CN107469240B - 多叶准直器和用于准直治疗放射束的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多叶准直器和用于准直治疗放射束的系统。一种带有电磁致动的叶的多叶准直器，多叶准直器包括多个叶，构造为支承多个叶的叶引导部和多个磁体。每个叶包括放射透不过的阻挡部分、连接到阻挡部分的驱动部分和嵌入在驱动部分内的线圈。线圈操作地连接到电流源以生成第一磁场。第一磁场与通过磁体生成的磁场相互作用以因此将叶移动到希望的状态。叶具有以50cm/s直至高于1m/s的速度移动的能力。
Description
分案说明
本发明专利申请是申请日为2014年2月19日的、发明名称为“电磁致动的多叶准直器”的中国发明专利申请201480010567.5的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2013年2月26日提交的美国临时申请No.61/769,549 的非临时申请且要求其优先权。申请No.61/769,549的内容通过引用合并在此。在此说明书中提及的所有公开和专利申请通过引用合并在此，其引用程度使得每个单独的公开或专利申请特别地且单独地被指示为通过引用合并。
技术领域
本发明一般地涉及放射治疗。在多个方面中，本发明针对高响应性的多叶准直器和用于利用束成形、强度调制及其组合来提供放射治疗的方法，包括治疗束的同时的束成形和强度调制。
背景技术
强度调制的放射治疗(通称为IMRT)是对于多个放射技术的一般性术语，所述放射技术基本上改变指向患者的束强度。此改变可以是空间改变、时间改变或空间和时间改变。
在放射治疗中，术语剂量、注量和强度有时相互地且混淆地使用。为此描述的和此申请的目的，这些术语使用如下。注量是越过垂直于放射束的单位面积的光子或X射线的数量。注量率是每单位时间的注量。强度是每单位时间越过单位面积的能量。注量和强度与在患者体内发生的情况无关，且更具体不是剂量。剂量是在影响组织的放射下通过组织吸收的能量的量。放射剂量以戈瑞(Gy)为单位测量，其中 Gy对应于在单位质量的组织中吸收的固定量的能量(例如，1焦耳/kg)。剂量与注量不同，但其随注量的增加/降低而增加/降低。
在放射治疗传输中，束孔径通常通过多叶准直器(MLC)设定。一个使用MLC的此方法是造成将放射成形的一个或多个图案。匹配目标的单独的形状通常称为适形传输。对于更复杂的剂量分配，可使用 IMRT。在IMRT中，与使用MLC将入射放射成形以匹配一定的轮廓不同，MLC被替代地用于造成束形状的阵列，所述阵列造成了希望的强度调制和希望的3D剂量分配。
图1图示了(例如，使用在Varian放射治疗系统中的)将束通向患者体内的目标的常规的成形MLC 31的等轴测图。图中示出了两排相对的叶33、35，其中每个叶37可以连续地越过放射场定位。两排叶定位为将束30准直为希望的形状。每个叶37典型地可以行进超过准直器的中点以在实现希望的准直时提供灵活性。构造图示了完全打开 (41)、部分打开(43)和关闭(45)的叶状态。
在放射治疗的示例中，每个机架角度具有与此特定的机架角度相关的一个束，所述束30然后被MLC准直为多个形状。治疗束30通过由叶37所形成的成形的孔隙47。作为结果被准直的束继续行进到患者 38体内的目标14上。图1也图示了治疗束可以如何被可视化或构造为许多不同的小束49。常规的成形MLC 31的叶37移动到不同的位置，以对于特定的时间段实现希望的形状或孔隙，以实现对于此特定的束的注量图51。构造的小束的调制通过连续地且单调地将叶移动到希望的位置来进行，以实现希望的形状或孔隙，使得在所构造的小束被暴露时控制此小束的强度。“单调的”在此申请中使用且涉及放射治疗时意味着依次序列的孔隙，其中序列通过从一个孔隙到随后的孔隙的连续性所指示，或其中单独的叶在给定的一些列孔隙期间在一个方向上增加。换言之，孔隙的序列通过MLC的机械限制指示，而不通过可实现更最优的治疗执行的方式指示；序列可以从孔隙1到孔隙2然后到孔隙3且继续，且不从孔隙1到孔隙3再到孔隙5再回到孔隙2。与使用单独的适形的形状不同，MLC执行形状的序列。在任何给定的机架位置处接收到的放射的净量基于不同的形状允许放射通过或阻挡放射通过的程度。如在图1中可见，所示的MLC 31的形状不直接对应于注量图51的小束强度。如将认识到，所描绘的注量图示出了对于对此特定的机架角度MLC已得到的多个形状的强度的量。常规的成形MLC 的通常的限制是限定了形状的叶相对慢地移动。使用大量的形状，或要求大量的叶运动的形状可能导致更长的患者治疗。类似地，叶的速度可能限制常规的成形MLC执行时间敏感的治疗的能力，例如利用执行部件(例如，机架、患者床、X射线能量等)的同步的运动。
常规的二元MLC 61在图2中示出。二元MLC 61具有多个布置在两排65、67中的叶。每排叶用于形成治疗切片，这通过将叶定位在相对于束的关闭的位置或打开的位置来实现。如在图2中所示，叶可以协同地工作，以都打开(A)、都关闭(B)或其中仅一个叶打开/关闭(C)。
二元MLC使用在TomoTherapy的
放射治疗系统中，和 North AmericanScientific治疗系统中。在常规的二元MLC治疗系统中，患者被移动经过旋转放射源，以使用双排二元准直器将螺旋治疗执行到患者。替代地，患者被标记以用于通过双排二元准直器对于另一个随后的两个切片的治疗，如通过North American Scientific系统所进行。双排二元准直器的叶以不同的速度移动，使得叶序列或定位将不明显地受到任何单独的叶的任何先前的或未来的位置(对于二元准直器的打开或关闭的位置)的影响。换言之，叶速度足以使得MLC的机构在任何时间对于执行放射治疗治疗或片段不会不适当地影响叶位置的确定。因此，且与常规的成形MLC相比，每个叶限定了小束，所述小束不要求通过计划软件的构造，即叶打开的时间量直接控制此小束的强度。
对于两个常规的MLC(成形MLC和二元MLC)，每个小束具有注量且所有注量组合而形成对于束的注量图。注量图对于每个机架角度或对于所有束被组合且被优化为治疗计划。常规的成形MLC的示例已提供以阐述作为基础的使用成形MLC进行体积强度调制的构思，且已提供二元MLC的示例以阐述作为基础的在离散的机架角度下的直接强度调制的构思。更复杂的治疗计划和执行可包括机架运动、患者床运动、改变机架速度、改变MU等，以对于每个片段在更少的时间内提供更复杂的且理论上更好的剂量适形。治疗计划通过执行软件控制了治疗执行装置的操作。执行系统(机架、直线加速器、MLC、患者床等)的物理能力限制或约束了治疗计划软件可以造成和优化通过执行系统进行的执行的计划类型。
治疗计划系统和软件(共同地称为计划系统)不关注于此应用，但是如将认识到，所述治疗计划系统和软件是用于以放射治疗患者的整体部分。放射治疗通过治疗计划控制，所述治疗计划典型地通过医生或医师(单独地或共同地称为“计划者”)使用计划系统生成。计划着将典型地使用诊断3D图像(典型地为CT，但可以使用任何PET、 CT、MR的组合)且限定或勾勒目标结果和任何附近的风险关键结构或器官(OAR)。计划者然后确定执行到目标结构的放射量和将被允许到OAR的放射量。治疗计划软件将使用逆向计划和执行装置的物理能力生成治疗计划。计划者然后评估计划以确定计划是否满足临床目标，且如果是则将批准用于执行到患者的计划。计划的执行在多个治疗进程或片段中发生。
