[发明专利]用于使直线性加速器和磁共振成像设备彼此屏蔽的方法和装置

说明书

相关申请：本申请要求2009年7月15日递交、标题为“Method and apparatus for shielding a linear accelerator and a magnetic resonance imaging device from each other(用于使直线性加速器和磁共振成像设备彼此屏蔽的方法和装置)”的美国临时申请No.61/225,771的优先权，该美国临时申请特此通过引用被并入。

背景技术

1.技术领域

本申请涉及用于结合的放射治疗和磁共振成像的系统和方法，具体地，涉及包括屏蔽来自放射治疗和磁共振成像系统的磁场和射频辐射的系统和方法。

2.相关技术

直线性粒子加速器(也称之为直线加速器)是一种用于以高速加速亚原子离子的粒子加速器。直线加速器例如由C.J.KARZMARK等人在MEDICAL ELECTRON ACCELERATORS(医学电子加速器)(McGraw-Hill，Inc.，Health Professions Division 1993)中进行了描述，该文献特此通过引用被并入。医学级或医用直线加速器(又名clinac)使用调谐腔波导来加速电子，在所述调谐腔波导中，射频(RF)功率通常创建用于产生用于医疗目的的高能电子或轫致辐射X射线的驻波或行波。

磁共振成像(MRI)或核磁共振成像(NMRI)是放射学中最常用于使身体的内部结构和机能显现的医学成像技术。MRI例如由E.MARK HAACKE等人在“MAGNETIC RESONANCE IMAGING：PHYSICAL PRINCIPLES AND SEQUENCE DESIGN(磁共振成像：物理原理和序列设计)(Wiley-Liss 1999)”中进行了描述，该文献特此通过引用被并入本文。

所期望的是，能够在能够同时使用直线加速器执行放射治疗时利用MRI单元进行成像。然而，在直线加速器与MRI单元之间存在为了使这些技术以临床可接受的方式一起工作而应该克服的两个主要冲突。第一个问题是，MRI单元的磁场通过作用于磁场中的带电粒子上的洛伦兹力来加速直线加速器中的带电粒子，所述洛伦兹力通过方程F＝q(v X B)来确定，其中，F是作用于带电粒子上的力，q是粒子的电荷，v是速度，B是磁场。在直线加速器中，电子“离子”通常通过加热作为阴极的热离子材料(当被加热时电子变为分离的材料)而产生，并且当正电压施加于阳极(其通常为线栅)时，电子从阴极朝向阳极移动。阳极被施以100兆赫的脉冲，以使得电子分组通过线栅并且继续被进一步加速。阴极、阳极和后面的加速组件形成所谓的电子枪，并且该枪可以通过外部磁场关闭，以使得它将不生成用于进一步加速的电子。MRI磁体通常被屏蔽，以减小磁体周围的磁场。通常，该边缘磁场在离MRI等中心几米内保持高于地球的1高斯磁场的水平。将直线加速器安置在患者附近的最佳距离是源离放射治疗等中心大约1米。对于MRI和放射治疗等中心基本上一致的系统，这使直线加速器置于边缘场中，该边缘场可以容易地为大约0.1特斯拉(T，1T＝10,000高斯)或更大的数量级。磁场B矢量是大的，并且定向于MR系统的轴向(Z)。速度v矢量接近光速，并且标称上与B矢量成直角(Y)。作用于非常轻的电子上的力F将在偏离这些电子期望轨迹的垂直方向上加速这些电子。

第二个问题是直线加速器的大功率RF源对MRI单元中的用于信号检测的射频发送器和接收器引起干扰。所利用的RF频率发送线圈和(尤其是)接收线圈是极其灵敏的，并且通常受患者和RF线圈结构中的热噪声限制。梯度磁场用于设置该中心频率周围的频率范围，以提供作为频率的函数的位置信息。直线加速器中的大功率RF源通常产生几兆瓦到几十兆瓦的RF辐射猝发(burst)，这些RF辐射猝发在工作期间以几百赫兹被调谐到加速器的谐振腔。该大功率RF辐射通常不与MRI的工作频率共振，但是具有在MRI频率处的边带，并且可以在MRI的导电组件中感应涡流，这些涡流引起信号崩毁或者甚至损坏MRI电子器件。MRI系统通常包括限制来自外部RF源的干扰的RF屏蔽室。灵敏的MRI接收RF线圈也需要被保护以免受用于激发的RF发送场的影响。通常，利用PIN二极管和/或背对背二极管接入/断开使RF感应信号衰减的调谐的/失谐的电路元件来实现该隔离。此外，重要的是，灵敏的MRI前置放大器不利用来自任一源的RF能量进入饱和。