CN102596043A

CN102596043A - 用于放射治疗的台面

Info

Publication number: CN102596043A
Application number: CN2010800351811A
Authority: CN
Inventors: K·韦斯特伦德
Original assignee: ONCOLOG MEDICAL QA AB
Current assignee: ONCOLOG MEDICAL QA AB
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-07-18
Also published as: EA201101683A1; US20100310054A1; CA2764962A1; WO2010144039A1; EP2440137A1; EP2440137A4

Abstract

本发明提供一种具有高的刚性和承载能力、同时提供低的放射衰减的放射治疗用台面装置(1)。该台面装置包括芯部(2)，该芯部(2)优选地由泡沫材料制成，由优选地由纤维材料制成的皮层(3，3’)至少部分地包围，其中芯部(2)被夹在位于台面装置(1)的相反侧(6，7)的皮层(3，3’)之间。芯部(2)的密度是非均匀的。优选地，芯部具有变化的密度，在与皮层(3)间的至少一个界面(8、8’)附近的位置处具有较高的密度，例如，在皮层(3，3’)附近的上层(4)和下层(5)中具有较高的密度而朝向芯部(2)的中央平面具有较低的密度。

Description

用于放射治疗的台面

技术领域

本发明涉及用于放射治疗的台面，特别地，本发明涉及在呈现出高刚性的同时适于提供低放射衰减的台面。

背景技术

如现有技术中已知的，在放射治疗或者诊断成像的过程中，患者被安置在患者支撑系统的治疗台面1上，来自放射源16的治疗束或者诊断束投射透过患者并且接触台面1的至少一部分。如图1所示，患者支撑系统10典型地还包括提供台面1的自动的纵向运动和横向运动的承载架21、高度可变的臂13和转盘14。该系统容许患者在治疗过程中被支撑在规定位置。

在现今的放射治疗系统中，由于台面由致密材料(densematerial)制成，所以当放射来自下方时，用于安置病人的治疗台面吸收了很大一部分治疗放射。这些台面必须厚以满足对台面刚性方面的严格的要求，为了在治疗过程中将患者保持在规定位置该刚性是必需的。

在当今的技术中，通过使用包括由金属典型地制成的骨架的台面，已经限制了由放射治疗台面引起的放射衰减。虽然衰减由于骨架的金属支柱之间的开口区域而被减小，但是骨架的金属支柱经常干扰治疗，另外，由患者引起的支撑的量取决于患者相对于骨架的位置。为了改善患者支撑和限制骨架的干扰，台面通常设置有由更稀疏的骨架支撑的网球拍型(tennisracquet type)的网状物。通过使用具有均匀的低密度泡沫材料的芯部和在表面的诸如碳纤维等高强度纤维薄层的复合结构，衰减也能够被限制。典型地，纤维嵌入另一材料的基体中，即形成纤维增强材料。例如福斯特(Foster)发表的US 3,897,345公开了一种轻型台面，其包括碳纤维或者石墨纤维的外皮层，该外皮层包围刚性的聚氨酯泡沫芯部，意图提供低的X线衰减。另一个示例是Al-Kassim等人发表的US 6,904,630，其公开了在医疗系统中用于支撑和定位患者的台面装置，其中，意图被定位在光束投射区域内的骨架和支撑系统的一部分大致由非金属组分形成，以提供高的光束传输。该部分的一个示例是具有碳纤维棒骨架的网球拍型，每一个碳纤维棒均包括包围均匀的泡沫芯部的碳纤维皮层，构成了碳纤维网格板。

在上述复合结构中，纤维层的主要功能是承载由于患者的体重引起的弯曲而产生的压缩应力和拉伸应力，而芯部的主要功能是将纤维层分开地支撑并保持在芯部的相反侧的固定的相对位置处，并且抵抗剪切力，从而获得具有高的刚度的轻型结构。

