CN106456992B - 用于放射疗法的准直装置 - Google Patents

Abstract

通过将立体定位圆锥作为孔口并入块状准直器中，所述立体定位圆锥可以容易地、安全地放置到射束中并且接近患者。在任何一个时间处不需要的孔口可以被多叶式准直器的叶片所覆盖。因而，我们公开了一种放射疗法装置，其包括适配成发射辐射射束的辐射源、用于限定射束的范围的主准直器、以及用于针对放射疗法准确地对射束成形的准直器结构，准直器结构包括包含多个相邻的伸长叶片的第一准直器，每一个在横向于辐射射束的第一方向上可控制地可延伸到射束中，以及至少一个块状准直器，其在横向于辐射射束并且横向于第一方向的第二方向上可控制地可延伸到射束中，其中块状准直器具有经对准以准许射束穿过的至少一个孔口。孔口因而优选地为圆锥形状，并且可以为通孔，其可以为空的或者填充有辐射可透过的材料。在块状准直器中可以存在若干孔口，以便提供若干立体定位圆锥。这些可以具有变化的尺寸。

Description

用于放射疗法的准直装置

技术领域

本发明涉及用于在放射疗法中使用的准直装置。

背景技术

放射疗法包括向人体内的病变部（诸如肿瘤）应用有害辐射。辐射干扰病变部内的细胞过程并且缓解状况。放射疗法内的基本考虑是最大化递送给病变部的剂量并且最小化递送给周围健康组织的剂量的影响。这以许多途径来完成。

一种是以时间之上分离的数个“小部分”递送剂量，诸如在相继天内。另一种是从多个不同方向递送辐射，因而仅向周围组织递送部分剂量。通常，这通过将辐射源安装在围绕轴线可旋转并且沿与该轴线一致的射束方向定向的构台上而完成，由此从横向于轴线的平面内的（潜在地）所有方向递送辐射。另一种方法是使用合适的准直器对射束的截面轮廓进行成形，诸如以在沿射束轴线观看时符合病变部的外部截面，或者符合经计算以递送将朝向期望的三维剂量分布累积而建立的剂量的另一形状。通常，将采用所有三种的某种组合。

关于射束的准直，可以使用块状准直器和所谓的“多叶式”准直器的组合来对待大多数肿瘤。块状准直器是射线不能穿透的材料（诸如钨）的实心块，其通常具有跨越设备的孔口的整个宽度的笔直前边缘，并且其可以跨孔口在横向于前边缘的方向上推进和/或撤回。因而，块状准直器具有根据需要来调节孔口的宽度的效果。布置成面对面的一对这样的准直器因而可以从两个相对侧使孔口变窄。

多叶式准直器（诸如在我们早先的申请EP-A-0.314.214中公开的准直器）包括射线不能穿透的材料的长、窄、深叶片的阵列，其中每一个延伸到孔口中并且从孔口延伸出来。以并排方式布置，因此叶片的尖端限定所选形状，其可以通过延伸或收缩个体叶片而随意变化。

叶片和块状准直器二者通常具有圆形尖端以便减少它们投射的半影并且因而改进所允许通过的射束的限定。因此这的确意味着，相对的准直器元件不能延伸使得它们完全相遇并且闭合场。通常，孔口将通过在一个方向（比方说，y方向）上操作的一对相对的块状准直器以及在横向方向（比方说，x方向）上操作的一对相对的多叶式准直器（“MLC”）堆（bank）而准直，两个方向横向于射束的方向（z方向）。我们早先的申请WO2008/141667公开了用于块状准直器叶片的设计，其可以与MLC叶片协作以便最小化块状准直器元件的必要重量；读者特别地参考该公开内容（其通过引用并入于本文）以得到对本发明的更完整的理解。

