專利名稱：一種多葉衰減器及其放射治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及帶有放射保護(hù)的立體定向放射治療，且特別地涉及利用旋轉(zhuǎn)衰減 器的用于立體定向放射治療的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于放射治療的醫(yī)療設(shè)備以高能輻射治療腫瘤組織。劑量和劑量的分布必須精 確地控制，以保證腫瘤接收到充分的放射以被破壞，且保證對(duì)于被稱為處于危險(xiǎn)中的器官 (OAR)的周?chē)袜徑姆悄[瘤組織的破壞被最小化。放射治療典型地使用患者體外的放射源，所述放射源典型地為放射性同位素，例 如鈷60，或高能χ射線源，例如直線加速器。外部源產(chǎn)生導(dǎo)向到患者體內(nèi)腫瘤部位的準(zhǔn)直 束。然而，外部源放射治療不合需要地在放射束的路徑內(nèi)連同腫瘤組織一起照射了相當(dāng)大 體積的0AR。通過(guò)將外部放射束以多種“機(jī)架”角投射到患者體內(nèi)且使得束會(huì)聚在腫瘤部位 處，可降低對(duì)健康組織的照射的不利效果，同時(shí)維持腫瘤組織內(nèi)給定劑量的放射。健康組織 的特定體積單元(element)沿放射束的路徑改變，降低了在整個(gè)治療期間對(duì)于健康組織的 每個(gè)這樣的單元的總劑量。健康組織的照射也可以通過(guò)將放射束緊密地準(zhǔn)直到腫瘤的垂直于放射束軸的一 般橫截面而減少。存在多種系統(tǒng)用于產(chǎn)生這樣的周向準(zhǔn)直，例如帶有多葉準(zhǔn)直器的系統(tǒng)。該 多葉準(zhǔn)直器(MLC)可根據(jù)機(jī)架角控制放射束的寬度和偏移，使得腫瘤組織可以被精確地瞄 準(zhǔn)。準(zhǔn)直僅是調(diào)制放射束的一個(gè)方式。補(bǔ)充或替代地，放射束可以被衰減。準(zhǔn)直器控 制了放射束的輪廓，衰減器控制在組織處照射的放射束的強(qiáng)度。更具技術(shù)性的措辭是，準(zhǔn)直 器阻擋放射以創(chuàng)建大體二元的空間強(qiáng)度分布，而衰減器典型地通過(guò)選擇性衰減產(chǎn)生束強(qiáng)度 的連續(xù)空間調(diào)制。例如，強(qiáng)度調(diào)制放射治療(IMRT)旨在照射靶區(qū)的同時(shí)保護(hù)健康組織，特別是處于 危險(xiǎn)中的器官(OAR)。強(qiáng)度調(diào)制通過(guò)多葉準(zhǔn)直器或通過(guò)衰減調(diào)制器來(lái)實(shí)施。希望的強(qiáng)度圖 通過(guò)分割來(lái)近似形成由MLC依序成形的一系列孔徑分部。這些孔徑(以及各個(gè)相關(guān)的強(qiáng)度)可以在照射期間連續(xù)修改，從而產(chǎn)生一般所謂 的動(dòng)態(tài)IMRT。動(dòng)態(tài)調(diào)制可通過(guò)連續(xù)照射同時(shí)改變方位和/或孔徑連同各相關(guān)的強(qiáng)度來(lái)實(shí) 現(xiàn)。已描述了單弧IMRT。過(guò)程涉及將束圍繞靶區(qū)旋轉(zhuǎn)一圈或兩圈的弧，同時(shí)MLC孔徑 和相關(guān)的強(qiáng)度被連續(xù)修改。雖然旋轉(zhuǎn)速度低，大約每分鐘一轉(zhuǎn)，但調(diào)制性能受到為每個(gè)方位 增量分配的短時(shí)間間隔的限制?？蓱?yīng)用于單弧IMRT的理論解決方法已在Brahme et al “Solutionof an integral equation encountered in rotation therapy", Phys. Med. Biol. ,27, (1982), No. 10，1211-12 中描述。對(duì)于每個(gè)方位中的平行束流剖面圖給出了解析表達(dá)，用于獲得均 勻的靶劑量同時(shí)保護(hù)中樞器官，而靶和器官是同心圓。擴(kuò)展到非同心圓的表達(dá)在Bortfeld4et al “Single-ArcIMRT ？，，，Phys. Med. Biol.，54，(2009)N9-N20 中可見(jiàn)。束調(diào)制可通過(guò) “滑動(dòng)窗”MLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以此空間地控制連續(xù)曝光時(shí)間。IMRT也能夠通過(guò)也稱為衰減調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償器實(shí)施。補(bǔ)償器使用二維衰減模式， 該二維衰減模式通過(guò)空間選擇性的衰減來(lái)調(diào)制束強(qiáng)度。此情況的例子在“Compensators An alternative IMRT delivery technique，，，Sha X. Chang et al, Journal of applied Clinical Medical Physics, Vol 5, No. 3 (2004)中描述。IMRT通過(guò)二維衰減調(diào)制器消除分割。分別為治療所選擇的5至7個(gè)方位的每個(gè)制 造衰減調(diào)制器。在每個(gè)定向的照射前，將相應(yīng)的衰減調(diào)制器布置到適當(dāng)?shù)奈恢?。使用二維 衰減調(diào)制器的單弧IMRT相當(dāng)昂貴，因?yàn)楸仨殲槊總€(gè)患者制造大的調(diào)制器組，且以高速度將 其替換/移動(dòng)是復(fù)雜的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供利用旋轉(zhuǎn)衰減器的用于立體定向放射治療系統(tǒng)，如更詳細(xì)地在下 文中描述。