[0001] 本发明涉及动态体模。动态体模用于医学应用中，例如图像引导放射治疗，从而例如计划、递送和测量由辐射源传送的辐射剂量。

[0002] 通过使用放射治疗的癌症治疗必须要将癌病灶暴露给由辐射源(例如医用直线加速器(LINAC))发出的辐射束。辐射源针对癌病灶发出辐射束。因为例如在乳腺癌和肺癌中，癌病灶往往在皮肤下面，辐射束穿过辐射源和癌病灶之间的任何组织，并通过癌病灶之上的另一侧上的任何组织。暴露于辐射的健康组织在该过程中可能被损伤，然而，这种损伤被认为是在一定程度上可接受的，因为它是治疗癌症的结果且有由治疗癌症加权，癌症是更大的危险/生命威胁。因为不希望损伤健康组织，发展技术来避免尽可能多的健康组织，新的治疗方法帮助减少到健康组织的暴露量，同时保持对癌症病灶相同的暴露。

[0003] 通过提供较小尺寸且与癌病灶更共形的辐射束，可根据外科医生的精度提供辐射剂量，减少了否则将被照射的健康组织的量。立体定向体部放射治疗(SBRT)或立体定向消融放疗(SART)是胸部和腹部癌症的放射治疗技术，其提供了较大的辐射剂量，通常比标准放射治疗技术高4-9倍，但有较少的重复递送率。内部呼吸、心脏和肠运动影响位于胸部和腹部区域中的癌症。因此，精确地确定由健康组织包围的癌变体积的位置，并朝向癌变组织引导所述辐射束是至关重要的。放射治疗专家准确引导辐射束的能力是很需要的。

[0004] 当治疗左乳房的乳腺癌时，心脏、心脏和乳房之间的肺组织以及其它附近的健康组织可以某些治疗角度暴露于辐射束。这种不期望的接触可导致辐射毒性或特别是对心脏的后期副作用，影响了年轻患者的长期治疗结果。因此，已经开发了利用放射疗法治疗乳腺癌的新方法，其中患者只在他们已经吸气并主动屏住呼吸时接受治疗。这是有益的，因为在吸气期间心脏在辐射束下方(在下面)并远离辐射束移动，使得心脏远离左侧乳房。在该技术中，所谓的深吸气后屏气(DIBH)，只有当病人的肺充气时辐射才传递到靶向肿瘤。这需要在呼吸然后保持过程中打开和关闭辐射束(选通的)，以及跟踪癌症的位置。这种技术a)增加了靶(乳房体积)和心脏之间的距离；b)避免了或减少了被辐射的心脏附近的体积，并因此降低了辐射副作用的可能性；c)减少了靶向乳房下的辐射肺体积的百分比(在吸气期间肺部扩张，所以相比当肺没有扩张时，波束暴露更少的总肺体积)。

[0005] 在自由呼吸技术中，患者自由呼吸，在吸气和呼气过程中他们的胸部和靶向癌移动。为了使这种技术发挥作用，在自由呼吸时监控病人，使得根据呼吸周期可确定癌症的位置。这被称为自由呼吸选通输送，允许引导辐射至癌症的精确位置，并且仅当病人在呼吸周期中的预定位置时输送。通常在初始模拟过程中使用红外(IR)或光学照相机，并且根据呼吸周期数据来关于癌症的位置分析该数据。在治疗过程中再次使用IR照相机以确定癌症的位置。患者将在配备有相同或类似的监控系统的加速器上进行多次治疗，并且需要患者重现和保持与上述初始模拟的那些相同的呼吸模式。

[0006] 在另一方面，DIBH依靠病人深呼吸，并屏住呼吸约20-30秒或更久。在DIBH期间，胸部扩张，心脏相比在自由呼吸期间更显著地向下移动，使得DIBH更有益于实现胸壁与心脏之间的更大分离。类似的IR照相机可在所描述的用于自由呼吸技术的DIBH中使用。

[0007] 因为这些技术是相对较新的，并且没有在世界各地的大多数放射治疗设施中得到实施，临床实施的新趋势是上升的。为了协助辐射输送设备的试运行和在临床实践中常规质量保证(QA)，需要能够测试这些技术的方法和装置来实现这些技术、训练操作者并确保建立辐射输送机来实现这些技术正常运作。

[0053] 图1至4示出了动态体模10，其包括主体12，主体12具有正面14、背面16以及在主体12的正面14和背面16之间的内部空腔18。该主体具有在主体12的正面14的可移动胸壁20，其由第一运动机构(例如连接到驱动装置32的驱动构件30)来移动，从而相对于主体12的背面16来移动主体12的正面14。可移动胸壁20的移动设计为表示胸部的运动，因为它在呼吸过程中扩张和收缩。

[0054] 应当指出，在优选实施方式的整个描述中，术语例如胸、心脏、肺、脊柱、乳房等用于表示类似这些身体部位的特征，即拟人化的。例如术语心脏的使用并非意图描述实际的人的心脏，无论是活的或先前活的，而是类似心脏的物体。应当理解，虽然人体器官可用于某些身体部位，例如肋，但更实际的是使用具有与在它们位置的相应人体部位类似的物理和化学性质其它物体。该物理和化学性质可包括材料密度和电子密度、机械强度、可变形性、颜色和辐射伤害耐受性。如果该术语旨在是实际的人体部位，将在前面有术语“人”，例如人的心脏。

[0055] 第一运动机构能够表示人体胸部在呼吸过程中的运动，并允许在体外评估依靠在呼吸期间或在深吸气下的治疗的技术。两个主要的呼吸方法被认为是患者正常呼吸的自由呼吸以及深吸气呼吸，在深吸气呼吸中，患者吸气到接近最大肺活量并尽可能长地屏气，只要他们能稳定地这样做，之后呼气并重复该过程。第一运动机构设计为移动胸壁，以模拟或接近胸壁在自由呼吸和深吸气呼吸的方法下的运动。

[0056] 胸壁可以各种不同的方式来形成，每个变型提供了不同的优点。例如，胸壁20可由平的刚性板来表示，或者表示为人的胸腔。虽然平的刚性板将复制胸壁20的整体运动，但不能复制胸部在呼吸期间发生的变形。在另一方面，虽然人的胸腔将准确地复制人的胸壁的变形，但使用人的胸腔要复杂和昂贵得多。最终，胸壁将优选表现地像胸腔，并能够在时间和空间上模拟自由呼吸和深吸气呼吸下的呼吸运动。