常规的MLC和来自所述常规的MLC的治疗模式已稳定地提供了前进的且更复杂的适形放射治疗。然而，仍存在对于更先进的治疗束的成形和调制的需求，因此使得治疗计划软件可以扩展且实现甚至更复杂的计划的执行。如提供以上的放射治疗技术可见，用于执行放射治疗的关键的部件是准直器。当存在多叶准直器时，单独的叶或叶组的速度和控制不足以实现更先进的同时成形和调制束图案。需要的是改进的多叶准直器设计，而足以响应以满足更先进的放射治疗计划的速度和位置控制要求，因此实现了新的治疗模式。
发明内容
本发明的实施例提供了多叶准直器(MLC)。这些实施例具有多个具有行程的叶。每个叶具有：近端端部，远端端部，具有长度L和宽度W的放射透不过的远端阻挡部分，具有长度L’和宽度W’的近端驱动部分，一个或多个固定到近端驱动部分且操作地连接到电流源的导电线圈，其中通过导电线圈的电流生成第一磁场。这些实施例的MLC 叶具有叶引导部，所述叶引导部带有多个近似平行和相邻相互布置的通道，其中多个叶的每个的至少一部分滑动地布置在所述通道的每个内，且带有邻近近端驱动部分定位的多个固定磁体，其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与来自线圈的第一磁场协作操作，以在近端驱动部分上施加力。在一些实施例中，MLC将具有相对的双排叶，且其它实施例将具有在驱动部分的任一侧上的固定磁体。
本发明的实施例也包括用于以多叶准直器(MLC)准直治疗放射束的方法。这些实施例可以包括确定MLC的一个或多个叶的希望的状态，其中一个或多个叶使用电磁驱动系统移动，如果一个或多个叶不处于希望的状态，则磁场被修改以导致在一个或多个叶上的导致其移动的力，且最后叶在希望的状态或位置处被停止。如果叶不处于希望的状态，则进一步的实施例将电流施加到处在叶的驱动部分内的电磁线圈以生成第一磁场，其中第一磁场与来自驱动部分的任一侧上的固定磁体的第二磁场协作操作，这导致所述驱动部分上的导致叶移动的力。
在一个实施例中，本发明提供了多叶准直器(MLC)，所述多叶准直器包括：多个叶，构造为支承多个叶的叶引导部，和多个固定磁体。多个叶具有行程，其中每个叶包括具有长度L和宽度W的放射透不过的阻挡部分并且是放射透不过的，具有长度L’和宽度W’的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分，和操作地连接到电流源的导电线圈，其中导电线圈沿长度L’的至少一部分固定到驱动部分，且其中通过导电线圈的电流生成第一磁场。固定磁体的每个邻近至少一个叶的驱动部分定位，其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与第一磁场协作操作以在驱动部分上施加力。
在另一个实施例中，本发明提供了用于准直治疗放射束的系统。系统包括：多叶准直器(MLC)，构造为支承多个叶的叶引导部，多个固定磁体，和驱动器部件。MLC包括多个具有行程的叶，其中每个叶包括具有长度L和宽度W并且是放射透不过的阻挡部分，具有长度L’和宽度W’的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分，和操作地连接到电流源的导电线圈，其中线圈沿长度L’的至少一部分固定到驱动部分，且其中通过线圈的电流生成第一磁场。固定磁体的每个邻近至少一个叶的驱动部分定位，其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与第一磁场协作操作以在驱动部分上施加力。驱动器部件将电流引向线圈，因此导致多个叶移动到希望的状态。
在另一个实施例中，本发明提供了多叶准直器(MLC)，所述多叶准直器包括：多个具有行程的叶，其中每个叶包括具有长度L和宽度 W的阻挡部分，其中阻挡部分是放射透不过的；和具有长度L’和宽度 W’的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分；且其中叶的至少一个能够以至少50cm/s的速度移动。
在再另一个实施例中，本发明提供了多叶准直器(MLC)，所述多叶准直器包括：多个叶，构造为支承多个叶的叶引导部，和多个导电线圈。多个叶具有行程，其中每个叶包括具有长度L和宽度W并且是放射透不过的阻挡部分，具有长度L’和宽度W’的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分，和定位在驱动部分内的永磁体。至少一个线圈定位在相邻的叶之间且连接到电流源，以在电流通过至少一个线圈时生成第一磁场，所述第一磁场与通过磁体生成的第二磁场相互作用以在驱动部分上施加力。
附图说明
本发明的新颖的特征具体地在如下的权利要求中阐述。对于本发明的特征和优点的更好的理解将通过参考如下的阐述了其中利用了本发明的原理的图示实施例的详细描述和通过参考附图获得，其中：
图1图示了用于将代表性剂量提供到患者体内的目标的常规的成形MLC。
图2是常规的二元MLC的底视图。
图3是可以使用在图3中所图示的放射治疗治疗系统内的离散二元多叶准直器的透视图。
图4是示例性计算机控制方案的框图。
图5A至图5D图示了处于打开、关闭和部分关闭状态中的代表性的叶的移动，所述移动导致离散二元多叶准直器的部分的操作。
图6是用于离散二元多叶准直器的注量和叶控制方案的流程图。
图7是示例性高响应性MLC的等轴测图。
图8是图7的MLC的磁驱动模块的一个端部的等轴测端部图。
图9是磁体引导模块中的第一排叶的接近的放大的透视图，其中柔性电路的一部分和读取器被移除。
图10是磁体引导模块的端部视图，其中覆盖件被移除以示出叶之间的固定磁体的布置。
图11是图7的内部叶引导部和开口的颠倒的视图。
图12是示例性直叶引导部的透视图。
图13A和图13B图示了图11中的引导部的端部视图，图中示出了叶的在其各引导通道内的阻挡部分的端部视图。
图14是示例性弯曲的叶引导部的透视图。
图15是用于电磁控制的高响应性多叶准直器内的示例性叶的示例性控制系统的图。
图16是示例性叶的侧视图。
图17是定位在示例性MLC内的示例性叶对的透视图。
图18是示例性叶内的线圈绕组的截面图。
图19图示了用于离散二元MLC的示例性叶设备。
图20图示了用于使用电磁控制的离散二元MLC来定位叶的示例性方法。
图21A、图21B和图21C图示了用于使用在电磁致动的多叶准直器内的各种叶定位情况的代表性驱动电流方案。
图22是图7中所示的叶动力驱动的等轴测图。
图23A和图23B分别图示了基于机架的放射治疗治疗系统和基于机器人的放射治疗系统的透视图。图23B图示了其中放射源和准直装置安装在机器人臂上的放射治疗系统。
图24是图23A和图23B中的放射治疗治疗系统的示意性图示。