束分部的強(qiáng)度調(diào)制通過(guò)相應(yīng)的衰減器實(shí)現(xiàn)，所述相應(yīng)衰減器的位置根據(jù)放射方 位單獨(dú)地控制。本發(fā)明涉及用于通過(guò)根據(jù)放射方位單獨(dú)控制位置的相應(yīng)衰減器來(lái)進(jìn)行束分部強(qiáng) 度調(diào)制的裝置。本發(fā)明利用了如下幾何觀察結(jié)論即當(dāng)徑向矢量(從原點(diǎn)發(fā)出的矢量)遵 循空間中的軌跡時(shí)，徑向矢量的成比例變體亦遵循成比例的軌跡，例如當(dāng)軌跡是圍繞中心 具有旋轉(zhuǎn)半徑的圓時(shí)，則成比例的軌跡是具有平行的成比例的旋轉(zhuǎn)半徑的成比例的圓。因 此，定向?yàn)橄蛑鴮?duì)象的束，該對(duì)象的位置通過(guò)在放射源處發(fā)出的徑向矢量表示，能夠通過(guò)位 于成比例矢量上的點(diǎn)處的衰減器來(lái)衰減，使得比例因子小于一(1)。沿徑向矢量的衰減器厚 度和衰減器材料確定了衰減特性。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供用于與一種放射治療系統(tǒng)一起使用的多葉衰減 器，所述放射治療系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生向著靶的放射束的放射源；以及用于改變放射源相 對(duì)于靶的相對(duì)位置的方位改變器，所述多葉衰減器包括包括各自空間變化的衰減特性的各衰減葉，和與方位改變器通信的定位器，所述 各衰減葉的每個(gè)都具有葉長(zhǎng)度、葉厚度、葉中心和葉方向，其中葉方向是沿葉厚度與葉中 心相交的直線，其中放射束包括一個(gè)或多個(gè)束分部，其中各束分部是由衰減葉中的一個(gè)截 獲的束的部分，且其中靶包括一個(gè)或多個(gè)靶分部，其中各靶分部是截獲了相應(yīng)一個(gè)束分部 的靶的部分，其中衰減葉的每個(gè)都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào)制相應(yīng)的 束分部的強(qiáng)度，且其中定位器用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和放射源的位置改變相對(duì)于放射源的 葉中心位置和葉方向中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，放射束被導(dǎo)向向著結(jié)合了各器官分部的器官，其中各器官 分部是截獲了相應(yīng)的束分部的器官的部分，器官分部具有器官分部中心，且其中定位器用 于將衰減葉的每個(gè)都布置為使得從各葉的中心和相應(yīng)的器官分部中心到放射源的距離通 過(guò)比例因子相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，葉方向通常與放射源和相應(yīng)的器官分部中心相交。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方位改變器用于圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述靶，且葉方向通 常平行于與放射源和靶的旋轉(zhuǎn)軸相交的最短的直線。5[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，定位器用于通過(guò)布置兩個(gè)葉部分而布置衰減葉中的任何衰 減葉。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，方位改變器用于圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述靶，定位器包括 平行于靶的旋轉(zhuǎn)軸的定位器旋轉(zhuǎn)軸，且定位器用于將兩個(gè)葉部分布置在圍繞平行于靶的旋 轉(zhuǎn)軸的各自的定位器旋轉(zhuǎn)軸的各自的公共半徑圓形軌跡上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，放射源是靜止的，放射束通常是水平的，且靶旋轉(zhuǎn)軸通常是 垂直的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于每個(gè)衰減葉，衰減模式關(guān)于葉中心對(duì)稱，且衰減模式對(duì) 應(yīng)于衰減葉的空間變化的衰減特性。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，衰減模式包括根據(jù)相應(yīng)的器官分部的形狀成形的充分 (substantial)衰減區(qū)域，且定位器用于將充分衰減區(qū)域布置在放射源和相應(yīng)的器官分部 之間，以保護(hù)該相應(yīng)的器官分部免受相應(yīng)的束分部照射。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在充分衰減區(qū)域外部的衰減模式在雙向上(bi-laterally) 隨著到葉中心的距離單調(diào)增加。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述各葉是高衰減葉，以將放射束充分限制為僅在各葉之 間通過(guò)且在各葉之間被準(zhǔn)直。