CN101516432B - 自适应腔内近距放射治疗施加器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新颖的自适应CT近距放射治疗施加器，它具有遥控径向和纵向运动放射源管腔屏蔽件，该屏蔽件可以由放射肿瘤学家操纵，以便对于近距放射治疗处理优化对目标和正常组织的剂量分布。
Description
相关申请的引用
本申请要求美国专利申请11/495027的优先权，该美国专利申请11/495027的申请日为2006年7月28日。
技术领域
本发明提供了一种新颖的、具有遥控阴道插入物保持器屏蔽件的自适应图像获取-兼容的腔内近距放射治疗(ICBT)施加器，它可以操纵成减小计算X射线断层摄影图像的伪影(artifacts)，或者优化对目标和正常组织结构的剂量分配，用于癌症近距放射治疗过程。
背景技术
在2003年，美国预计诊断出超过12000件新的宫颈癌病例(American Cancer Society，Cancer Facts and Figures 2003)。ICBT是用于宫颈癌治疗方案的构成整体所需要的部分。它还用于其它妇科恶性肿瘤的治疗，例如阴道癌和子宫内膜癌。总的来说，这些癌症在美国每年有大约56000件新病例(American Cancer Society，CancerFacts and Figures 2003)，其中大约20％或11200件病例将会通过ICBT处理来治疗。此外，在全世界范围内，根据世界卫生组织的统计，每年有超过600000的妇女发展成某种形式的妇科癌症。
通常，很多宫颈癌利用放射疗法来治疗。在1996年至2000年之间，在美国，这些治疗中的大约84％使用低剂量率(LDR)的137Cs放射源，而其余的使用高剂量率(HDR)的192Ir(Eifel等人在2003年第45界Annual ASTRO Meeting中发表的Patterns of RadiotherapyPractice for Patients with Carcinoma of the Cervix 1996-1999：APatterns-of-Care Study)。提供这种放射的一种方式是通过ICBT过程。在ICBT过程中，放射源在手术过程中通过称为后装载的过程而手动或自动地装载至位于子宫颈内的施加器中。也可选择或者附加，ICBT可以在手术前或手术后来执行，并可以与外射束放射治疗、化学治疗或两者配对使用。通常，目标癌细胞或组织通过使用近距放射治疗施加器来照射。当前的施加器包括由不锈钢制成的左右卵形体或阴道插入物保持器。这些施加器的变化形式还有设计成用于减少因为对直肠、膀胱或其它周围组织的无意放射而导致并发症的专用固定钨屏蔽件。当前用于使屏蔽件定位成与膀胱和直肠对准的操作取决于病人的解剖组织结构和外科医生的技巧。
另外，这些屏蔽件的尺寸、形状、厚度以及位置将对于接近目标病灶的正常组织(特别是，在宫颈癌的情况下是直肠)所接收的放射剂量有很大的影响，且已经发现，并发症比率直接取决于这些器官所接收的剂量。但是，当前使用的临床治疗计划系统通常不能精确地完成屏蔽件的效果，从而导致30％或过多的预计剂量施加至重要器官的误差(Mohan R等人，Int J Radiat Oncol Biol Phys 1985a；11(4)：861-8.；Mohan R等人，Int J Radiat Oncol Biol Phys 1985b；11(4)：823-30.；Weeks KJ，Med Phys 1998；25(12)：2288-92；Williamson JF，Int J Radiat Oncol Biol Phys 1990；19(1)：167-78)。其它研究已经表明因为源间屏蔽与施加器导致的剂量摄动对临床也极其重要，且应该进行建模。Fragoso等人发现，在LDR治疗中，没有明确对钢卵形体施加器建模将导致高达20％的误差(Fragoso M等人，在Proceedings of the 2003 AAPM Annual Meeting；2003中)。Gifford等人推断出对于串列管施加器进行明确建模将非常重要。发现源内或源间衰减以及存在尖头螺钉对局部剂量区域有明显影响(Gifford K等人，在Proceedings of the 2003 AAPM Annual Meeting；2003中)。
确定由目标和非目标区域接收的剂量分布的整体组成部分是将任意放射屏蔽件定位在卵形体中。ICBT剂量分布方案通常涉及使用目标区域和周围解剖组织结构的三维造影术来确定植入的施加器的合适位置，以便使得目标区域上的放射剂量分布最大。过去，已经采用了例如计算机断层摄影(CT)、磁隔振(MR)或正电子发射计算机断层摄影(PET)等技术来为ICBT过程产生三维治疗计划。这些技术受到以下因素的限制：用在ICBT施加器中的屏蔽件可能由于扭曲插入位置的图像和引起斑纹伪影而与一些计划方法发生干涉，从而导致很难确定施加器在体腔内的最佳位置。