图25是使用在图23A和图23B的放射治疗治疗系统中的软件程序的示意图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是本发明在其应用中不限制于在如下的说明中阐述的或在如下的附图中图示的构造和部件布置的细节。本发明可具有其它实施例且可以以多种方式实践或执行。也应理解的是在此使用的措辞和术语用于描述目的且不应视作限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用在此意味着包含在其后所列出的项及其等价物以及另外的项。除非另外地指明或限制，词语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变体被广义地使用且包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。另外，“连接”和“联接”不限制于物理或机械的连接或联接。
虽然例如上、下、向下、向上、向后、底部、前、后等另外的参考可在此用于描述附图，但这些参考为方便起见相对于附图(如正常观察)进行。这些方向不意图于被文字上理解或以任何形式限制本发明。另外，例如“第一”、“第二”和“第三”的术语在此用于描述目的且不意图于指示或意味着相对的重要性或显著性。
另外，应理解的是本发明的实施例包括硬件、软件和电子部件或模块，其为论述目的可以图示且描述为如同部件的大多数仅实施在硬件中。然而，本领域一般技术人员之一且基于此详细描述的阅读将认识到在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以实施在软件中。也应注意的是多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可用于实施本发明。此外，且如在随后的段落中描述，在附图中图示的具体的机械构造意图于例证本发明的实施例且其它替代的机械构造是可能的。
在本发明的一个实施例中，且在图3中所图示，放射调制装置34 可包括电磁致动的MLC 62，所述MLC 62包括多个可操作以从一个位置移动到另一个位置的叶66，以提供强度调制。叶66可移动到最小打开位置和最大打开位置之间的任何位置，且以足够的速度移动，使得叶序列或定位将不明显地受到任何单独的叶的任何先前的或未来的位置(对于二元准直器打开或关闭)的影响。换言之，叶速度足以使得 MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时间对于执行放射治疗治疗或片段的叶位置的确定。每个叶66通过致动器(例如，电机，或磁性驱动器)被单独地控制(未示出，但更完整地在下文中描述)，以使得叶66可控地从完全打开、完全关闭移动到在打开和关闭之间的任何位置，如将在下文中更详细地描述。致动器可以合适地被计算机74和 /或控制器控制。
图4是放射调制系统内的示例性控制计算机的框图。在此特定的实施例中，控制计算机将接收治疗计划且将控制计划的执行。如将认识到，许多不同的构造可用于完成此目的，且这仅是一个示例。放射调制系统200包括控制计算机210、束源230、多叶准直器(MLC)240、机架250和患者支承部260。控制计算机210包括处理器212、存储器 214、调制器引擎216、叶位置引擎218、用户接口220、机架引擎222 和患者支承部引擎224。在一些实施例中，控制计算机可实施有数个处理器、分开的计算装置，且或者是分布式的。
处理器212可以加载和执行存储在存储器214内的程序。存储在存储器214上的程序可以被执行，以执行在此所述的功能性，包括机架控制、颚部控制、患者支承部控制和其它涉及执行治疗计划的功能性。
调制器引擎216可以控制叶运动和颚部运动的全部或一部分，以根据治疗计划将辐射执行到患者，可以治疗关于叶的位置的信息，且生成信号以传递到驱动器以将叶移动到希望的位置，或控制其它部件以保证正确地将治疗计划执行到患者。为保证执行希望的剂量，调制器引擎216分别从机架引擎、叶位置引擎和患者支承部引擎接收机架位置、叶位置和患者支承部位置信息。调制器引擎216可以使用位置信息且根据治疗计划对于特定组的治疗参数(例如，机架位置和/或速度、叶位置和患者支承部位置和/或速度)控制对于所需剂量的要求的强度调制。调制器引擎提供控制序列，以用于根据治疗计划移动单独的叶或叶组以形成希望的孔隙或将小束调制到形状。补充地或替代地，一个或多个颚部也可以打开、关闭或再定位，以支持束成形、强度调制或其组合。在另一个方面中，调制器引擎提供用于单独的叶、叶组和一个或多个颚部的离散的位置信息，以维持或单独地移动这些部件，以迅速地造成希望的束形状或准直，从而实现以组合的体积调制和直接强度调制的治疗。叶定位移动和颚部定位移动可以根据治疗计划内的希望的设定执行，所述设定对应于特定的机架位置或速度、患者位置或速度或其它对于单独的患者治疗的具体因素。调制器引擎216可以实施为存储在存储器214内的且通过处理器212可执行的软件，或处理器212外的电路或逻辑。
叶位置引擎218可以控制和监测在磁性致动的MLC 240内一个或多个叶的移动和位置。叶位置引擎218可以实施为逻辑、电路或存储在存储器214内的且通过处理器212装载和执行的软件。
用户界面220可以提供文本、图形内容，和其它的通过用于用户的输出机构提供的内容。在一些实施例中，用户界面220提供了交互图形界面，其为用户提供了放射调制系统的当前状态、治疗状态和过程，以及其它信息。机架引擎222可以控制和监测机架250的位置。机架位置可以提供到调制器引擎216、处理器212和控制计算机210的其它部分。机架引擎222可以实施为逻辑、电路或存储在存储器214 内的且被处理器212装载和执行的软件。
束源230可提供用于治疗患者的治疗放射束。束可以是由线性加速器生成的光子束或其它在现有技术中已知的微粒束(例如，质子束)，以向患者提供治疗。
磁性致动的MLC 240包括叶242且可通过控制计算机210控制以调整叶位置且提供叶运动。叶位置控制和致动的另外的细节在下文中描述。在治疗期间，机架250围绕患者移动。机架250的位置可以通过控制计算机210的机架引擎222控制和监测。患者支承部260(和位于其上的患者)的位置可以通过患者支承部引擎224控制和监测。
根据本发明的实施例，磁性致动的MLC与过去的常规的MLC(成形和二元MLC)不同，实现了在离散机架位置期间、机架旋转/移动期间、患者床运动期间、目标运动期间或任何其组合期间对于跨过用于执行辐射的束场的调制辐射强度的更大的控制。本发明的实施例允许沿打开和关闭位置之间的位置的连续性移动准直器的叶，例如在常规的成形MLC中，且以足够的速度移动所述准直器的叶，使得叶序列或定位将不明显地受到任何单独的叶的任何先前的或未来的位置(二元准直器的打开或关闭位置)的影响。换言之，叶速度足以使得MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时刻的用于执行放射治疗治疗或片段的叶位置确定。此能力实现了非单调地修改或改变孔隙的能力，因此实现了目前为止常规的MLC不能实现的新的治疗方案。如上所述，常规的放射治疗机构已使用带有相对慢移动的叶的多叶准直器以将束成形为特定的希望的形状，且以此方式造成了体积强度调制。
