CN103285526A

CN103285526A - 直线加速器中或与其有关的改进

Info

Publication number: CN103285526A
Application number: CN2013100633705A
Authority: CN
Inventors: C.W.珀金斯
Original assignee: Elekta AB
Current assignee: Elekta AB
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: CN103285526B; EP2634775A1; US20130221243A1; EP2634775B1; US8853636B2

Abstract

本发明涉及直线加速器中或与其有关的改进，用于放射治疗装置的初级准直仪可以由若干个层组成，每层包括若干个孔，并且每层是可移动的，以便选择特定的孔来建立初级准直仪形状。以这种方式，可以使初级准直仪的形状适合于初级准直仪组件和/或将射束过滤器结合到初级准直仪组件中。这在辐射头中节省了空间，同时还允许过滤器容易地互换。

Description

直线加速器中或与其有关的改进

发明领域

本发明涉及直线加速器，尤其是 (但不排他地)涉及用于诸如放射治疗（radiotherapy）的医疗应用中的那些直线加速器。

背景技术

直线加速器 (“linac”) 一般由电子枪、可选靶标和导向装置组成，该电子枪将电子加速到相对论速度，将电子射束引导到该可选靶标上以便产生x射线射束，该导向装置用以按需要来成形和引导所产生的电子或x射线射束。

用于意图用于医疗用途的直线加速器的导向装置一般包括初级准直仪，用以将射束限制成一般圆锥形的形状，一个或多个一定范围的过滤器，用以调整射束中存在的能量和/或调整那些能量的分布，以及各种次级准直仪，诸如块准直仪和多叶准直仪。初级准直仪和任何过滤器旨在创建均匀的通用宽孔x射线或电子射束，然后通过次级准直按照对于特定治疗的需要将其成形。

可用于在这样的装置中使用的过滤器，通常包括固体材料（诸如镍）的部分，其具有与需要从x-射线射束中被移除的能量相对应的x-射线吸收光谱，平整过滤器，其具有跨越射束场的变化厚度（或其他属性），以便减轻跨越该场的射束强度上的不规则性，以及（用于电子束的）过滤器，其具有能够调节射束和/或保存直线加速器内的真空的材料和厚度。

目前，这样的射束修正过滤器必须被定位在初级准直仪轮和次级准直设备之间。它们通常被放置在旋转的圆盘传送带（carousel）之中或之上，该圆盘传送带被允许以不干扰准直仪结构的方式自由旋转。然而，过滤器将产生散射的X-辐射（如将放置在射束中的任何物体），所以需要在过滤器周围的适当位置安放进一步屏蔽，以防止从头部逃逸的不希望的泄漏辐射。这转而增加了头部的质量，并因此增加了头部支撑臂上的机械负荷。

因此，通过在构造期间将所需要的过滤器和射束修正器的组合放置到每个直线加速器机器中，来使当前直线加速器构造适应每个客户的需要，以便允许客户已经选择的射束能量选项。

US4198570公开了一种系统，其中电子靶标和射束修正部件被包含在初级准直仪内。源、准直仪和过滤器全部保持在相同的单一组件中，并且似乎没有能力去互换不同的过滤器。

US2011/0075815公开了一种系统，其中用于放射治疗设备的射束过滤器处于能通过电子射束进行旋转的轮上。旋转板也可以沿轴被平移以允许为了射束验证而定位光场发生器。

WO2009/138753公开了一种能够提供治疗（MV）辐射射束和研究（kV）辐射射束两者的直线加速器。在常见的滑动基板上提供了一对初级准直仪，使得一个或另一个初级准直仪可位于由加速器产生的电子射束的路径中。每个初级准直仪都具有相关联的靶标，使得一个产生MV x-辐射而另一个以kV能量产生韧制辐射（bremsstrahlung）x-辐射。后者具有位于初级准直仪内的相关联的电子吸收器。在初级准直仪之后在圆盘传送带上提供了另外的可互换过滤器，以调节供使用的x-射线射束。

发明内容

因此，本发明提供了放射治疗装置，包括用于产生电子的射束的直线加速器，可选地包括用于从电子射束产生电离辐射的射束的x-射线靶标，用于在第一程度上对由此产生的射束进行划界的初级准直仪，用于在第二且更小的程度上对射束进行划界的至少一个可变几何形状的准直仪，其中所述初级准直仪由相对射束横向布置的多个层组成，每层具有多个孔并独立地可移动，以便将这些孔中所选的一个带到射束路径中，从而限定了由来自每层的孔所组成的完整的准直仪形状。

x-射线靶标可以是永久存在的，使得由此产生的射束始终是x-射线射束，或者它可以被完全省略，使得由此产生的射束始终是电子射束，或者其可以存在于机器内且可移动，以便允许按照由操作者做出的选择来使由此产生的射束是电子射束或x-射线射束。在后者的情况下，x-射线靶标可以在两个位置之间可移动，其中一个位置位于电子射束中，以便基本上吸收电子射束并产生x-射线射束，以及另一个位置基本上位于电子射束之外。