美国专利No.5562594公开了一种能够CT 3D放射量测定的CT兼容施加器设计(“Weeks”的施加器)(Weeks KJ和Montana CS，IntJ Radiat Oncol Biol Phys 1997；27(2)：455-63)。Weeks卵形体具有在获取CT图像之后后装的钨屏蔽件源载体。Fleteher-Suit-Deelos(FSD)微阴道插入物保持器串列管和卵形体系统的外形显示为Weeks施加器的形状基础。但是，固定Fletcher型屏蔽件已经除去，并由与137Cs源一起手工装入的钨屏蔽件来代替。
已经利用Weeks施加器来发展基于改进CT的施加器定位技术(Lerma FA and Williamson JF，Med Phys 2002；29(3)：325-33)。该研究证实能够准确地支持3D剂量计划，该3D剂量计划涉及详细3D Monte Carlo剂量计算、建模放射源位置、屏蔽以及施加器间屏蔽。不过，Weeks施加器存在一些缺陷。例如，Weeks施加器不能进行远程后装(在插入后将放射源装入施加器中并定位于体腔内)，因此增大了来自LDR近距放射治疗的辐射照射；且它根本不能用于HDR或脉冲剂量比率(PDR)的应用。此外，为了容纳后装屏蔽件，连接至卵形体的臂的体积比标准FSD施加器的臂大得多。增大臂尺寸使得很难将阴道包扎物插入，该阴道包扎物用于将膀胱和直肠与放射源隔离。增大的体积也可能将对病人在进行治疗时的舒适性有潜在的负面影响。
可商业获得的另一选择是基于Nucletron Corporation的RoyalMarsden设计的“标准CT/MR施加器”。它设计有专用复合管路以消除CT或MR图像的扭曲。为了优化剂量分布并减小粘膜剂量，这种施加器可以有不同的长度及卵形体直径。但是，该施加器并没有设计成与任意屏蔽件一起使用，因此使用它将导致直肠和膀胱或其它周围组织受到不必要的高剂量辐射照射，这会导致临床并发症。
因此，需要一种近距放射治疗施加器，它可以适应后装的放射源，且仍然能够操作成在使产生的伪影最小的情况下提高图像获取。
发明内容
本发明提供了一种新颖的自适应近距放射治疗施加器，它可图像获取-兼容，并包括一个或多个遥控的可径向(旋转)和线性(平移)移动的屏蔽件。这种新的施加器可以用于LDR、PDR和/或HDR近距放射治疗。使用本发明的某些实施例预计将改进当前的近距放射治疗的临床效果，特别是通过减小并发症比率。在这样的实施例中，在例如CT扫描的图像获取过程中，改变屏蔽位置的能力可以减少成像伪影，从而增大了描绘重要解剖结构的精确性。在可选实施例中，ICBT施加器有一个或多个活动屏蔽件，这些活动屏蔽件可以提供增大的自由度，从而能够重复图像引导治疗计划系统，以便根据病人-施加器的几何关系来优化或改变剂量分布。在这样的实施例中，外科医生或用户可以将供给目标组织(例如宫颈肿瘤)的剂量最大化，同时伴随减小周围组织(在宫颈癌情况下为直肠壁及膀胱)的照射。在包含一个或多个屏蔽件的实施例中，本发明的屏蔽件运动标准(平移和旋转)将使得治疗能够基于从图像形态推导出的病人/施加器相对关系。该技术与能够准确计算屏蔽件周围剂量摄动的快速(几分钟内)剂量工具结合能够进一步优化本发明的使用。
本发明的某些实施例提供了一种近距放射治疗施加器，它包括放射源管腔、至少一个与该放射源管腔相关联的屏蔽件以及与该屏蔽件连接的机械机构，该机械机构能够相对于放射源管腔沿至少一个方向控制屏蔽件的运动。
在其它实施例中，本发明的近距放射治疗施加器包括：枢轴接头；具有放射源管腔的串列管，其中，该串列管通过串列管臂而与枢轴接头连接；至少一个卵形体，该卵形体具有放射源管腔，其中，该至少一个卵形体通过卵形体臂而与枢轴接头连接；以及至少一个屏蔽件，该屏蔽件与该至少一个卵形体相关联，其中，该至少一个屏蔽件可遥控运动。在一些实施例中，近距放射治疗施加器还包括：屏蔽件轨道，该屏蔽件轨道包含该至少一个屏蔽件，其中，该屏蔽件包括齿轮相互作用区域以及反向螺纹(Counter-treaded)部件；旋转轴，该旋转轴具有与屏蔽件的齿轮相互作用区域相互作用的关联齿轮；以及线性轴，该线性轴具有螺纹部分，该螺纹部分与屏蔽件轨道的反向螺纹部件相互作用。在其它实施例中，近距放射治疗施加器还包括：内部旋转部件，该内部旋转部件支承该至少一个屏蔽件；以及外部旋转部件，该外部旋转部件与内部旋转部件相互作用；以及单个柔性轴，该单个柔性轴具有与外部旋转部件相互作用的关联齿轮。在本发明的近距放射治疗施加器的某些实施例中，放射源管腔后装有放射源。在包含卵形体的实施例中，放射源可以通过卵形体臂来后装。在其它一些实施例中，本发明的近距放射治疗施加器还包括：帽，该帽套装在源管腔上。一些施加器还包括对齐标记，该对齐标记与源管腔连接或存在于帽中或帽上。