图5A至图5D示出了根据本发明的实施例的处于磁性致动的准直器中的叶，其中叶处于完全打开的位置(图5A，状态1)或完全关闭的位置(图5D，状态4)。图5B和图5C示出了根据本发明的实施例的处于磁性致动的准直器内的叶，其中处于状态3(图5C)的叶允许 20％的放射透过(即20％的打开位置)，且处于状态2(图5B)的叶允许70％的透过或处于70％的打开位置。离散形状二元MLC的高度响应性的叶是可以以充分的速度实现沿完全打开和完全关闭的连续性的希望的位置的叶，使得MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时间的用于执行放射治疗治疗或片段的叶位置的确定。
参考图5A至图5D，叶可以从开始位置x移动到-y和+y的最大量中的任何位置，所述移动的速度足以使得MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时间的用于执行放射治疗治疗或片段的叶位置的确定，这另外可以在此称为叶或多个叶从一个位置或状态迁移到另一个位置或状态的能力。常规的成形MLC的导致+y、-y的尺寸的限制是叶通过旋转电机或叶螺纹驱动，这限制了叶可以移动的速度。根据本发明的实施例，除去准直器维持在相对于另一个状态的一个状态时间量，离散形状二元准直器从一个状态迁移到另一个状态的能力也实现了在治疗片段的进程中调制放射强度的增加的能力。
在此所述的建议的MLC系统和方法可促进强度调制的每个类型强度调制-体积和直接强度调制-的许多益处。因为叶的高速度，所以此技术具有二元MLC的“迁移作用”的益处。此外，因为单独的叶可以精确地被控制且可以迅速地移动到且停止在中间位置，所以叶的每个可以用于造成子小束或多个强度水平。这可应用于单行类型的构造，其中每个叶覆盖一组小束，或可构建相对的双排叶构造，其中小束通过两个叶或更多个叶限定。因此，此构造具有传统的MLC的体积强度调制的方面，但带有如同二元准直器的直接强度调制小束的能力。实际上，每个叶可以迅速地被发送到多个磁性致动的任何数量处，其速度足以使得MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时刻的用于执行放射治疗治疗或片段的叶位置确定。因此，可以非常快地造成任意的2D图案。作为结果的MLC可具有二元MLC的速度和简单性的益处，但带有常规的成形MLC的灵活性和2D束成形，因此称为磁性致动的MLC。
图6图示了根据本发明的实施例的用于利用磁性致动的MLC来执行放射治疗的示例性方法500。应理解的是方法500以初始患者设置开始(例如，以计划图像拍摄在线图像(选择地利用MVCT)，且如果需要将患者支承部调整到使患者合适地对齐以用于放射执行)。根据计划确定或生成注量图(多个注量图)(步骤510)，其加和形成治疗片段。用于治疗片段的放射执行通过接收或获取用于患者的治疗计划初始化。初始化放射执行可包括确定和设定机架的初始位置，在多叶准直器内的初始叶位置，(分别)用于束的初级和次级准直的初始颚部位置，和本领域一般技术人员已知的其它初始作用。本领域一般技术人员将认识到的是此方法可用于其它用于执行放射治疗的平台，例如安装在六自由度机器人上的线性加速器(例如，见图23B)。
在此实施例中，来自治疗计划的注量图确定了准直序列，例如叶位置和叶处于此位置的时间(步骤520)。注量图规定了实现所述注量图的强度形式所需的一系列叶状态。然后，通过控制计算机将合适的控制信号发送到叶致动器，以根据治疗计划移动叶，即在希望的时间将叶移动到希望的叶位置以实现注量图。叶驱动器接收控制信号且根据用于此束的计划的注量图施加指令的叶移动，且此过程对于每个叶或叶组如所需地重复，以实现对于此束或机架角度的注量图。治疗片段包括在多个机架角度下执行多个束，使得执行的注量图的加和形成治疗片段。应认识到的是除磁性致动的MLC的孔隙外，其它治疗系统部件可变化(例如，动态机架运动、患者床运动、变量或伺服线性加速器输出等)。此描述隔离了MLC以关注于论述，且不将本发明限制于本发明的MLC的任一个使用或方面。
在步骤520处，确定准直器的状态(即束或孔隙形状)是否对应于注量图执行内的任何特定的点或需要改变到所述点。此确定如本领域一般技术人员将认识到将通过治疗计划驱动且将通过如在此所述而实现的叶定位来实施。每个叶的位置被确定且然后与来自此准直器状态的位置进行对比(步骤530)。如果叶未到位，则提供驱动信号(步骤535)直至达到希望的位置。如果叶处于希望的位置(对于步骤530 的答复为“是”)，则然后在步骤540处确定叶是否在正确的或希望的时间段内处于正确的位置。如果叶在希望的时间段内尚未到位，则不驱动叶或替代地将保持信号发送到叶致动器(步骤545)。如果叶在希望的时间段内已到位，则系统可以将叶移动到根据注量图或治疗计划的另一个位置。在步骤550处，系统查询下一个叶以确定所述叶是否在希望的时间段内到位(根据步骤530至545)。在所有叶对于希望的准直器状态已完成之后(对于步骤550的答复为“否”)，则然后相应地调整叶以实现另一个状态(对于步骤555的答复为“是”)。如果不存在另一个状态(对于步骤555的答复为“否”)，则注量图的执行或治疗计划的此部分完成。如果存在在下一个机架角度下应执行的另一个注量图(对于步骤560的答复为“是”)，则方法返回到步骤510以根据方法500的步骤评估/调整叶位置。如果不存在另一个治疗注量图 (对于步骤560的答复为“否”)，则治疗/片段结束(步骤565)。
在治疗片段的过程中，叶驱动器在整个治疗计划中在不同的点处接收控制信号，以在合适的时间量内将准直器的叶设定到合适的状态。具有一个或另一个形式的治疗计划控制了叶驱动器和准直器的各种状态。治疗计划如所描述且如本领域一般技术人员将认识到将被开发以利用根据本发明的实施例的磁性致动的准直器的能力，以从一个状态迁移到替代的状态，以比所述计划对于常规的MLC(二元MLC或成形MLC)制定时执行更好地调制的强度分配。如本领域一般技术人员将认识到，治疗计划可利用机架旋转和患者支承部移动期间的准直器的迁移移动以及执行，以实现调制执行强度的增加的能力。在提供控制信号以改变离散形状二元MLC的状态之后，或如果不要求状态改变，则方法返回到治疗计划执行中的下一个点。确定MLC中的每个叶的位置的过程连续地描述。应认识到，方法500的步骤可以对于一个或多个叶或在叶组一起移动时串联或并联地进行。
使用单调的形状序列的常规的成形MLC的技术的能力更经常取决于常规的MLC的响应性或叶速度的限制，而非优化的治疗计划的要求。与之相比，在此处所述的磁性致动的MLC实施例中的叶和小束可以跟随当治疗计划要求时的连续的或单调的移动，但不限制于此。单独的叶、叶对或小束控制被控制到如下程度，即移动不限制于单调的形状，而是响应于下一个希望的状态，且不取决于在连续性中下一个希望的状态可能位于何处。换言之，在任何时刻，MLC准直器可将叶定位到任何位置，其速度足以使得MLC的机构不会不合适地影响在任何给定的时间对于执行放射治疗治疗或片段的叶位置的确定。这与其中希望的状态因为较低叶速度而必须是依次的或单调的常规的MLC控制方案和MLC设计形成对比。
