CN101208043B - 在放射治疗环境中使用时病人皮肤损伤低的硬质病人支承元件 - Google Patents

Abstract

一种硬质病人支承元件基本上可透过高能X射线，所述病人支承元件包括结构芯和一个或多个带孔面板，所述带孔面板贴附到支承元件的顶侧或底侧的至少其中之一上。支承元件减少了Compton散射，因而减少了皮肤损伤。本发明的支承元件可以合并到病人支承表面中，用作插件或用作隔离层，并且可很容易从病人支承表面中取出。

Description

在放射治疗环境中使用时病人皮肤损伤低的硬质病人支承元件

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年2月8日提交的临时申请60/650859和2005年5月18日提交的临时申请60/682321的权益。

发明背景

在现代药物治疗和诊断过程中，病人常常暴露于1MV-50MV的X射线下。X射线是由光子组成的电磁波。在治疗期间，病人经常躺在硬质支承表面上，所述支承表面由碳复合材料组成。当X射线光子撞击支承表面中所含的电子时，光子朝一个方向散射，而电子朝另一个方向散射。效果类似于在球台上两个台球的碰撞，并通称为Compton散射。在用X射线治疗期间，正是这些散射的电子撞击皮肤，同时造成高皮肤剂量和损伤病人的皮肤。

在放射治疗中所用的传统病人支承装置采用与网球拍相同的方式聚合物单丝拉直的开口纱罗组织。这从病人表面剂量的观点来看一般很好实施，但对许多病人支承表面和装置来说不切实际。此外，它不能提供现有技术水平治疗技术如互调式放射治疗法(IMRT)和图像引导式放射治疗法(IGRT)所要求的精确定位。

诊断成像检查台技术在一定程度上已成功用于放射治疗法。然而，在病人和支承表面之间的接触点处产生的剂量可能很高。诊断成像检查台一般用连续的实心碳纤维蒙皮在泡沫塑料芯上制造。由于碳纤维层导致由Compton散射产生电子，所以会发生烧伤皮肤。这种电子能的一部分对准病人，而由于电子行进一较短距离，所以大剂量的电子能沉积在病人的皮肤中，同时引起严重的皮肤损伤。因此，必需有一种硬质患者支承元件，所述支承元件可以减少或消除射线引起的皮肤损伤，还提供病人的精确定位。

此外，现代的放射治疗法定位系统要求结构是坚硬的，并且显著地可透过高能射线。现行解决方案或者是坚硬但产生不希望有的电子量，或者是不够坚硬但减少了电子产生。本发明涉硬质病人支承元件，用于当在放射治疗环境中使用时低的病人皮肤损伤。

发明提要

本发明提供对现有技术水平的相当大改进，并解决了上述问题，因此它十分坚硬，而同时大大减少由电子散射所引起的病人放射皮肤剂量。本发明无缝式使用较新的设备，所述设备可在市场上买到，如锥形线束CT(计算机X射线照射术)。此外，在一些优选实施例中，本发明也适用于MRI(核磁共振成像)。材料也同样适合于在质子和其它高能射线治疗环境中使用。

具体地说，本发明提供一种硬质病人支承元件，所述支承元件显著地可透过高能X射线，包括结构芯，该结构芯具有顶侧和底侧；一个或多个带孔面板贴附到顶侧或底侧的至少其中之一上，其中支承元件当暴露于1MV-50MV的X射线下时减少了Compton散射。芯包括低X射线衰减结构泡沫塑料或基本上是带孔结构。

本发明还提供包括本发明的病人支承元件的放射治疗装置、插件、或隔离层。

本发明的另一实施例提供用于减少皮肤烧伤的方法，所述方法包括以下步骤：提供病人支承表面；将本发明的硬质病人支承元件放在病人支承表面上；将病人放在硬质病人支承元件上；使高能射线束穿过病人支承表面和硬质病人支承元件对准病人；和通过使由Compton散射所产生的电子在病人支承表面中扩散减少皮肤损伤。