在某些可选实施例中，该至少一个屏蔽件可以在包围放射源管腔的外壳内部，且在一些实施例中，屏蔽件由钨或钨合金制成。在可选实施例中，屏蔽件的运动可以是线性或旋转方式。在一些实施例中，通过旋转轴来控制旋转运动，同时通过线性或纵向轴来控制线性运动。在其它实施例中，旋转运动和线性运动都通过单个柔性旋转轴来控制。而且，在一些实施例中，任一前述轴还可以由镍-钛构成。
本发明的某些实施例还可以包括用于向旋转轴、纵向轴或柔性轴施加旋转力的手动机构。不过，可选实施例可以包括控制站，该控制站控制施加给旋转轴、纵向轴或柔性轴的旋转力。而且，在一些实施例中，近距放射治疗施加器的屏蔽件的运动可以通过遥测电信号遥控。在其它实施例中，屏蔽件的位置可以通过用于确认的反馈机构(例如光电子元件)来确认。
本发明还提供了一种治疗肿瘤疾病的方法。这些方法包括：提供近距放射治疗施加器，将近距放射治疗施加器插入体腔中，然后在插入体腔内之后改变近距放射治疗施加器的屏蔽件的位置，随后照射肿瘤组织。这些方法的可选实施例还包括在治疗的图像获取阶段改变屏蔽件的位置，以便改变由于施加器的存在而引起的图像伪影质量。又一实施例包括在将放射源已经装入近距放射治疗施加器中之后改变屏蔽件的位置。在一些实施例中，改变屏蔽件的位置以便改变放射剂量分布。
附图说明
通过下面结合附图的说明，可以更好地理解本发明，附图中，相同参考标号表示相同元件，在附图中：
图1是近距放射治疗施加器的基本结构；
图2表示了近距放射治疗施加器在病人体内的位置；
图3是近距放射治疗施加器的一个卵形体的示意图；
图4A是具有自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的示意图；
图4B是具有自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构从近处看的示意图；
图4C表示了具有套筒/轴的旋转轴的连接；
图4D表示了具有扁平侧部的旋转轴的连接；
图4E表示了具有弹簧的旋转轴的连接；
图5表示了屏蔽件轨道的示意图；
图6A表示了屏蔽件相对于卵形体的内部机构的位置；
图6B示意表示了屏蔽件相对于卵形体的内部机构的位置；
图6C是具有可利用单个柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的示意图；
图6D是具有可利用单个柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的可选实施例的示意图；
图6E示意表示从图6C中的6E′看时的剖视图；
图6F示意表示从图6C中的6F′看时的剖视图；
图6G是具有可利用两个柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的可选实施例的示意图；
图6H是具有可利用一个柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的示意图，该柔性轴直接安装在屏蔽件上或内部旋转部件上；
图6I是具有可利用两个柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的可选实施例的示意图，这两个柔性轴有小齿轮机构；
图6J是具有可利用柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的可选实施例的示意图，该柔性轴有可在卵形体内线性滑动的小齿轮机构；
图6K是具有可利用柔性轴定位的自适应屏蔽件的近距放射治疗施加器的一个卵形体的可选实施例的示意图，该柔性轴有小齿轮机构；
图7表示了对齐金属线在卵形体帽中的位置；
图8表示了用于近距放射治疗施加器的、基于PC的控制单元。
具体实施方式
本发明提供了一种新颖的自适应近距放射治疗施加器，它可图像获取-兼容，并包括位于卵形体(或阴道插入物保持器)、串列管或其它包含放射源管腔的结构中的一个或多个遥控的可径向(旋转)和线性(平移)移动的屏蔽件。该新颖的施加器可以用于LDR，PDR和/或HDR近距放射治疗。使用本发明的某些实施例预计将特别是通过减小并发症比率来改进当前的ICBT的临床效果。
在例如CT扫描的图像获取过程中改变任意屏蔽位置的能力可以减少成像伪影，从而能够增大描绘重要解剖结构的精确性。提高目标描绘的准确性能够调节最小目标剂量和指示等剂量表面形状。此外，活动的屏蔽件可以提供增大的自由度，从而使得重复图像引导治疗计划系统能够根据病人-施加器的几何关系来优化或改变剂量分布，因此将供给目标疾病组织的剂量最大化，同时伴随减小由于屏蔽而受保护的组织接收的剂量。例如，在治疗宫颈癌时，对癌瘤的剂量最大化，同时屏蔽件将减少直肠壁和膀胱的放射剂量。在某些实施例中，本发明的屏蔽件运动标准将使得治疗能够基于从图像形态推导出的病人/施加器相对关系。