当上述复合结构的台面受到来自患者的负荷时，主要归因于芯部材料的有限的机械特性的内部机械应力可能引起强纤维材料从芯部材料剥离，这导致芯部材料在与强纤维材料间的界面处或者在与强纤维材料间的界面附近、也就是力的最大位置处撕裂，从而导致结构塌陷。这限制了台面的承载能力。由于给定的芯部材料的机械特性和衰减特性与芯部材料的密度相关，所以具有相当高的密度的芯部材料变得必要，以满足对台面的刚性和承载能力的需要，但是这导致台面的放射吸收比期望的高。

发明内容

鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种具有高刚性和高承载能力，同时提供低放射衰减的放射治疗台面。

该目的通过如下的台面装置来实现：一种用于放射治疗和诊断成像的台面装置，其包括厚度为t的长形的芯部，所述芯部被夹在配置于所述芯部的两相反侧的上皮层和下皮层之间，所述芯部通过上界面与所述上皮层接合并且通过下界面与所述下皮层接合，其中，所述芯部在其厚度t的方向上具有变化的密度，在所述芯部和所述上、下皮层之间的所述上、下界面中的至少一个界面附近具有较高的密度。该台面装置包括由纤维材料的皮层至少部分地包围的泡沫芯部，其中泡沫芯部被夹在位于台面装置的相反侧的皮层之间。优选地，泡沫芯部被完全地包围在由上、下表面皮层、侧壁和端壁形成的外壳中。泡沫芯部的密度是非均匀的。优选地，泡沫芯部具有变化的密度，在泡沫芯部与上皮层间的界面附近或者在泡沫芯部与下皮层间的界面附近具有较高的密度，或者在泡沫芯部与上皮层和下皮层两者间的界面附近都具有较高的密度。

在一个实施方式中，根据本发明的台面装置具有泡沫芯部，该泡沫芯部在与台面装置上侧(上侧是意图支撑患者的一侧)的皮层间的界面附近的上层中、即负荷下芯部中拉伸应力最大的位置处具有较高的密度，在与台面装置下侧的皮层间的界面附近的下层中、即负荷下芯部中压缩应力最大的位置处具有较高的密度，而朝向泡沫芯部的中央、即拉伸应力和压缩应力均较小的位置具有较低的密度。

在另一实施方式中，台面装置包括泡沫芯部，该泡沫芯部在与位于台面装置上侧的皮层间的界面附近的上层中具有较低的密度，并且在与位于台面装置下侧的皮层间的界面附近的下层中具有较高的密度。