附图简介

图1是本发明的典型构造，同时示出面板材料朝0°、90°，和+/-45°方向定向。

图2示出本发明的典型分层式构造。

图3示出与空气和常规病人支承装置对照的本发明的某些支承元件的比较计量与深度性能的数据。

图4示出优化的面板构造具有朝0°、90°、和+/-45°方向定向的材料的详图。

图5是典型的用本发明的硬质支承元件制成的病人检查台部件。

图6示出优化的面板构造具有朝0°和90°方向定向的材料的视图。

图7示出优化的面板构造具有朝0°和90°方向定向的材料的视图，其中位于0°方向的材料比90°方向的材料多。

图8是病人放于其上的本发明典型的硬质病人支承元件。

图9是放在常规病人支承元件上的本发明典型的硬质病人支承元件。

图10是可以通过加入本发明改进的传统放射治疗头部和颈部固定装置。

图11是可以通过加入本发明改进的传统放射治疗病人治疗检查台。

图12是可以通过加入本发明改进的传统放射治疗胸癌治疗装置。

图13示出本发明的有若干圆孔的方形部分，所述圆孔包括73％的孔面积。

图14示出本发明的方形部分，同时面板对载荷如扭转和弯曲进行了优化。

发明详细说明

目前，用于放射治疗(RT)病人检查台和装置的两种最常见构造是：(1)在硬质泡沫塑料芯上的连续实心碳纤维面板，和(2)碳纤维格栅。格栅一般用碳纤维的平板(厚度在0.040”和0.250”之间)，穿过所述平板切割方孔或圆孔的重复图案。格栅当与硬质泡沫塑料芯构造比较时提供优越的性能，因为它产生较少的电子散射。然而，格栅系统刚性比硬质泡沫塑料系统小得多。

所描述的发明能使带电子发生的结构与待建造的格栅相差不大，但刚度比格栅系统高一个数量级。本发明可以提供与由硬度泡沫塑料芯上实心碳纤维面板构成的结构不相上下的刚度。图3示出对于本发明的1英寸和3英寸样品与完整的病人检查台、敞开的射线束(open beam)(在病人和X射线源之间没有结构)及在硬质泡沫塑料芯病人检查台上的坯料碳纤维面板的结构整体性的样品比较的剂量-深度关系曲线。本发明意外地也与目前采用的解决方案进行了比较。

除了减少影响病人皮肤的电子能之外，刚性已随着IMRT和其它高精度放射治疗治疗方法而来变成重要得多的参数。因为射线束尺寸变得更小和高精度对准肿瘤，所以确切知道病人处在射线束中的地方并保证病人不相对于射线束移动已变得极为重要。由于这个原因，硬质表面是理想的。此外，不产生散射电子的硬质表面很理想。本发明提供对这些问题的解决方案。

参见图1和2，产生低X射线的硬质结构用低密度基本上是X射线可穿透的结构芯材料2生产。芯材料2是从下述一组材料中选定的至少一种、所述这组材料包括芳族聚酰胺(aramid)、纤维素(cellulose)、碳纤维、纸、聚合物(polymer)和酚醛塑料(phenolic)。结构芯2可以由薄壁式基本上是垂直管或柱(如图1所示)组成，至少一个带孔面板4放到上述结构芯2上。在优选实施例中，使用芳族聚酰胺蜂窝状芯，因为这种材料容易买到，并且业已证明用于这个目的运行良好。然而，圆形、三角形、方形或任何其它管状形状，其中包括三面、四面、五面和六面结构，将作为芯材料工作，只要芯基本上是开口的(大于50％)。此外，可以使用垂直柱如碳纤维棒，所述碳纤维棒当与垂线错角安装时，形成桁架结构，因而增加了剪切强度和刚度。

可供选择地，本发明的芯可以用至少一种低X射线衰减结构泡沫塑料制造，上述泡沫塑料可以从下述一组材料中选定，所述这组材料包括硬质泡沫塑料、聚异氰脲酯、聚氨酯泡沫塑料、聚异氰脲酯泡沫塑料、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料、聚甲基丙烯酸酰亚胺(PMI)、聚醚酰亚胺泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料。

面板4可以放在结构芯2的一侧或多侧上，并可以用各种合适的低X射线吸收材料制造，所述材料包括塑料板和复合板。具体地说，一个或多个面板包括至少一种从下述一组材料中选定的材料，所述这组材料包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维、人造纤维、棉花、木浆、天然纤维、UHMW(超高分子量)聚乙烯、PBT、聚合物、PS(聚苯乙烯)、PEEK、PEI、ABS(烷基苯磺酸盐)、聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯氧、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚烯烃和酚醛，液晶聚合物。