在其它实施例中，本技术与能够准确计算屏蔽件周围剂量摄动的快速(几分钟内)剂量工具结合能够进一步优化本发明的使用。也可以在这时使用实时或预计算Monte Carlo或离散坐标方法。
根据本发明将可遥控运动屏蔽件引入近距放射治疗装置中可适用于大部分类型的近距放射治疗装置。例如，可利用本发明的近距放射治疗施加器来治疗妇科癌症、胸科癌症、脑癌和颈癌、肠胃癌和乳癌。本发明的近距放射治疗装置的某些实施例包括：放射源管腔，该放射源管腔能够保持放射源；以及屏蔽件，该屏蔽件用于沿某些方向减少或阻碍从放射源管腔发出的放射。而且，这些实施例还包括用于在将施加器插入体腔之后引导屏蔽件相对于放射源管腔定位的机构。这些施加器的屏蔽件可以在放射源管腔的内部，或者可以在放射源管腔的外部(例如沿FSD类型近距放射治疗施加器中的卵形体轴安装)。屏蔽件只需要布置在放射源和要保护防止放射的组织区域之间。一些这样的实施例可以包含多个屏蔽件。
在某些实施例中，屏蔽件相对于放射源或放射源管腔的定位可以通过机械机构例如高扭转强度金属线或带来进行。在这样的实施例中，金属线或带可以从施加器延伸至病人身体外的位置。在某些实施例中，金属线或带可以在形成线/带-鞘类型轴的外部管的内部。金属线或带可以有向它施加的旋转力，以便对屏蔽件的位置提供旋转控制。例如，齿轮机构可以与屏蔽件连接，以便提供旋转控制。也可选择，金属线或带可以与螺纹部件连接，这样，向金属线施加旋转力将使得安装在屏蔽件上的反向螺纹进行线性运动。在另一可选实施例中，金属线或带可以与齿轮机构连接，该齿轮机构与外部旋转部件连接。外部旋转部件可以进一步与支承屏蔽件的内部旋转部件连接，该内部旋转部件再与固定螺纹轴连接。当旋转力施加在金属线或带上时，屏蔽件将绕该螺纹轴旋转，从而产生线性平移和旋转运动。因此，在某些实施例中的屏蔽件可以以径向或线性(或两者)的方式进行位置控制。
本领域普通技术人员很容易知道，用于对屏蔽件的位置施加控制的金属线或带可以为任意合适结构。例如，在某些实施例中，杆或柱可以(直接或间接)安装在屏蔽件上，以便控制线性运动或径向运动或者控制这两者。在某些实施例中，一个带或金属线(或杆)可以控制线性运动，同时另一带或金属线(或杆)可以控制径向运动。在又一实施例中，一个带、金属线或杆可以控制线性和径向运动。
在一些实施例中，近距放射治疗装置还包括锁定机构，以便保证屏蔽件固定在合适位置/方位。尽管在还一实施例中，例如使用光电子元件(包括光纤、LED、发光二极管等)的闭环反馈读出装置(无源或有源)用于向用户提供屏蔽件位置的保证。一些实施例还包括屏蔽件的默认“初始”位置，它基于当前FSD卵形体概念来确定。本发明的可选实施例可以利用与屏蔽件相连的遥控机构，该遥控机构并不延伸至病人身体的近侧外部。在这样的实施例中，屏蔽件的位置可以通过外部信号来控制，该外部信号驱动或释放与施加器相连的机械机构，以便操纵屏蔽件的位置。该信号可以包括但不局限于：无线电波、红外线以及声波或其它遥测方法。
图1显示了本发明的FSD型ICBT施加器的一个实施例的结构。施加器的该实施例包括：串列管2，该串列管2通过串列管臂2a而与枢轴接头4连接；以及一对阴道插入物保持器/卵形体3，该对阴道插入物保持器/卵形体3通过一对卵形体臂5而与枢轴接头4连接。在某些实施例中，枢轴接头4只用于使枢轴臂2a与卵形体臂5连接，而在其它一些实施例中，枢轴接头4不仅起到连接点的作用，还能够改变在串列管臂2a和卵形体臂5之间的角度。串列管2和卵形体3设计成在病人进行照射时保持放射源。在某些实施例中，串列管臂2a和/或卵形体臂5可以用于使放射源通过它们分别装入串列管和卵形体中。这可以在施加器布置在体腔内之后在称为后装的处理中进行。
图2显示了本发明的FSD型ICBT施加器在对患有宫颈癌的病人治疗时的定位。在卵形体3定位于宫颈外部附近的阴道内时，串列管2插入在子宫7中。
在腔内近距放射治疗过程中，可以使用本发明的FSD型实施例(如图1所示)。放射源可以布置在串列管2和卵形体3中，以便提供恰好围绕目标容积的梨形剂量分布，同时它的长轴沿串列管轴线。在本发明的某些实施例中，放射源可以后装至施加器中。在一些这样的实施例中，放射源通过卵形体臂5而插入卵形体3中，且放射源通过串列管臂2a而装入串列管2中。在该过程中在装载放射源之前，施加器通常位于体腔中，并获得图像以便确认它的位置，例如正交x射线胶片、CT扫描、MR扫描和/或PET扫描，也可以利用这些图像来判定和验证施加器已经相对于解剖位置和(提供给目标区域的)放射剂量进行最佳定位。