从属权利要求中陈述了本发明的实施方式。当结合附图和权利要求考虑时，从下述本发明的详细的说明中，本发明的其他目的、优势和新颖的特征将变得显而易见。

附图说明

现在将参照附图说明本发明的优选实施方式，其中；

图1示意性地示出根据现有技术的放射治疗用患者支撑系统；

图2a是根据本发明的包括了具有高密度外层和低密度中央层的泡沫芯部的台面装置的示意性截面图，图2b是示出泡沫芯部中的密度变化的示意图；

图3a是负荷下的根据本发明的台面装置的一部分的示意性截面图，图3b是相应的示意性应力图；

图4a是根据本发明的包括了具有高密度下层和低密度上层的泡沫芯部的台面装置的示意性截面图，图4b是示出泡沫芯部中的密度变化的示意图；

图5a是根据本发明的台面装置的示意性截面图，图5b-图5g是示意性地示出泡沫芯部中的不同密度变化的示意图。

具体实施方式

参见图2a，根据本发明的用于在放射治疗或者诊断成像中将患者支撑在规定位置的台面装置1包括长形的芯部2，该芯部2至少部分地被包围在上皮层3和下皮层3’之间使得芯部2被夹在位于台面装置1的相反侧6、7的皮层3、3’之间。优选地，皮层与侧壁和端壁配合以形成大致完整包围芯部的壳体。本发明提供泡沫芯部2，该泡沫芯部在其整个竖直厚度t上关于密度ρ是不均匀的(non-homogenous)，所述竖直厚度在从芯部与下皮层3’间的界面8’到芯部与上皮层3间的界面8的方向上延伸。优选地，芯部与皮层间的界面为大致刚性的，即，界面呈现为芯部和皮层之间的结合的形式。竖直厚度t在2cm到20cm之间，优选地在3cm到15cm之间，更优选地在4cm到10cm之间，最优选地在5cm到8cm之间。台面装置的宽度典型地在20cm到60cm之间，台面装置的长度典型地在190cm到260cm之间-当然其他尺度也是可以的。优选地，芯部2具有变化的密度，在与皮层3、3’间的至少一个界面8、8’附近具有较高的密度。通过举例的方式，如图2a-2b示意性地示出的那样，台面装置具有聚氨酯泡沫芯部2，该芯部2在上层4和下层5中具有例如0.1g/cm³的较高的密度，其中，所述上层4在该芯部2与位于台面装置1的上侧6的皮层3间的界面附近，所述下层5在该芯部2与位于台面装置1的下侧7的皮层3’间的界面附近，并且该芯部2在芯部2的中央具有例如0.05g/cm³的较低的密度。上侧6是患者待安置在上面的一侧。优选地，芯部2由泡沫材料构成，在下述说明中可替换地使用术语芯部和泡沫芯部。

图3a示意性地说明了负荷下的台面装置1。如图3b所示，泡沫芯部2内的内部机械应力σ从在台面装置1的下侧7的压缩应力变化为在台面装置1的上侧6的拉伸应力。从图3b的图表可以看出，应力(stress level)在与皮层3间的界面附近比在泡沫芯部2的中央处高。如上所述，通过增大典型芯部材料的密度，芯部材料的机械特性以及衰减特性被改变。较高的密度由于增大了的杨氏模量从而产生了泡沫芯部材料的较高的刚性，并且拉伸强度和剪切强度增大，因此芯部材料能够抵抗归因于剪切力的塌陷，以更好地支撑皮层3。由于应力在泡沫芯部2和皮层3之间的界面附近较高，在该界面附近最好利用具有较高密度的有益效果，而在台面装置1的中央附近可以使用较低密度(产生较少衰减)。

参见图4a-图4b，在根据本明的台面装置的一个实施方式中，泡沫芯部2在与位于台面装置1的上侧6的皮层3间的界面附近的上层4中具有较低的密度，在与位于台面装置1的下侧7的皮层3’间的界面附近的下层5中具有较高的密度。如图4a-图4b所示，该实施方式中的泡沫芯部2可以是双层结构，然而本发明不限于此。例如，在可选择的实施方式中，台面装置1可以包括一个以上的中间层，优选地，每个中间层的密度均比更靠近皮层的周围层的密度低。如上所述，台面装置1的下侧7受到挤压，上侧6受到拉伸。结果，在上侧6和下侧7的应力情况不同，并且由于在上层4和下层5中具有不同的泡沫密度，所以可以在提供低放射衰减的同时提高刚度和承载能力。

例如通过焊接、胶粘或共挤出或者通过调制预制的芯部材料的特性而将具有不同密度的材料层层叠在一起可以获得泡沫芯部2的密度变化。调制可以包括向预制的泡沫芯部施加适当的压力和热，以便在预制的泡沫芯部的表面获得比芯部中央附近的材料的密度高的材料。

位于台面装置1的上侧6的皮层3和位于下侧7的皮层3’的组分或者厚度可以具有不同的特性，以使它们适于在台面装置的不同侧上的不同需求。在来自患者的负荷下，位于台面装置1的上侧6的皮层3受到拉伸应力，而位于台面装置的下侧7的皮层3’受到压缩应力。因此，位于相反侧的皮层3、3’的所需要的机械特性是不同的。在本发明的皮层由纤维增强材料制成的一个实施方式中，由于纤维增强材料通常在拉伸时比在压缩时具有更大的强度，即与压缩应力相比能够更好地抵抗拉伸应力，所以下皮层3’(处于压缩状态)比上皮层3(处于拉伸状态)厚。

