用于調制放射束的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于調制放射束的方法和設備的制作方法
用于調制放射束的方法和設備
相關申請
本申請要求2005年2月28日提交的美國臨時專利申請No. 60/657,013的優先權，這里作為參考引入該專利申請的全部內容。
背景技術：
強度調制放射治療("IMRT")涉及將放射束的尺寸、形狀和強度 改變為適合于患者腫瘤的尺寸、形狀和部位。IMRT在不傷害周圍正常 組織的同時精確地瞄準腫瘤。 一般而言，利用配置有放射源和線性加 速器("直線加速器")的放射治療系統來施行IMRT。從線性加速器出 來的放射束通過多葉準直器("MLC")以改變該束的尺寸、形狀和強 度。
在開發出線性加速器之前，放射治療儀采用鈷-60 ("Co-60")作 為放射源。Co-60放射治療儀采用20世紀50年代以來就有的簡單可靠 技術。Co-60放射源安裝在放射治療儀中。為了將劑量傳送到患者，以 與線性加速器的方式相類似的方式通過夾板(jaw)對來自Co-60源的 放射束進行準直。還可采用照野成形擋塊來進一步使放射束成形。 Co-60的特性穩定而且可預測，但是與線性加速器相比，通常需要較長 的治療時間。因為Co-60放射的能量通常比線性加速器的能量低，故 Co-60放射治療儀通常僅用于治療相對表層的疾病，例如頭部和頸部的 疾病。還沒有利用MLC對Co-60放射治療儀進行改型，且Co-60放射 治療儀當前還不能進行基于MLC的IMRT。

發明內容
MLC的發展己經改善了放射療法治療的進行。MLC將放射束限 定為聚焦在患者腫瘤的大小、形狀和位置上。MLC還對放射束進行調制，從而使得傳送到腫瘤周圍的正常組織和器官的放射量最少。
MLC包括多個放射阻擋器，稱之為葉片。MLC中的每個單獨葉
片可獨立定位，從而允許使用者產生有限數量的不規則形狀的照野。 在放射阻擋葉片的相對陣列的端部之間引導放射束，從而將放射束成 形為與腫瘤或目標區域的形狀緊密匹配，同時使正常組織和器官免受 直接的放射束。
用于調制放射束的其他方法和裝置包括利用多個放射束片段。這 些方法和裝置在放射束進入患者之前利用定位在放射束通道內的架子 中的衰減葉片或遮蔽器。腫瘤暴露至成切片形式的放射中，可通過葉 片將每個切片選擇性地分成片段。然而，該方法和裝置的缺點基于以 下事實，即利用機架的一個旋轉僅僅能治療兩個組織區域切片。盡管
切片可以為任意的厚度，但是通過選擇盡可能薄的治療切片可獲得更 高的分辨率。隨著治療切片的厚度的減小，治療患者花費的時間將增 加，這是因為需要更多的治療切片以治療整個目標區域。
大多數現代的線性加速器包括最初并非為IMRT設計的傳統 MLC。傳統MLC技術基于MLC設計、束的數量以及治療時間而提供 有限的劑量一致性。IMRT儀要求嚴格的位置和速度誤差，這些受到當 前準直器技術的限制。因此，需要一種提高劑量一致性和分辨率的用 于動態IMRT儀的改進準直器系統和方法。
本發明提供基于Co-60或線性加速器的IMRT儀內的多切片準直 放射治療。這是一種通過利用放射束的單次旋轉來照射治療區域(包 括多個患者CT切片)以進行IMRT的系統和方法。該系統包括準直裝 置，該準直裝置包括樞轉葉片的二維陣列，在機架繞患者旋轉時這些 葉片暫時位于放射束通道內。樞轉葉片的二維陣列定位在二維陣列的 二元調制槽縫內。葉片可獨立地在第一狀態和第二狀態之間移動。通 過控制每個葉片在槽縫內出現以使放射束衰減的時間來對放射束的強度進行調制。在本發明中，在單次機架旋轉中同時照射多個切片。
在一個實施例中，本發明提供一種放射療法治療系統，其包括準 直器，該準直器包括多個葉片組件。該葉片組件中的每個葉片組件包 括支承結構；由支承結構支承且從支承結構延伸的多個構件；以及 多個葉片，每個葉片由該構件中的一個構件支承，并適于在被致動之 后在第一位置和第二位置之間移動。葉片組件的布置形成二維陣列， 可操作準直器來以多個切片的形式對患者進行放射。
在另一實施例中，本發明提供一種放射療法治療系統，該系統包 括機架、準直器和控制器。準直器由機架支承，并包括多個葉片組件。 每個葉片組件包括支承結構；由支承結構支承且從支承結構延伸的 多個構件；多個葉片，每個葉片由該構件中的一個構件支承，并適于 在被致動之后移動；以及多個致動器，每個致動器由該構件中的一個 構件支承，且聯接到該葉片中的一個葉片上。葉片組件的布置形成二 維陣列，并且可操作該控制器以選擇性地指示致動器移動該葉片，從 而提供對放射束的時間和空間調制。