图7是示例性磁性致动的MLC的等轴测图，所述MLC具有双排叶，一排叶在其内引入放射以用于准直的区域302的任一侧上。在此特定的实施例中，叶通过电磁动作被驱动。叶通过一对叶引导模块300 (对于每排叶一个)支承，所述叶引导模块300被电磁驱动模块400的对内的电磁驱动系统的部件驱动，在准直器的每侧上一个所述电磁驱动模块400以用于每排叶。本发明可以应用于单排准直器，但双排是优选的实施例。两部分支承架97A、97B(图8)沿磁性致动的MLC 的长度行进，且接附到叶引导模块300和电磁驱动模块400的每个，以支承部件的每个且保证部件相互间的正确对齐。磁性致动的MLC 240的另外的细节将在如下的附图中变得显见。电磁驱动模块400的细节参考图8至图10和图15至图18提供。叶引导模块300的细节参考图12至图14提供。示例性叶动力系统的另外的细节参考图21A至图 21C和图22提供。
图8是图7的磁性致动的MLC 240的电磁驱动模块400的一端的等轴测端视图。电磁驱动模块400的此视图示出了在用于本发明的优选的双排MLC的一排叶的端板403内的上开口415和下开口425。在此视图中，叶340的驱动部分341的远端端部346从上开口415和下开口425突出。固定磁体392处在叶340的驱动部分341的任一侧上，且用作用于移动叶的叶动力系统的部分，如将在下文中更完整地论述。也示出了上叶编码器330，所述上叶编码器330与上编码器读取器360 和上柔性电路460(下叶编码器、下编码器读取器和下柔性电路未示出) 相互作用。参考图16至图17，驱动部分341的宽度W小于阻挡部分 342的宽度W’，以便于将多个叶340相互相邻地叠起，同时使得固定磁体392(图10)处在对于每个叶的驱动部分341的任一侧上。参考图10，在驱动部分341(所述驱动部分341从上开口415突出)的任一侧上的固定磁体392从驱动部分341的任一侧上的固定磁体392水平地偏移大致一个叶的厚度(图9)。在此实施例中的叶340的几何形状和放置便于以驱动部分341的任一侧上的磁体392有效地将叶340 相互相邻地叠起。本领域一般技术人员将认识到其它几何形状可用于将叶相互相邻地叠起且处在本发明的范围内。叶和编码器的设计和操作的实施例在下文中参考图15至图18和图20更详细地论述。
图9是从图8的电磁驱动模块400的上开口415突出的叶340的驱动部分341的远端端部346的放大的视图，图中也示出了柔性电路 460的一部分和编码器读取器360。多个叶驱动部分341在截面图中示出。叶340的包括驱动部分341的部件的另外的细节在下文中在图15 至图18和图20中更完整地描述。图9的视图图示了叶驱动上部分341A 和叶驱动下部分341B以及固定磁体392的布置。部分341A、341B的侧向厚度用于将叶线圈/350绕组348维持为与磁体392的希望的关系，如在下文中更完整地论述。替代地，本领域一般技术人员将认识到，线圈可以代替永磁体且相对于叶维持静止，且永磁体可以处在叶上且随叶移动。
图11是图7的磁性致动的MLC 240的中心部分302的倒置的视图，图中示出了内叶引导部301、孔隙1050和处于叶引导内支承部301 之间的多种位置处的十四对叶(1010至1039)。虽然示出了十四对叶，但根据特定的系统的设计要求可以提供更多或更少的叶对。在一个优选的实施例中存在六十四对叶，在另一个实施例中存在九十六对叶，且在再另一个实施例中存在三十二对叶。如将显见，放射透过准直器的此部分302被准直。
在图11中，每个叶定位在特定的位置以限定放射可经过的特定的孔隙或形状1050，所述位置在此也称为状态。叶对1010和1011至1038 和1039使用在此所述的控制方案和驱动器被控制，以实现同时的体积和强度调制。在替代的方面中，一个或多个可控的颚部用于提供通过内边缘301i和框架97A、97B限定的束的初级准直(即，颚部将阻挡支承框架B和叶对1010/1011之间的和支承框架A和叶对1038/1039 之间的打开的空间)。补充地或替代地，一对或多对颚部可被调整以将被初级准直的束的尺寸降低为小于框架尺寸。
图12是磁性致动的MLC 240的示例性叶引导模块300的透视图。叶引导模块300具有定尺寸为接收多个叶340的开口321。开口321的尺寸基于使用在特定的MLC设计内的叶的数量变化。多个引导通道 322通过在围绕开口的引导部的上表面和下表面上。如在图13A和图 13B中最佳地可见，叶340的一部分适合于滑动接合在多个引导通道 322内。在此实施例中，初级阻挡部分342安放在引导通道322内，但当也移动到希望的部分内和移动出希望的位置时，驱动部分341也可以占据引导通道322的长度的一些或全部。图13A是图12中的叶引导模块300的端视图，图中示出了七个叶340在其各引导通道322内的阻挡部分342的端视图。在优选的实施例中，叶340将具有舌部和沟槽构造(图13B)，以防止在相邻的叶之间的泄漏，如通过附图标记341 示出。存在叶阻挡部分342的边缘部分342a、342b，所述边缘部分342a、 342b适合于且构造为在引导通道322内滑动。
图14是示例性弯曲的叶引导模块300的透视图。在叶引导模块 300的此实施例中，与图12的叶引导实施例的大体上垂直的对齐相对照，开口321具有拱形的形状。多个叶引导通道322被提供在围绕开口321的上部分和下部分上的叶引导部内。
图15是用于磁性致动的MLC 240的示例性控制系统401的示意图。在此特定的磁性致动的MLC的实施例中，叶驱动器是电磁驱动系统320。此图代表了电磁多叶准直器200的示例性叶340。控制系统401 可包括控制计算机210、驱动器320、叶位置编码器330和叶340。优选地，另外的编码器360也可用于提供两个形式的位置反馈，这取决于特定的编码器或定位系统构造。叶340具有驱动部分341和阻挡部分342。阻挡部分342成形、适配且构造为阻挡治疗束，所述阻挡部分 342由放射透不过的材料制成，优选地由钨或钨合金制成，且具有大约20至70mm的宽度。接附到阻挡部分342的叶驱动部分341提供了用于阻挡部分342以及绕组或线圈350以及任何所需的或希望的另外的部件的结构支承。如先前所提及且在图15至图16中所示，阻挡部分 342的宽度W大于驱动部分的宽度W’，以便于有效地在MLC内叠起叶。
在驱动部分341上存在叶位置编码器330。编码器330在驱动部分340上的放置将取决于特定的叶设计考虑而变化。需要接附的另外的部件的数量和类型将取决于磁性致动的MLC的特定设计变化。在此特定的实施例中，叶驱动部分341包括用于电磁驱动器(例如线圈) 的部件。线圈350的尺寸、数量和定向将取决于其它因素变化，例如使用在磁性致动的MLC的实施例中的固定磁体392的尺寸、放置和强度，可用于部件的尺寸和其它因素。如当前所考虑，线圈350的数量可以变化，但暴露于电磁驱动模块400的线圈350的数量和固定磁体392的数量位置大致恒定，以将均匀的力施加到驱动部分341。替代地，本领域一般技术人员将认识到线圈可代替永磁体且维持相对于叶静止，且永磁体可处在叶上且随叶运动。