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例也提供了一種放射治療系統(tǒng)，所述放射治療系統(tǒng)包括用于 產(chǎn)生向著靶的放射束的放射源；用于改變放射源相對(duì)于靶的相對(duì)位置的方位改變器；和多 葉衰減器，所述多葉衰減器包括包含各自空間變化的衰減特性的各衰減葉，和與方位改變 器通信的定位器，所述衰減葉的每個(gè)都具有葉長(zhǎng)度、葉厚度、葉中心和葉方向，其中葉方向 是沿葉厚度與葉中心相交的直線，其中放射束包括束分部，其中各束分部是由衰減葉的一 個(gè)截獲的束的部分，且其中靶包括靶分部，其中各靶分部是截獲了相應(yīng)一個(gè)束分部的靶的 部分，其中衰減葉的每個(gè)都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào)制相應(yīng)的束分部 的強(qiáng)度，且其中定位器用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和放射源的位置改變相對(duì)于放射源的葉中心 位置和葉方向中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，放射治療系統(tǒng)進(jìn)一步包括束成形器，所述束成形器用于根 據(jù)靶的形狀來(lái)準(zhǔn)直放射束。應(yīng)注意的是，本發(fā)明還包括在不改變方位的同時(shí)，和/或在束開(kāi)啟之前，將多個(gè) 衰減葉相對(duì)于源且相對(duì)于它們自身移動(dòng)。
本發(fā)明將從如下詳細(xì)描述中結(jié)合附圖被更完全地理解和認(rèn)識(shí)，其中圖IA是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造和運(yùn)行的利用旋轉(zhuǎn)衰減器的立體定向放射治療 系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖示；圖IB是本發(fā)明的實(shí)施例的立體定向放射治療系統(tǒng)中衰減器和對(duì)象(器官)的軌 跡的簡(jiǎn)化圖示；圖IC是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有靜止放射源的等中心系統(tǒng)的橫截面的簡(jiǎn)化圖 示，其中靶和器官圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的衰減器葉的簡(jiǎn)化圖示；[0034]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的放射源、葉、葉中心軌跡、器官、靶的旋轉(zhuǎn)軸、器官 旋轉(zhuǎn)半徑和器官軌跡的簡(jiǎn)化圖示；圖3A至圖3D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的使得葉處于不同旋轉(zhuǎn)位置的多 葉衰減器(MLA)的簡(jiǎn)化圖示；圖3E是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的多葉衰減器(MLA)的簡(jiǎn)化圖 示；圖4是根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的多葉衰減器(MLA)的簡(jiǎn)化圖7J\ ο具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考圖1A，圖IA圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的具有旋轉(zhuǎn)衰減器 12的立體定向放射治療系統(tǒng)10的示意性視圖。將系統(tǒng)10圖示且描述為等中心放射治療系統(tǒng)，其中通過(guò)放射源16發(fā)射的放射束 14被定向?yàn)閺碾x散或連續(xù)的方位組向著靶18。(放射源16可以是任何合適的放射源，例如 但不限制于鈷源、LINAC等。)等中心性指放射源16和/或靶18圍繞典型地與靶相交(垂 直于圖面)的靶旋轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)。在這樣的系統(tǒng)中，靶18和器官19圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸20相 對(duì)于放射束14旋轉(zhuǎn)，而器官旋轉(zhuǎn)半徑R的長(zhǎng)度等于器官中心9距靶旋轉(zhuǎn)軸20的距離。轉(zhuǎn) 動(dòng)臺(tái)21可以用于將靶18和器官19旋轉(zhuǎn)(例如，豎直或躺椅式患者支承轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái))。在圖IA 中，放射源16是靜止的，而靶18和器官19圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)。然而，本發(fā)明不限制于 放射源靜止的系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括放置在源16和靶18之間的放射衰減器22。衰減器22可以由任何 合適的放射衰減材料制成，例如但不限制于鉛、黃銅、鎢、鈾等。衰減器22具有衰減器中心 AC。希望衰減照射到器官19上的射線。如前所述，靶18和器官19圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)21形成了用于改變放 射源16相對(duì)于靶18的相對(duì)位置的方位改變器。