在另一實施例中，本發明提供一種對患者進行放射療法治療的方 法。該方法包括以下操作將患者放置在放射療法治療系統中，該系 統包括放射源和可操作成繞患者旋轉的機架；對放射源產生的放射束 進行時間和空間調制；以及在機架的單次旋轉期間向患者傳送多個放 射切片。
在又一實施例中，本發明包括放射療法治療系統，該系統包括準 直器；以及用于向患者傳送多放射切片的裝置，該傳送裝置由準直器 支承。
本發明通過利用IMRT或將IMRT結合到低成本的Co-60放射治 療儀中而使得臨床Co-60IMRT成為可能。本發明可適合于現有的Co-60放射治療儀或基于線性加速器的放射治療儀。
通過考慮詳細描述和附圖，本發明的其他方面將更加清楚。


圖1為放射療法治療系統的透視圖。
圖2為根據本發明一個實施例的多葉準直器，該多葉準直器可用 于圖1所示的放射治療處理系統。
圖3為圖2的多葉準直器的側視圖。
圖4A至圖4B示出了圖2的多葉準直器的葉片。
圖5A-C示意性示出了圖2和圖6-8的多葉準直器的葉片陣列。
圖6為圖2的多葉準直器的另一結構的側視圖。
圖7為圖2的多葉準直器的另一結構的側視圖。
圖8為圖2的多葉準直器的另一結構的側視圖。
圖9示意性示出了利用圖2的多葉準直器進行放射傳送的方法。
具體實施例方式
在詳細說明本發明的所有實施例之前，應理解的是，本發明的應 用不限于在以下描述中所闡述或以下附圖中所示出的部件的結構和布 置的細節。本發明能夠具有其他的實施例，并能夠以各種方式實施或 實現。而且，應理解的是，這里使用的用語和術語是為了描述的目的， 而不應被認為是限定性的。這里使用的"包括"、"包含"或"具有" 及其變形旨在包括列在其后的物項和所述物項的等同物，以及其他的 物項。除非另有說明或限定，寬泛地使用術語"安裝"、"連接"、"支 承"和"聯接"以及它們的變形，這些術語包括直接和間接的安裝、 連接、支承和聯接。此外，"連接"和"聯接"并不局限為物理的或機 械的連接或聯接。
盡管這里在附圖的描述中可能提到方向參照，例如上、下、向下、 向上、向后、底、前、后等，但是這些參照是為了方便而相對于附圖(如通常所觀察的那樣)作出的。不應從字面上理解這些方向，這些 方向也不以任何形式限制本發明。此外，這里使用諸如"第一"、"第 二"和"第三"的術語是為了描述的目的，而不是想要表示或暗示相 對的重要性或顯著性。
此外，應理解的是，本發明的實施例包括硬件、軟件和電子元件 或模塊，為了描述的目的，可能將這些硬件、軟件和電子元件或模塊 示出和描述為如同大部分元件是僅通過硬件實現。然而，本領域技術 人員在閱讀本詳細描述之后應理解的是，在至少一個實施例中，可通 過軟件來實現本發明基于電子的方面。這樣，應注意到的是，可采用 多個基于硬件和軟件的裝置以及多個不同的結構部件來實現本發明。 此外，如在以下段落中所描述的那樣，附圖所示的具體機械結構旨在 舉例示出本發明的實施例，而其他的可選機械結構是可行的。
圖1示出了可為患者14提供放射治療的放射療法治療系統10。
通常，放射被導向至患者14的特定區域或部位，該特定區域或部位稱 之為并示出為目標18。放射療法治療系統IO包括機架22。盡管圖中 所示的機架22為環形機架，g卩，該機架延伸了整個360。的弧度以形成 整個環形或圓圈，但是也可采用其它類型的安裝布置。例如可采用C 式機架或部分環形機架。也可采用能夠相對于患者將放射源定位在各 種旋轉和/或軸向位置處的任何其它框架。
機架22支承放射源26。放射源26可包括可操作成產生光子放射 束34的線性加速器30或Co-60源。也可采用其它的放射源；例如， 鈷-60放射源，或者能夠傳送有利于患者的治療或診斷的放射的任何其 它源。放射源26也可包括調制裝置38，可操作該調制裝置38來改變 或調制放射束34。調制裝置38提供改變或調制傳送到患者14的光子 放射強度所需的調制。這種調制有時稱為強度調制放射治療("IMRT")。
調制裝置38可包括圖2所示的準直裝置42。準直裝置42包括一組夾板46，它們限定和調節放射束34可通過其中的孔隙48的大小。 夾板46包括上夾板50和下夾板52。上夾板50和下夾板52可運動， 從而調節孔隙48的大小。下夾板52還可為單一切片調節所述束34的 寬度。
準直裝置42還包括多個葉片組件54，可操作這些葉片組件54以 在第一和第二位置之間移動從而提供強度調制。每個葉片組件54都包 括可在所述第一和第二位置之間移動的葉片58。該多個葉片組件54和 夾板46在放射束34到達目標18之前對放射束34的強度、大小和形 狀進行調制。通過致動器62 (諸如馬達、氣壓缸、繼電器、液壓缸等) 獨立地控制夾板46，使得可根據治療參數來調節孔隙48的大小。可通 過計算機66、控制器或類似裝置來控制致動器62。