[0057] 图2示出了具有胸壁20的主体12的横截面视图，该胸壁20包括第一区段22和第二区段24。第一区段22和第二区段24在主体12的背面16连接到支撑体上，例如脊椎40。应该理解的是，在主体12的背面16上的支撑体可以是任何支撑体，例如用于任何其它安装结构的基板。图12示出了作为基板15的支撑体。

[0058] 第一区段22的第一端22A连接到脊柱40，并且第二区段24的第一端24A连接到脊柱40。第一区段22的第一端22A和第二区段24的第一端24A可通过任何方式连接到脊柱40上。
例如，第一端22A、24A可刚性地连接到脊柱40、枢转地连接到脊柱40或弹性地连接到脊柱
40。可替代地，第一区段22和第二区段24可形成一体，脊柱40在第一区段22和第二区段24之间。

[0059] 将胸壁分成两个区段允许胸壁扩张，而不必是弹性的。这有助于复制人的胸壁运动，其由连接到脊柱的肋组成，该肋连接到胸骨以及本质上是弹性的在胸部正面的胸骨。应当理解的是，第一区段22和第二区段24不需要彼此连接，然而它们可直接或间接地彼此相连。还应当理解的是，第一区段22和第二区段24可由左右组肋来表示。可替代地，人的胸腔可用于体模10中。

[0060] 胸壁20还可包括在第一区段22和第二区段24之间的第三区段26。第三区段26可以是弹性的，以复制人的胸骨。例如，第三区段26可由表现出弹性性质的材料(例如橡胶或硅树脂)形成，或者它可以是弹性物体，例如弹簧。图2示出了第一区段22的第二端22B，其连接到第三区段26，以及第二区段24的第二端24B，其也连接到第三区段26。弹性第三区段作用，以将第一区段22的第二端22B和第二区段24的第二端24B一起拉动。虽然胸壁20可以是任何期望的尺寸，但胸壁20的尺寸优选地代表所考虑的人类群体的尺寸(例如特定年龄的平均男性、平均女性、平均儿童，或特定个体)。

[0061] 在操作中，致动该驱动构件30以移动胸壁20。驱动源，例如由用户控制的计算机45上的软件接口，驱动第一运动机构。在由平板所表示的胸壁20的实施例中，该运动机构可仅在单个点(未示出)连接到胸壁20。然而，驱动构件30可在胸壁20的超过一个的点上连接。如图2所示，驱动构件30通过第一组连接构件34和第二组连接构件36连接到胸壁20的第一区段22和第二区段24。第三区段26是弹性的，并且第一和第二区段22、24是有弹性的。随着致动驱动构件30，连接构件34、36作用于胸壁20上以扩张胸壁20并伸长第三区段26，从而使第一区段22和第二区段24相对于彼此移动。这个运动，其中胸壁在超过一个的空间方向上运动，复制吸气，胸壁20变形和扩张。应该理解的是，胸壁20可由单片可变形材料制成，例如橡胶或硅树脂，并且在吸气期间仍然执行相同的变形功能。然而，这将导致只变形，而不是导致扩张的变形，这是在吸气期间人的胸壁所经历的。通过使胸壁20分成第一区段22和第二区段24，第一区段22和第二区段24相对于彼此运动，允许胸壁20扩张。虽然胸壁20可由驱动构件驱动到任何期望的位置，但优选地驱动胸壁20使得胸壁20的运动在空间和时间上表示人的胸壁在吸气期间的运动。

[0062] 在吸气后完成后，驱动构件30返回到其初始位置。驱动构件30可主动地返回到其起始位置，或者它可被动地返回到其初始位置。例如，驱动装置32可用于将驱动构件30返回到起始位置，或驱动装置32可停止驱动该驱动构件30，并且胸壁20，其可以是弹性的，将驱动构件30 返回到其初始位置。应该理解的是，在图2所示的实施例中，驱动构件30的初始位置将代表呼气位置，然而该初始位置可能是吸气位置，致动该驱动构件以将胸壁20移动到呼气位置。如果胸壁20将驱动构件30返回到表示呼气的初始位置，则胸壁20将朝向呼气位置偏压。在图2所示的实施方式中，胸壁20朝向呼气位置偏置，并且运动机构的致动将胸壁20扩张到吸气位置。

[0063] 如图4A所示，驱动装置32由步进电机32A组成，其通过齿轮和轴32B连接到凸轮32C。随着电机32A转动，凸轮32C旋转并驱动该驱动构件30在一个方向上从主体12的背面16朝向主体12的正面14做线性运动。步进电机的一个优点是它能够精确地进行定位而不需要反馈传感器，因为各步骤的位置是已知的。应当理解的是，虽然步进电机在这个实施例中使用，但它可用任何其它类型的电机来代替，例如伺服电机。此外，应当理解的是，驱动构件30可通过任何适当的手段来驱动。例如，该运动可以是机械的，例如缆绳、鲍登缆绳、齿轮、万向齿轮、凸轮、滑轮和皮带、弹簧。可替代地，该运动可以是气动或液压的，例如由汽缸中流体驱动的活塞所引起。应该理解的是，任何上述的装置可单独使用或组合使用来驱动该驱动构件30。将会理解的是，步进电机32A和凸轮32C可用气动或液压装置来代替。

[0064] 通过轴32B使步进电机32A连接到凸轮32C的优点在于它允许步进电机32A保留在主体12的空腔18的外侧。此外，通过使用步进电机32A，内部空腔18中不需要反馈传感器。通过将电机32A定位在内部空腔18的外侧，体模10可用于使用X射线和计算机断层扫描(CT)产生有用的医学图像。

[0065] 图12中示出了将步进电机32A定位在内部空腔18的外侧的一个实施例。在图12中，基板15充当待连接的组件(例如步进电机32A)的底座。胸壁20可以与胸壁20如何连接到脊柱40的类似方式连接到基板15上，如上所述。如在图12中所示，步进电机32A安装到基板15的一个区域中，其在内部空腔18的外侧。以此方式，步进电机32A将不存在于体模10的胸部区域的图像中。优选地，内部空腔18中的所有材料是拟人化的(例如心脏50和肺60具有与人体器官相似的密度和电子密度，这有利于计算辐射剂量)，并且在临床环境中能容忍被暴露于超电压(MV)光子束。通过从内部空腔18中去除非拟人化的材料，例如金属或具有比组织和骨头更大密度的材料，那么相比于目标(例如金属步进电机32A)定位在所述内部空腔18的内部中，产生的医疗图像将具有更少的伪影。具体而言，如果步进电机32A放置在体模10的内部空腔18中，步进电机中的金属将模糊图像，因为X射线将由金属部件大量吸收和分散。