衰減器22布置為圍繞定位器旋轉(zhuǎn)軸觀以 定位器旋轉(zhuǎn)半徑r與器官的旋轉(zhuǎn)同步地旋轉(zhuǎn)，所述定位器旋轉(zhuǎn)半徑r通過(guò)衰減器中心AC至 旋轉(zhuǎn)軸觀的距離確定。同步的旋轉(zhuǎn)意味著兩個(gè)物體以相同的旋轉(zhuǎn)速度圍繞平行的旋轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)，且具有分別與物體的中心和旋轉(zhuǎn)軸相交的相應(yīng)平行線。旋轉(zhuǎn)器沈(也稱為旋轉(zhuǎn)臺(tái)或 定位器26)使衰減器旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)器沈可以是任何合適的馬達(dá)、編碼器、促動(dòng)器等。在圖IA中，放射束14通過(guò)衰減器22得到衰減，使得器官19接收到低得多的放射 劑量。到衰減器22的側(cè)的放射束14的任何部分可以到達(dá)器官19。當(dāng)矢量(在此情況中 為原點(diǎn)16處發(fā)出的束)遵循空間中的路徑時(shí)，此矢量的成比例的變體(version)跟隨成比 例的路徑。在圖示的實(shí)施例中，路徑是圍繞中心(軸20)的旋轉(zhuǎn)半徑為R的圓(器官19的 中心的軌跡)，且成比例的路徑是具有與R平行的成比例旋轉(zhuǎn)半徑r的成比例的圓形軌跡 (以衰減器22的中心為中心)。因此，定向?yàn)橄蛑鞴?9的束14，該束14的位置通過(guò)在放 射源16處發(fā)出的矢量表示，能夠通過(guò)位于成比例矢量的尖端附近的衰減器22進(jìn)行衰減，使 得比例因子小于1。衰減器材料和沿矢量的厚度確定了衰減特性。系統(tǒng)10也可以包括束成形器15(例如，MLC)，所述束成形器15用于根據(jù)靶18的 形狀準(zhǔn)直放射束14。[0044]現(xiàn)在參考圖1B，圖中圖示了具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的衰減器12的 立體定向放射治療系統(tǒng)10的示意圖。本發(fā)明利用了如下幾何觀察結(jié)果當(dāng)徑向矢量(從原 點(diǎn)發(fā)出的矢量，在此情況中為放射源16處發(fā)出的束14)遵循空間中的軌跡時(shí)，該徑向矢量 的成比例變體遵循成比例的軌跡。在圖IB中，衰減器12的軌跡13是器官M(fèi)的平面軌跡 23的成比例軌跡。作為例子，當(dāng)軌跡是圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸具有旋轉(zhuǎn)半徑的圓形時(shí)，則成比例軌 跡是圍繞平行于第一旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)軸具有成比例的旋轉(zhuǎn)半徑的成比例的圓形。因此， 定向?yàn)橄蛑粚?duì)象且位置由放射源處發(fā)出的徑向矢量表示的束，能夠通過(guò)位置由成比例的 矢量表示的衰減器進(jìn)行衰減，使得比例因子小于一。沿徑向矢量的衰減器厚度和衰減器材 料確定了衰減特性。圖IC圖示了具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的衰減器(未示出，但能夠是本 發(fā)明的任何衰減器)的等中心立體定向放射治療系統(tǒng)的橫截面的示意圖。系統(tǒng)包括靜止的 源16，其中靶18和器官M(fèi)圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)。等中心性指的是，放射源16和/或靶18 圍繞典型地與靶18相交的靶旋轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)。在此系統(tǒng)中，沿器官軌跡17圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸 20相對(duì)于放射束14的器官旋轉(zhuǎn)，具有通過(guò)器官中心9與靶旋轉(zhuǎn)軸20的距離限定的旋轉(zhuǎn)半 徑R。如在上文中提及，本發(fā)明不限制于等中心系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，衰減器不僅為 圖IA中示出的簡(jiǎn)單的衰減器，而是替代地包括多葉衰減器(MLA) 30，如在圖3A中示出。圖 2A圖示了 MLA 30的僅一個(gè)衰減葉32的例子，但將在下文中進(jìn)一步參考圖3A至圖3D描述， MLA 30優(yōu)選地包括多個(gè)衰減葉。(圖IA也示出了衰減葉32)。應(yīng)注意的是衰減葉與準(zhǔn)直葉，即用在多葉準(zhǔn)直器(MLC)內(nèi)的葉，不同，差異在于 MLC葉構(gòu)造為將束強(qiáng)度降低到(恒定的)低水平，而MLA葉構(gòu)造為允許很多(substantial) (多值的)強(qiáng)度水平。MLA葉具有長(zhǎng)度、高度和厚度，以及中心和方向。葉厚度和葉材料確定了對(duì)于給定 的束能量的衰減。MLA高度分別確定了束、靶和器官的相應(yīng)分部的高度。通過(guò)相應(yīng)的MLA葉 對(duì)于束分部的強(qiáng)度的調(diào)制，可根據(jù)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的一般一維衰減模式和/或葉材料進(jìn) 行。葉方向是沿葉厚度與葉中心相交的直線。例如，圖2A中的衰減葉32具有大厚度的中 央衰減部分34以及兩個(gè)翼突出部36，所述兩個(gè)翼突出部36突出到中央衰減部分34的側(cè) 部。衰減部分34構(gòu)造為充分衰減束分部的一部分，而兩個(gè)翼突出部構(gòu)造為調(diào)制該束分部的 其他部分。