CN102915784B - 双层多叶准直器 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，用于肿瘤的适形调强放射治疗，具体涉及一种双层多叶准直器，包括上层的开关型多叶准直器和下层的电动多叶准直器，开关型多叶准直器、电动多叶准直器均由相对排列的两组叶片组成，每片开关型多叶准直器叶片的前端面为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构，每片电动多叶准直器叶片由微型电机驱动，开关型多叶准直器叶片和电动多叶准直器叶片运动同向布局且数量相同。本发明应用于肿瘤适形调强放射治疗装置，具有结构简单、射束准直、工作效率高、调频分辨率高且安全性高的优点。

Description

双层多叶准直器

技术领域

本发明涉及一种双层多叶准直器，属于医疗器械领域，用于肿瘤的适形调强放射治疗。

背景技术

目前开展适形调强放射治疗用射束准直装置有：常规电动多叶准直器、气动开关型多叶准直器、正交双层多叶准直器。

采用常规电动多叶准直器方式，多叶准直器可以快速完成适形射野成形，非常方便。但是调强照射时，如果采用多子野调强模式，需要将不同强度分布进行子野离散处理，一般需要分成70-120个子野；如果采用滑窗照射技术，需要将不同强度分布进行片断离散处理，一般需要分成多达177个片断窄条野，射线利用率低，工作效率不高；近年来，传统加速器配合多叶准直器实现容积旋转调强，降低了正常组织的单位体积剂量受量，提高了调强效率，但是无论在理论、算法到实际应用效果上，还没有能够达到临床理想的调强照射结果。

美国nomos公司采用气动开关型多叶准直器，采用断层和螺旋断层方式进行调强照射，可以实现临床理想的调强照射效果，但是由于开关型多叶准直器一次只能照射一个窄条，照射效率较低。断层步进技术经常会层间出现射野拼接剂量热点或冷点；螺旋断层方式，解决了层间射野拼接出现剂量热点或冷点问题，但为了提高效率，采用了增大叶片照射宽度，厂家推荐采用5cm宽度，这样不能够很好的做到轴向“适形”，特别是在照射靶的轴向两端会出现剂量“冷点”，大大降低调强照射效果。因为多数肿瘤形状是不规则的，在每一个断面上肿瘤形状和位置是不一样的。

正交双层多叶准直器是以色列的发明，是由两个电动多叶准直器呈90度正交布局构成，由于两层的叶片90度交叉，可以降低叶片间射线泄露，同时两层正交叶片比一层叶片结构在射野边缘处适形度更高（常规单层多叶准直器射野边缘处适形度如图8所示，正交双层多叶准直器射野边缘处适形度如图9所示）。

从现有技术看，常规电动多叶准直器和正交双层多叶准直器，开展适形放疗非常方便，但是对射野内的强度缺乏调制能力，只能通过增加照射野数量来提高调强照射时的射束调制能力。气动开关型多叶准直器配合断层照射技术，由于叶片具有的瞬时开关能力、结合每一断层51个机架射束投照角，可以实现断层面内很好的调强照射效果。但是照射野宽度选择1cm，工作效率很低，一次照射两个多小时；照射宽度为5cm，轴向适形度较差。

基于此，如何克服现有适形调强放射治疗用射束准直装置的缺点，提供一种安全、高效、优质的适形调强放射治疗用射束准直装置技术解决方案，同时保留现有几种不同方案的优点，是本发明所要解决的主要问题。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种应用于肿瘤适形调强放射治疗装置的工作效率高、安全性能高且射束准直的双层多叶准直器。

本发明所述的双层多叶准直器，其特征在于：包括上层的开关型多叶准直器和下层的电动多叶准直器，开关型多叶准直器、电动多叶准直器均由相对排列的两组叶片组成，每片开关型多叶准直器叶片的前端面为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构，每片电动多叶准直器叶片由微型电机驱动，开关型多叶准直器叶片和电动多叶准直器叶片运动同向布局且数量相同。

开关型多叶准直器叶片的前端面（即靠近开关型多叶准直器中心线的端面）为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构，在控制系统的操纵下叶片快速进入或反向退出射野，实现射束瞬时打开或关闭，叶片进入射野时，叶片前端与射束主轴对齐。所述的开关型多叶准直器，单侧叶片组可独立形成一个照射区，每个照射区在等中心处最大宽度为5cm，整个开关型多叶准直器可形成10cm宽的照射区。

电动多叶准直器叶片由微型电机驱动，使叶片可以快速定位到规定的任意位置。所述的电动多叶准直器，叶片前移可改变开关型多叶准直器形成的照射区宽度，宽度范围为0.1-5cm；需要时，全部或部分叶片可以越过射野主轴，最大过线距离为5cm。