[0066] 图13示出了当成像该体模10时的辐射区100和非辐射区110。辐射区100表示将被辐射的区域，因此其中应避免非拟人化的材料，而非辐射区110表示不会被辐射的区域，因此机械应位于其中。

[0067] 体模10设计为模拟人的胸壁在呼吸期间的运动。特别地，体模10设计成模拟人的胸壁的位移，并模拟人的胸壁位移的频率。可以多种方式来获得人的胸壁移动的频率和位移数据。例如，可使用四维计算机断层扫描(4DCT)或X射线荧光或其它已知的方法来分析很多患者，以获得很多现实生活的实施例，由此可计算平均值。另外，体模10设计成不仅模拟人的胸壁在一个方向上从体模10的正面14到背面16的位移，而且模拟胸壁20在吸气期间的整体扩张。

[0068] 除了可运动的胸壁20，该体模10还包括位于内部空腔18中的可移动器官构件。该可移动器官构件可以是心脏50、肺60或感兴趣的任何其它器官。应该理解的是，该体模10可包括一个以上的可移动器官构件，例如心脏50和一对肺60。通过第二运动机构促使可移动器官构件相对于主体12移动。第二运动机构设计为移动该可移动器官构件，使得它模拟或接近人体内该器官的生理运动。

[0069] 促使可移动器官构件相对于主体12的背面16移动。如果可移动器官构件的运动设计为表示人胸部内的器官在呼吸期间随着胸部扩张和收缩的运动，则可移动器官构件将与胸壁20的运动同步，并通过第二运动机构导致移动。胸壁20和可移动器官构件的同步是通过同步第一和第二运动机构来实现的，以基本上表示在人体内的吸气和呼气的运动。

[0070] 图3至5示出了包括两个可移动器官构件(心脏50和一对肺60)的体模10。将会理解的是，该体模10将利用心脏50或一对肺60起作用。心脏50可以是类似于人的心脏的物体。例如，心脏可通过类似于硅凝胶的心形体积的材料来表示。同样地，一对肺60可以是类似于一对人的肺的物体。一对肺60可以是任何可充气的物体，例如一对肺60可通过由气密的硅树脂涂层缠绕和密封的海绵来表示。可以理解的是，管结构可内置于该对肺60中，其类似于人的气管和支气管系统。该管结构可由橡胶或硅树脂制成，并设计为当它在来自进入的空气流的压力下以及在来自向下伸展肺60的运动机构的力的作用下时，可类似于肺60的其余部分变形和扩张。优选地，心脏50和肺60将是弹性的。应该理解的是，心脏50和一对肺60将能够模拟在自由呼吸和深吸气呼吸期间发生的运动。因为体模10设计为表示吸气和呼气的运动，将会理解的是，准确地表示可移动器官构件的形状的重要性将大于匹配器官的电子密度等。

[0071] 心脏50可通过第二运动机构52移动。如图6A所示，心脏50可通过第二运动机构52进行变形。特别的，图6A示出了心脏50，其固定在一端51上(相对于背面)，而第二运动机构52伸展心脏50，导致心脏50变形。心脏50可朝向第一位置偏置，并且所述第二运动机构52可伸展心脏50，以相对于心脏50的第一端51移动心脏50的第二端53。可以理解的是，心脏的伸展可通过牵引心脏50或通过推动心脏50的非固定部分远离心脏50的固定部分来实现。

[0072] 图4B示出了一种方式，其中驱动构件30和第二运动机构52可组合。如在图4B中所示的，第二运动机构52可包括缆绳54和滑轮56。缆绳54的一端连接到心脏50的非固定部分，并且缆绳54的另一端经由滑轮56连接到驱动构件30。随着第一运动机构移动，也驱动了第二运动机构52。滑轮56用于引导缆绳54，以使驱动构件30和第二运动机构52在不同的方向作用。缆绳54可由任何合适的材料制成，但它优选地由尼龙或具有较强的机械强度的相似类型的耐用材料制成。滑轮56可由特氟隆或类似类型的耐用塑料材料制成。尼龙和特氟隆是市售的，并具有与身体组织类似的密度，因此如果它在辐射束的路径上不会干扰CT成像或辐射束的衰减。应该理解的是，运动机构可在其它机械实施方式中组合，或者可利用液压或气动组合。

[0073] 在人体内，心脏在定期呼吸期间以组合扩张和收缩加上旋转的复杂心脏运动而移动。心脏在深吸气过程中会更大程度地向下(朝脚)和向后(朝脊柱)移动。因此第二运动机构52可定位，使得所述第二运动机构52的致动朝向主体12的背面以及朝向主体12的下端19移动心脏50。应当理解的是，运动机构52可定位成在希望的任何方向上移动心脏50。例如，运动机构52可在一般表示从上到下、从左到右、从体模的正面到背面或这些的任何组合的轴线上移动心脏，例如心脏50的上述朝向主体12的背面并朝向主体12的下端19的运动。意图是心脏50在体模10中的运动代表了心脏在活人中由呼吸循环所引起的运动。即，心脏50在正确方向上相对于胸壁20和其他器官移动，并且它以正确的距离以及正确的频率移动。距离和频率可由体模10的用户控制和调节。

[0074] 可以理解的是，由于肺的充气而导致的人的心脏的位移与肺的充气水平有关。因此，如果体模10配置为模仿人的正常呼吸，心脏50在整个吸气/呼气周期比它在深吸气屏气期间移动地更少。可以理解的是，人的心脏的运动也会在男人、女人和儿童之间变化，因为肺的充气对于这些群体的每一个将是不同的。可以理解的是，用户通过计算机软件能够在自由呼吸周期和深吸气屏气周期之间进行选择，计算机软件将每个呼吸模式与相应的心脏50的移动链接。