通常，放射束切片的厚度由相鄰葉片組件54之間的空間限定。可 通過將下夾板52閉合至將限定比相鄰葉片組件54之間的空間窄的切 片厚度的位置，而改變切片的厚度。該多個葉片組件54限定多個放射 束切片，并允許該多個放射束切片穿過目標18。用于傳送多切片放射 治療的一種技術在于，每個葉片組件54將提供治療切片，僅僅直到到 達由相鄰葉片組件54治療的區域為止。例如，當機架22繞目標18旋 轉時，葉片組件54被依次致動以傳送其治療切片。可選地，可致動所 有(或指定的一些)葉片組件54來傳送治療切片。另一種傳送多切片 放射治療的技術針對延伸目標18而形成。每個葉片組件54都傳送放 射切片以治療整個目標18區域，如以下參照圖9所述。
放射療法治療系統10還可包括檢測器70 (圖1)、支承患者14的 躺椅74、以及驅動系統78，可操作該檢測器70來檢測放射束34，可 基于計算機66所提供的指令來操作該驅動系統78從而操縱躺椅74的 位置。線性加速器30或Co-60源以及檢測器70還可作為計算機X射 線斷層(CT)系統運行從而產生患者14的CT圖像。線性加速器30 向患者14的目標18發射放射束34。目標18以及周圍的組織吸收一些放射。
可通過呈扇形幾何形狀、多切片幾何形狀或錐形束幾何形狀的放
射束34獲得CT圖像。此外，可通過傳送兆伏級能量或千伏級能量的 線性加速器30或Co-60源獲得CT圖像。還應指出的是，所獲得的CT 圖像可從放射療法治療系統IO或其它的圖像獲取裝置，諸如其它的CT 掃描儀、MRI系統和PET系統獲得。例如，先前獲得的患者14的CT 圖像可包括所關注的指定區域和/或危險區域。新近獲得的患者14的 CT圖像可由先前獲得的CT圖像提示以有助于在新近的CT圖像中識 別所關注的區域和/或危險區域。
在一些實施例中，放射療法治療系統10可包括x射線源和CT圖 像檢測器。該x射線源和CT圖像檢測器以與線性加速器30或Co-60 源以及檢測器70類似的方式運行，以獲得圖像數據。該圖像數據發送 到計算機66，并在計算機66中進行處理從而生成患者身體組織和器官 的截面圖像或"切片"。
如圖2所示，計算機66包括用于運行各種軟件程序和/或通信應 用程序的操作系統82。具體而言，計算機66可包括便于計算機66與 放射療法治療系統10或者諸如激光定位系統或其它計算機的有助于放 射治療過程的其它裝置之間的通信的軟件程序或程序86。計算機66可 包括適于醫務人員或技術人員訪問的合適輸入/輸出裝置。計算機66可 包括通常的硬件，諸如處理器、1/0界面、以及存儲裝置或存儲器。計 算機66還可包括諸如鍵盤和鼠標的輸入裝置。計算機66還可包括諸 如顯示器的輸出裝置。此外，計算機66可包括諸如打印機和掃描儀的 外圍設備。
根據本發明的一個實施例，如圖2所示，準直裝置42包括多個葉 片組件54或葉片組。相鄰葉片組件54之間的空間限定了用于放射束 34的通道90 (參見圖3)。這里僅僅描述一個葉片組件54，不過應指出的是，該描述適用于每個葉片組件54。葉片組件54包括適于支承多 個葉片58的支承結構或框架94。葉片58通常定位成彼此相鄰，但是 可包括相鄰葉片58之間的空間。此外，葉片58的側面可成角度或成 錐形，例如采用榫槽布置，從而減少相鄰葉片之間潛在的放射泄漏。 準直器42和/或葉片組件54可包括具有放射衰減材料(參見圖3)的 主準直器60，該放射衰減材料適于使放射束34衰減并限定切片厚度。 放射衰減材料可包括鎢、鎢合金或其它合適材料。放射衰減材料60定 位在葉片58上方，并能定位成比圖3所示更加靠近放射源26。應指出 的是，衰減材料60布置成相對于放射源26發散。例如，衰減材料60 通常跟隨圖2所示的葉片組件的發散度。
如圖3更加清楚示出，葉片組件54包括從框架94沿著大致向下 的方向延伸的壁或構件98。構件98包括第一端102和第二端106。構 件98在第一端102附近包括多個孔隙110 (參見圖2)，每個孔隙都適 于接收一個葉片58 (以下將描述)的至少一部分。構件98在第二端 106附近包括適于沿著與所述構件98大致垂直的方向延伸的唇部114。 該唇部114延伸了構件98的長度，并包括多個槽118。每個槽118都 適于接收一個葉片58的至少一部分。框架94、構件98以及唇部114 可由鋼或其它合適材料構成。
葉片組件54還可包括聯接至框架94和構件98的多個葉片引導件 122。葉片引導件122布置在第一端106附近，并沿著構件98的長度 與相鄰葉片引導件122之間存在空間。每個葉片引導件122都包括適 于接收一個葉片58的至少一部分的凹部126。葉片引導件122包括適 于接收葉片58的軸130，使得葉片58繞軸130樞轉。
