用于放射治療的臺面的制作方法

專利名稱：用于放射治療的臺面的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于放射治療的臺面，特別地，本發明涉及在呈現出高剛性的同時適于提供低放射衰減的臺面。
背景技術：
如現有技術中已知的，在放射治療或者診斷成像的過程中，患者被安置在患者支撐系統的治療臺面1上，來自放射源16的治療束或者診斷束投射透過患者并且接觸臺面1 的至少一部分。如圖1所示，患者支撐系統10典型地還包括提供臺面1的自動的縱向運動和橫向運動的承載架21、高度可變的臂13和轉盤14。該系統容許患者在治療過程中被支撐在規定位置。在現今的放射治療系統中，由于臺面由致密材料(dense material)制成，所以當放射來自下方吋，用于安置病人的治療臺面吸收了很大一部分治療放射。這些臺面必須厚以滿足對臺面剛性方面的嚴格的要求，為了在治療過程中將患者保持在規定位置該剛性是必需的。在當今的技術中，通過使用包括由金屬典型地制成的骨架的臺面，已經限制了由放射治療臺面引起的放射衰減。雖然衰減由于骨架的金屬支柱之間的開ロ區域而被減小， 但是骨架的金屬支柱經常干擾治療，另外，由患者引起的支撐的量取決于患者相對于骨架的位置。為了改善患者支撐和限制骨架的干擾，臺面通常設置有由更稀疏的骨架支撐的網球拍型(tennis racquet type)的網狀物。通過使用具有均勻的低密度泡沫材料的芯部和在表面的諸如碳纖維等高強度纖維薄層的復合結構，衰減也能夠被限制。典型地，纖維嵌入另ー材料的基體中，即形成纖維增強材料。例如福斯特(Foster)發表的US 3，897，345公開了ー種輕型臺面，其包括碳纖維或者石墨纖維的外皮層，該外皮層包圍剛性的聚氨酯泡沫芯部，意圖提供低的X線衰減。另ー個示例是Al-Kassim等人發表的US 6，904，630，其公開了在醫療系統中用于支撐和定位患者的臺面裝置，其中，意圖被定位在光束投射區域內的骨架和支撐系統的一部分大致由非金屬組分形成，以提供高的光束傳輸。該部分的ー個示例是具有碳纖維棒骨架的網球拍型，每ー個碳纖維棒均包括包圍均勻的泡沫芯部的碳纖維皮層，構成了碳纖維網格板。在上述復合結構中，纖維層的主要功能是承載由于患者的體重引起的彎曲而產生的壓縮應力和拉伸應力，而芯部的主要功能是將纖維層分開地支撐并保持在芯部的相反側的固定的相對位置處，并且抵抗剪切力，從而獲得具有高的剛度的輕型結構。當上述復合結構的臺面受到來自患者的負荷吋，主要歸因于芯部材料的有限的機械特性的內部機械應カ可能引起強纖維材料從芯部材料剝離，這導致芯部材料在與強纖維材料間的界面處或者在與強纖維材料間的界面附近、也就是カ的最大位置處撕裂，從而導致結構塌陷。這限制了臺面的承載能力。由于給定的芯部材料的機械特性和衰減特性與芯部材料的密度相關，所以具有相當高的密度的芯部材料變得必要，以滿足對臺面的剛性和承載能力的需要，但是這導致臺面的放射吸收比期望的高。
鑒于此，本發明的ー個目的在于提供ー種具有高剛性和高承載能力，同時提供低放射衰減的放射治療臺面。該目的通過如下的臺面裝置來實現一種用于放射治療和診斷成像的臺面裝置， 其包括厚度為t的長形的芯部，所述芯部被夾在配置于所述芯部的兩相反側的上皮層和下皮層之間，所述芯部通過上界面與所述上皮層接合并且通過下界面與所述下皮層接合，其中，所述芯部在其厚度t的方向上具有變化的密度，在所述芯部和所述上、下皮層之間的所述上、下界面中的至少ー個界面附近具有較高的密度。該臺面裝置包括由纖維材料的皮層至少部分地包圍的泡沫芯部，其中泡沫芯部被夾在位于臺面裝置的相反側的皮層之間。