[0075] 应当注意，虽然由于人的肺充气和胸腔的扩张存在心脏的移动，但由于向身体供给血液的心脏泵送作用也存在心脏的移动。应该理解的是，人心脏的泵送作用可包括在体模10中。例如，体模可设计成使得a)只模拟心脏的纵向伸展运动，b)只模拟由于心脏泵血的运动，或c)模拟心脏的纵向伸展运动和由于心脏泵血的运动。

[0076] 图6B和6C示出了旋转心脏50的机构，以模仿由心脏泵血引起的人的心脏的旋转。如上述关于图6A所描述的，心脏50能够通过运动机构52纵向变形，心脏50固定在一端51上，并且驱动构件在第二端53上连接。运动机构52延伸通过的套筒94接合心脏50的第二端53。
套筒的外表面94'是齿形的，允许套筒通过连接到运动机构(显示为电机96)的齿轮95旋转。
套筒94的外表面94'上的齿纵向延伸，使得当心脏50通过运动机构52纵向变形时，所述齿保持与齿轮95接触。偏置构件，例如弹簧130，可包括在套筒94内以在任一方向上旋转偏置该套筒。当电机96致动时，齿轮95转动，齿轮95相应地旋转套筒94，从而相对于心脏的第一端
51旋转心脏50的第二端53。

[0077] 在自由呼吸期间，心脏50的纵向移动将是比较小的，可能期望的是只考虑心脏的旋转运动。因此可以设想，如果有三个运动机构(一个用于胸壁、一个用于心脏的纵向移动以及一个用于心脏的旋转运动)，在自由呼吸期间用于心脏50的纵向移动的运动机构52可能是不活跃的。参照图6B和6D，也可以设想其中用于胸壁和心脏的纵向运动的运动机构是组合的，可提供耦合件97，例如具有锁定销99的套筒98，以允许主动地选择或取消选择心脏的纵向运动。例如，可希望在自由呼吸期间取消选择心脏的纵向移动，但在DIBH期间选择。

[0078] 此外，如图6E所示，人的心脏在整个心动周期经历的扩张和收缩也可包括在心脏50中。心脏可具有带内部腔室的空腔150，显示为气囊152，填充有液体，例如水。气囊152与贮存器154流体地连通。泵送装置，例如活塞156用于将水从贮存器154泵送到气囊152中。随着水泵入到气囊152中，心脏100中的空腔150由气囊152填充，并且通过伸展心脏50引起心脏50的扩张。当泵送停止时，使心脏50放松返回其正常状态，使得水被推回到贮存器154中。
可替代地，活塞可以主动地将水泵回到贮存器154中。泵送装置可认为是运动机构，因为它作用于心脏50以用水填充气囊152，从而扩张了心脏50并相对于体模10的主体12来移动心脏50。

[0079] 图7示出了一对由多个运动机构移动的肺60。肺60连接到呼吸机70，其可由与肺60流体地连通的空气泵72组成。呼吸机70可认为是运动机构，因为它作用于肺60以用空气填充肺60，从而给它们充气并相对于主体12的背面16移动它们。为了使肺60充气，肺60可以是中空的，具有与呼吸机70流体连通的开口。除了呼吸机70，图7中所示的实施方式示出了连接到所述成对肺60每个的底部的两个进一步的运动机构62、64。该运动机构62、64在吸气期间朝向主体12的下端19牵引肺部。肺60是可变形的，并且在吸气期间当朝向主体12的下端19移动时扩张。可以理解的是，连接在肺60的底端61、63的成对运动机构62，64可用连接到肺60的两个底端61、63的单个运动机构(未示出)来代替。此外，应该理解的是，需要仅仅一个呼吸机70和一个或两个运动机构62、64来移动成对的肺60。例如，肺60可仅连接到呼吸机
70，其可给肺60充气，导致它们扩张和变形。可替代地，肺60可连接到仅一个或多个能够朝向主体12的下端19牵引肺的运动机构。如关于心脏50所描述的，可以理解的是肺60的牵引可通过牵引肺60或通过推动肺60的非固定部分远离肺60的固定部分来实现。

[0080] 可以理解的是，虽然呼吸机70在图7中示为空气泵72，但所述呼吸机可以是能够在吸气期间给成对的肺60充气并且允许空气在呼气期间退出成对的肺60的任何装置。例如，空气泵72可用比大气压更大的压力源来替换，在压力源和成对的肺60之间具有一个阀，阀打开以允许空气从压力源流到肺60。应该理解的是，肺60的充气以及肺60的牵引将能够模拟人的肺的运动，用于自由呼吸和深吸气呼吸的情况。

[0081] 因为肺60的移动方向将不同于心脏50，运动机构62、64将在不同的方向上向着心脏50移动肺60。具有多个运动机构允许单独控制每个肺60的移动，并允许器官在表示吸气和呼气过程中人体器官移动的方向上驱动。由于肺的属性，人的肺的移动在肺的内部的不同位置在方向和大小上而不同。应该理解的是，肺60的复杂三维运动可通过改变肺60的密度(例如非均匀的)、肺内构建的支气管系统和由运动机构62、64单独或与呼吸机70相结合所引起的移动而改变。优选地，肺60将能够产生存在于人的肺内的滞后，使能够研究非同一的三维运动。

[0082] 肺60的充气设计为模仿人体肺在吸气期间的移动和扩张，并与肺60在吸气运动期间的牵引同步。当调查肺癌时，其中癌症的位置在呼吸循环过程中变化，这样的移动是必需的。应该理解的是，肺60可以是一对人体肺。虽然已经描述了心脏50和肺60，但应当理解的是，任何感兴趣的器官可用作可移动器官构件，无论是作为心脏50和肺60的补充，还是代替心脏50和肺60。

[0083] 在图6和7所示的实施方式中，运动机构52、62、64包括通过齿轮和轴连接到凸轮的步进电机，如关于胸壁20所描述的。将理解的是，虽然步进电机在该实施例中使用，它可用任何其它类型的电机来代替，例如伺服电机。此外，如以上所讨论的，步进电机和凸轮可用气动或液压装置来代替。

[0084] 驱动源驱动该运动机构52、62、64。驱动源可以是与驱动第一运动机构30的计算机45相同，或者运动机构52、62、64可由一个或多个其它驱动源进行控制。使所有运动机构由单个驱动源驱动将是有利的，因为这将去除事件同步的复杂性，并减少操作体模10所需的操作者的数量。