将认识到的是在磁性致动的MLC构造中的单独的叶340可取决于电磁驱动器320的要求被修改。在电磁驱动器的此示例性实施例中，叶340可包括由绕组348制成的线圈350(图18)。控制计算机210取决于所使用的特定的位置系统接收来自编码器360/330的信号。在一些实施例中，信号可指示被位置编码器330捕获的位置数据。控制计算机210治疗接收到的信号且确定叶340是否处于希望的位置。如果叶 340的位置需要改变，则控制计算机210以信号通知驱动器320来改变叶的位置。控制计算机210也可以提供控制信号以驱动由线圈350生成的磁场。在一些实施例中，通过调整流过线圈的电流控制计算机210 可以控制线圈350的磁场的强度、激活或取消所述磁场。磁性驱动和控制的另外的细节在此参考图20和图21A至图21C描述。在一个替代的实施例中，在叶上的位置编码器330和安装在引导部上的编码器360 都被置入控制回路以更精确地控制叶位置的运动。在一个替代的实施例中，叶上的位置编码器330和安装在引导部上的编码器360可相互比较而作为次级位置验证的形式。在再另一个替代的实施例中，控制器可使用当前施加的转矩作为用于叶位置控制的控制输入。
参考图15和图22，驱动器320可以从控制计算机210接收信号以从电驱动连接器605向线圈350提供电流。电流导致通过线圈350 生成的磁场。通过线圈生成的磁场与在磁性驱动模块400内的驱动部分341的任一侧上的永磁体392协同作用，以产生受控的叶移动。永磁体392可与线圈350平行地布置。在一些实施例中，在磁性驱动模块400内的永磁体392可以至少是线圈350的长度的两倍，使得磁体可以将相对恒定的驱动力施加到驱动部分341。无论磁性驱动模块400 的长度如何，邻近永磁体392的线圈的数量优选地维持大致恒定，以对于任何给定的电流和磁强度将大致恒定的力施加到驱动部分341。线圈350可以至少延伸为与叶一样长，使得叶在完全叶宽度上可控。线圈长度或线圈数量通过希望的叶行进量和移动叶所希望的力被影响。所描绘的实施例示出了优选的九个线圈，但线圈的数量可以基于特定的需要选择，例如可以使用六个或三个线圈。在选择线圈的数量和永磁体的长度时，本领域一般技术人员将考虑到许多因素，例如移动叶所要求的动力输入和散热这两个因素。例如，如果希望6cm的叶行进，则固定磁体应在长度上为6+cm(为裕度额外提供的长度)，且被线圈占据的空间应优选地为此长度的二倍，或12+cm，以保证在整个叶运动中线圈总是与磁体接合。线圈高度优选地为空间所允许的高度，以使得电机更有力或有效。来自线圈和永磁体的磁场可导致叶340在磁体和叶引导部轨道内的移动，以改变被准直的打开的孔隙的形状和尺寸(见图11)。可通过永磁体生成第一磁场，所述永磁体由例如钕的材料或其它高密度强永磁体制成。当叶被驱动通过引导部时，来自线圈和永磁体的磁场的强度可以是恒定的。在优选的叶实施例中，线圈使用由于其热、机械和环境特性而选择的材料被嵌入到叶。如下的表1 提供了一些用于叶设计的三个、六个和九个线圈实施例的估计的规范，其中九个叶的实施例被估计至少以大致1m/s的速度、以大致80m/s2的加速度(梯形加速度率，其峰值速度在大致0.25ms内为大致为2m/s) 移动。
表1
图16是示例性叶的侧视图。叶340可以包括驱动部分341和阻挡部分342。驱动部分341包括连接到阻挡部分342的近端端部和远端端部346。驱动部分可具有任何合适的尺寸，但优选地大致为135mm X135mm。在此图示的实施例中，驱动部分341也可以包括多个绕组348以形成线圈350。当电流例如通过电驱动连接器605(图7和图22) 施加到这些线圈时，这些线圈和通过固定磁体造成的磁通密度之间的相互作用产生了在希望的运动方向上的力。线圈350可以由例如AWG 铜线的导电材料构造。线的直径和匝数可以基于希望的转矩的量等其它特性，例如本领域一般技术人员将认识到。替代地，本领域一般技术人员将认识到线圈可以替代永磁体且相对于叶维持静止，且永磁体可以处在叶上且随叶移动。
阻挡部分342定尺寸且成形为在引导结构300内移动(例如见图 12和图13A)。在一个方面中，阻挡部分342可以是由不同的材料制成的复合结构。在此实施例中，阻挡部分342包括第一部分370和第二部分380。第一部分370优选地由例如钨或钨合金的放射不透明材料制成且形成阻挡部分342的全部或几乎全部。第二部分380(不意图于阻挡放射的部分，而是移动通过叶引导结构或电机支承区)优选地由较轻或密度更低的材料制成，以最小化叶质量(包括但不限制于铝或不锈钢)，降低摩擦，且便于叶加速和减速。
图17是示例性叶对340的透视图，所述叶对所示如在图12的MLC 的磁性驱动和叶引导结构内定向。阻挡部分342定尺寸且成形为在引导结构300内移动。在阻挡部分342的每侧上的引导轨342A和342B 被适配且构造为用于与叶引导部300内的通道322滑动地协作。
图18是具有减缩的截面的叶340的截面图，所述减缩的截面导致阻挡部分342和驱动部分341的厚度变化。在此视图中，由线圈绕组 348制成的一个线圈350示出为处在驱动部分341内。由于叶的减缩的截面形状，绕组348具有相同的匝数但布置为与可利用的空间协调。
图19图示了示例性离散二元MLC叶设备。通过一对颚部或其它准直器装置提供了具有中心线1030的准直的场1040(见图3)。在图示的实施例中，两个叶形成互补的叶对，用于成形和调制准直的场 1040。例如，叶1010和1011是一对叶。叶1018和1019是另一对叶，且叶1024和1025是再另一对叶。在每对叶中的每个叶可定位在场1040 内的任何位置处。在叶对内的每个叶的内边缘相互面对且可以造成开口，通过每对叶形成的所述开口的集合形成了孔隙1050。孔隙1050对应于前述图11的孔隙，且根据治疗计划设定。根据方法500(图6)，孔隙1050在向患者给出放射治疗前在治疗计划过程中被确定，且在执行治疗计划期间在特定的点处发生。孔隙1050可以根据多个因素改变，例如如上所述的治疗区的三维形状、强度调制、注量和治疗体积内的小束。在此所述的高度响应性的MLC的实施例通过提供迁移状态控制而单独地或以同时的组合实现了体积和强度调制。
图20是使用电磁驱动的离散二元MLC(即，eMLC)的示例性方法。MLC如上所述在图6的方法500中取决于电磁驱动系统的特定的实施以合适的用于移动每个叶或将每个叶保持到位的电磁驱动信号被控制。在图6中在步骤530、535、540和545处描述的方法步骤因此通过按需要提供驱动信号、控制信号和保持信号以控制叶移动而满足。
图20图示了利用电磁多叶准直器(eMLC)执行放射治疗的示例性方法。用于执行对于当前的治疗计划的剂量的放射治疗根据治疗计划被初始化。在执行治疗计划中的任何特定的点处，eMLC的状态从治疗计划获得。确定eMLC的当前状态是否匹配希望的状态。如果是，则治疗前进直至治疗计划内的其中又讯问相同的问题的下一个点。如果eMLC的当前状态与希望的或计划的状态不同，则将合适的信号发送到控制器，以使得合适的叶迁移到不同的位置，以实现希望的状态。此希望的状态被维持，直至治疗计划内的下一个点，在所述下一个点处确定eMLC的当前状态是否是希望的状态。如果将根据治疗计划改变eMLC的状态，则提供磁场控制信号以将合适的叶迁移到希望的位置，以实现希望的状态。参考图15，磁场控制信号最初通过控制计算机210发送到驱动器320。驱动器320接收控制信号且将电流提供到一个或多个线圈，以在所涉及的叶的特定的线圈内造成磁场。由线圈生成的磁场与靠近线圈和叶的永磁体的磁场协作，以将叶在希望的方向上移动。选择地，治疗对于MLC内的叶重复。