優選地，泡沫芯部被完全地包圍在由上、下表面皮層、側壁和端壁形成的外殼中。泡沫芯部的密度是非均勻的。優選地，泡沫芯部具有變化的密度，在泡沫芯部與上皮層間的界面附近或者在泡沫芯部與下皮層間的界面附近具有較高的密度，或者在泡沫芯部與上皮層和下皮層兩者間的界面附近都具有較高的密度。在一個實施方式中，根據本發明的臺面裝置具有泡沫芯部，該泡沫芯部在與臺面裝置上側(上側是意圖支撐患者的ー側)的皮層間的界面附近的上層中、即負荷下芯部中拉伸應力最大的位置處具有較高的密度，在與臺面裝置下側的皮層間的界面附近的下層中、即負荷下芯部中壓縮應力最大的位置處具有較高的密度，而朝向泡沫芯部的中央、即拉伸應カ和壓縮應力均較小的位置具有較低的密度。在另ー實施方式中，臺面裝置包括泡沫芯部，該泡沫芯部在與位于臺面裝置上側的皮層間的界面附近的上層中具有較低的密度，并且在與位于臺面裝置下側的皮層間的界面附近的下層中具有較高的密度。從屬權利要求中陳述了本發明的實施方式。當結合附圖和權利要求考慮時，從下述本發明的詳細的說明中，本發明的其他目的、優勢和新穎的特征將變得顯而易見。


現在將參照

本發明的優選實施方式，其中；圖1示意性地示出根據現有技術的放射治療用患者支撐系統；圖加是根據本發明的包括了具有高密度外層和低密度中央層的泡沫芯部的臺面裝置的示意性截面圖，圖2b是示出泡沫芯部中的密度變化的示意圖；圖3a是負荷下的根據本發明的臺面裝置的一部分的示意性截面圖，圖北是相應的示意性應カ圖；圖如是根據本發明的包括了具有高密度下層和低密度上層的泡沫芯部的臺面裝置的示意性截面圖，圖4b是示出泡沫芯部中的密度變化的示意圖；圖fe是根據本發明的臺面裝置的示意性截面圖，5g是示意性地示出泡沫芯部中的不同密度變化的示意圖。
具體實施例方式參見圖加，根據本發明的用于在放射治療或者診斷成像中將患者支撐在規定位置的臺面裝置1包括長形的芯部2，該芯部2至少部分地被包圍在上皮層3和下皮層3’之間使得芯部2被夾在位于臺面裝置1的相反側6、7的皮層3、3’之間。優選地，皮層與側壁和端壁配合以形成大致完整包圍芯部的殼體。本發明提供泡沫芯部2，該泡沫芯部在其整個豎直厚度t上關于密度P是不均勻的(non-homogenous)，所述豎直厚度在從芯部與下皮層 3’間的界面8’到芯部與上皮層3間的界面8的方向上延伸。優選地，芯部與皮層間的界面為大致剛性的，即，界面呈現為芯部和皮層之間的結合的形式。豎直厚度t在2cm到20cm之間，優選地在3cm到15cm之間，更優選地在4cm到IOcm之間，最優選地在5cm到8cm之間。 臺面裝置的寬度典型地在20cm到60cm之間，臺面裝置的長度典型地在190cm到260cm之間-當然其他尺度也是可以的。優選地，芯部2具有變化的密度，在與皮層3、3’間的至少 ー個界面8、8’附近具有較高的密度。通過舉例的方式，如圖加_213示意性地示出的那樣， 臺面裝置具有聚氨酯泡沫芯部2，該芯部2在上層4和下層5中具有例如0. lg/cm3的較高的密度，其中，所述上層4在該芯部2與位于臺面裝置1的上側6的皮層3間的界面附近， 所述下層5在該芯部2與位于臺面裝置1的下側7的皮層3’間的界面附近，并且該芯部2 在芯部2的中央具有例如0. 05g/cm3的較低的密度。上側6是患者待安置在上面的ー側。 優選地，芯部2由泡沫材料構成，在下述說明中可替換地使用術語芯部和泡沫芯部。圖3a示意性地說明了負荷下的臺面裝置1。如圖北所示，泡沫芯部2內的內部機械應カσ從在臺面裝置1的下側7的壓縮應力變化為在臺面裝置1的上側6的拉伸應力。