每個葉片58都適于繞其相應的軸130從第一位置134樞轉至第二 位置138。例如，葉片58可從第一位置134 (關閉位置)樞轉至第二 位置138 (打開位置)，或者樞轉至第一位置134和第二位置138之間 的位置。葉片58可由鎢、鎢合金或其他合適的材料構成。通過諸如彈簧或其它彈性裝置的偏壓裝置142朝向例如關閉位置
的第一位置134偏壓葉片58。偏壓裝置142聯接至框架94，并沿著與 構件98大致平行的方向延伸。偏壓裝置142在葉片58上施加大致向 下的力，使得葉片58繞軸130樞轉至第一位置134 (關閉位置)。葉片 58的位置受獨立致動器146 (諸如馬達、氣壓缸、螺線管、液壓缸等) 控制，從而允許或阻礙放射線的通過。在該結構中，致動器146為具 有由空氣壓力移動的活塞的氣壓缸。在其它的結構中，致動器146可 包括機電裝置或液壓裝置來移動葉片158。
如圖2和圖3所示，致動器146包括活塞148，該活塞148沿著 大致平行于構件98的方向運動，從而向葉片58施加向上引導的力。 該力壓縮偏壓裝置142，并沿朝向第二位置138或第一位置134與第二 位置138之間的位置的方向移動葉片58。活塞148作用在葉片58上的 向上力使通道卯打開，并允許放射束34通過通道90。根據準直裝置 42中的每個葉片58的位置對放射束34進行調制。
每個致動器146都由計算機66控制。計算機66通過軟件程序86 接收與患者的治療方案相關的輸入，該治療方案包括放射劑量的處方。 計算機66對該治療方案進行處理，以確定在機架22繞患者14旋轉時， 每個葉片58和相應的致動器146的位置和正時。例如在圖2和圖3所 示的結構中，計算機66指示一個致動器146運動某一距離，并在預定 時間段內保持在某一位置，使得相應的葉片58可從第一位置134運動 到第二位置138，從而允許放射束34基于指定劑量和機架位置通過相 應的通道90。
參照圖3、圖4A和圖4B，葉片58包括第一部分150，該第一部 分150包括軸線158，當葉片58定位在葉片引導件122的軸130上且 處于第二位置138時，該軸線158大致平行于構件98延伸。第一部分 150包括第一端162和第二端166 (參見圖4B)。第一端162包括孔隙170和延伸件174，該孔隙170適于接收葉片引導件122的軸130，該 延伸件174沿著大致垂直于第一部分150的軸線158的方向延伸。
第一部分150包括大致定向成平行于軸線150的上表面178以及 大致定向成平行于軸線150的下表面182。在葉片58處于第二位置138 時，下表面182與構件98接觸或基本接觸。下表面182包括一長度186， 并延伸超過構件98的唇部114。每個葉片58的下表面182的長度186 可彼此相對變化。上表面178包括一長度194，其通常小于葉片58的 下表面182的長度186。每個葉片58的上表面178的長度194可彼此 相對變化。第一部分150還包括連接上表面178和下表面182的表面 198。表面198定向成與軸線158成角度202。該角度202可以在約10 度到約75度的范圍內。表面198包括從至少一部分表面198向外延伸 的構件206。構件206適于在葉片58處于第一位置134時被接收在相 鄰葉片組件54的唇部114的槽118中。
葉片58的第一部分150包括前表面210和后表面214。葉片58 包括聯接至前表面210的前構件218和聯接至后表面214的后構件222。 這里將相對于前表面210進一步描述前構件218,而不進一步討論后構 件222，不過，應指出的是，后構件222類似地相對于后表面214布置。
前構件218包括與葉片58的第一部分150的上表面178大致共面 的上表面226。例如，前構件218的上表面226大致平行于葉片58的 軸線158。前構件218還包括與葉片58的第一部分150的下表面182 大致共面的下表面230。例如，前構件218的下表面230大致平行于葉 片58的軸線158。前構件218還包括連接上表面226和下表面230且 與葉片58的第一部分150的表面198大致共面的表面234。在葉片58 的其他結構中，前構件218的上表面226、下表面230以及表面234可 延伸超過第一部分150的相應的上表面178、下表面182和表面198， 使得前構件218的上表面226、下表面230以及表面234分別不與第一 部分150的上表面178、下表面182和表面198共面。如圖4A和圖4B所述，葉片58示出為包括三個部件，第一部分 150、前構件218和后構件222，然而，在某些結構中，葉片58構造為 單個部件。葉片58由鉤、鴇合金或其他合適的材料構成。