利用开关型多叶准直器叶片的瞬时开关功能，按照治疗计划给出的强度分布要求，通过计算机控制叶片停留在射野内的时间，改变叶片打开和关闭时间比例，可以对相应照射区域的射束强度调制；利用电动多叶准直器叶片围成需要的照射区域，上下两层准直器的配合可改变开关型多叶准直器每个叶片对应窄条照射区宽度。

所述的开关型多叶准直器叶片分两种，一种是上半部分宽、下半部分窄，另一种是上半部分窄、下半部分宽，两种叶片交替排列，相邻的叶片间形成凹凸槽。临床应用要求每个叶片独立运动灵活，摩擦力小，相邻叶片之间不能挤靠太紧，但贴得太松又容易引起射线泄露，通过设置本结构形式的叶片，能够使相邻叶片之间形成凹凸槽，利用射线只能直线传播的特点，减少漏射线。其中，叶片是由重金属制成的薄片。

所述的电动多叶准直器的框架上通过螺栓固定导轨，开关型多叶准直器的框架由左、右两框架体组成，左、右两框架体分别安装在与导轨配合的左、右两滑块上，左、右两框架体上均连接驱动装置。开关型多叶准直器叶片处于全部打开状态，并通过驱动装置使两组叶片整体后移，可提供更大的射束开口，仅使用电动多叶准直器可以完成常规加速器的照射功能。

上述的驱动装置有多种形式，本发明中采用如下优选方案：

驱动装置包括电机和丝杠传动机构，丝杠传动机构包括丝杠和安装在丝杠上的丝杠螺母、移动块，移动块与滑块固定连接，电机驱动丝杠，电机安装在电动多叶准直器的框架上。通过电机带动丝杠转动，使丝杠螺母产生位移，移动块随丝杠螺母移动，从而带动滑块以及滑块上的框架体沿电动多叶准直器框架上的导轨移动。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

1、工作效率高。该技术方案一次可照射两个照射区，每个照射区最大宽度为5cm，总的照射宽度为10cm，可以提供现有气动开关型多叶准直器两倍的照射区域，工作效率提高一倍。现气动开关型多叶准直器一次只能照射一个5cm窄条照射区。

2、调强分辨率高。双层多叶准直器配合，兼顾了两种多叶准直器的优点，即电动多叶准直器在叶片运动方向分辨率高，提供很好的射野形状适形效果，开关型多叶准直器具有射束顺时开关调制能力。与单一电动或开关型多叶准直器相比，增加了射束调制参数，可改善靶区边缘剂量，提高轴向调制能力。每个开关型多叶准直器叶片对应的窄条长度，可由电动多叶准直器位置任意改变，宽度范围为0.1-5cm。不仅对体积较小的肿瘤可以开展精细的调强照射，而且对体积较大的肿瘤可以实现高效、精细的调强照射。

3、安全性高。由于充分发挥了上、下两层多叶准直器技术的优点，可以更好实现照射肿瘤、保护正常组织和器官的目的，提高了放疗的安全性，有利于提高疗效，减少并发症。

4、结构简单。电磁驱动技术相比较美国的气动技术，省去了气源、管路、气动控制等附属装置，结构可大大简化。

附图说明

图1是双层多叶准直器叶片排布端面示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是开关型多叶准直器的驱动装置机构示意图；

图4是等中心平面照射孔径排布示意图；

图5是等中心平面照射孔径关闭时示意图；

图6是等中心平面电动多叶准直器整体内移时，照射孔径变小示意图；

图7是等中心平面电动多叶准直器叶片形成不规则照射区示意图；

图8是常规单层多叶准直器射野边缘处的适形度示意图；

图9是正交双层多叶准直器射野边缘处的适形度示意图。

图中：1、开关型多叶准直器；2、开关型多叶准直器叶片；3、电动多叶准直器；4、电动多叶准直器叶片；5、导轨；6、微型电磁驱动机构；7、微型电机；8、电机；9、丝杠；10、移动块；11、丝杠螺母；12、滑块；13、导轨；14、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1、2所示，双层多叶准直器，包括上层的开关型多叶准直器1和下层的电动多叶准直器3，开关型多叶准直器、电动多叶准直器均由相对排列的两组叶片组成，每片开关型多叶准直器叶片2的前端面为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构6，可实现射束瞬时打开或关闭，每片电动多叶准直器叶片4由微型电机7驱动，可以快速定位到规定的任意位置，并且叶片4可以越过射野主轴。开关型多叶准直器叶片2和电动多叶准直器叶片4数量相同，并且在等中心处的投影宽度相等，并且两两对齐（如图1所示）。