图3提供了包含直肠屏蔽件9、膀胱屏蔽件10和放射源管腔11的卵形体3的示意图。这些屏蔽件可以包括任意这样的材料，该材料将部分或完全衰减由放射源发射给它的放射。这种材料的典型实例是钨、钨合金、钛、铂或其它合适的高原子数元素。而且，屏蔽件可以有各种尺寸、形状和厚度。本领域技术人员将根据要治疗的组织、病人、放射源和其它相关元素来选择尺寸、形状和厚度。在本发明的这些实施例中，屏蔽件可以互换，这样，主治肿瘤学家可以选择特定尺寸、形状和厚度的屏蔽件，它将对于病人的解剖结构、描绘的目标容积、描绘的关键结构、使用的放射源或者其它因素而提供最佳屏蔽。
在治疗计划阶段，计算用于对非目标组织(例如在宫颈癌情况下为膀胱和直肠)进行最大防护的合适定位。在现有技术的施加器中，屏蔽件通常在将装置插入体腔之前固定在永久性位置，或者屏蔽件通常与放射源一起提供给施加器(例如Weeks施加器)。不过，本发明公开了这样的施加器，它包括用于在施加器(包括屏蔽件)插入体腔后调节该屏蔽件位置的机构。
图4A显示了包括位置可调屏蔽件的本发明卵形体的一个实施例的示意图。该屏蔽件可以定位成保护非目标组织，例如直肠或膀胱(在宫颈癌情况下优选为直肠)。本发明的该实施例包括包围放射源管腔11的卵形体帽3a。卵形体帽3a提供了用于屏蔽件轨道12的壳体，该屏蔽件轨道12与屏蔽件9相连。屏蔽件轨道12和屏蔽件9可相对于卵形体3自身的中心轴线以纵向或线性方式运动，同时屏蔽件9还可相对于卵形体的中心轴线以径向方式运动。屏蔽件轨道12可以在功能上与螺纹轴13、旋转轴14或者这两者啮合。螺纹轴13可以包括在它的端部或端部附近的螺纹部分13a，并能够使屏蔽件轨道12相对于卵形体3上下(远至近)线性运动。旋转轴14能够使屏蔽件9相对于卵形体3的纵向中心径向旋转。
在某些实施例中，旋转轴或螺纹轴可以由形状记忆合金(例如镍钛等)的金属线或带而构成，尽管也可以使用具有高扭转强度的其它材料。也可选择，旋转轴或者螺纹轴可以由编织金属丝或者编织或固体的高强度合成纤维丝来制造。
在某些实施例中，屏蔽件9的位置可以通过螺纹轴和/或旋转轴13/14(如图4A所示)分别与屏蔽件轨道12或屏蔽件9/10的机械相互作用来手动调节。如图4B所示，在旋转轴14的远端处或附近与该旋转轴14相连的齿轮16可以与屏蔽件9/10啮合，这样，施加给旋转轴14的旋转力(力矩)将使得齿轮16使屏蔽件9/10径向运动。类似地，施加给螺纹轴13的旋转力(力矩)可以与反向螺纹壳体18(如图5中所示)(该反向螺纹壳体18与屏蔽件轨道12相连)啮合，使得屏蔽件轨道12相对于卵形体轴11a纵向运动。在某些实施例中，屏蔽件轨道可以包含机械止动器，以便限制屏蔽件轨道12和屏蔽件9/10可以运行通过的旋转角度。
当屏蔽件9线性运动(近或远)时，“旋转轴”14a可以在它的管14b内部滑动(类似于可以将金属线从它的绝缘层中拉出的方式)，以便保持在齿轮16和屏蔽件9之间的接触(如图4C所示)。在可选实施例中(如图4D所示)，可以使用具有扁平侧部14c的旋转轴，该扁平侧部14c穿过齿轮16朝着卵形体帽3a的远端延伸。在这些实施例中，齿轮16可以与屏蔽件9/10和屏蔽件轨道12一起沿旋转轴14线性滑动，以便保持它与屏蔽件9/10的相互作用。在还一实施例中，旋转轴14d的弹簧负载部分可以用于在屏蔽件轨道沿卵形体3线性运动时保持齿轮16与屏蔽件9/10的相互作用(如图4E所示)。
屏蔽件轨道12、齿轮16或螺纹轴13的螺纹部分(“运动部件”)可以由任意合适材料来制造。在某些实施例中，用于制造这些运动部件的材料将基于机械强度(拉伸和剪切)、组织放射特征当量、疲劳和热特性，以便能够多次消毒循环。在一些实施例中，这些运动部件由聚砜或聚碳酸酯或其它组织等效材料来制造，这些材料与过渡期的施加器相比将有助于使剂量分布的摄动最小。
图6A提供了具有屏蔽件9/10的卵形体3的内部视图，且为了清楚而除去了如图4B中所示的屏蔽件轨道12。在某些实施例中，旋转轴14和螺纹轴13可以穿过卵形体支承件17延伸并由该卵形体支承件17来支承，该卵形体支承件17也与放射源管腔11a的外壳啮合。在本发明的可选实施例中，例如如图6B所示，卵形体可以装有用于多个屏蔽件9/10的螺纹轴13和旋转轴14。在这样的实施例中，可以有直肠屏蔽件9、膀胱屏蔽件10或这两者，每个屏蔽件都有它自身独立的屏蔽件轨道12。在某些这样的实施例中，与膀胱屏蔽件10相比，与直肠屏蔽件9相连的屏蔽件轨道12可以在更靠近卵形体3的远端的位置处。这样的实施例将能够使直肠屏蔽件9和膀胱屏蔽件10独立地径向和线性定位。
