由 自動模制介質形成的頂層，以為患者提供用戶定制，由此在治療期 間穩定患者。例如，床可覆蓋有真空袋，真空袋中填充有泡沫聚苯 乙烯珠。在內容物沒有處于真空下時，患者可俯臥在真空袋上并采 取舒適的姿勢。然后真空可被施加到內容物上，以便保持由患者身 體在所述泡沫聚苯乙烯珠中產生的輪廓。
當一個乳房在接受治療時，另外一個乳房會被擋住以不受輻射 的傷害。因此如果床包括放置乳房的通道開口 ，則床還包括一個或 兩個乳房護罩，所述護罩以可拆卸的方式連接到所述床上，或可滑 動地安裝到所述床的通道。替代的，單獨的乳房護罩可以可拆卸的 方式連接到乳房罩杯的每一個上，下面將進行描述。如果乳房護罩 連接到患者治療床，則床還包括用于連接的部件，諸如鎖定孔，其 與位于乳房護罩上的連接部件配合。如果一個或者兩個乳房護罩可 滑動地安裝在床的通道上，則床還包括接合護罩邊緣而使護罩能夠 從一個位置滑動到另一位置的部件。當設備未運行時，床上的通道 或者兩個開口可以用乳房護罩擋住或者床的實心部分可以被驅動以 覆蓋準直儀保持架的碗和源保持架的碗，以提供附加的放射屏蔽。
床的位置由三個馬達驅動，例如模擬或數字馬達，這樣可以實 現在三個軸線上的運動。冗余位置傳感器被用于確保位置的準確性。 優選的是，床被構造成減小患者腰部疲勞。例如，床的支承患者下 體的部分被降低，由此減小腰部的疲勞。優選的是，床還被構造成 允許手臂放在頭部的兩側，并且優選肘部彎曲，以便最大化地暴露 乳房的外部象限并且避免手臂受到放射。床的下部還被設計成允許 對側的腿處于縮回位置，以便減小對側乳房的壓力并提高患者舒適 度。鑒于上文，本發明提供 一 種使用這種設備治療患者乳房中的癌 變區域的方法。如上所述，在成像和放射外科手中整個乳房必須安 置在相同或相應的三維坐標系中。另外，在成像和放射外科手術中 三維坐標系中乳房的形狀和位置必須相同(或相應)。
首先，乳房優選是固定的。任何合適的固定方法都可以使用。 一種優選方法包括使用熱塑性塑料，該熱塑性塑料在受熱后柔軟并 可擴張，并且在冷卻到室溫時硬化。可以使用尺寸不同且厚度固定 的預制熱塑性塑料乳房罩杯。在給患者使用預制罩杯前，患者要俯 臥在床上，并將乳房放進通道或開口中。受熱后的熱塑性塑料然后 會被模制以符合患者的乳房。 一旦罩杯冷卻至室溫而變硬后，與心 電圖(EKG)探頭條件下使用的類似，乳房罩杯將會通過粘合劑(諸
如蠟紙保護的膠帶環)裝配至舒適的邊緣(rim),諸如平的橡膠邊 緣，以便有效地固定到乳房壁的皮膚上。乳房罩杯還可通過帶或條 帶圍繞患者乳房固定。在所述邊緣的外側上具有將乳房罩杯連接到 床上的部件。例如，鎖定銷可被連接到所述邊緣的外側上并與床上 的鎖定孔接合。優選的是，乳房罩杯的內側涂敷有粘性粘合劑層(諸 如一薄層的粘性膠或者美術用膠)，以便固定患者皮膚和乳房罩杯 的接觸。由于乳房罩杯的邊緣用帶綽到患者乳房壁的皮膚上，皮膚 和胸腔之間的相對運動會導致罩杯內部的組織位置的微小變化。為 了防止這種變化發生，必須保持乳房罩杯相對于胸腔的位置。 一旦 抽真空，在床頂部的容納泡沫聚苯乙烯珠的真空袋在成像和放射期 間將保持一致并且可靠地設置給患者。就此，真空袋和床的表面被 引導，使得真空袋在成像和放射期間同樣配合到床的表面。如果乳 房不固定，可以植入標記物并且對其成像，或者乳房表面可^皮三維 成像并且記錄變形的圖像。