图20图示了使用在此所述的电磁控制系统401来定位叶的示例性方法1200。所示的步骤是如在以上图6和方法500中所描述的全部MLC 的和治疗计划的一部分。控制方法1200对应于在方法500中进行的决定，以使用电磁MLC控制方案移动叶(见图6)。例如且不限制地基于机架位置、患者位置或希望的注量图根据治疗计划在以上的步骤510、 520中确定希望的叶位置。
在步骤1220处将当前的叶位置和希望的叶位置对于场成形进行对比。对比用于答复在方法500的步骤530(见图6)中询问的“叶是否到位？”的问题。每个叶的当前的叶位置可以通过由柔性电路和编码器读取头提供到控制计算机的信号确定(例如，图8和图15)。可以确定每个叶的希望的位置，如参考以上的步骤510、520所论述。在步骤1230中确定是否应移动叶。如果叶的当前的位置不满足叶的希望的位置，则移动叶。如果叶不需要被移动，则治疗继续到步骤1280，在此处如果需要则移动剩余的叶。
如果需要移动叶，则在步骤1240处将电流施加到叶线圈。电流通过图15的驱动器320施加，所述驱动器320从控制计算机210接收控制信号(见图3和图4)。施加到叶的电流可以变化。首先，电流可斜坡增加到初始化叶移动且克服叶和任何与静止中的叶接触的物体之间的摩擦所要求的水平。
在步骤1250处确定叶是否接近希望的位置。当电流施加到叶线圈且叶改变位置时，叶位置可以通过柔性电路和编码器读取头检测。“靠近希望的位置”的叶位置可以是其处可施加制动电流的位置，以减缓叶的移动，使得叶将优选地以大致±10微米停止在希望的位置处。制动电流可包括降低通向线圈的电流从而因此降低线圈的磁场，这将降低施加在驱动部分上的力的量，且摩擦将起作用以降低叶速度。替代地，通向线圈的电流可以在线圈的一个或多个内反向，以造成相反的磁场，所述磁场与永磁场协作地作用而作为制动力与摩擦组合地起作用。替代地，除来自引导部的法向摩擦之外，可施加物理制动力。本领域一般技术人员将认识到可施加许多不同的制动力的形式，而不偏离本发明的范围，且这指示一些示例。如本领域一般技术人员将认识到，其处施加制动力的点将取决于系统构造和控制系统动态特性的构造，且如果检测到的位置不处于其处应施加制动力的位置，则方法返回到步骤1240。如果检测到的位置接近希望的制动位置，则在步骤1260 处制动电流可施加到叶线圈，使得叶将在希望的位置的±10微米处停止运动。
在步骤1270处确定叶是否处于希望的位置处。如果叶不处于希望的位置处，则图20的方法1200返回到步骤1260处，此处在叶具有连续的运动的情况中制动电流施加到线圈(替代地施加更大或更小的制动力(如可施加))，或如果叶不运动或不够快速地运动则返回到步骤 1240处以初始化或加速在正确的方向上的叶加速。如果叶处于希望的位置处，则当前的叶的位置改变完成，且如果需要则改变剩余的叶位置(步骤1280)。将认识到的是图20的方法可应用于并联地或串联地移动叶。因此，根据方法500，eMLC的状态调整根据步骤555和560 前进，以用于另外的序列、片段或注量图。
图21A、图21B和图21C图示了对于使用在电磁致动的多叶准直器中的多种叶定位情况的代表性的驱动电流方案。
图21A图示了对于高动力加力模式的电流脉冲。此控制模式将结合图20的叶移动方法描述。在此模式中，叶控制系统被驱动以将叶尽可能快速地从一个位置移动到另一个位置。在此叶作用模式中，系统可基于时间而非位置在短脉冲内施加最大电流。在此方案的一个方面中，叶驱动系统可以以开环方案驱动电流操作从而不考虑来自位置传感器的输入。在图20中的叶定位方法方面，如果eMLC准直器的状态需要改变，则这些高电流脉冲可考虑为驱动、制动或保持eMLC的叶的部分。换言之，在高脉冲迅速移动模式中，驱动控制信号将叶尽可能迅速地移动。
返回到图21A，此驱动电流形式也图示了系统可如何提供峰值驱动电流，所述峰值驱动电流大于平均驱动电流(x)许多倍。在一个方面中，在叶控制系统中的峰值驱动电流是平均驱动电流x的50倍、75 倍或甚至100倍。相比之下，常规的系统以仅大约为平均峰值电流的2 倍的峰值电流操作。
图21B图示了在叶定位期间用于精确移动的示例性驱动方案，这将结合图20的叶移动方法描述。此控制方案可用于实现在图20中所述的定位和制动。当位置反馈系统指示也在运动中、在希望的移动处(例如，加速、稳态速度、减速)或保持希望的位置(即，无移动)时，将电流施加到叶的过程(步骤1240)将改变。在这些不同的状态中，叶的电流需求不同。例如，在保持阶段期间，叶控制系统提供了保持电流以维持叶位置。此“保持阶段”电流水平可与加速或维持叶的速度的电流水平不同。此过程可包括在非常小的尺度上的步骤1230、1240和1250的循环，这取决于在保持步骤期间定位系统的精度和定位精度的希望的程度。
图21C图示了将驱动电流用作次级位置传感器。此图图示了用作位置的预测器(上图)的相电流驱动(下图)。以此方式，用于驱动叶的相电流可在位置控制系统内作为到叶位置指示器(即，叶位置编码器或其它被系统所使用的定位系统，见图13和图22)的次级定位指示器被检查。
图22是定位在图7的磁体引导模块400和叶支承模块303之间的示例性叶驱动器电路的等轴测图。动力驱动模块600包括带有柔性连接器610的驱动连接器605，所述柔性连接器610延伸为与叶340上的动力连接器或动力获取部615滑动地电接触。动力获取部615将电流通过叶驱动部分341上的电连接器提供到一个或多个线圈350的绕组 348。本领域一般技术人员将认识到，动力可以通过电刷型连接或柔性电路(带有从磁通到线圈的直接布线或带有一些中间连接器)提供到线圈。
如图21A和图21B的特定的示例所图示，高度响应性叶控制系统的实施例被适配且构造为提供单独的叶定位解决方法，以单独地或组合地在叶上基于叶提供IMRT且如果需要也提供VMRT位置解决方法。作为结果，根据本发明的实施例的磁性致动的MLC(eMLC是一个此实施例)实现了带有改进的适形性和执行速度的新的治疗解决方法。
图23A图示了放射治疗治疗系统10，所述放射治疗治疗系统10 可利用根据本发明的实施例的MLC向患者14提供放射治疗。放射治疗治疗系统10包括机架18。机架18可支承放射模块22，所述放射模块22可包括可操作以生成放射束30的放射源24和线性加速器26。在图中所示的机架18是环机架，即延伸通过完整的360°的弧，以造成完整的环或圆，也可以使用其它类型的安装设备。例如，可使用非环形机架，例如C形机架、部分环机架或机器人臂。也可使用可将放射源模块22相对于患者14定位在不同的旋转和/或轴向位置的任何其它的框架。另外，放射源24可在不跟随机架18的形状的路径内行进。例如，放射源24可以以非圆形路径行进，即使所图示的机架18一般是圆形形状的。放射治疗可包括基于光子的放射治疗、短程治疗、电子束治疗、质子、中子或粒子治疗，或其它类型的治疗。放射模块22也可以包括调制系统200，所述调制系统200可修改或调制放射束30。调制装置200提供了放射束30的调制且将放射束30引导向患者14。特别地，放射束30指向患者的部分。根据本发明的实施例的放射调制系统在上文中更详细地描述。
调制装置34可包括如在图3和图7至图19中所图示的准直装置 42。准直装置42包括一组颚部46，所述颚部46单独地或与初级准直器组合地限定且调整孔隙50的尺寸，放射束30可通过所述孔隙50以提供初级准直。颚部46包括上颚部54和下颚部58。上颚部54和下颚部58可移动以调整孔隙50的尺寸。