图6C和6D显示了近距放射治疗施加器的一个卵形体的内部机构的一个实施例的示意图，该卵形体包括可利用单个柔性轴34定位的自适应屏蔽件。通过使用单个柔性轴，机构占据更少的卵形体内部空间，且内部机构将更耐久。在图6C和6D中，单个柔性轴34可以通过轴承35而与齿轮36连接。在某些实施例中，齿轮可以是小齿轮。在这样的实施例中，当柔性轴34旋转时，小齿轮36同样以类似方向旋转。如图6F所示，在小齿轮36上的齿再与外部旋转部件38上的齿37啮合；这样，小齿轮36驱动外部旋转部件38。外部旋转部件38为柱形，并相对于卵形体自身的中心轴线以径向方式运动。外部旋转部件38有导轨39，该导轨39沿外部旋转部件38的内壁延伸。
在某些实施例中，内部旋转部件40包含在外部旋转部件38内，并在与外部旋转部件38相同的轴线上旋转。在这些实施例中，当外部旋转部件38上的导轨39与内部旋转部件40上的槽41接触时，外部旋转部件38与内部旋转部件40相互作用，从而使得内部旋转部件40以与外部旋转部件38相同的方向和转速/角速度而运动。内部旋转部件40支承用于保护非目标组织的屏蔽件42。内部旋转部件40的中心包括能够与固定螺纹轴43相互作用的螺纹。因此，当内部旋转部件40绕固定螺纹轴43旋转时，内部旋转部件40相对于卵形体轴进行纵向运动和旋转运动(即上下固定螺纹轴34)。因此，由内部旋转部件40支承的屏蔽件42相对于卵形体上下(远至近)线性运动，并绕卵形体的中心轴线径向运动。
在某些实施例中，固定螺纹轴43包含机械止动器44，以便限制内部旋转部件40可以运行的纵向距离。而且，在某些实施例中，用于内部旋转部件40和固定螺纹轴43的螺纹将有很小的螺纹节距，这样，内部旋转部件40的单圈旋转只能使屏蔽件42沿固定螺纹轴43运动很小增量的纵向距离，从而使屏蔽件42能够在卵形体中精确定位。
在可选实施例中，内部旋转部件40的线性运动可以由一个柔性轴34来控制，同时径向运动由另一个来控制。例如，图6G表示了一个这样的实施例。
图6E是显示根据本发明一个实施例在支承屏蔽件42的内部旋转部件40和外部旋转部件38之间的关系的示意图。如图所示，外部旋转部件38是柱形，并包含内部导轨39。导轨39与支承屏蔽件42的内部旋转部件40相互作用。固定螺纹轴43与内部旋转部件40的中心相互作用。因此，当外部旋转部件38绕纵向穿过卵形体的中心的轴线旋转时，这使得屏蔽件42绕相同轴线旋转。这样，屏蔽件42可以在卵形体中径向定位。
在某些实施例中，柔性轴34由形状记忆合金(例如镍钛等)的金属线或带而构成，尽管也可以使用具有高扭转强度的其它材料。也可选择，柔性轴34可以由编织金属丝或者编织或固体的高强度合成纤维丝来制造。小齿轮36、外部旋转部件38、内部旋转部件40或固定螺纹轴43可以由任意合适材料来制造。在某些实施例中，用于制造这些部件的材料将基于机械强度(拉伸和剪切)、组织放射特征当量、疲劳和热特性，以便能够多次消毒循环。在一些实施例中，这些部件由聚砜或聚碳酸酯或其它组织等效材料来制造，这些材料与过渡期的施加器相比将有助于使剂量分布的摄动最小。
在又一实施例中(例如在图6G和6H中所示)，屏蔽件的纵向位置通过将杆、带或金属线直接安装在内部旋转部件40上或屏蔽件上来控制。在这样的实施例中，内部旋转部件可以通过使杆、带或金属线向远处或向近处运动而沿中心轴线(例如没有螺纹的固定螺纹轴43部分)纵向滑动。在某些实施例中，屏蔽件的径向位置可以通过齿轮和轴承机构而由另一金属线、带或杆来调节(例如见图6I)。在一些这样的实施例中，齿轮机构与内部旋转部件40一起纵向滑动。例如，图6I和6J表示了某些这样的实施例。在一些这样的实施例中，柔性轴34可以用于通过由定位弹簧45进行拉伸或从该定位弹簧45释放而对屏蔽件线性定位(例如见图6J)。本领域普通技术人员应当知道，一个柔性轴34可以用于控制线性和径向定位，或者也可选择，一个柔性轴34可以用于操纵线性位置，而另一个操纵径向位置。在可选实施例中，齿轮机构与外部旋转部件38相互作用，该外部旋转部件38又可以通过由外部旋转部件38上的导轨39和内部旋转部件上的槽41的相互作用产生的推动而使得内部旋转部件40旋转。
图6K显示了具有中心轴46的另一实施例，该中心轴46由与柔性轴连接的单个小齿轮径向驱动(小齿轮和柔性轴未示出)。中心轴包括外螺纹47。保持屏蔽件的盘48螺纹连接在轴上。脊49为静止，并安装在卵形体的外部壳体上。螺纹连接有足够的内部摩擦力，该内部摩擦力使得盘48(和屏蔽件)不会沿该轴前进，除非施加一定力。某些实施例包括机械止动器50。图6K(C)表示了运动顺序：通过使中心轴46旋转，屏蔽件可以在卵形体的近端处旋转达360度。然后，屏蔽件止动器50与脊49相交。然后，通过继续旋转中心轴而使得屏蔽件朝着卵形体的远端线性运行。在远端处，中心轴46的旋转方向可以转换，从而使得屏蔽件旋转达360度。该顺序可以沿相反方向重复。而且，在本申请中所述的实施例只是实例，本发明包括使用某些机构来用于线性控制，且合适的其它机构用于径向控制(反之亦然)。