葉方向LD是沿葉厚度LT與葉中心LC相交的直線。翼突出部36在與中央衰減 部分34的結(jié)合處非常薄，且逐漸地向葉32的有效部分31的端部變厚，即與翼突出部相關(guān) 的衰減隨著距中央衰減部分34的距離單調(diào)增加。在圖2A中，定位器26A通過(guò)具有聯(lián)接器中心27C的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器27B可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接 到葉部分27A。定位器26A用于通過(guò)布置兩個(gè)葉部分27A來(lái)布置衰減葉32中的任何衰減 葉。例如，當(dāng)定位器26A圍繞定位器旋轉(zhuǎn)軸28A旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉中心LC遵循具有葉旋轉(zhuǎn)半徑的 圓形軌跡，所述葉旋轉(zhuǎn)半徑由定位器旋轉(zhuǎn)軸28A和相應(yīng)的聯(lián)接器中心27C之間的距離來(lái)確 定。在此旋轉(zhuǎn)全程期間，葉方向LT保持為與其初始方向平行?，F(xiàn)在另外地參考圖2B，所述圖2B圖示了放射源16、葉32、葉中心的葉中心軌跡 32B、器官M(fèi)、靶旋轉(zhuǎn)軸20、器官旋轉(zhuǎn)半徑R和器官軌跡17。葉32的衰減模式通過(guò)改變?nèi)~材 料和/或沿葉長(zhǎng)度的葉厚度獲得。衰減模式可以包括用作屏蔽區(qū)域的充分衰減的區(qū)域34。 定位器26A (圖2A)具有平行于靶旋轉(zhuǎn)軸20 (在圖2B中示出)的定位器旋轉(zhuǎn)軸28A (圖2A)。定位器2&k能夠?qū)⑷~部分布置在圍繞相應(yīng)定位器旋轉(zhuǎn)軸28A的相應(yīng)公共半徑的圓形軌跡 上，所述定位器旋轉(zhuǎn)軸28A平行于靶旋轉(zhuǎn)軸20。可以通過(guò)在放射源和器官分部之間合適地布置相應(yīng)的屏蔽區(qū)域，來(lái)保護(hù)器官分 部。在例示性的等中心系統(tǒng)中，器官M(fèi)圍繞靶旋轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)，定位器2隊(duì)圍繞平行于靶 旋轉(zhuǎn)軸20的定位器旋轉(zhuǎn)軸28k同步地旋轉(zhuǎn)屏蔽區(qū)域。兩個(gè)物體圍繞各自的平行的旋轉(zhuǎn)軸 的同步旋轉(zhuǎn)意味著，限定物體相對(duì)于各自旋轉(zhuǎn)軸的位置的各矢量是平行的且在相同的方向 上。屏蔽區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑以及定位器旋轉(zhuǎn)軸距放射源的距離，分別以一比例因子與器官旋轉(zhuǎn) 半徑以及靶旋轉(zhuǎn)軸距放射源的距離相關(guān)。在圖2A的例子中，為保護(hù)器官M(fèi)的分部，葉32的葉中心LC處于放射源和器官分 部的中心之間，且葉方向LD —般定向?yàn)橄蛑鞴俜植康闹行?。該方向可以在葉32的同步 旋轉(zhuǎn)期間，例如通過(guò)分別圍繞葉中心進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)葉端點(diǎn)，來(lái)維持。當(dāng)器官分部的旋轉(zhuǎn)半徑與 旋轉(zhuǎn)軸距放射源的距離相比非常小時(shí)，在旋轉(zhuǎn)期間葉方向可以保持為平行于與放射源及靶 旋轉(zhuǎn)軸相交的直線，如在圖2B中圖示。這樣的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)如下來(lái)實(shí)現(xiàn)圍繞平行于靶旋 轉(zhuǎn)軸的相應(yīng)定位器旋轉(zhuǎn)軸，同步地旋轉(zhuǎn)葉部分，使得葉中心處于放射源和相應(yīng)的器官分部 中心之間。葉32可以包括大體可忽略衰減的區(qū)域，例如前述在翼突出部36與中央衰減部分 34的結(jié)合處所述翼突出部36非常薄的區(qū)域。這樣的區(qū)域可用于提供對(duì)于另一個(gè)葉區(qū)域的 機(jī)械支承，以實(shí)現(xiàn)其他葉區(qū)域的高效布置。本發(fā)明的衰減葉可以包括無(wú)衰減的區(qū)域，例如 由分開(kāi)的葉部分構(gòu)成的葉，這允許放射在相鄰的葉部分之間通過(guò)而無(wú)衰減，其中所述葉部 分作為剛體同時(shí)地移動(dòng)，且長(zhǎng)度、中心等相對(duì)于所述葉部分的集合限定，即相對(duì)于復(fù)合葉限 定。本發(fā)明的分開(kāi)的葉可以對(duì)應(yīng)于相同的束分部，且不必須作為剛體移動(dòng)?，F(xiàn)在參考圖3A至圖3D，這些圖中圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的多葉 衰減器(MLA) 30。MLA 30包括多個(gè)參考圖2A在上文中所述的衰減葉32。衰減葉32構(gòu)造為選擇地 衰減束強(qiáng)度。束根據(jù)沿各葉的長(zhǎng)度的各多值衰減模式被衰減。葉可以根據(jù)相應(yīng)的器官分部 布置，使得用作屏蔽的葉的厚度部分處于放射源和器官分部之間。因?yàn)椴煌钠鞴俜植靠?圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸以不同的旋轉(zhuǎn)半徑旋轉(zhuǎn)，所以各相應(yīng)的葉可以隨動(dòng)。