該多個葉片組件54產生如圖5A-5C所示的放射通道90的陣列250 (子束)(beamlets)。放射通道90的陣列250提供對放射源60的時間 和空間調制。通道90的陣列250能以多個切片的形式給予患者14放 射治療。單個葉片組件54的相鄰葉片58的通道90限定單個切片254。 圖5A-5C示出了陣列250中的呈垂直列形式的單個切片254以及呈列 形式的葉片組件54。具體而言，圖5A示出了每個葉片58處于第一位 置134 (即關閉位置)的葉片組件54的陣列。圖5B示出了每個葉片 58處于第二位置138 (即打開位置)的葉片組件54的陣列。圖5C示 出了葉片組件54的陣列，其中一些葉片58處于第一位置134， 一些葉 片58處于第二位置138。
圖6示出了準直裝置42的另一獨立結構。準直裝置42包括多個 葉片組件270或葉片組。相鄰葉片組件270之間的空間限定用于放射 束34的通道274。這里僅描述一個葉片組件270，不過應指出的是， 該描述適用于每個葉片組件270。葉片組件270包括適于支承多個葉片 282的支承結構或框架278。葉片282定位成彼此大致相鄰，但是相鄰 葉片282可間隔有空間。
葉片組件270包括從框架278沿著大致向下的方向延伸的壁或構 件286。構件286包括第一端2卯和第二端294。構件286在第一端290 附近包括致動器298，該致動器298適于使葉片282從第一位置302(例 如打開位置)移動到第二位置306 (例如關閉位置)，或移動到第一位 置302和第二位置306之間的位置。框架278和構件286可由鋼或其 他合適的材料構成。葉片282包括大致平行于構件286延伸的軸線310。葉片282包 括在葉片282處于第一位置302時大致定向成平行于軸線310和構件 286的第一表面314。在葉片282處于第一位置302時，該第一表面314 與構件286接觸或基本接觸。第一表面314的長度為318，該長度318 延伸超過構件286的第二端294。每個葉片282的第一表面314的長度 318可彼此相對變化。葉片282還包括大致定向成平行于軸線310和構 件286并與第一表面314相對的第二表面322。第二表面322的長度為 326，該長度326通常小于葉片282的第一表面314的長度318。每個 葉片282的第二表面332的長度326可彼此相對變化。第二表面322 適于與相鄰葉片組件270的構件286接觸或基本接觸。葉片282還包 括連接第一表面314和第二表面322的第三表面330。該第三表面330 定向為相對于軸線310成角度334。
通過諸如彈簧或其它彈性裝置的偏壓裝置338朝向例如關閉位置 的第二位置306或與相鄰構件286基本接觸的第二表面322偏壓葉片 282。通過致動器298控制葉片282的位置。在該結構中，致動器298 為具有由空氣壓力移動的活塞的氣壓缸。在其它的結構中，致動器298 可包括機電裝置或液壓裝置來移動葉片282。如圖6所示，致動器298 包括活塞442，該活塞442沿著大致平行于構件286的方向運動，從而 向葉片282施加向下引導的力，該力壓縮偏壓裝置338，并沿朝向第一 位置302或第一位置302與第二位置306之間的位置的方向移動葉片 282。活塞442作用在葉片282上的向下的力使通道274打開和允許放 射束34通過通道274。在準直裝置42的這種結構中，基于每個葉片 282的位置對放射束34進行調制。
每個致動器298都由計算機66控制。計算機66通過軟件程序86 接收與患者的治療方案相關的輸入，該治療方案包括放射劑量的處方。 計算機66對該治療方案進行處理，以確定在機架22繞患者14旋轉時， 每個葉片282和相應的致動器298的位置和正時。例如在圖6所示的 結構中，計算機66指示一個致動器298沿著軸線310運動某一距離，并在預定時間段內保持在某一位置，使得相應的葉片282從第二位置
306運動到第一位置302，從而基于指定劑量和機架位置使通過相應的 通道274的放射束34衰減。
該多個葉片組件270產生如圖5A-5C所示的放射通道274的陣列 250 (子束)。放射通道274的陣列250提供對放射源26的時間和空間 調制。通道274的陣列250能以多個切片的形式給予患者14放射治療。 單個切片254包括在每個葉片組件270的相同對應位置處的每個葉片 282的通道274。例如，單個切片254由每個葉片組件270的第一葉片 282的通道274限定。圖5A-5C示出了陣列250中的呈水平行形式的 單個切片254以及呈列形式的葉片組件270。具體而言，圖5A示出了 每個葉片282處于第二位置306的葉片組件270的陣列。圖5B示出了 每個葉片282處于第一位置302的葉片組件270的陣列。圖5C示出了 葉片組件270的陣列，其中一些葉片282處于第一位置302， 一些葉片 282處于第二位置306。