可选实施例可以包括多个屏蔽件，其中，一个或多个屏蔽件可以固定在它相对于放射源的位置处，且并不与卵形体3中的定位机构啮合。例如，在一个实施例中，膀胱屏蔽件可以固定在卵形体轴11a上，同时直肠屏蔽件9可通过旋转齿轮16和螺纹轴13、通过反向螺纹壳体18和通过它与屏蔽件轨道12的相连而通过旋转轴14进行位置运动。还一实施例可以允许相反结构，其中，膀胱屏蔽件10与屏蔽件轨道12相关联，而直肠屏蔽件将被固定。
在某些实施例中，卵形体3可以具有可拆卸的卵形体帽3a，该卵形体帽3a可以从卵形体上拆卸，以便露出屏蔽件和其它运动部件，从而允许进行质量保证视觉检查或者进行校正维护。在还一实施例中，本发明的卵形体帽3a自身可以自适应，以便增大卵形体3的总体尺寸，从而与给定病人的解剖结构匹配。在某些其它实施例中，本发明的自适应施加器可以有类似于当前Nucletron Fletcher-Williamson HDR施加器设备(约5mm外部管直径)的卵形体把手(近侧管)总体型面，以便提供临床上的无缝结合。而在其它实施例中，自适应施加器的型面可以稍微更大，以便容纳用于螺纹轴和旋转轴13、14的槽道(约7mm外部管直径)。
在某些实施例中，卵形体的纵向轴线相对于卵形体臂5的角度可调节。在一些这样的实施例中，角度可在15°和45°之间调节。在其它实施例中，金属线/带可以与齿轮驱动机构相互作用，该齿轮驱动机构能够遥控改变屏蔽件的形状或尺寸。
而且，本发明的某些实施例可以包括对齐标记。这些对齐标记在图像获取过程中提供标记，该标记使得屏蔽件相对于病人解剖结构的位置能够进行确定或验证。这些对齐标记可以由任意不透射线的物质来构成，在一些实施例中可以是金属线形式。对齐标记可以包含在本发明的施加器的各个部分中或各个部分上，包括放射源管腔、串列管或卵形体。图7表示了具有相对于卵形体平行或倾斜的对齐金属线32的卵形体3的一个实施例。在这样的实施例中，对齐金属线32可以相对于将获取图像片断33的平面定位成一定角度。本发明的其它实施例可以有各种其它结构的对齐标记。在某些实施例中，对齐标记可以与屏蔽件的默认位置相关联。在这些实施例中，获取的图像将有对齐标记，该对齐标记将直接或间接地确定屏蔽件的默认位置，因此，能够更精确地确定获得屏蔽件的选定定位所必需的屏蔽件运动。
在某些实施例中，对齐标记可以嵌入用于放射源管腔或卵形体轴11a的外壳中。在其它实施例中，对齐标记可以在可布置在卵形体3自身上的帽中或该帽上。
在某些实施例中，本发明的自适应施加器的Monte Carlo或离散坐标剂量测定模拟可以用于确定直肠屏蔽件、膀胱屏蔽件或者这两者的线性/角度运动范围的最终选择。而且，本发明在纵向上和径向上对屏蔽件的位置进行内部调节的能力将允许屏蔽件在CT图像获取或其它类型图像获取的过程中进行运动，从而使护士能够减少由于近距放射治疗施加器内的屏蔽件所产生的伪影，并在治疗计划中提供更大精度和改进使用的图像。例如，施加器可以插入体腔内，然后获取图像，同时屏蔽件沿卵形体轴线运动至最近侧的位置。这样，单片断CT扫描仪将在到达运动屏蔽件的位置之前获得第一组图像。然后，可以简短地中断扫描仪获取，以便在继续获取其余CT层之前使屏蔽件运动至最远侧位置。CT模拟器的初始侦测图像可以用于选择在两个图像组之间的中断位置。除了能够捕获改进的图像，本发明的某些实施例还能够对治疗方案进行反向治疗计划。例如，放射源可以在屏蔽件处于预定位置时装入施加器中，然后在放射照射过程中进行屏蔽件定位或屏蔽件位置调节，以便以更精确的形式控制剂量分布。
在某些实施例中，本发明的施加器可以包括用于在螺纹轴13、旋转轴14或柔性轴34上施加旋转力的手动机构。这些手动机构可以包括安装在轴上的简单机械附件，例如连接在轴上的螺丝起子。在其它实施例中，为了简单，旋转轴、螺纹轴或柔性轴的旋转可以利用刻度盘指示器来控制。在这样的实施例中，各机械刻度盘可以有刻度，以便表示进行调节的屏蔽件的位置和方位。而且，刻度盘可以设计成用于方便外科医生接近。在其它实施例中，螺纹轴13、旋转轴14或柔性轴34通过液压控制。在这样的实施例中，机构位于卵形体内部或卵形体外部，以便将液压转变成合适运动(即线性、旋转或者这两者)。
本发明的可选实施例可以使用计算机27作为控制站。在某些这样的实施例中，硬件部件可以包括具有LabVIEW软件28和PCI运动控制器卡29(来自National Instruments，Austin，Texas(www.ni.com))的膝上型计算机以及具有多个轴线的运动控制驱动单元30。如图8所示，屏蔽件的位置可以通过控制站27来控制。控制站可以通过旋转控制器24来控制给定屏蔽件的旋转位置，并可通过线性控制器25来控制给定屏蔽件的线性位置。在某些实施例中，直肠屏蔽件和膀胱屏蔽件可以有独立的控制站(23和23a)。在某些实施例中，控制站可以控制马达22的动作，该马达22将提供旋转轴、螺纹轴或柔性轴上的旋转力。