为了产生非常小的辐射场，标准MLC和块状准直器的分辨率通常太粗糙，并且二者的圆形尖端不适于形成非常窄的射束。因此，通常使用微型MLC或“立体定位圆锥”中的一个。微型MLC类似于标准MLC，但是要小得多。然而，这对于工程师而言是非常困难的，因为叶片非常薄并且因此刚性较小。立体定位圆锥提供了一系列预设形状和尺寸，诸如5mm、10mm、15mm和20mm直径圆形，并且被提供为“附带”准直器，其可以在需要的情况下和需要的时候附连到辐射头。这些通常适配到辐射头的外部，在射束的路径上，以便将它们放置得尽可能接近患者以用于最佳精度。作为可替换方案，US2014/0048727公开了集成到与主准直器相邻的射束生成系统中的立体定位圆锥；这对于操作者而言将更便利，但是以递送方面的较小精度为代价。

发明内容

我们想要提供立体定位圆锥，其可以容易地并且安全地放置到射束中，但是仍然可以处于正确位置中以实现必要的精度水平，即接近患者。

为此目的，本发明提出一种放射疗法装置，包括适配成发射辐射射束的辐射源，以及用于限制射束的侧向范围的准直器结构，准直器结构包括主准直器，准直器包括多个相邻伸长叶片，每一个在横向于辐射射束的第一方向上可控制地可延伸到射束中，以及至少一个块状准直器，其在横向于辐射射束并且横向于第一方向的第二方向上可控制地可延伸到射束中，其中块状准直器具有经对准以准许射束穿过的至少一个孔口。

因而，当需要立体定位圆锥时，块状准直器可以充分地延伸以将孔口放置在辐射射束内，孔口然后充当立体定位圆锥。孔口因而优选地是圆锥形状。当不需要立体定位圆锥时，块状准直器可以如正常那样使用，并且MLC叶片按照需要延伸以便覆盖孔口。因为块状准直器可以位于MC/第一准直器下面，所以相比于US2014/0048747的那样而言，它可以大体上更接近患者。的确，可能使块状准直器成为辐射头的最后射束成形元件，并且因此的确非常靠近患者。因而，块状准直器可以与辐射源的外部盖体相邻（在射束方向上）。

孔口可以是通孔，其可以是空的或者填充有辐射可透过的材料。块状准直器中可以存在若干孔口，以便提供若干立体定位圆锥。这些可以具有变化的尺寸。在存在至少三个孔口的情况下，孔口的每一侧上的最小总体间距优选地为2d，使得2d≥(w-a)，其中w是第一准直器的叶片的宽度并且a是孔口的直径。如果孔口的任一侧上的间距不相等，则2d将是两个间距之和并且d将是它们的平均。理想地，在这些孔口中，没有两个的尺寸相同。

块状准直器可以具有第一厚度的中心区，其侧面是第二且更小厚度的侧面区，其中孔口位于中心区中。其可以具有第一厚度的前边缘部分。可替换地，其可以包括在第二方向上延伸并且孔口定位于其中的脊部部分，以及在任一方向上横向于脊部部分延伸的前面部分以限定T形状。因而，前面部分可以在第一方向上延伸。脊部区因而可以具有第一厚度，侧面是具有第二且更小厚度的侧面区。

典型地，将存在两个块状准直器，即第一块状准直器和第二块状准直器，每一个从相对侧延伸到射束中。在该情况下，我们此处偏好在两个块状准直器上都有孔口。优选地，第一块状准直器包含的孔口全部具有与第二块状准直器上的每一个孔口不同的尺寸，以避免重复（duplication）并且提供最大范围的尺寸。为了允许空间中可用的最大数目的孔口，并且因而提供尺寸的最宽选择，一个块状准直器的最小孔口的尺寸可以设定在另一个块状准直器的最小和次小孔口的尺寸之间。同样地，一个块状准直器的最大孔口的尺寸可以设定在另一个块状准直器的最大和次大孔口的尺寸之间。我们偏好的是，在块状准直器具有多于一个孔口的情况下，最小者定位成最靠近块的前边缘（即，位于辐射射束中的边缘）。