可通過(guò)將葉32旋轉(zhuǎn)地 聯(lián)接到承框(template)40或承框40的對(duì)(也稱為定位器承框)而實(shí)現(xiàn)圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸 但以不同的旋轉(zhuǎn)半徑旋轉(zhuǎn)葉。承框成形為在承框圍繞平行于靶的旋轉(zhuǎn)軸的各定位器旋轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)時(shí)為葉提供要求的旋轉(zhuǎn)半徑，如在圖3E中圖示。因?yàn)槠鞴俜植恳部赡芫哂胁煌男螤?，所以各相?yīng)的葉的屏蔽可以據(jù)此相應(yīng)地成 形。例如，當(dāng)需要保護(hù)一器官分部免于所有束方位的照射時(shí)，相應(yīng)的屏蔽應(yīng)至少長(zhǎng)(沿葉的 長(zhǎng)度)達(dá)下述長(zhǎng)度相應(yīng)的器官分部的最大尺寸乘以葉中心距放射源的距離與器官分部中 心距放射源的距離的比率。在這樣的情況下，這樣的屏蔽保護(hù)了內(nèi)切于相應(yīng)的器官分部的 圓形，如在圖3E中圖示。參考圖3A，葉32因此沿承框40堆疊且以覆蓋件41固定在承框 40的頂部處。每個(gè)承框40的基部可安裝在旋轉(zhuǎn)臂44上，所述旋轉(zhuǎn)臂44圍繞齒輪48的心 軸46 (也稱為定位器旋轉(zhuǎn)軸46)旋轉(zhuǎn)。齒輪48可以連接(通過(guò)傳動(dòng)帶或齒輪傳動(dòng)鏈連接) 到馬達(dá)50。因此，齒輪48的轉(zhuǎn)動(dòng)圍繞它們的心軸46旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臂44，并導(dǎo)致承框40和衰減 葉32圍繞心軸46旋轉(zhuǎn)。[0056]圖3A至圖3D圖示了分別在西、西北、東北和南位置的MLA 30的逐漸順時(shí)針(從 上方觀看)的旋轉(zhuǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)為保護(hù)器官的相應(yīng)葉的屏蔽對(duì)于靶分部的照射減少，可以與距被保護(hù)器 官的距離成反比例。為增加累積靶劑量的均勻性，葉的衰減模式可以通過(guò)Brahme描述的強(qiáng) 度輪廓例示(但本發(fā)明不限制于此強(qiáng)度輪廓)的方式，隨著離開(kāi)屏蔽而降低束強(qiáng)度(即， 增加葉厚度)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。在旋轉(zhuǎn)前，葉端點(diǎn)最初可以根據(jù)器官形狀相對(duì)于彼此布置，以及最初可以根據(jù)各 器官分部的旋轉(zhuǎn)半徑相對(duì)于定位器旋轉(zhuǎn)軸布置。換言之，MLA 30具有包括各自空間變化的衰減特性的衰減葉32。定位器沈與方位 改變器的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)21通信。放射束包括一個(gè)或多個(gè)束分部(圖3E示出了一個(gè)束分部)。束 分部是由衰減葉的一個(gè)截獲的束的部分。靶18包括一個(gè)或多個(gè)靶分部(圖3E又示出了束 分部14S，靶分部18S和器官分部對(duì)幻。靶分部是截獲了相應(yīng)一個(gè)束分部的靶的部分。衰 減葉的每個(gè)都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào)制相應(yīng)的束分部的強(qiáng)度。定位 器26用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和放射源16的位置來(lái)改變相對(duì)于放射源16的葉中心位置和 葉方向的至少一個(gè)。在圖3A至圖3D的實(shí)施例中，各葉的旋轉(zhuǎn)半徑利用與器官相應(yīng)地制造的承框來(lái)確定?，F(xiàn)在參考圖4，圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造且運(yùn)行的多葉衰減器 (MLA) 0在此實(shí)施例中，承框52由承框分部制成，所述承框分部的相對(duì)位置自動(dòng)化地形成， 其中由治療計(jì)劃來(lái)提供涉及器官的形狀和旋轉(zhuǎn)半徑的數(shù)據(jù)。在圖示的實(shí)施例中，承框52包括多個(gè)承框分部M，例如相互疊置的環(huán)。機(jī)械臂56 從基部58延伸，所述基部58滑動(dòng)地安裝在第一軌道60上以沿第一軸62移動(dòng)。第一軌道 60又滑動(dòng)地安裝在第二軌道64上以沿可垂直于第一軸62的第二軸66移動(dòng)?；瑒?dòng)運(yùn)動(dòng)可 以通過(guò)安裝在由馬達(dá)68驅(qū)動(dòng)的絲桿、滾珠螺桿或機(jī)器滑動(dòng)件等上實(shí)現(xiàn)。將臂沿軸66移動(dòng)， 可選擇要布置的承框分部，且然后將臂沿軸62移動(dòng)，可對(duì)所選擇的承框分部進(jìn)行布置。另 外的滑動(dòng)臺(tái)(未示出)可用于也在垂直于軸62和軸66的方向上移動(dòng)所選擇的承框分部。 軌道和馬達(dá)的布置能夠?qū)C(jī)械臂56布置在任何x-y-z位置上，以將分部M獨(dú)立地移動(dòng)到 任何位置，來(lái)形成承框52。在達(dá)到最終位置后，分部討可以通過(guò)任何方式固定，例如但不限 制于機(jī)械緊固件、粘合劑等。