组成多个层的这些层可以是通过旋转或通过平移而可移动的。如果所有层是专门通过旋转而可移动的，或者所有层是专门通过平移而可移动的，则其将通常是更容易的，但可以设想一种布置，其中一些是通过旋转而可移动的，而一些是通过平移而可移动的。

用于射束的一个或多个过滤器可以被放置在孔内。以这种方式，通过适当选择或取消选择包含过滤器的孔，可以将过滤器容易地移动到射束之中或之外。理想的情况下，若干个孔包含过滤器；这些孔可以在同一层中（以便允许选择过滤器）或在不同的层中（以便允许过滤器被组合）。这些过滤器可以具有不同的性质，诸如允许产生所期望的效果或迎合不同类型的射束（电子或x-射线）。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1说明了直线加速器的典型已知形式的一般布局；

图2说明了按照本发明的初级准直仪; 以及

图3、4、5和6示出了多层准直仪的替代实施例。

具体实施方式

图1示出了WO2009/138753的直线加速器10。诸如直线加速器的（示意性说明的）电子枪12被封闭在真空腔室内，该真空腔室具有外部壁14。该壁14具有孔16，其由滑动载体18所覆盖，该滑动载体18包括钨/铜层化的x射线靶标和电子窗口。在一个位置中，载体18被移动，使得靶标覆盖孔16。在另一位置中，载体18被移动，使得电子窗口覆盖孔。因此，在任一位置中，真空腔室14保持密封，但由电子枪12所产生的电子射束46将穿过电子窗口，或将与x-射线靶标进行相互作用以产生的x-射线射束，并在该过程中被吸收。以这种方式，x-射线或电子射束的选择是可用于治疗用途的。

本发明当然可应用于只具有x射线靶标（并因此不能够产生电子射束）或只具有电子窗口（并因此不能够产生x-射线射束）的设备。然而，大多数商业放射治疗设备能够具有这两种射束类型。

紧接在腔室14外侧的是初级准直仪组20。该组20包括第一初级准直仪22和第二初级准直仪24，将利用铝支承支柱保持在适当位置的碳吸收器26插入到该第二初级准直仪24中。组20在两个位置之间是可转位的，类似于滑动载体18，使得两个初级准直仪中的一个初级准直仪被呈现在孔16的前面。

在初级准直仪组20下面，存在机动的过滤器圆盘传送带28。其被安装在向孔16下面的一侧偏移的轴上，并包括多个过滤器凹槽。（在这种情况下）第一过滤器凹槽30是空的，虽然其可以替代地包含传统的平整过滤器。第二个过滤器凹槽包含所谓的“领结型”过滤器32。领结型过滤器出于各种原因而被用在CT（计算断层照相法）扫描中，包括用以均衡信噪比，和消除某些图像伪像等。通常，领结型过滤器被用于针对在患者体内的不同厚度区域补偿 X-射线衰减，使得在检测器处产生均匀的X-射线强度。其允许更大的强度在射束的中心区域中传递，逐步衰减更加朝向外边缘的射束。

在领结型过滤器32下面，存在离子腔室34和通常被指示为36的一组准直仪。这可以包括诸如多叶准直仪38、块准直仪40等等的元件，其在横向于射束的一个或多个平面中操作。

在准直仪下面通常将存在支撑在患者台上的病人42。患者台下面是平板闪烁器检测器44（如上面所描述的），其被安装在自动成像器臂（未示出）上，该自动成像器臂可以按需要将平板检测器44延伸到适当位置或将其收回。

通常，整个辐射头被如此安装，以便带上平板检测器44与其一起围绕水平轴I可旋转。患者42被支撑在患者台上使得该轴在患者内。该轴与由辐射头所产生的射束的中心的交点，通常被称为“等中心点（isocentre）”。通常使患者台机动，使得患者42可以按需要被定位，其中使肿瘤部位在等中心点处或靠近等中心点。

使用中的大多数辐射头比上面所描述的更简单，并包括（例如）交替的初级准直仪，根据辐射头是在x射线产生模式中还是在电子射束产生模式中，一个初级准直仪有电子窗口而一个没有。通常情况下，全部包括用于将一个或多个过滤器插入到射束中的圆盘传送带28，一个或多个过滤器诸如是领结型过滤器或平整过滤器。