[0085] 因为体模10的潜在应用之一是用于进行质量保证测试，以及调试用于治疗乳腺癌的吸气屏气技术，体模10的主体12还可包括一对女性乳房80，如在图5、8、9、10、12和13中所示的。乳房80可由具有与乳房内的软组织相似的特性的材料制成。例如，乳房80可由硅树脂或结合的产品制成，所述结合产品在女性乳房增大的临床过程中使用，具有硅树脂涂层或保护层。优选地，乳房80会变形，并以与在呼吸循环期间的人的乳房类似的方式反应。此外，当体模10以其仰卧(面朝上)或其它位置定位时，例如在临床情况下侧卧或俯卧(面朝下)，因为重力的作用乳房80会变形。乳房可构建为胸壁20的一部分，或者可以是附加层90，其单独地连接到胸壁20的外表面上。图12示出了作为胸壁20的胸腔28，附加层90连接到胸腔28。

[0086] 图14-25示出了动态体模200的替代实施方式。体模200包括主体212，具有正面214、背面216和在正面214和背面216之间的内部空腔218。主体212具有在主体212的正面
214的可移动胸壁220。致动第一运动机构(示为铰接联接230)，以移动胸壁220，从而相对于主体212的背面216移动主体212的正面214。可移动胸壁220的运动设计为表示胸部在呼吸过程中扩张和收缩的运动。

[0087] 体模具有可移动器官构件，示为心脏250，支撑在内部空腔218中。通过示为电机252的第二运动机构，促使心脏250相对于主体移动。驱动源，例如控制器/计算机245驱动第一和第二运动机构230、252。第一和第二运动机构230、252设计为基本上表示在人体内吸气和呼气的运动。由第一和第二运动机构230、252所产生的移动在某些情况下是相关的，并且在某些情况下是同步的，以基本上表示在人体内吸气和呼气的运动。

[0088] 胸壁由示为右肋222的第一区段、示为左肋224的第二区段以及示为胸骨226的第三区段组成。图23示出了单个肋222a。胸骨226连接右肋222和左肋224。胸骨226松散地模仿人体内的胸骨，并成形为类似于人的胸骨。左肋222和右肋224松散地模仿人体内的肋骨，并成形为类似于人的肋骨。胸骨226柔性地连接到右肋222和左肋224。左肋222和右肋224连接到体模200的背面216，具体地是在脊柱217处。左肋222和右肋224连接到脊柱217，使得它们可相对于脊柱217旋转。胸骨226和右肋222以及左肋224之间的柔性连接通过连接器来实现，例如弹性体铰链228。肋222、224和胸骨226具有结节229，其连接到弹性体铰链228中的凹部228a。胸骨226通过两个在胸骨226顶部的肋构件226a铰接地连接到所述脊柱217。脊柱217由两个部分217a、217b组成。

[0089] 铰接联接230具有臂232，可枢转地连接到所述胸骨226(参见图17b)。臂232也枢转地连接到脊椎217。该臂基本上是“L”形。铰接联接230具有连接构件234，其枢转地在臂232的一端连接，并在另一端枢转地连接到轴236，其延伸穿过体模200的脊柱217。轴236可纵向往复运动，并且通过电机238移动。脊柱217和电机238连接到板270上。板270提供了方便的表面以安装体模200的元件部分。

[0090] 参照图17a和17b，当轴236处于缩回位置时，胸壁220处于呼气位置(图17a)。当电机238纵向延伸轴236时，连接构件234促使臂232相对于脊柱217旋转。随着臂232旋转，胸骨226在上面(向上)和前部(向前)移动，使胸壁扩张(图17b)。换言之，当轴236延伸时，臂232相对于所述体模200的背面216枢转，以移动胸壁220远离体模200的背面216。胸壁在两个空间方向(上面及前部)的直线移动产生了非直线运动。因为胸骨226在上面及前部移动，经由弹性体铰链228连接的肋222、224由胸骨226的移动而在上面及前部牵引，并相对于脊柱217枢转。弹性铰链允许肋222、224和胸骨226相对于彼此扭转，同时确保它们保持连接。

[0091] 心脏250通过刚性臂254支撑在内部空腔218内。当电机252缩回刚性臂254时，心脏朝下移动(向下)。心脏250还可具有连接到心脏250的隔膜256，以松散地模仿人的隔膜的运动。这是由心脏和隔膜所经历的移动的简化模型，仅适用于建模DIBH。可以设想，该隔膜可由单独的运动机构进行控制，以允许隔膜的运动和心脏的运动是不同的。电机252与电机238同步，以基本上代表人体内的吸气和呼气运动。心脏250通过电机252的运动不是为了复制心脏的跳动，而是通过在吸气期间给肺充气而引起的心脏运动。

[0092] 体模200还具有由发泡海绵制成的肺260(图24)。肺260是被动的，并且反作用于胸壁220、心脏250和隔膜256的运动而运动。为了更紧密地匹配肺部所希望的密度，由天然海绵和水的组合制成的肺类似物可用来模拟肺的特征。为了避免水泄漏，泡沫可用具有不漏水外表面的小半圆形管262来制造，其在体模的长度上延伸，完全地包封了润湿泡沫264的部分(参见图11B)。然后，例如通过胶连接半圆形管262，使得它们作为单件移动(参见图11C)。最后，不漏水表面266施加到所连接的半圆形管262上(参见图11D)。通过以这种方式制造肺，水会“均匀分布”地保留在泡沫中。可替代地，泡沫聚苯乙烯珠粒和水可用来模拟肺。

[0093] 虽然已将第一和第二运动机构描述为电机238、252，但应理解的是，该运动机构可以是任何合适的线性致动器。例如运动机构可以是任何合适的电-机械机构或任何合适的电-气动或电-液压机构。

[0094] 虽然以上已经描述了体模的两个不同变型10、200，但可以设想，一个体模的功能组件可与另一个体模的功能组件组合。例如，虽然体模200描述了连接到刚性臂254的心脏250，但体模200可改为利用关于体模10所描述的心脏50。另外，虽然描述了体模200具有被动的肺260，但可设想该体模200可包括关于体模10所描述的肺60。