优选地，皮层3、3’由包含纤维的材料、例如纤维增强复合材料制成。在一个实施方式中，皮层3、3’包含碳纤维，在另一个实施方式中，皮层3、3’包含芳族聚酰胺纤维(aramid fiber)。芳族聚酰胺纤维优于碳纤维的一个优势是芳族聚酰胺纤维使磁共振成像成为可能。碳纤维具有影响磁共振成像的屏蔽效果。也可以使用纤维增强聚合物。这种纤维增强聚合物的一个示例是碳纤维增强环氧树脂。纤维的混合物也是可以想到的。典型地，皮层的诸如拉伸强度、剪切强度和杨氏模量等机械特性优于芯部的机械特性。皮层3的纤维可以像织物一样以无序的方式设置，或者以一些其他的方式有序地配置，例如，多数纤维沿负荷下的最大应力的方向、例如沿台面装置的长度方向配置。

密度变化可以通过在泡沫芯部2的两个层之间具有阶梯式变化来实现，或者在密度上具有逐渐的变化。密度上平滑地逐渐的变化可以在芯部材料的制造过程中获得，或者阶梯状渐变的密度变化可以通过将芯部材料的具有不同密度的堆叠形式的多个子层层叠(laminate)以形成具有期望构造的芯部来获得。通常，优选的是，密度在从皮层3朝向平行于芯部2的上侧和下侧的中央平面的方向上减小。图5b-图5g示意性地示出图5a中的台面装置1的泡沫芯部2的具有不同密度变化曲线的可选择的实施方式。在图5b中，密度从位于上、下侧6、5处的在皮层3、3’与泡沫芯部2之间的界面朝向泡沫芯部2的中央平面大致线性地减小。在图5c中，朝向泡沫芯部2的中央平面的密度变化具有二次的性质。如图5d和图5e所示，在两层之间的密度的变化不是必须急转的，也可以是例如作为调制泡沫芯部材料的密度的结果为平滑的。图5f示出密度朝向泡沫芯部的中央平面阶梯状地减小，这可以通过将具有不同密度的多个层接合在一起来实现。如图5g所示，从一个密度级别转变到另一个密度级别可以是逐渐的。这些是上述双层方法的可选择的实施方式。

芯部2可以由一种以上的芯部材料制成以获得期望的密度上的变化。优选地，芯部包括一种以上的诸如聚氨酯泡沫等聚合物泡沫。这种材料的密度可以在宽的范围内变化。例如，聚氨酯的密度可以以大约100的因子变化，即密度可以从大约0.01g/cm³变化到1g/cm³。优选地，当使用聚氨酯时泡沫芯部2的密度在从0.02g/cm³到0.1g/cm³的范围，以限制放射的衰减。再次采用聚氨酯作为示例，当密度增大时，聚氨酯泡沫的拉伸强度、剪切强度和杨氏模量全都显著地增大。在潜在的密度变化的全部范围机械特性以高达10的因子提高。适用于本发明的泡沫芯部2的其他聚合物泡沫芯部材料为聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基甲基丙烯酰亚胺(亚克力)(polymethylmethacrylimide(acrylic))、聚醚酰亚胺(PEI)和苯乙烯丙烯腈共聚物(styrene-acrylonitrile)(SAN)，然而本发明不限于这些。典型地，这些泡沫芯部材料在从0.03g/cm³到大于0.3g/cm³的密度范围内是可用的，然而该范围可以扩大。随着制造聚合物泡沫的新技术的发展，适用于本发明的泡沫芯部2的新的泡沫芯部材料成为可能。尽管本发明用聚合物泡沫芯部作为示例，本领域技术人员知道本发明不限于此，也可以使用诸如木材或者纤维素基材料等的其他泡沫类材料。