為了在三維坐標系中進行乳房成像，立體定位框架定位在床下 方并且例如可以在用于乳房的通道或開口周圍附到床的底部，連接 到乳房罩杯上或是乳房罩杯的一部分。立體定位框架可以釆用任何 合適的形狀，例如圓柱的或矩形的，并且帶有填充有磁共振增強溶液的管的水平桿和斜桿，這些桿在磁共振圖像中顯示為亮線。在優 選的實施方式中，存在設置于乳房罩杯的基座處的管和放置成與基 座傾斜的附加管。定位框架具有與床的通道或開口以及乳房(或乳 房罩杯)固定的幾何關系。在獲得圖像后，在每個圖像截面上具有 至少三個亮點，表示在乳房罩杯的基座處的桿和傾斜桿的位置。這 樣，圖像可以在定位框架限定的坐標系中精確設置。替代地，在床 底側或乳房罩杯上安裝一個螺旋線，并且螺旋結構的直徑不小于開 口的直徑或者通道的寬度，這樣螺旋結構可以環繞乳房。該螺旋線 內封閉著磁共振增強溶液。由于螺旋結構的幾何結構是已知的，在 每一 個磁共振圖像截面上顯示的數據使截面在坐標系中被唯一 的確 定。
在識別立體定位框架的桿的橫截面圖像的位置過程中的誤差 (在乳房橫截面上以亮點顯示)被轉換為治療的幾何誤差。為了使 這種幾何誤差最小化，由治療規劃計算機采用的最小二乘回歸算法 使立體定位框架的圖像和立體定位框架的已知幾何形狀最大程度地 一致。采用這種方法，在單獨的點或者在一個圖像截面上的誤差不 會影響整體精度。
用于成像的床與用于放射的床在表面形狀、位置、用于乳房的
通道或者開口的形狀是相同的；但是，他們可以是由不同材料制成 并且以不同方式支撐的。成像床只是可以配合到乳房線圈上的殼， 乳房線圏可以是專用乳房成像床或者是治療床單元(couch-top單元) 的一部分。成像床需要被調整以適合不同廠家的磁共振成像裝置。 由成像定位框架確定的坐標要能夠傳遞到患者治療床。如果需要， 磁共振圖像可用于確定待治療的整個癌變區域或是癌變區域的 一部 分的體積。
放射單元和床的操作由計算機控制系統控制，該計算機控制系 統從治療規劃系統獲得治療參數，根據治療規劃控制所述床和放射 單元的運動，監測整個單元的安全和操作，并且在需要時提供安全 聯鎖和運動限制。
18一旦乳房的輪廓經過磁共振圖像確定后，自動計算床的所有三 個軸線的運動范圍，以形成運動包絡線，從而可以避免罩杯與準直 儀保持架內表面的碰撞。放射束的等角點用作床運動的坐標軸的原 點。當乳房(諸如在乳房罩杯中的乳房)被固定后，乳房將被精確 的置放在坐標系中。然后使等角點與待放射的患者乳房癌變區域的 位置對準。通過使準直儀保持架相對于源保持架轉動并且將正確尺 寸的準直儀孔與源保持架中容納放射源的通道對準，來選定尺寸合 適的準直儀。 一旦獲得期望的對準，就可以將準直儀保持架和源保 持架一起鎖定。在一定的治療時間之后，將源保持架和準直儀保持 架解鎖，使得準直儀保持架和源保持架彼此相對轉動直至放射源瓶 被屏蔽。
鑒于上述內容，需要一個專用治療規劃系統，其以三維磁共振 圖像為基礎設定病灶尺寸和位置。這個能夠精確仿伽馬射線的系統，
包括計算機，支持電路，和各種軟件模塊。所述軟件模塊包括但 不限于DICOM輸入圖像，立體定位(即使用線性回歸運算最終將由 確定每一個定位框架的桿位的滑動中而產生幾何誤差最小化)，目 標描述((選擇性的)即使用輪廓繪制工具勾畫主體腫瘤形狀和/ 或目標治療體積優化輻射發射和劑量體積分析，優化發射設置以確 定發射的位置、尺寸和權重，以最佳適合癌變區域的形狀)，實時 劑量計算并在磁共振成像圖像上顯示，顯示最終劑量(單位戈瑞) 的劑量顯示以及打印二維和三維劑量顯示圖和計劃概要。治療規劃 系統能夠使用在放射治療領域普遍接受的度量標準(諸如體積柱狀 圖和適型指數)分析治療規劃。如果需要，可通過設備的操作者手 動進行發射。劑量顯示可與治療規劃概要一起被打印，治療失見劃概 要包括例如每個病灶位置的治療時間、床的用于每個病灶位置的坐 標以及放射單元的擺動角度。