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明可以不僅用于放射束的新穎衰減，而且還可 以用于旋轉(zhuǎn)多葉準(zhǔn)直器(MLC)的葉，用于以如現(xiàn)在解釋的新穎的方式來(lái)準(zhǔn)直放射束。應(yīng)注意的是，常規(guī)的MLC使用一對(duì)高衰減的對(duì)置葉來(lái)阻擋靶分部之外的放射線。 葉的各位置根據(jù)靶分部的投影位置調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于每個(gè)靶分部，一對(duì)或多對(duì)高衰減準(zhǔn)直葉(類似于MLC 葉)用于利用異步旋轉(zhuǎn)，圍繞平行于靶旋轉(zhuǎn)軸的相應(yīng)定位器旋轉(zhuǎn)軸，以旋轉(zhuǎn)半徑平行于它 們自身地旋轉(zhuǎn)，例如它們可以在不同方向上旋轉(zhuǎn)。如對(duì)于衰減葉類似描述的，在使用用于準(zhǔn) 直的葉的此實(shí)施例中，葉間間距取決于各旋轉(zhuǎn)角度。這樣的角度可以選擇為將葉間間距匹 配于靶分部長(zhǎng)度。當(dāng)靶旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí)，每個(gè)投影的靶分部的長(zhǎng)度和/或位置可以改變。如 對(duì)于衰減葉類似描述的，與方位改變器通信的定位器可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，使得葉間間距與投影的靶分部匹配。與現(xiàn)有技術(shù)的MLC形成對(duì)照，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)于相應(yīng)分部?jī)?nèi)的多個(gè)葉使用相同的 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度使葉旋轉(zhuǎn)，而多個(gè)葉可以具有不同的旋轉(zhuǎn)半徑。此外，在本發(fā)明中，定位器能 夠?qū)LC葉垂直于束移動(dòng)，且另外也沿束的方向移動(dòng)。特別地，葉的限定邊緣的中心可以圍 繞垂直于束的各旋轉(zhuǎn)軸以各旋轉(zhuǎn)半徑旋轉(zhuǎn)。在此情況下，束分部在兩側(cè)(例如，左側(cè)和右 側(cè))通過(guò)相應(yīng)的兩個(gè)葉根據(jù)各旋轉(zhuǎn)半徑、各旋轉(zhuǎn)軸位置和各旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)直。葉可以或可以 不平行于它們自身移動(dòng)。葉可以同時(shí)地旋轉(zhuǎn)，例如，右排的葉和左排的葉通過(guò)每整排一個(gè)馬 達(dá)(即，每個(gè)定位器旋轉(zhuǎn)軸一個(gè))分別旋轉(zhuǎn)(而非如在現(xiàn)有技術(shù)中利用獨(dú)立的馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng) 每個(gè)葉)。當(dāng)靶圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，定位器旋轉(zhuǎn)軸可以平行于靶的旋轉(zhuǎn)軸。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā)明不限制于上文特別地示出和描述的情 況。而是本發(fā)明的保護(hù)范圍包括本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀前述描述后會(huì)想到的且不屬于 現(xiàn)有技術(shù)的上文所述特征的組合和子組合及其修改和變化。
權(quán)利要求1.用于與一種放射治療系統(tǒng)一起使用的多葉衰減器，所述放射治療系統(tǒng)包括用于產(chǎn) 生向著靶的放射束的放射源，以及用于改變所述放射源相對(duì)于所述靶的相對(duì)位置的方位改 變器，所述多葉衰減器包括包含各自空間變化的衰減特性的各衰減葉，和與所述方位改變器通信的定位器，每個(gè) 所述衰減葉都具有葉長(zhǎng)度、葉厚度、葉中心和葉方向，其中所述葉方向是沿所述葉厚度與葉 中心相交的直線，其中所述放射束包括一個(gè)或多個(gè)束分部，其中束分部是由所述衰減葉的一個(gè)截獲的束 的部分，且其中所述靶包括一個(gè)或多個(gè)靶分部，其中靶分部是截獲了所述束分部的相應(yīng)一 個(gè)的所述靶的部分，其中每個(gè)所述衰減葉都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào) 制相應(yīng)的束分部的強(qiáng)度，且其中所述定位器用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和所述放射源的位置改 變相對(duì)于所述放射源的葉中心位置和葉方向中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中所述放射束被導(dǎo)向?yàn)橄蛑Y(jié)合了器官分部 的器官，其中器官分部是截獲了相應(yīng)的束分部的器官的部分，所述器官分部具有器官分部 中心，且其中所述定位器用于布置每個(gè)所述衰減葉，使得從所述各葉的中心以及相應(yīng)的所 述各器官分部的中心到所述放射源的距離通過(guò)比例因子相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多葉衰減器，其中所述葉方向與所述放射源和相應(yīng)的器官分 部中心相交。