装置优选地包括控制装置，其在第一模式中时适配为延伸第一准直器的叶片以便覆盖孔口。在对应于立体定位圆锥的使用的第二模式中，其将延伸块状准直器以便将该孔口或者它们中的一个放置在放射射束中，并且利用MLC的叶片覆盖任何其它孔口。其还可以利用MLC的叶片覆盖块状准直器的任何其余区域或者局部较薄的区域。

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示出了块状准直器和多叶式准直器的已知布置；

图2示出了沿射束轴线观看时根据本发明的用于放射疗法头的块状准直器和多叶式准直器；

图3示出了横向于射束轴线观看时图2的块状准直器和多叶式准直器；

图4示出了在没有使用立体定位圆锥的情况下图3的准直器；

图5示出了在没有使用立体定位圆锥的情况下作为本发明的第二实施例的块状准直器和多叶式准直器；

图6示出了在使用所选立体定位圆锥的情况下图5的实施例；以及

图7图示了孔口相对于叶片尺寸的间距。

具体实施方式

参考图1，示出了沿常规准直布置的射束轴线的视图。准直器的目的是允许具有期望截面的射束的透射并且提供射束场（即，射束的最大范围）的其余部分的尽可能完全的遮蔽。为了允许射束的成形，提供多叶式准直器（MLC）10，其包括在两个相对阵列10a、10b中相对于彼此并排布置的射线不能穿透的材料（诸如钨）的一系列个体叶片12。因而，下部阵列10a在x方向上从场的一侧延伸到射束场中，并且上部阵列10b在x方向上从场的相对侧延伸到射束场中。叶片12各自可以与其它叶片独立地移动以便限定相对的叶片堆10a、10b的尖端之间的所选形状14。每一个叶片在其横向（y）方向上是薄的以提供良好分辨率，在（z）方向上是深的以提供充分吸收，并且在其纵向（x）方向上是长的以允许它跨越场延伸到期望的位置。一般地，叶片的纵向长度将大于其深度，并且二者将远大于其横向厚度。

为了允许以下事实：来自相对堆10a、10b的直接相对的MLC叶片12不能充分接近彼此（如上文所述）以关闭场的部分，并且通常存在通过相邻叶片之间的间隙的某种程度的泄露，还提供一对块状准直器16、18。这些包括一对诸如钨之类的射线不能穿透的材料的实心块，其在y方向上从场的两个相对侧向内延伸。它们具有前边缘，其跨越场的整个宽度并且其是笔直的（在x方向上），并且其各自可以在横向于前边缘的方向上跨越场独立地推进和/或撤回。因而，块状准直器提供了沿y方向与场形状隔开的位置中的附加遮蔽，从而限制相对叶片的尖端之间以及相邻叶片之间的叶片间泄露。

图2示出了该布置的发展，其基于我们早先的公开WO2008/141667的概念，但该公开也并入本发明。如在WO2008/141667中所公开的，块状准直器20在重量方面通过如下方式而减小：其有具有常见厚度的脊部22和前边缘24，在脊部22的任一侧上并且在前边缘24后面侧面是在射束的（z）方向上基本上更薄的侧向区26、28。图2示出了一个块状准直器20，但是通常将存在从场的相对侧延伸的第二块状准直器。如图2和WO2008/141667中所示，由块状准直器20覆盖的区中的MLC叶片12延伸成以便覆盖较薄的侧向区26、28。相对叶片12之间不可避免的间隙因此由较厚的脊部区22覆盖，而侧向区26、28仅需要阻挡来自MLC叶片12之间的泄露。在脊部22和具有基本上与脊部22相同的厚度的前边缘24的接合处提供三角形过渡区30，以便允许MLC叶片12有时间在x方向上延伸或收缩到脊部位置，而同时块状准直器20本身在y方向上跨越场延伸或收缩。过渡区30的最小形状和尺寸由准直器元件的各种移动速度指定，如在WO2008/141667中所解释的那样。