复合材料如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、和PBO全都是令人满意的材料，只要表面基本上是开口的(大于50％开口面积)。面板的厚度可以是在从约0.010”至高达0.375”范围内。面板4可以用一个或多个胶粘剂薄膜6贴附到芯2上，这样电子发生性能最少受影响。该胶粘剂层6可以是带孔的或是实心的。通过使用薄的实心层，将芯2密封(或封闭)，同时保护它免于聚集污物和其它污染物。此外，胶粘剂层6可以用来稳定芯材料，同时增加它的表观强度和刚度。在优选实施例中，胶粘剂层用复合材料如碳纤维或芳族聚酰胺纤维增强。因为这些纤维可以很容易利用厚度约0.010”，所以这是很实际而有用的构造。由于MRI兼容的材料如芳族聚酰胺是用于构造每一部分的可选方案，所以本发明的MRI适合的实施例很容易达到。例如，面板可以用在

蜂窝状芯上。

任选地，如图2中所示，格栅面板4还可以覆盖有一薄的无孔层8，以防止污染物进入结构，并且基本上不影响Compton散射。在洁净度极为重要的医疗环境中这是十分理想的。该表面密封层8可以用薄的聚合物或复合板产生。我们已发现，0.005”-0.010”厚的聚碳酸酯膜产生十分耐久的外表面。聚酯膜也足够工作。当使用透明层时，它有增加让终端用户看到下层结构的美学价值。

本发明的有益方面是，面板中的格栅图案可以优化，以便给系统提供最大的结构好处，而同时保持产生最少电子。图6和7示出任选的格栅图案，而图13和14示出利用格栅图案来达到一定开口面积或结构整体性。例如，人们可以建立简单地支承在其中一端处的梁(如用于Varian

治疗检查台插件所要求的)。如图7所示，人们可以在面板10中产生若干长方形孔，同时跨过梁的长度使大部分复合材料离开。我们对结构负载方向上的抗弯强度和刚度进行了优化，此处示出为0°，而同时保持高水平的开口面积。

在图4和5中示出了本发明的另一个例子和应用，所述图4和5是用本发明建成的病人检查台支承部分12。在这种情况下，检查台经历弯曲载荷和扭转载荷。因此，通过在面板4中使用三角形开口14，并使它们间隔开，可以优化在0°的16和+/-45°的18方向的材料量。图4和5还示出在90°的20方向上连续材料的使用，因为这一般是在保持结构整体性时使用。当然，根据设计要求，可以使用任何带孔构造，以便能使端板材料朝向结构负载方向。

选择面板的间隔和孔图案可以根据所希望的特性进行。例如，不必对准孔图案，或者不必在结构芯的两侧上使用相同的孔图案。实际上，可能理想的是用别的方法进行优化，并使电子产生最少。例如，如果本发明的硬质支承元件在弯曲时使用，则把一个面板张紧放置，而把另一个面板压缩放置。因为大多数纤维系统在压缩时显示比张紧时刚度和强度都小，所以人们可以把压缩侧面板单丝制成更宽和/或更厚。

图8示出本发明的典型应用。射线(用箭头表示)在进入病人体内之前通过硬质病人支承元件。由于硬质病人支承元件减少了Compton散射，所以减少了病人皮肤的损伤。

图9示出本材料的另一种应用，这是通过使病人与常规构造的检查台顶部或装置40间隔开。射线(用箭头表示)通过检查台顶部或装置40。然后在下面支承元件中通过Compton散射所产生的电子可以在到达病人身体之前扩散。通过把本发明的一段材料放在病人和装置40之间，在装置中所产生的电子可以在它们进入患者的皮肤之前扩散。这样减少了局部电子剂量，因而使皮肤损伤减至最少。间隔层42提供硬质病人表面、保持空间定位精度，同时使射线束能适当对准。在这个应用中，底部面板4可以有较大量的开口空间或者任选地整个消除，同时留下底部敞开或者简单地用薄膜将其覆盖。

本发明可以与常规的病人定位装置和病人支承检查台一起使用并匹配。例如，胸板、骨盆板或头部和颈部板可以包括本发明，因而减少或消除了在特殊治疗部位处的射线皮肤烧伤。图10-12示出本发明在用于放射治疗法的各种优化装置中的使用，其中包括但不限于病人台22、装置、胸板24、头部和颈部治疗板26、肺部治疗装置和骨盆板。

本发明还提供用于减少皮肤损伤的方法，所述方法包括以下步骤：提供病人支承表面；将本发明的硬质患者支承元件放在病人支承表面上；将病人放在硬质病人支承元件上；高能射线束穿过病人支承表面并进入病人体内；和使由Compton散射所产生的电子在病人支承表面中扩散，因而减少了皮肤损伤。可供选择地，本发明提供减少皮肤损伤的方法，此处病人支承表面包括本发明的硬质元件。