從圖北的圖表可以看出，應カ(stress level)在與皮層3間的界面附近比在泡沫芯部2的中央處高。如上所述，通過增大典型芯部材料的密度，芯部材料的機械特性以及衰減特性被改變。較高的密度由于增大了的楊氏模量從而產生了泡沫芯部材料的較高的剛性， 并且拉伸強度和剪切強度増大，因此芯部材料能夠抵抗歸因于剪切力的塌陷，以更好地支撐皮層3。由于應カ在泡沫芯部2和皮層3之間的界面附近較高，在該界面附近最好利用具有較高密度的有益效果，而在臺面裝置1的中央附近可以使用較低密度(產生較少衰減)。參見圖4a_圖4b，在根據本明的臺面裝置的一個實施方式中，泡沫芯部2在與位于臺面裝置1的上側6的皮層3間的界面附近的上層4中具有較低的密度，在與位于臺面裝置1的下側7的皮層3’間的界面附近的下層5中具有較高的密度。如圖4a-圖4b所示， 該實施方式中的泡沫芯部2可以是雙層結構，然而本發明不限于此。例如，在可選擇的實施方式中，臺面裝置1可以包括ー個以上的中間層，優選地，每個中間層的密度均比更靠近皮層的周圍層的密度低。如上所述，臺面裝置1的下側7受到擠壓，上側6受到拉伸。結果， 在上側6和下側7的應カ情況不同，并且由于在上層4和下層5中具有不同的泡沫密度，所以可以在提供低放射衰減的同時提高剛度和承載能力。例如通過焊接、膠粘或共擠出或者通過調制預制的芯部材料的特性而將具有不同密度的材料層層疊在一起可以獲得泡沫芯部2的密度變化。調制可以包括向預制的泡沫芯部施加適當的壓カ和熱，以便在預制的泡沫芯部的表面獲得比芯部中央附近的材料的密度高的材料。位于臺面裝置1的上側6的皮層3和位于下側7的皮層3’的組分或者厚度可以具有不同的特性，以使它們適于在臺面裝置的不同側上的不同需求。在來自患者的負荷下， 位于臺面裝置1的上側6的皮層3受到拉伸應力，而位于臺面裝置的下側7的皮層3’受到壓縮應力。因此，位于相反側的皮層3、3’的所需要的機械特性是不同的。在本發明的皮層由纖維增強材料制成的一個實施方式中，由于纖維增強材料通常在拉伸時比在壓縮時具有更大的強度，即與壓縮應カ相比能夠更好地抵抗拉伸應力，所以下皮層3’(處于壓縮狀態) 比上皮層3 (處于拉伸狀態)厚。優選地，皮層3、3’由包含纖維的材料、例如纖維增強復合材料制成。在一個實施方式中，皮層3、3’包含碳纖維，在另一個實施方式中，皮層3、3’包含芳族聚酰胺纖維(aramid fiber)。芳族聚酰胺纖維優于碳纖維的ー個優勢是芳族聚酰胺纖維使磁共振成像成為可能。碳纖維具有影響磁共振成像的屏蔽效果。也可以使用纖維增強聚合物。這種纖維增強聚合物的一個示例是碳纖維增強環氧樹脂。纖維的混合物也是可以想到的。典型地，皮層的諸如拉伸強度、剪切強度和楊氏模量等機械特性優于芯部的機械特性。皮層3的纖維可以像織物一樣以無序的方式設置，或者以ー些其他的方式有序地配置，例如，多數纖維沿負荷下的最大應カ的方向、例如沿臺面裝置的長度方向配置。密度變化可以通過在泡沫芯部2的兩個層之間具有階梯式變化來實現，或者在密度上具有逐漸的變化。密度上平滑地逐漸的變化可以在芯部材料的制造過程中獲得，或者階梯狀漸變的密度變化可以通過將芯部材料的具有不同密度的堆疊形式的多個子層層疊 (laminate)以形成具有期望構造的芯部來獲得。通常，優選的是，密度在從皮層3朝向平行于芯部2的上側和下側的中央平面的方向上減小。5g示意性地示出圖fe中的臺面裝置1的泡沫芯部2的具有不同密度變化曲線的可選擇的實施方式。在圖恥中，密度從位于上、下側6、5處的在皮層3、3’與泡沫芯部2之間的界面朝向泡沫芯部2的中央平面大致線性地減小。