圖7和圖8示出了準直裝置42的另一結構。在該結構中，準直裝 置42包括多個葉片組件450。相鄰葉片組件450之間的空間限定用于 放射束34的通道454。每個葉片組件450或葉片組包括適于支承多個 葉片462的支承結構或框架458。葉片462定位成大致彼此相鄰，但是 相鄰葉片462可間隔有空間。
葉片組件450包括從框架458沿著大致向下的方向延伸的壁或構 件466。構件466包括第一端470和第二端474。構件466在第二端474 附近包括適于沿著大致垂直于構件466的方向延伸的唇部478。如圖8 所示，唇部478可延伸構件466的長度，并且在一些結構中包括多個 槽482。每個槽482都適于接收一個葉片462的至少一部分。框架458、 構件466以及唇部478可由鋼或其他合適的材料構成。
葉片組件450包括聯接至框架458的軸486。每個葉片462都適于繞其相應的軸486從第一位置490樞轉至第二位置494。例如，葉片 462可從第一位置490 (關閉位置)樞轉至第二位置494 (打開位置)， 或者樞轉至第一位置490和第二位置494之間的位置。葉片462可由 鎢、鎢合金或其它合適材料構成。
在一些結構中，葉片組件450可包括聯接至框架458和構件466 的多個葉片引導件498 (圖8)。葉片引導件498布置在第一端470附 近，并沿著構件466的長度與相鄰葉片引導件498之間存在空間。每 個葉片引導件498都包括適于接收一個葉片462的至少一部分的凹部 502。葉片引導件498適于在葉片462從第一位置490運動至第二位置 494或者第一位置490與第二位置494之間的任何位置時對葉片462的 位置進行支承和引導。
葉片462包括在葉片定位在第二位置494時大致平行于構件466 延伸的軸線506。葉片462包括在葉片定位在第二位置494時大致定向 成平行于軸線506和構件466的第一表面510。第一表面510與構件 466接觸或基本接觸。第一表面510延伸超出構件466的第二端474。 葉片462還包括大致定向成平行于第一表面510的第二表面514。每個 葉片462的第一表面510和第二表面514的長度可彼此相對變化。葉 片462還包括連接第一表面510和第二表面514的第三表面518。該第 三表面518定向為相對于軸線506成角度522。
在一些結構中，第三表面518可包括從表面518的至少一部分向 外延伸的構件526或第二葉片引導件。構件526適于在葉片462處于 第一位置490時被接收在相鄰葉片組件450的唇部482的槽502中。 構件526適于在葉片462從第一位置490運動至第二位置494或者第 一位置490與第二位置494之間的任何位置時對葉片462的位置進行 支承和引導。
通過諸如彈簧或其它彈性裝置的偏壓裝置530朝向例如關閉位置的第一位置490對葉片462進行偏壓。通過獨立的致動器534控制葉 片462的位置。在該結構中，致動器534包括拉式螺線管538，并可包 括超過一個的拉式螺線管。螺線管538包括聯接至葉片462的連桿542 或柱塞。連桿542可在葉片462的第一表面510的附近聯接至葉片462。 拉式螺線管538操作成在產生磁場時利用連桿542朝向第二位置494 (例如朝向構件466)向葉片462施加作用力或拉動葉片462。磁場的 產生使得葉片462打開用于通過放射束34的通道454。在解除磁場后， 偏壓裝置530向葉片462施加作用力，并朝向第一位置490 (例如朝向 相鄰葉片組件450的構件466)推動葉片462。基于每個葉片462的位 置對放射束34進行調制。
每個致動器534都由計算機66控制。計算機66通過軟件程序86 接收與患者的治療方案相關的輸入，該治療方案包括放射劑量的處方。 計算機66對該治療方案進行處理，以確定在機架22繞患者14旋轉時， 每個葉片462和相應的致動器534的位置和正時。例如在圖7和圖8 所示的結構中，計算機66指示一個螺線管538在預定時間段內產生磁 場或解除磁場，使得相應的葉片462從第一位置490運動到第二位置 494，基于指定劑量和機架位置使通過相應的通道454的放射束34衰 減。