在文中引用的所有參考資料，包含發表的文章、專利申請及專 利，通過引用在同樣的程度上結合入本文中，如同每一參考資料均 單獨地、明確的指出通過引用結合入入本文中一樣，并且如同每一參考資料均被全面地在文中詳細闡述了 一樣。
在描述本發明的上下文中(尤其是下述的權利要求書的上下文 中)，術語"一個"、"這個"和相似的代詞既可以指代單數也可以作為
復數，除非文中有明確指出或者明顯與上下文矛盾。此文對數值范 圍的列舉僅僅是為分別指代 一 個單獨落于該范圍內的數值而采用的 省略寫法，除非文中另有說明。在本文披露中涉及的范圍之內的每 一個單獨的數值可視為他們在此被個別引用。所有在此描述的方法 均可以按任何合適的順序而采用，除非文中另有注明或明顯與上下 文矛盾。所有的例子或文中提到的關于例子的語句(像"例如") 僅用于更好的闡述此項發明，除非明確說明，這些例子不應被視為 對此項發明的范圍的限制。說明書中的任何語言都不應被理解為將
在此對本發明的優選實施方案給予描述，包括發明者所知的實 現這項發明的最好方式。值得注意的是，以上描述的實施方案僅起 示范作用，而不應限定本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于對患者乳房內癌變區域進行治療的方法，該方法包括(i)在三維坐標系中對乳房進行成像；(ii)以立體定位方式確定乳房中的癌變區域的位置；(iii)選擇性地確定待治療的整個癌變區域或部分癌變區域的體積；(iv)將乳房保持在與(i)中使用的三維坐標系相同或者相應的三維坐標系中，同時以無創方式將患者乳房中的癌變區域暴露于對癌癥治療有效劑量的輻射，由此治療患者乳房中的癌變區域。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，(i)包括將乳房固定在磁共 振成像兼容的立體定位框架內并使用磁共振成像方法對乳房進行磁共振成像。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，(i)包括將乳房固定在磁共 振成像兼容的立體定位框架內部的乳房罩杯中。
4. 如權利要求l所述的方法，其中，在一個療程中或者在多個 重復的療程中輸送對癌癥治療有效劑量的輻射。
5. —種用于對患者乳房中癌變區域進行治療的方法，該方法包 括將乳房保持在三維坐標系中，用于給乳房成像并且以立體定位 方式確定乳房中的癌變區域的位置；以無創方式將患者乳房中的癌 變區域暴露于對癌癥治療有效劑量的輻射，由此治療患者乳房中的 癌變區i或。