在圖5c中，朝向泡沫芯部2的中央平面的密度變化具有二次的性質。如圖 5d和圖な所示，在兩層之間的密度的變化不是必須急轉的，也可以是例如作為調制泡沫芯部材料的密度的結果為平滑的。圖5f示出密度朝向泡沫芯部的中央平面階梯狀地減小，這可以通過將具有不同密度的多個層接合在一起來實現。如圖5g所示，從ー個密度級別轉變到另ー個密度級別可以是逐漸的。這些是上述雙層方法的可選擇的實施方式。芯部2可以由ー種以上的芯部材料制成以獲得期望的密度上的變化。優選地，芯部包括ー種以上的諸如聚氨酯泡沫等聚合物泡沫。這種材料的密度可以在寬的范圍內變化。例如，聚氨酯的密度可以以大約100的因子變化，即密度可以從大約0. 01g/cm3變化到 lg/cm3。優選地，當使用聚氨酯時泡沫芯部2的密度在從0. 02g/cm3到0. lg/cm3的范圍，以限制放射的衰減。再次采用聚氨酯作為示例，當密度増大吋，聚氨酯泡沫的拉伸強度、剪切強度和楊氏模量全都顯著地増大。在潛在的密度變化的全部范圍機械特性以高達10的因子提高。適用于本發明的泡沫芯部2的其他聚合物泡沫芯部材料為聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(亞克力)(polymethyl methacrylimide (acrylic))、聚醚酰亞胺(PEI)和苯乙烯丙烯腈共聚物(styrene-acrylonitrile) (SAN)，然而本發明不限于這些。典型地，這些泡沫芯部材料在從0. 03g/cm3到大于0. 3g/cm3的密度范圍內是可用的，然而該范圍可以擴大。隨著制造聚合物泡沫的新技術的發展，適用于本發明的泡沫芯部 2的新的泡沫芯部材料成為可能。盡管本發明用聚合物泡沫芯部作為示例，本領域技術人員知道本發明不限于此，也可以使用諸如木材或者纖維素基材料等的其他泡沫類材料。本發明的臺面裝置1的芯部-皮層結構可以用于制成整張臺面或者僅制成整張臺面的一部分。例如本發明的芯部-皮層結構可以僅用在光束投射區域，而在臺面的剰余部分中使用傳統的臺面結構。在另ー示例中，根據本發明的臺面裝置由下面的剛性結構部分地支撐，并且僅在光束投射區域伸出為懸臂。在根據本發明的臺面裝置的一個實施中，6cm 厚的聚氨酯泡沫芯部2被夾在位于臺面裝置1的上側6的由凱夫拉爾(Kevlar)增強復合材料制成的0. 4mm厚的皮層3和位于臺面裝置的下側7的由凱夫拉爾增強復合材料制成的 Imm厚的皮層3’之間。泡沫芯部2的在皮層3、3’附近的Icm厚的上層4和Icm厚的下層5 中的密度為0. lg/cm3，而泡沫芯部2的在上層4和下層5之間的剩余部分的密度為0. 05g/ cm3。該臺面裝置的尺寸和特性適于形成an長和50cm寬的用于放射治療或者診斷成像的臺面。使用這樣的臺面，體重高達200kg的患者可以在治療過程中被安全地支撐在規定位置。對于本發明的說明，術語皮層用于臺面裝置的包圍層。術語外殼一般情況下用于同一特征。通常，術語皮層意味著包圍層已經被施加在預制的泡沫芯部上，術語外殼意味著包圍層已經用泡沫填充以在包圍層內形成泡沫芯部。然而，本發明不限于上述兩種方法。雖然本發明已經連同目前被認為是最實用和優選的實施方式進行了說明，但是可以理解為本發明不限于所公開的實施方式，相反，本發明意圖覆蓋所附權利要求的范圍內的各種變型和等同配置。
權利要求