如在图2中所说明的，本发明的想法是创建 “混合和匹配”的射束修正设备，其在相同结构内包含对于准直和能量修正两者所必要的多个元件。为了实现此，提供了初级准直仪，其被分成至少两个不同的部分（在这种情况下是三个），其中的每个被安装到轮上（参见图3至6）或安装到用于移动该部分的替代装置上，诸如滑动层（图2）上，使得若干替代的准直部分可以被移动到射束路径中。以这种方式，与现有的系统相比，在更大数量的不同的射束的配置之间进行切换是更容易的。

因此，图2示意性地说明了根据本发明的初级准直仪的主要部分，以代替图1的初级准直仪组20和任选代替机动过滤器圆盘传送带28。上滑动部分A、中间滑动部分B、和下部滑动部分C都被提供在适当的支架（未示出）上，并能够相对彼此横向滑动，并独立于彼此。每个滑动部分具有（在这种情况下）被成形为截锥形部分的三个准直孔50、52、54，其被如此一起定尺寸，使得来自上滑动部分、中间滑动部分和下滑动部分中的每个的准直孔共同定义准直仪形状，该准直仪形状是初级准直仪的期望形状。

因此，上滑动部分A具有三个孔50A、52A和54A，中间滑动部分B具有三个孔50B、52B和54B，以及下滑动部分C具有三个孔50C、52C和54C。如所说明的，孔52A，52B和52C与射束路径56成直线，但这些滑动部分可以被调整，以便通过使用三个上孔50A、52A和54A中的任意一个，加上三个中间孔50B、52B和54B中的任意一个，以及三个下孔50C、52C和54C中的任意一个，来校准射束56。

这些孔都是有圆锥形面的，具有从上孔到下孔逐渐增加的尺寸，以便当对齐时，它们一起限定平滑的圆锥形状，其是初级准直仪的典型的熟悉的圆截面锥体。在这个例子中，所有的上孔在形状上是相同的，所有的中间孔和所有的下孔也是相同的，但这不一定是这样的，并且滑动部分可以包括具有替代形状的或替代表面处理的孔。同样地，三个滑动部分都具有相同数量的孔，但是如果证明有必要，那么一个或多个滑动部分可以被提供有比其他部分更多或更少数量的孔。

因此，滑动部分被如此支撑，使得来自每个滑动部分的一个准直孔可以位于射束路径中以一起限定初级准直仪。进一步，滑动部分可以被移动，使得来自每个滑动部分的选择的准直孔与射束路径一起被带到寄存器中并且有助于初级准直仪形状。

每个滑动部分的每个孔还被提供有射束修正元件，其可以是射束调节过滤器、平整过滤器、领结型过滤器、根本没有过滤器（即，空的）、或任何其他形式的射束修正元件中的一个。调节过滤器通常包括具有足够厚度的元件，该元件具有在与需要从射束移除或衰减的能量相对应的能量（或频率）下的x-射线吸收峰值。镍通常被用于此目的。平整过滤器在其中心部分中在更大程度上，并在其边缘处在更小程度上设法对射束进行衰减，因为由加速器产生的“原始”射束，常常在其中心部分具有更大的强度。因此，平整过滤器创建了更加均匀的射束，其图像更容易利用人眼来解释。领结型过滤器则相反，在患者体内发生大部分衰减的它的中心部分中创建更强的射束，并且其图像因此对CT重建更为敏感。然而，每个滑动部分的确具有至少一个空孔（即，根本没有过滤器），以允许执行电子射束治疗或无过滤器X-射线治疗。

在这个例子中，如下对孔进行填充：

	孔 50	孔 52	孔 54
				上部分 (A)	空	调节过滤器 1	调节过滤器 2
中间部分 (B)	空	平整过滤器 1	平整过滤器 2
				下部分 (C)	空	领结型过滤器	调节过滤器 3

因此，过滤器能以宽范围的组合来被提供。例如，调节过滤器1加平整过滤器2可以通过移动滑动部分以便对齐孔52A、54B和50C来提供。替代地，调节过滤器1和3加平整过滤器2可以通过移动滑动部分以便对齐孔52A、54B和54C来提供。现有的布置可能常常限制能够以组合来提供的过滤器的数量和/或性质，而本发明克服了这点。

其中包含了这些不同的射束修正元件的结构被固有地设计成包含散射的X辐射。这种屏蔽通常有必要在任何情况下围绕初级准直仪，所以这对结构增加了很少或没有额外重量。然而，过滤器圆盘传送带28连同先前被提供来迎合其所创建的散射X辐射的屏蔽一起不再被需要且可以在其整体上被省略。因此，总体而言本发明的设计提供了一种射束准直仪/修正器结构，其具有的总深度和重量小于如果准直仪与射束修正过滤器分离的情况。其中包含射束准直仪/修正器结构的辐射头的深度，需要在构台臂和患者之间被容纳，并且低轮廓头是有利的。因为该头部必须在支撑臂的端部处以悬臂的方式被支撑，所以该头部的重量上的减少也提高了该头部的定位的机械精度。