[0095] 以下特征将关于体模10来描述，然而它们同样适用于体模200。如图8和9所示，体模10还可包括癌症病灶85。在女性乳腺癌的实施例中，癌症病灶85将位于乳房80中。癌症病灶85可以与通常在女性乳房中发现的癌症病灶类似的形状和尺寸进行设计。应该理解的是，癌症病灶85具有不同于乳房80的其余部分的密度。因此，癌症病灶85可清楚地确定并因而在体模10的CT图像中描绘。此外，癌症病灶85设计为使得它可用特别配制和制造的凝胶来代替，其可用作辐射剂量探测器。凝胶可形成为与癌症病灶85相同的形状和尺寸。可以理解的是，上述的凝胶剂量探测器具有类似于乳房80的性质。可替代地，在肺癌的情况下，癌症病灶85将位于该成对的肺60中的一个肺里，优选地邻近肺61的下底部。肺60中的癌症病灶可设计为2-3cm直径的球形，并理想地将由具有类似于癌症病灶的性质的材料制成，例如3
Dermasol(市售产品，具有0.82g/cm的密度)。应当理解的是，在乳腺癌的情况下，将有可能只包括在体模10的主体12上的一个乳房，然而希望存在两个乳房，尤其是当使用红外相机检测胸壁运动时。关于由红外照相机获取的图像，乳房80的表面和胸部20的其余部分可具有与人的皮肤类似的性质。还应当理解的是，当使用体模10的目的是检查肺60时，则可产生一男一女两个版本(例如具有或不具有乳房80)。将优选的是体模10的女模将代表平均女性的物理尺寸，并且体模10的男模将代表普通人的物理尺寸。可替代地，体模可设计为复制特定的人口，例如儿童，或甚至是特定的人。

[0096] 体模10的器官和其它身体部位将理想地表示人体中这些部位的密度。特别的，单3
位为g/cm的器官密度应该是心脏大约为1.05、乳房和软组织为0.95、肺为0.25-0.45以及肋/骨头为1.3-1.8。例如，心脏可由硅凝胶、聚氨酯或橡胶制成，并且皮肤可由弹道凝胶(猪明胶)或硅树脂制成。将能够浇注皮肤和乳房，使得它们具有人的柔性、手感、弹性、密度和颜色，然后通过尼龙搭扣或者拉链将模压皮肤和乳房固定至胸腔。例如，乳房可由商业乳房植入物、PlatSilR Gel-10(铂硅氧烷)或Zerdine自修复材料制成。可替代地，乳房和皮肤可浇注为完成件，然后连接或像T恤一样“穿戴”至体模10的胸腔。

[0097] 体模10的器官和其它身体部位可使用可用的、比较新的并且先进的三维印刷技术来制造或生产，以使用期望的材料和合适的技术实现在外表面和内部结构的形状和尺寸方面更接近地类似于人体。

[0098] 乳房内的癌症病灶85将具有与正常乳房组织稍微不同的密度，这使得它能够在CT扫描中被检测到。癌症病灶85的密度优选是约1.02g/cm3。例如，癌症病灶85可由Dermasol制成。优选地，体模中所用的材料将具有类似的物理密度以及与相应的人体部位类似的密度。

[0099] 体模10可具有一个或多个用于检测和/或测量辐射剂量的装置。图10示出了嵌入在体模10的成对乳房80的左乳房中的硅基半导体二极管辐射探测器82。该二极管辐射探测器82连接到剂量计83，其记录输送给二极管82的辐射剂量。可以理解的是，二极管可放置在体模10的一个或多个身体部位中。例如，二极管辐射探测器82可嵌入在体模10的乳房80、肺60和心脏50中。另外，二极管辐射探测器82可嵌入在癌症病灶85中。二极管辐射探测器应放置在其中需要了解输送的辐射剂量的区域中。

[0100] 通过将二极管辐射探测器82包括在体模10中，能够监测和确定在辐射治疗期间输送到主体12的各部位的辐射剂量。这允许体模10的用户确定哪些剂量给予癌症病灶85以及心脏50和肺60中的兴趣区域(ROI)，并且在女性体模的情况下给予一对乳房80。从该数据能够确定治疗计划的有效性。应该理解的是，二极管辐射探测器82可以是任何合适的尺寸以及任何特定类型的形式，例如市售的光子二极管、电子二极管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

[0101] 可替代地，用于检测和/或测量辐射剂量的一个或多个装置可以是离子室。例如，心脏50可具有保持嵌入到其中的管的离子室，然后该离子室放置在离子室保持架的内部。在一般情况下，二极管辐射探测器是优选的，因为它们具有比电离室更小的体积，并且二极管由是组织等效物的材料制成。应该理解的是，二极管辐射探测器82可用其它类型的探测器来代替，例如金刚石探测器、热致发光剂量计(TLD)、光释光(OSL)探测器、辐射变色薄膜或专门配制的能够测量剂量的凝胶。

[0102] 体模10还可以具有植入的标记，以能够跟踪身体部位。例如，该标记可以是商业基准标记、金线(～10mm)或铜线(～10mm)。图11A示出了在肺60中植入的黄金基准标记。该基准标记可植入在肺60的任何地方，然而它们优选位于兴趣区域中，这将有助于确定肺60在呼吸期间的运动和位置。例如，黄金基准标记可植入在肺60的上、中、下、中心和外部区域中。基准标记84可具有约0.75mm的直径和10mm的长度尺寸。黄金基准标记84可用作X射线和CT图像中的肿瘤块的标识符。标记84也可通过使用四维CT(4DCT)或四维锥束CT(4D-CBCT)或其它装置用于测量在对应点的呼吸运动轨迹，从而使滞后效应可视化和可测量。应该理解的是，标记84可植入在癌症病灶85内。应当理解的是，基准标记84可由其它类型或形状的标记来代替，例如金线圈或可用于临床使用的线。此外，专门设计用于核磁共振成像(MRI)的陶瓷标记也可代替标记84。

[0103] 体模10还可包括在质地(光滑度)、颜色以及由光学和红外摄像机接收到的反射特性上类人的皮肤。例如，该体模10可具有白皙、中等或深色的皮肤。体模10提供类人皮肤的优点是它能够通过光学和/或红外线摄像机成像，光学和/或红外线摄像机用于检测女性体模10的情况下的胸部20和乳房80的运动，可显现类似于人的物体。使用不包括类人皮肤的体模可导致已专门设计用于成像人体皮肤的摄像机不再精确测量胸部的位置，这是由于皮肤的反射率、平滑度或光泽等没有模仿人类。所述类人皮肤或可施加到体模10的外表面，或者可通过使用单独的顶层来实现，该单独的顶层覆盖胸部20的外表面。通过具有单独的顶层，可容易地改变皮肤以模拟不同的种族群体。