在某些实施例中，控制站或施加器自身可以有自动引导位置(默认位置)，该自动引导位置模拟FSD施加器(用于LDR)或Flecher-Williamson施加器(用于HDR/PDR)的屏蔽件位置。
在某些实施例中，控制站可以用于在放射源装入施加器之前将屏蔽件定位在合适位置，或者放射源可以装入施加器中，且屏蔽件处于预定位置，随后在放射照射过程中调节屏蔽件位置，以便以更精确的方式操纵剂量分布，从而使规定的梨形等剂量表面与描绘的目标容积一致。放射生物校正剂量容积柱状图治疗计划算法也可以用于沿治疗过程进一步优化屏蔽件的位置。
Claims (16)
1.一种近距放射治疗施加器，包括：
枢轴接头；
串列管，该串列管具有放射源管腔，其中，该串列管通过串列管臂而与枢轴接头连接；
至少一个卵形体，该卵形体具有放射源管腔，其中，该至少一个卵形体通过卵形体臂而与枢轴接头连接；
至少一个屏蔽件，该屏蔽件与该至少一个卵形体相关联，其中，该至少一个屏蔽件是可遥控运动的；
固定螺纹轴；
内部旋转部件，该内部旋转部件支承该至少一个屏蔽件，其中，该内部旋转部件绕该固定螺纹轴旋转；
外部旋转部件，该外部旋转部件绕该内部旋转部件旋转；以及
柔性轴，该柔性轴具有相关联的齿轮，该相关联的齿轮与外部旋转部件相互作用，并使得内部旋转部件旋转。
2.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，其中：该至少一个卵形体的放射源管腔能够后装有放射源。
3.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，其中：放射源通过卵形体臂而后装至所述至少一个卵形体的放射源管腔中。
4.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，其中：该至少一个卵形体还包括外壳，且该至少一个屏蔽件在该至少一个卵形体的外壳的内部。
5.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，其中：该至少一个屏蔽件由钨、钨合金或其它放射吸收材料构成。
6.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，其中：柔性轴由镍-钛构成。
7.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，还包括：用于向柔性轴施加旋转力的手动机构。
8.根据权利要求1所述的近距放射治疗施加器，还包括：控制站，该控制站控制施加给柔性轴的旋转力。
9.一种近距放射治疗施加器，包括：
至少一个卵形体，该卵形体具有放射源管腔，所述至少一个卵形体与卵形体臂连接；
与该放射源管腔相关联的至少一个屏蔽件；
支承该至少一个屏蔽件的内部旋转部件；
外部旋转部件，该外部旋转部件绕内部旋转部件旋转，从而使得内部旋转部件旋转；
柔性轴，该柔性轴具有相关联的齿轮，该相关联的齿轮与外部旋转部件相互作用；
其中，当旋转力施加给柔性轴时，该至少一个屏蔽件相对于放射源管腔沿至少一个方向运动。
10.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，其中：该至少一个卵形体的放射源管腔后装有放射源。
11.根据权利要求10所述的近距放射治疗施加器，其中：放射源通过卵形体臂而后装至放射源管腔中。
12.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，其中：该至少一个卵形体还包括外壳，且该至少一个屏蔽件在该至少一个卵形体的外壳的内部。
13.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，该至少一个屏蔽件由钨、钨合金或其它放射吸收材料构成。
14.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，其中：柔性轴由镍-钛构成。
15.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，还包括：用于向柔性轴施加旋转力的手动机构。
16.根据权利要求9所述的近距放射治疗施加器，还包括：控制站，该控制站控制施加给柔性轴的旋转力。
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