該多個葉片組件450產生如圖5A-5C所示的放射通道454的陣列 250 (子束)。葉片組件450的陣列250能以多個切片254的形式對患 者14進行放射治療。放射通道454的陣列250提供對放射源26的時 間和空間調制。單個切片254包括在每個葉片組件450的相同對應位 置處的每個葉片462的通道454。例如，單個切片254由每個葉片組件 450的第一葉片462的通道454限定。圖5A-5C示出了陣列250中的 呈水平行形式的單個切片254以及呈列形式的葉片組件450。具體而言， 圖5A示出了每個葉片462處于第一位置490的葉片組件450的陣列。 圖5B示出了每個葉片462處于第二位置494的葉片組件450的陣列。 圖5C示出了葉片組件450的陣列，其中一些葉片462處于第一位置4卯， 一些葉片462處于第二位置494。
在準直裝置42的一些結構中，相應葉片組件54、 270和450的每 個葉片58、 282和462可采用傳感器558或多個傳感器。傳感器558 可檢測偏壓裝置142、 338和530的變形量，從而確定葉片58、 282和 462是否已被打開、已經被關閉、正在打開或正在關閉。傳感器558還 可定位成檢測活塞和/或致動器的運動，從而確定葉片58、 282和462 是否已被打開、已被關閉、正在打開或正在關閉。
圖9示意性示出了利用本發明的準直裝置42進行放射傳送的方 法。準直裝置42包括多個葉片組件550 (每個葉片組件550均由每行 中的一個陰影框表示)，每個葉片組件550都包括多個葉片554。葉片 組件550以多行的形式定向，且一行葉片組件550相對于相鄰行的葉 片組件550偏移。葉片組件550可以采用上述的葉片組件54、 270或 450的形式。同樣，葉片554可采用上述的葉片58、 282或462的形式。 每個葉片組件550都限定與放射源成不同發散度的放射通道。
可調節葉片組件550之間在機架旋轉軸線上的距離(S)、放射切 片的寬度(w)以及機架每次旋轉中躺椅行進的距離(D)，從而實現切 片之間的交匯效應最小的最佳放射傳送。螺距(pitch)為躺椅在機架 完整旋轉期間在旋轉軸線上相對于軸向束寬度的行進距離。通過選擇 合適的切片之間的間距(S)以及切片寬度(w)，如果將距離D設置 為等于w，則可將放射傳送具有一個實螺距和小于1的虛螺距的延伸 長度。由于這樣避免了葉片組件550的不同發散度產生的交匯效應， 故該用于傳送放射的方法可使劑量波動最小。例如，對于三切片的準 直器，如果躺椅每次旋轉所行進的距離(D)設置為等于所選的葉片寬 度(w)，且如式l所限定地選擇切片間距(S)， S=2% Xw 式1
則將產生虛螺距為1/3的傳送(即患者的每個位置都將由三個準直切片 中的每個切片進行照射)。這適用于超出遠側葉片組件550的切片。圖9所示的實施例可用于延長了的目標距離。每個葉片組件550 都提供穿過整個目標區域的治療切片。在該實施例中，下夾板52發生 運動以限定允許照射患者14的葉片組件550，所選的葉片組件550在 機架22旋轉時向目標18傳送放射切片。
上述各種結構的任何一種結構中的準直裝置42可以與Co-60放射
治療儀一起使用，以提供強度調制放射治療。而且，基于線性加速器 的IMRT機器可使用較小的劑量或更短的治療時間。而且還允許使用重 疊照野(移位患者)或偏移單元來治療較大的區域。180度的準直器旋 轉可用來提高旋轉平面內的分辨率。可包括榫槽連接來降低葉片之間 的泄漏。而且，多切片準直放射治療可作為針對特定部位(例如，頭 部和頸部)的專用單元的可行選擇，這代表著放射科的相當一部分工 作量。
在權利要求中闡述了本發明的各種特征和優點。
權利要求
1.一種放射療法治療系統，包括準直器，該準直器包括多個葉片組件，所述葉片組件具有支承結構，由所述支承結構支承且從所述支承結構延伸的多個構件，以及多個葉片，每個葉片由所述構件中的一個構件支承，并適于在致動時在第一位置和第二位置之間移動，其中，所述葉片組件的布置提供了二維陣列，所述準直器可操作用于以單獨子束的總和的形式傳送放射。
2. 根據權利要求l所述的系統，還包括聯接到所述葉片和所述構 件的致動器，所述致動器可操作用于選擇性地致動所述葉片以在第一 位置和第二位置之間移動。
3. 根據權利要求2所述的系統，還包括機架和控制器，該控制器可操作用于基于放射治療方案和所述機架的位置選擇性地指示所述致 動器，以使所述葉片在所述第一位置和所述第二位置之間移動。
4. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述第一位置和所述第二 位置中的一個位置為關閉位置，并且所述第一位置和所述第二位置中 的一個位置為打開位置。