1.一種用于放射治療和診斷成像的臺面裝置(1)，其包括厚度為t的長形的芯部0)， 所述芯部(2)被夾在配置于所述芯部O)的兩相反側(6，7)的上皮層(3)和下皮層(3’ ) 之間，所述芯部( 通過上界面(8)與所述上皮層C3)接合并且通過下界面(8’)與所述下皮層(3’)接合，其特征在干，所述芯部(2)在其厚度t的方向上具有變化的密度，在所述芯部(2)和所述上、下皮層(3、3’ )之間的所述上、下界面(8、8’ )中的至少ー個界面附近具有較高的密度。
2.根據權利要求1所述的臺面裝置，其特征在干，所述芯部(2)包括泡沫材料。
3.根據權利要求1或2所述的臺面裝置，其特征在干，所述上、下皮層(3，3’)包括增強纖維。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述芯部O)的材料在所述芯部( 與所述上皮層( 之間的所述上界面(8)附近的上層(4)中和在所述芯部O)與所述下皮層(3’)之間的所述下界面(8’)附近的下層(5)中具有較高的密度， 而朝向所述芯部O)的中央平面具有較低的密度。
5.根據權利要求1或2所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述芯部(2)的材料在所述芯部O)與所述上皮層( 之間的所述上界面(8)附近的上層中具有較低的密度，而在所述芯部( 與所述下皮層(3’)之間的所述下界面附近的下層( 中具有較高的密度。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述芯部O)的材料的密度在從所述芯部( 與所述上、下皮層(3，3’ )之間的上、下界面中的至少ー個界面朝向所述芯部O)的中央的方向上逐漸減小。
7.根據權利要求6所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述芯部(2)包括具有不同密度的多個層。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述芯部(2)包括聚氨酯和/或聚甲基甲基丙烯酰亞胺泡沫。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，位于所述兩相反側(6，7)中的下側(7)的所述下皮層(3’ )比位于所述兩相反側(6，7)中的上側(6)的所述上皮層⑶厚。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述上皮層(3) 和/或所述下皮層(3’ )包括碳纖維。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的臺面裝置(1)，其特征在干，所述上皮層和 /或所述下皮層包括芳族聚酰胺纖維。
全文摘要
本發明提供一種具有高的剛性和承載能力、同時提供低的放射衰減的放射治療用臺面裝置(1)。該臺面裝置包括芯部(2)，該芯部(2)優選地由泡沫材料制成，由優選地由纖維材料制成的皮層(3，3’)至少部分地包圍，其中芯部(2)被夾在位于臺面裝置(1)的相反側(6，7)的皮層(3，3’)之間。芯部(2)的密度是非均勻的。優選地，芯部具有變化的密度，在與皮層(3)間的至少一個界面(8、8’)附近的位置處具有較高的密度，例如，在皮層(3，3’)附近的上層(4)和下層(5)中具有較高的密度而朝向芯部(2)的中央平面具有較低的密度。
文檔編號A61G13/12GK102596043SQ201080035181
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月7日 優先權日2009年6月8日
發明者K·韋斯特倫德 申請人:昂科羅格醫療公司