脊部22和过渡区30的具体形状可以按照期望变化，并且（特别地）不必使脊部22处于块状准直器的中心线处，尽管那常常可能是最为便利的位置。等同地，不必使本发明的块状准直器具有在WO2008/141667中描述的类型（尽管我们的确偏好这一点），并且本发明可以应用于简单朴素的块状准直器，诸如在图1中示出的那个，或者块状准直器的其它设计。

根据本发明，在块状准直器中提供辐射可透过的孔口32。一般地，无论如何都将避免这一点，因为块状准直器的目的是提供对辐射的完全阻挡并且孔口与该原理相悖。然而，这意味着，当期望时，块状准直器可以延伸成以便使孔口32定位在射束场中的期望位置处，通常为中心。这暗示着，孔口应当理想地处于块状准直器的中心线处。在块状准直器具有脊部22的情况下，孔口32优选地位于脊部22上以便在紧密围绕孔口32的区中提供充足衰减。在该区中脊部可以较厚，如果期望的话。MLC叶片12然后可以延伸成覆盖侧向区26、28，如之前那样。

孔口32因而可以充当立体定位圆锥，从而将辐射射束限制成刚好为（由孔口的尺寸指定的）期望直径的笔形射束。孔口32因此优选地为截头圆锥形状，从而匹配射束在该位置处的发散角度以便提供具有最小半影的射束。孔口32可以是中空的，或者其可以填充有辐射可透过的材料，诸如有机玻璃或玻璃。

在以常规方式使用装置的情况下，即在由块状准直器和MLC准直器而不是以立体定位方式进行准直的情况下，MLC叶片12可以简单地跨孔口32延伸以便覆盖它并且基本上防止透射通过孔口32，如在图2中所示，其中个体叶片36、38一起覆盖孔口32。脊部22可能需要制成稍微宽于情况原本将是的那样，或者稍微偏置，以提供充足宽度来覆盖相对的MLC叶片12之间的间隙34。

图3和4示出了在图2的x-z平面中通过放射疗法头的相关部分中的截面。常规点状辐射源40由x射线目标（没有在图3和4中图示）形成，由线性加速器（没有在图3和4中图示）产生的电子射束定向到x射线目标上。这通过允许产生圆锥形x射线射束42的圆锥形主准直器49而成形。这然后以常规方式进行滤波和测量。主准直器49（仅在图3中示出）是以基本上对于辐射不透明的材料的块的形式，诸如钨，其中将孔口（通常为截头圆锥形）加工到该块中以便在X射线目标（没有示出）处创建它们之后限定x射线射束的范围。

图3示出了以立体定位圆锥模式使用的装置。因而，块状准直器20定位成使得孔口32处于射束场的中心处并且块状准直器基本上覆盖所有射束42。MLC叶片12推进到射束42中以覆盖较薄的侧向区26、28；如果块状准直器是如图1中所图示的常规块状准直器，则这可以被视为不必要的，尽管这样做将有助于减少泄露。MLC叶片12和块状准直器20提供了用于放射疗法的射束的准确成形。尽管MLC叶片12在图3和4中被示为相比于块状准直器20而言更接近辐射源，但是本领域技术人员将领会到，这些位置可以颠倒，使得块状准直器20相比于MLC叶片12而言更接近源40。

图4示出了处于正常操作模式中的装置，其中由主准直器（没有示出）形成的圆锥射束通过MLC 10和块状准直器20而成形。所图示的块状准直器20可以处于由当前要求的射束形状所需要的任何位置处，并且相关MLC叶片12推进成以便在孔口32之上阻挡射束42。相对的叶片12将推进成以便覆盖相关侧向区26。相对叶片之间的间隙被与孔口32相邻的块状准直器20的脊部区22的部分所覆盖。