5. 根據權利要求l所述的系統，其中，當所述葉片處于所述第一 位置和所述第二位置中的一個位置時，所述葉片可操作用于阻擋放射， 并且當所述葉片處于所述第一位置和所述第二位置中的一個位置時， 所述葉片產生用于通過放射的通道。
6. 根據權利要求l所述的系統，還包括用于將所述葉片偏壓至關閉位置的裝置。
7. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述準直器還包括定位在 所述葉片上方的衰減材料。
8. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述葉片在所述陣列中垂 直布置。
9. 根據權利要求8所述的系統，其中，所述葉片組件中的每個包 括多個葉片，并且其中所述葉片組件和所述葉片的布置提供了二維陣 列，以提供對放射束的時間和空間調制。
10. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述葉片包括從該葉片 向外延伸的構件，并且其中所述構件在所述葉片處于關閉位置時接合 相鄰葉片組件的槽。
11. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述葉片可操作用于在 所述第一位置和第二位置之間樞轉。
12. 根據權利要求l所述的系統，其中，所述葉片組件中的每個 定向成多行，并且其中一行葉片組件相對于相鄰行的葉片組件偏移。
13. 根據權利要求12所述的系統，其中，所述葉片組件的偏移布 置在單行的葉片組件之間提供間隙。
14. 一種放射療法治療系統，包括 機架；準直器，該準直器由所述機架支承，所述準直器包括多個葉片組 件，每個葉片組件包括 支承結構，由所述支承結構支承且從所述支承結構延伸的多個構件， 多個葉片，每個葉片都由所述構件中的一個構件支承，并適 于在致動時移動，多個致動器，每個致動器都由所述構件中的一個構件支承， 并且聯接到所述葉片中的一個葉片上，而且其中，所述葉片組件的布置提供了二維陣列；和 控制器，該控制器可操作用于選擇性地指示所述致動器以移動所 述葉片，以便提供對放射束的時間和空間調制。
15. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述控制器基于放射治 療方案和所述機架的位置指示致動器以移動相應的葉片。
16. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述致動器適于致動所 述葉片，并在第一位置和第二位置之間移動所述葉片。
17. 根據權利要求16所述的系統，其中，所述第一位置和所述第 二位置中的一個位置為關閉位置，并且所述第一位置和所述第二位置 中的一個位置為打開位置。
18. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述葉片組件中的每個 包括多個葉片，并且其中所述葉片組件和所述葉片的布置提供了二維 陣列，所述準直器可操作用于以多個切片的形式向患者傳送放射。
19. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述葉片布置成相對于 由所述機架支承的放射源在所述陣列中發散。
20. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述葉片在所述陣列中垂直布置。
21. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述葉片可操作用于進行樞轉。
22. —種放射療法治療系統，包括 準直器；以及用于向患者傳送多個放射切片的裝置，該傳送裝置由所述準直器 支承。
23. 根據權利要求22所述的系統，還包括機架，并且其中在單次 機架旋轉期間所述多個放射切片被傳送至患者。
24. 根據權利要求22所述的系統，其中，所述傳送裝置包括多個 葉片，所述多個葉片可操作用于在第一位置和第二位置之間樞轉。
全文摘要
一種通過利用放射束的旋轉來照射治療區域以進行強度調制放射治療的設備和方法。該系統包括準直裝置，該準直裝置包括樞轉衰減葉片的二維陣列，該葉片在機架繞患者旋轉時被暫時放置在放射束通道內。該葉片可在第一位置和第二位置之間獨立移動。通過控制每個葉片對放射束進行衰減的時間來調制放射束強度。
文檔編號A61N5/10GK101309726SQ200680014051
公開日2008年11月19日 申請日期2006年2月28日 優先權日2005年2月28日
發明者帕特里克·F·卡德曼 申請人:帕特里克·F·卡德曼