[0104] 体模10可设置有装置，用于允许更容易地进入内部空腔18。例如，胸壁20可在胸部中心设置有由塑料制成的拉链92，其沿着体模10从上到下运行。拉链92允许更容易地进入，除了别的之外能够精确放置辐射探测器。例如，如果希望使用不同类型的辐射探测器，例如用二极管探测器更换MOSFET探测器，则拉链会使得这样做更容易。此外，如果辐射探测器放置在不同的内部位置，并且可能重新定位到心脏50和肺60的表面上的不同位置，则内部空腔18更容易通过拉链92进入，以允许精确放置探测器。

[0105] 体模10可在大范围的应用中使用。例如，该体模10可能用于：

[0106] ·调试用于DIBH或SBRT的CT/4DCT系统；

[0107] ·调试用于DIBH或SBRT的放射治疗计划系统(RTPS)；

[0108] ·调试用于DIBH或SBRT或其它技术的具有板载X射线成像仪(OBI)和CBCT/4D-CBCT的医用直线加速器(LINAC)；

[0109] ·调试用于DIBH或SBRT或其它放射治疗技术的具有多叶准直器(MLC)跟踪能力或肿瘤跟踪能力、光束选通或图像选通能力的医疗直线加速器(LINAC)；

[0110] ·调试用于DIBH或SBRT的室内光/红外摄像系统；

[0111] ·检验不同成像模式或系统之间的运动检测一致性，例如CT到MRI/PET、4DCT到4D-CBCT、4DCT到IR。

[0112] ·以上系统的定期QA及定期检测；

[0113] ·培养学生或实习生以演示在呼吸过程中的胸部运动以及用于DIBH和SBRT技术的展示；

[0114] ·与乳腺癌和肺癌相关的研究活动；

[0115] ·训练和用于由临床医师练习基准标记插入程序；

[0116] ·用于DIBH或SBRT或其它治疗的定期、患者特异性的QA。

[0117] 因为体模10能够模仿人的胸部、心脏、肺等的运动，可以理解的是当教授学生或实习生关于多个器官在呼吸循环期间的运动时，这种装置可容易地替换人类受试者。此外，应当理解的是，该体模10可广泛应用于人的肺癌和乳腺癌的研究活动，因为它能够模仿这些器官在呼吸循环过程中的运动。例如，该体模10可用于测试对于不同位置的癌症的各种新的治疗方法，以确定肿瘤剂量与健康组织剂量的最佳比例。

[0118] 应该理解的是，体模10设计成可重复使用的，因此在一般情况下，体模10的组件也将是可重复使用的，并且损坏的组件应该是可更换的。例如，肺60可由允许肺60多次使用的材料制成。然而，将会理解的是，在允许的情况下，使用不可重复使用的肺，例如人的活性组织或动物的肺，并不会偏离当前发明。在一般情况下，体模10的运动将优选在空间和时间上复制人的运动。

[0119] 提供下面的实施例，其中描述了体模10的使用。

[0120] 实施例1-使用DIBH调试用于治疗乳腺癌的辐射传送机

[0121] 调试机电、辐射发射机，例如LINAC或CT，需要物理学家来验证几何形状、能量、空间和时间精度，旨在由辐射输送机输送的发射辐射束的累积剂量将按照预期(即按计划)输送，和/或由辐射束产生的图象是高质量的，并将是扫描人体的真实表示。

[0122] 在DIBH的治疗过程中，患者必须接受CT成像和治疗模拟，其中患者需要用CT扫描她在深吸气屏气状态下的胸部区域。CT扫描仪配备了摄像头(IR和视频)以监测胸部表面的呼吸运动。

[0123] 在调试期间，患者将用体模10来代替。如图12所示以及如以上所讨论的，步进电机32A可位于内部空腔18的外侧。由于步进电机32A 位于所述内部空腔18的外侧，步进电机将不会对CT成像造成干扰。体模10的CT扫描应产生一系列的横截面图像，由此肋20(在具有肋的实施方式中)的骨结构、心脏50和肺60、癌症病灶85和基准标记84等将在视觉上识别。从这些图像中，可根据呼吸循环中的时间来测量位置或尺寸以及兴趣区域之间的相对距离。
图像应该能够产生一组数字重建射线影像(DRR)，能够使物理学家从更期望的透视角度研究上述器官/ROI。重要的是CT数据集是准确的，因为它们用于计划治疗。

[0124] 该计划涉及患者的CT数据集发送到放射治疗计划(RTP)计算机，用于在理想形状和尺寸的光束以最佳角度放置之前肿瘤和危险中的其它器官(OAR)的描绘，并且计算最终的剂量。在调试期间，来自患者的CT图像将由来自体模10的CT图像代替，并且将开发治疗计划和计算辐射剂量。

[0125] 然后，体模10可用来确定计划的治疗是否实际上在计划期间输送到计算出的区域或点。换言之，体模10可用于确定由机器输送的辐射是否与所计划的治疗一致，或者机器是否如预期的不工作。

[0126] 为了调试辐射输送机(LINAC)，以使用DIBH来治疗乳腺癌，体模10应包括乳房80、肿瘤85和心脏50，但不一定必须包括肺部60。这是因为用于乳腺癌的DIBH技术在深吸气期间向后向下方移动心脏，移动心脏进一步远离癌症部位。是心脏相对于寻求的乳房分离，而不是肺的运动。然而，在DIBH期间肺的充气会影响正好在癌变乳房下方的肺的剂量体积直方图(DVH)的计算。因此，理想的是使肺60存在于体模10中。此外，控制心脏50运动的步进电机将位于体模10的内部空腔18的外侧。

[0127] 乳房80、心脏50和癌症85应该全具有辐射探测器82，以允许记录这些区域的瞬间辐射测量。乳房80、心脏50和癌症85的每一个可具有一个或多个辐射探测器82。通过增加辐射探测器的数量，可更准确地确定剂量的数量和剂量点的位置。