图3和4还示出了包含准直器（等）的放射疗法头的外壳44的部分。这具有不透明的外部部分46，它保持准直射束通过其发射的玻璃或有机玻璃窗口48。窗口可以是不透明的（只要其是辐射可透过的），但是优选地是透明的，因为放射疗法头常常包括处于与x射线源光学上等同的位置中的可见光源，以提供关于准直器的操作的视觉检查。如在图3和4中可见，块状准直器20是辐射头的最后射束成形元件，其靠近地位于窗口48的前面，窗口48限定头的外部形状。因而，孔口32将尽可能准确地限定用于立体定位射束的形状，而不要求将附加射束成形设备固定到辐射孔口的外部。

图5和6示出了本发明的第二实施例并且图示了沿射束的方向（即z方向）的块状准直器和MLC叶片。这些准直器适配在原本常规的辐射头内。辐射头产生具有矩形最大场50的x射线射束。这在y方向上（如之前那样）通过一对块状准直器而准直，这对块状准直器为从场50的下部向上延伸（在图5和6中）的第一块状准直器52以及从场50的上部向下延伸的第二块状准直器54，从而一起在y方向上对射束定界。在x方向上，一对MLC叶片堆56、58各自包括并排布置并且在x方向上可延伸到场50中的多个叶片60以限定所选轮廓。两个准直器集合因而限定期望的射束形状62，其中由MLC叶片和块状准直器限定的形状在形状的任一侧上提供附加阻塞（backup）。

如之前那样，块状准直器各自包括中心脊部区64的任一侧上的较薄侧向区66、68，其从准直器的后部引向与脊部64基本上相同厚度的前边缘68。因而，如之前那样，MLC叶片60推进成以便覆盖较薄侧向区66、68，其中相对叶片60之间的间隙由脊部区64所覆盖。

在该实施例中，每一个块状准直器在其脊部区64内承载若干孔口，其全部具有不同尺寸。因而，第一块状准直器52具有三个孔口70a、70b、70c，并且第二块状准直器54具有三个孔口70d、70e、70f。在每一个准直器上，沿块52、54的中心线，孔口70沿相应脊部64线性布置。脊部64稍微从块52、54的中心偏置使得存在到孔口70的一侧的充足空间以便覆盖相对叶片60之间的间隙。如所图示的，脊部64是直边式的，但是情况未必如此，并且脊部64可以在远离孔口70的区中（在一侧上或者另一侧上）变窄。

每一个孔口70具有不同尺寸，以便提供用于立体定位圆锥的尺寸的选择。为了允许辐射通过准直器集合的最小可能泄露，孔口以尺寸次序进行放置。因而，最小孔口70放置成最接近前边缘68，并且最大孔口70放置成最远离前边缘68。因为最接近前边缘68的块状准直器52、54的区是在射束场50中最常见的部分，所以这最小化了在任何特定时间处于射束场50中（并且因而仅被一个或多个MLC叶片所覆盖）的孔口的平均面积。

同样地，孔口分布在块状准直器52、54之间，使得最小孔口70a放置在（比方说）第一块状准直器52上，并且次小孔口70d放置在另一个块状准直器54上。第三小的孔口70b然后与第一块状准直器52上的最小孔口70a相邻，等等，其中从一个块状准直器向另一个交替的孔口的尺寸量级增大，从而允许最小化泄露。

因为孔口沿基本上与y方向平行的直线定位，所以这意味着，每一个接连的孔口可以移动（当使用时）到辐射场内的一致点。这意味着，孔口尺寸可以有效独立地并且在不要求头位置中的对应调节的情况下变化。此外，将该直线放置为沿辐射场的中心意味着，孔口可以放置在场的中心处，与辐射射束中的峰值对准，并且创建最小半影。然而，其它布置可以允许更多数目的孔口，如果认为这是必要的话。

图6示出了处于立体定位圆锥模式中的装置。在该实例中，所需要的圆锥尺寸是孔口70e的圆锥尺寸。第三块状准直器52因此从场的中心撤回，并且第二块状准直器（承载所选孔口70e）延伸为将孔口70e放置在辐射场的中心处。MLC叶片60然后延伸成使得其尖端位于与孔口70相邻的脊部64的区之下，其中排除（在该情况下）在必要的情况下撤回以暴露所选孔口70e的两个叶片64a、64b。