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中所述方位改變器用于圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 所述靶，且所述葉方向平行于與所述放射源和所述靶的旋轉(zhuǎn)軸相交的最短的直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中所述定位器用于通過(guò)布置兩個(gè)葉部分來(lái)布 置任何的所述衰減葉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中所述方位改變器用于圍繞靶的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 所述靶，所述定位器包括平行于所述靶的旋轉(zhuǎn)軸的定位器旋轉(zhuǎn)軸，且所述定位器用于將兩 個(gè)葉部分布置在圍繞平行于所述靶的旋轉(zhuǎn)軸的各自的定位器旋轉(zhuǎn)軸的各自的公共半徑圓 形軌跡上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多葉衰減器，其中所述放射源是靜止的，所述放射束是水平 的，且所述靶的旋轉(zhuǎn)軸是垂直的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多葉衰減器，其中對(duì)于每個(gè)衰減葉，衰減模式關(guān)于葉中心對(duì) 稱，其中所述衰減模式對(duì)應(yīng)于所述衰減葉的空間變化的衰減特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多葉衰減器，其中葉包括根據(jù)相應(yīng)的器官分部的形狀成形的 充分衰減區(qū)域，且所述定位器用于將所述充分衰減區(qū)域布置在所述放射源和相應(yīng)的器官分 部之間，以保護(hù)相應(yīng)的器官分部免受相應(yīng)的束分部照射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減隨著到 葉中心的距離單調(diào)增加。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多葉衰減器，其中所述葉是高衰減葉，以將放射束限制為僅 在所述各葉之間通過(guò)且在所述各葉之間被準(zhǔn)直。
12.—種放射治療系統(tǒng)，所述放射治療系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生向著靶的放射束的放射源；用于改變所述放射源相對(duì)于所述靶的相對(duì)位置的方位改變器；和多葉衰減器，所述多葉衰減器包括包含各自空間變化的衰減特性的各衰減葉，和與所 述方位改變器通信的定位器，每個(gè)所述衰減葉都具有葉長(zhǎng)度、葉厚度、葉中心和葉方向，其 中所述葉方向是沿葉厚度與葉中心相交的直線，其中所述放射束包括一個(gè)或多個(gè)束分部，其中束分部是由所述衰減葉的一個(gè)截獲的束 的部分，且其中所述靶包括一個(gè)或多個(gè)靶分部，其中靶分部是截獲了所述束分部的相應(yīng)一 個(gè)的所述靶的部分，其中每個(gè)所述衰減葉都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào) 制相應(yīng)的束分部的強(qiáng)度，且其中所述定位器用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和所述放射源的位置改 變相對(duì)于所述放射源的葉中心位置和葉方向中的至少一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射治療系統(tǒng)，進(jìn)一步包括束成形器，所述束成形器用于 準(zhǔn)直所述放射束。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射治療系統(tǒng)，其中放射源是靜止的，旋轉(zhuǎn)軸是垂直的，且 放射束是水平的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述各葉是高衰減葉，以將放射束限 制為僅在所述各葉之間通過(guò)且在所述各葉之間被準(zhǔn)直。
專利摘要一種多葉衰減器及其放射治療系統(tǒng)，該放射治療系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生向著靶的放射束的放射源，用于改變放射源相對(duì)于靶的相對(duì)位置的方位改變器；和多葉衰減器，包括包括各自空間變化的衰減特性的衰減葉，和與方位改變器通信的定位器，每個(gè)衰減葉都具有葉長(zhǎng)度、葉厚度、葉中心和葉方向，葉方向是沿葉厚度與葉中心相交的直線；放射束包括一個(gè)或多個(gè)束分部，束分部是由衰減葉的一個(gè)截獲的束的部分；靶包括一個(gè)或多個(gè)靶分部，靶分部是截獲了所述束分部的相應(yīng)一個(gè)的靶的部分；每個(gè)衰減葉都用于通過(guò)沿葉長(zhǎng)度的葉厚度的選擇性衰減來(lái)調(diào)制相應(yīng)的束分部的強(qiáng)度，且定位器用于根據(jù)相應(yīng)的靶分部和放射源的位置改變相對(duì)于放射源的葉中心位置和葉方向中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)A61N5/00GK201823166SQ20102016878
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者摩西·艾因-高爾 申請(qǐng)人:摩西·艾因-高爾