6 —種用于乳房中的癌變區域的圖像引導立體定位的放射外科 手術設備，該設備包括(i) 用于固定包含癌變區域的乳房的部件；(ii) 包括通道或者左開口和右開口的床，其中患者的左或右乳 房放置在通道中、或分別放于左或右開口中，以便在患者俯臥在所述床上時進行治療，所述床可選地包括由自動模制介質形成的頂層；(iii) 位于所述床下面的立體定位框架，用于將乳房置于坐標系中；(iv) —個或兩個乳房護罩，所述護罩以可拆卸的方式連接到所 述床上，能夠滑動地安裝到所述通道，或以可拆卸的方式連接到用 于固定乳房的部件；(v) 放射單元，該放射單元包括(i，)源保持架，源保持架 包括具有內表面和外表面的壁以及與所述內表面連通的通道，這些 通道與或不與所述外表面連通，并且每個通道包括一放射源；(ii，) 準直儀保持架，其與所述源保持架的所述內表面靠近，并包括不同 尺寸的準直儀，這些準直儀與所述源保持架中的通道以相同的方式 布置，從而所述源保持架和所述準直儀保持架之間的相對轉動允許 選擇不同尺寸的放射束，由此發射不同尺寸的輻射；以及(iii，)基 座殼體，其位于所述源保持架的所述外表面之下，支承所述源保持 架和所述準直儀保持架，并容納使所述準直儀保持架和源保持架彼 此相對轉動的馬達以及使被鎖定的所述準直儀保持架和源保持架一 起轉動的另一馬達；(vi) 弧形的基礎支承件；(vii) 三個馬達，他們能夠操作地連接到所述床，并且每個馬 達使所述床在一個不同的運動軸線上運動；以及(viii) 計算機控制系統，其控制所述床的運動和放射單元。
7. 如權利要求6所述的設備，其中，每個通道具有獨特的緯度， 并且當所述源保持架旋轉時，來自所有存在的放射源的束不共面并 且始終聚焦在等角點上。
8. 如權利要求6所述的設備，其中，所述源保持架包括大約100 多個通道，每個通道包括放射源并具有經度和緯度的獨特組合，并 且來自所有放射源的束始終聚焦于等角點。
9. 如權利要求6所述的設備，其中，所述準直儀保持架還包括 實心屏蔽塊，用于在設備未被使用時與所述通道對準，以屏蔽從通道釋放的輻射。
10. 如權利要求6所述的設備，其中，(ii)中所述的床與在成 像過程中使用的床相同。
11. 如權利要求6所述的設備，還包括治療規劃系統。
12. 如權利要求11所述的設備，其中，最小二乘回歸算法被用 于使立體定位框架的圖像和立體定位框架的已知幾何形狀最大程度 地一致
13. 如權利要求11所述的設備，其中，所述治療規劃系統將乳 房圖像置于坐標系統中，由此能夠對乳房的癌變區域進行定位。
14. 如權利要求11所述的設備，其中，計算機自動地將適當尺 寸和強度的輻射發射置于乳房的癌變區域中的優化位置處。
15. 如權利要求11所述的設備，其中，所述設備的操作者將適 當尺寸和強度的輻射發射置于乳房的癌變區域中的優化位置處。
16. 如權利要求11所述的設備，其中，所述治療規劃系統顯示 磁共振圖像上的輻射劑量并分析治療規劃。
17. 如權利要求16所述的設備，其能夠打印所述劑量顯示和治 療規劃概要。
全文摘要
一種用于對患者乳房內癌變區域進行治療的方法，該方法包括(i)在三維坐標系中對乳房進行成像；(ii)以立體定位方式確定乳房中的癌變區域的位置；(iii)選擇性地確定待治療的整個癌變區域的體積；(iv)將乳房保持在與(i)中使用的三維坐標系相同或者相應的三維坐標系中，以無創方式將患者乳房的癌變區域暴露于對癌癥治療有效劑量的輻射；和在此方法中使用的設備。
文檔編號A61B5/055GK101541236SQ200880000317
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年2月28日
發明者W·雷吉尼, X·C·于, Y·S·于 申請人:馬里蘭大學巴爾的摩分校;克斯西昂醫學系統有限責任公司