本发明还由下面的权利要求书限定。

Claims (21)

1.一种自容式硬质病人支承元件，所述支承元件具有夹心面板构造，所述支承元件包括基本上可透过高能X射线的结构芯，上述支承元件包括：

a)所述结构芯，所述结构芯为自容式，具有顶侧和底侧；

b)一个或多个带孔面板，所述带孔面板包括50％以上开口面积，所述带孔面板以所述夹心面板构造形式贴附到所述结构芯的顶侧或底侧的至少其中之一上，由此形成自容式硬质病人支承元件，

其中支承元件当暴露于1MV-50MV的X射线之下时减小Compton散射。

2.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，其中结构芯包括低X射线衰减结构泡沫。

3.如权利要求2所述的硬质病人支承元件，其中低X射线衰减结构泡沫塑料从下面一组材料的至少其中之一选定，所述组材料包括硬质泡沫塑料、聚异氰脲酯(polyisocyanurate)、聚氨酯泡沫塑料(polyurethane foam)、聚异氰脲酯泡沫塑料(polyisocyanate foam)、聚甲基丙烯酸甲酯泡沫塑料(polymethylmethacrylate foam)、聚甲基丙烯酸酰亚胺(polymethacrylimide)(PMI)、聚醚酰亚胺泡沫塑料(polyetherimide foam)、聚苯乙烯泡沫塑料(polystyrene foam)、酚醛泡沫塑料(phenolic foam)。

4.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，其中结构芯包括基本上开口的结构。

5.如权利要求4所述的硬质病人支承元件，其中开口结构芯是从包括柱类和管类的组中选定的至少一个。

6.如权利要求5所述的硬质病人支承元件，其中柱类或管类具有至少一个从下面组中选定的横截面，所述组包括：圆、三边、四边、五边、六边、三角形、方形、矩形、菱形、五角形、六角形。

7.如权利要求4所述的硬质病人支承元件，其中开口结构芯材料是从下列一组材料中选定的至少一种，所述组材料包括芳族聚酰胺(aramid)、纤维素(cellulose)、碳纤维、纸、聚合物(polymer)、酚醛塑料(phenolic)。

8.如权利要求4所述的硬质病人支承元件，其中开口结构芯材料包括至少50％开口面积。

9.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，其中一个或多个带孔面板包括至少一种从下述一组中选定的材料，所述这组材料包括：碳纤维、芳族聚酰胺纤维、人造纤维、棉花、木浆、天然纤维、超高分子量聚乙烯(UHMW Poly Ethylene)、PBT、聚合物、PPO、PS、PEEK、PEI、ABS、聚酯、聚碳酸酯(poly carbonate)、丙烯酸(acrylic)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(acrylonitril-butadiene-styrene)、聚环氧乙烷(polyphenylene oxide)、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚醚醚酮(polyether ether ketone)、聚醚酰亚胺(polyetherimide)、聚烯烃(polyolefin)、酚醛塑料、液晶聚合物。

10.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，其中一个或多个带孔面板通过一个或多个胶粘剂层贴附到基本上开口的结构芯上。

11.如权利要求10所述的硬质病人支承元件，其中胶粘剂层是带孔的。

12.如权利要求10所述的硬质病人支承元件，其中胶粘剂层是无孔的。

13.如权利要求10所述的硬质病人支承元件，其中胶粘剂层是纤维增强的。

14.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，一薄的无孔外表面层粘着到所述的硬质病人支承元件上，其中上述外表面层基本上不影响Compton散射。

15.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，所述的硬质病人支承元件可与核磁共振成像相适应。

16.如权利要求1所述的硬质病人支承元件，其中让面板材料朝结构载荷的方向定向，使一个或多个带孔面板的孔适合于增强结构性能。

17.一种放射治疗装置，包括如权利要求1所述的硬质病人支承元件。

18.如权利要求17所述的放射治疗装置，用于治疗下列身体部位的至少其中之一：头部、头部和颈部、肺部、胸部、骨盆和前列腺。

19.放射治疗病人检查台，包括如权利要求1所述的硬质病人支承元件。

20.放射治疗检查台插件，包括如权利要求1所述的硬质病人支承元件。

21.放射治疗隔离件，包括如权利要求1所述的硬质病人支承元件，用于扩散由Compton散射所产生的电子，从而减少皮肤损伤。

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