图3至图6示出的是，可以存在多种不同的方式来为了空间效率而布置这种类型的射束准直和轮廓调整（即，射束的能量组成或跨越射束的强度分布）。变量包括准直仪层的宽度和深度、转动轴的移动和放置在每层中的过滤器的类型（在某些情况下，孔被示为空白，仅为了说明孔变化）。还应当注意的是，该轮可以由一种类型以上的材料制成。例如，具有必要的结构刚性的合适的基体材料（matrix material）可被用于每层的主体，其中出于校准X射线的目的来将更高的衰减材料套筒插入到基体材料中。对于电子准直而言，由于电子的更差的材料穿透属性，该套筒材料可被制成甚至更薄。以这种方式，可以减少成本、重量、和加工时间。对于旋转的层，中心轴可被用于旋转轴在层之间对齐的那些系统。替代地，可以提供该轮外侧周围的轴承或齿轮齿。

因此，图3示出了具有三层62、64、66的系统60，所有层具有相同的厚度且所有层位于共同轴线68上的轴颈。每层包括一对孔（A和B），一个是空的且一个包含各种类型的过滤器。因此，孔62A、64A和66A都是空的。孔62B包含基于镍的射束修正过滤器，孔64B包含平整过滤器，以及孔66B包含领结型过滤器。因此，可以在具有或不具有射束修正过滤器的情况下，通过适当旋转层62、64、66来将适当的孔与射束路径70对齐并建立初级准直仪，来提供平整过滤器、领结型过滤器、或两者皆无的任何组合。

图4示出了系统80，其中层82、84、86的宽度沿着射束路径90逐步增加。这些层都共享共同的旋转轴88。由于需要被建立的初级准直仪形状的圆锥形性质，最上面的层82（即，最接近源的层）具有更小的孔，以及最低的层86具有更宽的孔。因此，在孔周围提供相同的材料深度将意味着，上层可以比下层宽度更小，减少材料使用和重量。

图5示出了系统100，其中其进一步采取一个步骤。通过将孔更接近该层的旋转轴进行放置而更进一步减少上层102的宽度。这意味着，为了沿相同的射束轴110定位孔，每层都需要其自己的旋转轴。因此，上层102绕第一轴112旋转，中间层104围绕第二轴114旋转，以及下层106绕第三轴116旋转。将轴112、114、166与射束轴110进一步逐渐间隔，以便将逐渐变大的孔如所示的成一直线放置。

图6示出了系统120，其中三个层122、124、126沿射束轴130具有不同的深度，适合于被容纳在所涉及的孔内的过滤器的深度。这些层被示出具有变化宽度，并处于如图4中的共同的旋转轴128上的轴颈，但它们当然可以具有如在图3中所示出的相同的宽度，或如在图5中所示的个别旋转轴。实际上，在图3至6中所示的变化可以按需要而进行组合。

当然，将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对以上描述的实施例做出许多变化。

Claims

1. 放射治疗装置，包括：

直线加速器，用于产生电子的射束，

任选地，x-射线靶标，用于从电子射束产生电离辐射的射束；

初级准直仪，用于在第一程度上对由此产生的射束进行划界；

至少一个可变几何形状准直仪，用于在第二且更小的程度上对射束进行划界；

其中，所述初级准直仪由相对射束横向布置的多个层组成，每层具有多个孔并独立地可移动，以便将这些孔中所选的一个带到射束路径中，从而限定了由来自每层的孔所组成的完整的准直仪形状。

2. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中多个层中的至少一个层是通过旋转可移动的。

3. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中多个层中的至少一个层是通过平移可移动的。

4. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中所述孔中的至少一个包含用于射束的过滤器。

5. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中所述每个层中的至少两个均包括孔，所述孔包含用于射束的过滤器。

6. 根据权利要求5的放射治疗装置，其中所述过滤器是不同的。

7. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中所述层中的至少一个包括至少两个孔，所述至少两个孔包含用于射束的过滤器。

8. 根据权利要求7的放射治疗装置，其中所述过滤器是不同的。

9. 根据权利要求1的放射治疗装置，其中x-射线靶标是在两个位置之间可移动的，其中一个位置位于电子射束中，以便基本上吸收电子射束并产生x-射线射束，以及另一个位置基本上位于电子射束之外。