在该示例中，在每一个块状准直器上存在三个孔口。为了确保任何所选孔口可以在其它孔口中唯一地暴露，任一侧上的中心孔口70e和孔口70d、70f之间的间距应当充足以允许阻挡两个外部孔口70d、70f。这要求与撤回以暴露中心孔70c的一个或多个叶片紧密相邻的叶片能够完全覆盖两个外部孔口70d、70f。换言之，孔口之间的间距应当充足使得需要撤回以便暴露所讨论的孔口的一个或多个叶片不应当还暴露相邻孔口。图7图示了在其中叶片相对于孔口尺寸宽的情况下的实践中的这种约束，并且暗示着孔口间距至少为d，使得2d≥(w-a)，其中w是MLC的叶片60的宽度并且a是所讨论的孔口70e的直径。这从不等式w≤2d+a可导出，其是确保被撤回以便暴露中间孔口70e的特定叶片60不会还暴露相邻孔口70d、70f的任何部分的约束。如果孔口的任一侧上的间距不相等，则d可以被测量为它们的平均，即2d将是孔口的任一侧上的两个间距之和。在叶片宽度小于孔口的尺寸（即，w＜a）的情况下，其它约束将适用。一般地，适用的精确约束将取决于所讨论的系统的几何结构，包括如使用中的孔口相对于叶片边缘的精确意图位置这样的因素。

将通常需要一些形式的控制装置以便将适当控制指令发送给准直器和射束产生装置。最简单地，这将在第一模式中用来在任何一个时间处按照要求而延伸第一准直器的叶片以便覆盖孔口。在对应于立体定位圆锥的使用的第二模式中，其将延伸块状准直器以便将孔口或它们中的一个放置在辐射射束中，并且利用MLC的叶片覆盖任何其它孔口。其还可以利用MLC的叶片覆盖块状准直器的任何其余区域或者局部较薄的区域。通常，这样的控制装置将是适当编程的计算机。

当然将理解到，可以对以上描述的实施例做出许多变形而不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.放射疗法装置，包括适配成发射辐射射束的辐射源，以及用于限制射束的侧向范围的准直器结构，所述准直器结构包括：

主准直器；

包括多个相邻的伸长叶片的第一准直器，每一个在横向于辐射射束的第一方向上可控制地可延伸到射束中；以及

至少一个块状准直器，其在横向于辐射射束并且横向于第一方向的第二方向上可控制地可延伸到射束中，

其特征在于，所述块状准直器具有经对准以准许射束穿过的至少一个孔口。

2.根据权利要求1所述的放射疗法装置，其中所述孔口是圆锥形状。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的放射疗法装置，其中所述孔口是通孔。

4.根据权利要求1所述的放射疗法装置，其中所述孔口填充有辐射可透过的材料。

5.根据前述权利要求1所述的放射疗法装置，其中所述孔口是多个孔口中的一个。

6.根据前述权利要求1所述的放射疗法装置，还包括控制装置，所述控制装置在第一模式中时适配成延伸第一准直器的叶片以便覆盖孔口。

7.根据前述权利要求1所述的放射疗法装置，其中块状准直器具有的第一厚度的中心区，其侧面是第二且更小厚度的侧面区，所述孔口位于中心区中。

8.根据权利要求7所述的放射疗法装置，其中所述块状准直器具有第一厚度的前边缘部分。

9.根据权利要求1所述的放射疗法装置，其中所述块状准直器包括在第二方向上延伸并且孔口位于其中的脊部部分，以及在任一方向上横向于脊部部分延伸以限定T形状的前面部分。

10.根据权利要求9所述的放射疗法装置，其中所述前面部分在第一方向上延伸。

11.根据权利要求9或10所述的放射疗法装置，其中所述脊部区具有第一厚度并且侧面是第二且更小厚度的侧面区。