[0128] 因为DIBH技术还减少了对肺的辐射剂量，理想的是包括在体模10中的一对肺60，配备有多个二极管辐射探测器82，以确定和比较输送到肺的辐射剂量。

[0129] 在使用中，体模10将定位在机器上，并将接收由治疗计划所计算的标称剂量。然后，将由剂量计83记录的二极管辐射探测器82的测量值与旨在由治疗计划输送的剂量进行比较。如果输送到体模10的剂量和由治疗计划计算出的剂量很好的匹配，则可知辐射输送被正确执行。有几个因素可能导致输送的辐射不精确。例如，当波束在导通和关断之间切换时的剂量非线性度；波束导通时刻之间的系统时间不匹配和/或与患者的呼吸周期不同步；计划和输送目标之间可能的空间定位偏差。在任何上述实施例中，不准确或错误将导致癌症靶治疗不足，或者附近的健康组织/器官，例如肺或心脏不期望地暴露。虽然使用体模10不会确定剂量被错误输送的原因，但它会通知物理学家存在问题，促使物理学家进一步调查，并避免患者被错误治疗以及暴露在意外的辐射剂量下。

[0130] 类似的方法和体模10将用于调试用于乳腺癌的选通自由呼吸治疗的机器，所不同的是初始CT成像和治疗模拟将根据用于自由呼吸的体模10来进行。

[0131] 类似的方法也用来进行定期QA和定期测试。

[0132] 实施例2-用于治疗肺癌的放射输送、治疗计划和成像机器的调试

[0133] 涉及调试用于治疗肺癌的机器的步骤类似于实施例1中概述的步骤。此外，体模10将经历CT成像和治疗模拟，其中体模10需要用CT在自由呼吸和/或可能屏气状态下扫描体模的胸部区域。

[0134] 在自由/均匀呼吸期间，癌症病灶在肺中连续移动。通常癌症病灶很小并相比周围健康组织具有低的对比，并因此将难以在由治疗机所产生的X射线图像上识别，但是癌的体积可更容易地在CT图像上看到。因此，需要基准标记，其在接受CT扫描时值入到肿瘤中。由于在呼吸的肺中各个位置的复杂性，基准标记的运动轨迹可以是在吸气和呼气期间的不规则三维环形，被称为滞后效应。因此，重要的是指示癌症标靶的该基准标记可精确定位和跟踪。

[0135] 为了调试能够4DCT成像的CT扫描器，体模10应包括肺60、癌症病灶85和基准标记84。基准标记84可用于精确地测量在呼吸周期中癌症病灶85在CT和X射线图像上的运动。从
4DCT数据，可产生基准标记84的滞后环，该环可用于治疗计划。体模10的基准标记84的4DCT和X射线测量之间的一致将确定4DCT成像的准确度。

[0136] 为了调试辐射治疗计划(RTP)计算机系统，该计算机系统能够CT对CT图像融合、MRI对CT融合、CT和其它成像方式之间的变形图像配准，体模10应包括肺60、心脏50、癌症病灶85和基准标记84。肺60、心脏50和基准标记84可用于准确地测量任何两组图像之间的配准一致性，来研究自由呼吸循环期间肺60、心脏50以及癌症病灶85在任何阶段的变形。从而使用体模10，可确定成像共配准、器官位置和体积计算的RTP系统的准确度。

[0137] 为了调试用于使用自由呼吸或DIBH技术来治疗肺癌的辐射输送机，体模10应包括肿瘤85和成对的肺60和肿瘤85内的基准标记84，但并不一定需要包括心脏50。该基准标记84将用来识别在X射线图像上的肿瘤85。体模10适用于男性和女性，并且是否包括乳房80将依据希望是男性还是女性版本。此外，控制肺运动的步进电机将位于体模10的内部空腔18的外侧。呼吸机70的空气泵72也位于内部空腔18的外侧。可替代地，肺60和癌症病灶85可具有替换基准标记84的二极管辐射探测器82，以允许记录任何兴趣区域的辐射剂量测量。每个肺60和癌症病灶85可具有一个或多个探测器82。通过增加辐射探测器的数量，可更准确地确定剂量点的数量和位置。

[0138] 因为心脏是不应该输送剂量的器官，可在体模10内包括心脏50，配备有二极管辐射探测器82，以便也监测和确定输送到心脏的辐射剂量。

[0139] 如实施例1，该体模10将定位在机器上，并将接收到由治疗计划计算的剂量。然后，将由剂量计83记录的通过二极管辐射探测器82的剂量测量值与旨在由治疗计划输送的剂量进行比较。如果输送到体模10的剂量和由治疗计划计算出的剂量匹配，则可知辐射输送机正常运转。

[0140] 类似的方法将用来进行定期QA和定期测试。

[0141] 实施例3-基准标记插入

[0142] 基准标记插入的程序具有非满意的临床效果的风险，并被认为是艰巨的任务，由于缺乏适当的体外模型，其往往只由临床医生在体内实践。体模10可用于由临床医生实践基准标记插入程序。

[0143] 为了实践基准标记插入程序，体模10应该包括成对的肺60和癌症病灶85，但并不一定需要包括心脏50。体模10适合男性和女性，并且是否包括乳房8将依据希望是男性还是女性版本。因为基准标记的放置不需要辐射剂量的测量，肺60不需要具有二极管辐射探测器82，并且步进电机可放置在任何地方。

[0144] 因为临床医生可能想在逼真的体模上实践基准标记放置，能够在体模10内包括心脏50。

[0145] 在基准标记放置期间，患者进行CT扫描以产生第一组CT图像。肿瘤体积的理想目的地和基准标记的行进路径在这些图像上计划，同时患者躺在CT床上。临床医生利用一组不同直径和长度的针外周刺穿皮肤和肺，以在移动肿瘤体积内植入标记。然后再立即重新扫描患者以生成第二组图像，以验证标记放置结果。临床医师面临的困难是随着此过程的进行胸部和肺部的运动。此过程最有可能在临床环境中的有限空间内进行，例如在患者和直径80cm长的CT造影架之间的15cm的间隙中。拥有一个体模，其中胸壁和肺以一个模仿人的运动的方式运动，允许临床医生在与体内类似的情况下或甚至在非临床环境中(例如办公室或教师)更频繁和更自由地实践本技术，以提高他们的技术。

[0146] 一旦临床医师完成基准标记84在肺病灶85中的放置，体模10可用4DCT扫描并且分析标记84的放置，以评估所述标记84放置的如何，允许临床医生继续实践，直到他们发展了准确在患者体内放置基准标记的能力。