[发明专利]机器人术中放疗

说明书

术中放疗涉及设置在机器人臂的远端上的治疗头。所包括的作为治疗头的一部分的X射线部件产生X射线波长范围内的放疗性放射。至少一个患者运动传感器检测患者身体的呼吸运动。控制系统通过在组成机器人臂的可移动关节中的至少一个中引起位置变化来动态地控制治疗头的位置。该移动被管理为使得治疗头和患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月13日提交的美国专利申请No.62/361,715的优先权。上述申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的布置涉及放疗，并且更具体地涉及用于术中放疗的机器人系统和方法。

背景技术

癌症手术可涉及去除癌肿瘤和肿瘤周围的一些正常组织。例如，乳房保留手术(Breast Conserving Surgery,BCS)是一种癌症手术，其中在手术期间去除癌肿块和周围乳房组织的一部分(与整个乳房相对)。手术后通常是中等剂量的放疗，该放疗旨在从瘤床根除任何痕量的癌组织(癌肿瘤周围的血管和基质组织)。放疗技术可涉及使用称为外部束放疗(external beam radiotherapy,EBRT)技术的外部输送放射剂量。但是传统的EBRT会增加错过预期目标体积的风险。为了解决这个问题，有时使用术中放疗(intraoperativeradiotherapy,IORT)。IORT涉及在切除手术期间瘤床被暴露并且可接近时向该区域施加治疗性水平的放射。IORT的好处在于它可以将高剂量的放射精确地输送到目标区域，同时最低限度地暴露于周围组织。IORT还避免与癌组织的手术去除和EBRT之间的时间相关的常见延迟。

当IORT适当时，外科医生将去除癌肿瘤，之后放射肿瘤医师将放射施加器定位在肿瘤先前所在的区域中。传统的IORT方法和系统可涉及使用电子束和/或低能X射线。用于此目的的电子束可以像通常用于EBRT的放疗那样通过线性加速器产生。在此情况下，接受手术的患者被从手术室运送到屏蔽的放疗设施，然后在完成放疗治疗后返回手术室。最近，已经开发出在手术室中使用的专用加速器。

发明内容

本公开涉及用于术中放疗(IORT)的机器人系统。该系统包括由多个可移动关节组成的机器人臂。所述机器人臂第一端固定到基部。在所述机器人臂的远离所述基部的第二端上设置有治疗头。所述治疗头包括至少一个X射线部件，所述至少一个X射线部件被配置为促成X射线波长范围内的放疗性放射的产生。提供至少一个患者运动传感器，用于检测与呼吸相关的患者身体的移动(即，空气进入和离开胸腔的吸气和呼气)。控制系统响应来自所述至少一个患者运动传感器的患者运动数据。所述控制系统被配置为促成对所述治疗头的动态位置控制。其通过选择性地改变组成所述机器人臂的所述可移动关节中至少一个的位置来实现该结果。由所述控制系统促成的这种动态位置控制被配置为在使用所述治疗头进行放射治疗时使所述治疗头和所述患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。

根据一个方面，所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头在三个正交方向上的运动。在一些情况下，这些操作可涉及选择性地控制所述治疗头的位置，以在患者呼吸活动期间使所述治疗头内的放疗性放射的X射线源与瘤床的内表面之间的距离变化最小化。根据另一方面，所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头的转动，以在与呼吸相关的患者身体移动的情况下使所述放疗性放射的源相对于包括瘤床的表面的位置的角度变化最小化。

在一些情况下，所述患者运动传感器由力传感器组成。所述力传感器可以被配置为感测由于患者移动(例如，与呼吸相关的患者移动)而施加在所述机器人臂上的力。根据一个方面，所述力传感器由至少一个关节传感器组成，所述至少一个关节传感器被配置为感测施加在组成所述机器人臂的所述多个可移动关节中的至少一个上的力。也可以使用其他患者运动传感器。例如，在一些情况下，所述患者运动传感器可以是光学传感器，所述光学传感器被配置为检测至少一个基准标记(例如，置于患者身体上的基准标记)的位置。可以预期，可以使用不止一种类型的感测来促成本文所述的对患者身体移动的检测。