本发明的台面装置1的芯部-皮层结构可以用于制成整张台面或者仅制成整张台面的一部分。例如本发明的芯部-皮层结构可以仅用在光束投射区域，而在台面的剩余部分中使用传统的台面结构。在另一示例中，根据本发明的台面装置由下面的刚性结构部分地支撑，并且仅在光束投射区域伸出为悬臂。在根据本发明的台面装置的一个实施中，6cm厚的聚氨酯泡沫芯部2被夹在位于台面装置1的上侧6的由凯夫拉尔(Kevlar)增强复合材料制成的0.4mm厚的皮层3和位于台面装置的下侧7的由凯夫拉尔增强复合材料制成的1mm厚的皮层3’之间。泡沫芯部2的在皮层3、3’附近的1cm厚的上层4和1cm厚的下层5中的密度为0.1g/cm³，而泡沫芯部2的在上层4和下层5之间的剩余部分的密度为0.05g/cm³。该台面装置的尺寸和特性适于形成2m长和50cm宽的用于放射治疗或者诊断成像的台面。使用这样的台面，体重高达200kg的患者可以在治疗过程中被安全地支撑在规定位置。

对于本发明的说明，术语皮层用于台面装置的包围层。术语外壳一般情况下用于同一特征。通常，术语皮层意味着包围层已经被施加在预制的泡沫芯部上，术语外壳意味着包围层已经用泡沫填充以在包围层内形成泡沫芯部。然而，本发明不限于上述两种方法。

虽然本发明已经连同目前被认为是最实用和优选的实施方式进行了说明，但是可以理解为本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图覆盖所附权利要求的范围内的各种变型和等同配置。

Claims

1.一种用于放射治疗和诊断成像的台面装置(1)，其包括厚度为t的长形的芯部(2)，所述芯部(2)被夹在配置于所述芯部(2)的两相反侧(6，7)的上皮层(3)和下皮层(3’)之间，所述芯部(2)通过上界面(8)与所述上皮层(3)接合并且通过下界面(8’)与所述下皮层(3’)接合，其特征在于，所述芯部(2)在其厚度t的方向上具有变化的密度，在所述芯部(2)和所述上、下皮层(3、3’)之间的所述上、下界面(8、8’)中的至少一个界面附近具有较高的密度。

2.根据权利要求1所述的台面装置，其特征在于，所述芯部(2)包括泡沫材料。

3.根据权利要求1或2所述的台面装置，其特征在于，所述上、下皮层(3，3’)包括增强纤维。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，所述芯部(2)的材料在所述芯部(2)与所述上皮层(3)之间的所述上界面(8)附近的上层(4)中和在所述芯部(2)与所述下皮层(3’)之间的所述下界面(8’)附近的下层(5)中具有较高的密度，而朝向所述芯部(2)的中央平面具有较低的密度。

5.根据权利要求1或2所述的台面装置(1)，其特征在于，所述芯部(2)的材料在所述芯部(2)与所述上皮层(3)之间的所述上界面(8)附近的上层(4)中具有较低的密度，而在所述芯部(2)与所述下皮层(3’)之间的所述下界面附近的下层(5)中具有较高的密度。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，所述芯部(2)的材料的密度在从所述芯部(2)与所述上、下皮层(3，3’)之间的上、下界面中的至少一个界面朝向所述芯部(2)的中央的方向上逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的台面装置(1)，其特征在于，所述芯部(2)包括具有不同密度的多个层。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，所述芯部(2)包括聚氨酯和/或聚甲基甲基丙烯酰亚胺泡沫。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，位于所述两相反侧(6，7)中的下侧(7)的所述下皮层(3’)比位于所述两相反侧(6，7)中的上侧(6)的所述上皮层(3)厚。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，所述上皮层(3)和/或所述下皮层(3’)包括碳纤维。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的台面装置(1)，其特征在于，所述上皮层和/或所述下皮层包括芳族聚酰胺纤维。