利用开关型多叶准直器叶片2的瞬时开关功能，控制叶片2打开和关闭时间比例，可以对相应区域（见图示4-5）的射束强度调制；利用电动多叶准直器叶片4包围的区域的变化可以进一步限制照射区域，起到射野“适形”功能（见图示6-7）。图2左侧表示的是开关型多叶准直器叶片2处于关闭状态，右侧表示的是开关型多叶准直器叶片2处于打开状态，电动多叶准直器叶片4均处于射野外边缘，该装置用于医用放疗设备的适形调强照射准直，具有较好的射束调制能力。

其中，开关型多叶准直器叶片2是由重金属制成的薄片，具体分两种，一种是上半部分宽、下半部分窄，另一种是上半部分窄、下半部分宽，这两种叶片交替排列，相邻的叶片间形成凹凸槽，以减少漏射线。开关型多叶准直器叶片2的前端面为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构6，在控制系统的操纵下，使叶片2快速进入或反向退出射野，实现射束瞬时打开或关闭。

开关型多叶准直器1处于关闭状态时，开关型多叶准直器叶片2前端与射束中心轴对齐，两侧的叶片在等中心处形成两个相邻的照射区（见图示2-4），每个照射区最大宽度为5cm，每个叶片对应的窄条射野为1cm（叶片投影宽度）×5cm。如果叶片更薄，窄条射野宽度则更小。

所述的开关型多叶准直器1，按照治疗计划给出的强度分布要求，通过计算机控制开关型多叶准直器叶片2停留在射野内的时间，改变开关型多叶准直器叶片2打开和关闭时间比例，可以对相应区域的射束强度调制。

所述的开关型多叶准直器1，单侧叶片组可独立形成一个照射区，每个照射区在等中心处最大宽度为5cm，整个开关型多叶准直器可形成10cm宽的照射区。

电动多叶准直器叶片4的移动可以改变开关型多叶准直器1形成的照射区宽度，宽度范围为0.1-5cm；需要时，全部或部分电动多叶准直器叶片4可以越过射野主轴，最大过线距离为5cm；通过上、下两层准直器的配合可改变每个开关型多叶准直器叶片2对应窄条照射区长度，起到提高调制能力，也可进一步避让关键器官照射的作用。

如图3所示，电动多叶准直器3的框架上通过螺栓14固定导轨13，开关型多叶准直器1的框架由左、右两框架体组成，左、右两框架体分别安装在与导轨配合的左、右两滑块12上，左、右两框架体上均连接驱动装置，驱动装置包括电机8和丝杠传动机构，电机8安装在电动多叶准直器的框架上，丝杠传动机构包括丝杠9和安装在丝杠上的移动块10、丝杠螺母11，移动块10能够沿丝杠9移动，滑块12与移动块10固定连接，电机8驱动丝杠9。开关型多叶准直器2的运动由电机8用丝杠9拖动，开关型多叶准直器叶片2处于全部打开状态，并通过驱动装置使两组开关型多叶准直器叶片2整体后移，可提供更大的射束开口，仅使用电动多叶准直器3可以完成常规加速器的照射功能。

Claims (4)

1.一种双层多叶准直器，其特征在于：包括上层的开关型多叶准直器(1)和下层的电动多叶准直器(3)，开关型多叶准直器、电动多叶准直器均由相对排列的两组叶片组成，每片开关型多叶准直器叶片(2)的前端面为直端面，后端连接一个微型电磁驱动机构(6)，每片电动多叶准直器叶片(4)由微型电机(7)驱动，开关型多叶准直器叶片(2)和电动多叶准直器叶片(4)运动同向布局且数量相同；并且在等中心处的投影宽度相等，并且两两对齐。

2.根据权利要求1所述的双层多叶准直器，其特征在于：所述的开关型多叶准直器叶片(2)分两种，一种是上半部分宽、下半部分窄，另一种是上半部分窄、下半部分宽，两种叶片交替排列，相邻的叶片间形成凹凸槽。

3.根据权利要求1所述的双层多叶准直器，其特征在于：所述的电动多叶准直器(3)的框架上通过螺栓(14)固定导轨(5)，开关型多叶准直器(1)的框架由左、右两框架体组成，左、右两框架体分别安装在与导轨(5)配合的左、右两滑块(12)上，左、右两框架体上均连接驱动装置。

4.根据权利要求3所述的双层多叶准直器，其特征在于：所述的驱动装置包括电机(8)和丝杠传动机构，丝杠传动机构包括丝杠(9)和安装在丝杠(9)上的丝杠螺母(11)、移动块(10)，移动块(10)与滑块(12)固定连接，电机(8)驱动丝杠(9)，电机(8)安装在电动多叶准直器(3)的框架上。