图23B图示了具有安装在机器人臂上的放射源和调整装置的放射系统700的实施例。放射系统700类似于在此所述的放射系统10。图 23B包括类似于放射模块22的放射模块720，例如包括线性加速器，且调制装置的实施例安装在机器人臂746上。机器人臂746在计算机控制器74的控制下以六轴运动移动，以将放射源720自由地且在六个自由度上围绕患者身体定位，即上下、纵向沿患者或侧向沿患者定位。也示出了一对室内诊断成像装置730、732，所述室内诊断成像装置730、 732将一个或多个成像束726、732指向患者14和合适的图像接收器 734、736。类似于在图23B中所图示的放射系统的放射系统通常从 Accuray,Incorporated of Sunnyvale,California以Cyber
产品线可购得。此类型的放射治疗系统的另外的细节在如下的美国专利申请中描述：1993年5月4日由John R.Adler提交名为“APPARATUS FOR AND METHOD OF PERFORMING STEREOTAXIC SURGERY,”的No. 5,207,223；1995年7月4日由Feichtner等人提交的名为“3-DIMENSIONAL RADIATION DOSIMETER”的No.5,430,308；2006 年5月16日由Wong等人提交的名为“RADIOSURGERY X-RAY SYSTEMWITH COLLISION AVOIDANCE SUBSYSTEM”的No. 7,046,765 B2；2007年9月4日由Allision等人提交的名为“WORKSPACE OPTIMIZATION FOR RADIATION TREATMENT DELIVERYSYSTEM”的No.7,266,176B2，和2007年6月29日由 Kuduvalli等人提交的名为“ROBOTIC ARMFOR A RADIATION TREATMENT SYSTEM”的美国专利申请No.11/824,080，现在为2009 年1月1日的公开No.US-2009-0003975-A1。
在图24至图25中，计算机74包括用于操作多种软件程序和/或通信应用程序的操作系统。特别地，计算机74可包括软件程序(多个软件程序)90，所述软件程序90操作以与放射治疗治疗系统10通信。计算机74可包括示例性硬件，例如处理器、I/O接口和存储装置或存储器、键盘、鼠标、显示器。计算机74可与其它计算机和放射治疗治疗系统10联网。其它计算机可包括另外的和/或不同的计算机程序和软件，且不要求与在此所述的计算机74相同。计算机(多个计算机)74 和放射治疗治疗系统10可与网络94通信(图24)。计算机74和放射治疗治疗系统10也可以与数据库98和服务器102通信。应注意的是软件程序98也可存在于服务器102上。在图24中所示的计算机和系统之间的通信也可通过以医疗(DICOM)协议的数字成像和通信以任何版本和/或其它要求的协议来进行。DICOM是由NEMA开发的国际通信标准，其限定了用于将医疗图像数据在不同的医疗设备之间传输的格式。DICOM RT指对于放射治疗数据特定的标准。
图25是软件程序90的示意性图示。软件程序90包括多个模块，所述模块相互通信以执行放射治疗治疗过程的功能。多种模块适合于相互通信以计划且向患者14执行放射治疗。
软件程序90包括治疗计划模块106，所述治疗计划模块106可操作以基于通过医疗人员输入到系统10的数据生成对于患者14的治疗计划，如前文所述。数据包括患者14的至少部分的一个或多个图像(例如，计划图像和/或预治疗图像)。治疗计划模块106将治疗分为多个片段，且基于来自医疗人员的输入确定对于每个片段或治疗的放射剂量。治疗计划模块106也基于由计划者绘出的轮廓确定对于目标38和周围的关键结构的期待的放射剂量。在相同的治疗计划中可存在且包括多个目标38。
软件程序90也包括患者定位模块110，所述患者定位模块110可操作，以基于使用计划CT图像的在线CT图像的记录(优选地，MVCT 图像)将患者14相对于机架18的共同中心或其它参考定位和对齐，以用于特定的治疗片段，这通常称为患者设置。将认识到的是其它患者设置过程也在本领域一般技术人员的知识领域内。图像记录提供了对于患者定位模块110的偏移，所述患者定位模块110指令驱动系统 86将患者床82移动为使患者在治疗执行前相对于治疗执行系统对齐，替代地，患者可以被手动移动到新位置，或可手动调整患者床82。患者定位模块110也可根据治疗计划控制在治疗期间患者床82的移动。在以机器人方式安装的系统中，偏移可用于指导机器人将放射执行到患者体内的希望的位置，如本领域一般技术人员已熟知。
软件程序90也可包括图像模块114，所述图像模块114可操作以获取患者14的在线图像。图像模块114可指令现场图像装置，例如CT 成像装置，以根据希望的协议在治疗开始前、治疗期间和治疗后获取患者14的图像。其它成像装置可用于获取患者14的预治疗图像，例如非定量的CT、MRI、PET、SPECT、超声波、透视成像、荧光镜、基于RF的局部化等。所获取的图像可用于患者14的记录。
软件程序90也可包括治疗计划模块106和治疗优化模块118；优选地，这两个模块作为软件产品包括，其输出是对于患者的优化的治疗计划，所述治疗计划最终被临床专家批准且提供了对于治疗执行系统的指示以用于向患者执行放射。治疗执行模块122使用治疗计划作为输入以控制和引导向患者的放射执行。如前所述，治疗计划将包括但不限制于提供叶位置、颚部位置、机架角度和角速度以及患者床速度。
再次参考图23A，放射治疗治疗系统10也可以包括检测器78，例如千伏或兆伏检测器，所述检测器可操作以接收放射束30。线性加速器26和检测器78也可作为计算的断层(CT)系统操作，以生成患者14的CT图像。线性加速器26向患者14体内的目标38发射放射束30。目标38和周围的组织吸收或衰减放射的一些。当线性加速器26旋转时，检测器78从不同的角度检测或测量被吸收的放射，此信息被治疗或重构以生成患者身体组织和器官的图像，优选地为3D CT图像，如在现有技术中已知。图像也可图示骨骼、软组织和血管。CT图像可使用执行兆伏或千伏能量的线性加速器26获取。替代的机架系统可允许获取锥束CT图像。如本领域一般技术人员将认识到，其它诊断X射线能量源(典型地，Kv能量)可位于机架上且从Mv治疗源分开。
放射治疗治疗系统10也可包括例如患者床82的患者支承部(在图23A中图示)，所述患者支承部支承了患者14。患者床82沿在x、y 或z方向上的至少一个轴线84移动，但也可包括控制俯仰、侧倾和横摆的能力。如前所述，控制系统可根据治疗计划控制患者床速度，以实现希望的强度调制。患者支承系统在现有技术中已熟知且将不在此详述。
本发明的多种特征和优点在如下的权利要求中阐明。
Claims (13)
1.一种多叶准直器MLC，包括：
多个叶，所述叶具有行程，其中，每个叶包括：
阻挡部分，所述阻挡部分具有长度L和宽度W且是放射透不过的，所述阻挡部分被配置为阻挡治疗级辐射，
驱动部分，所述驱动部分具有长度L’和宽度W’，所述驱动部分连接到所述阻挡部分，和
导电线圈，所述导电线圈操作地连接到电流源，其中，所述导电线圈沿所述长度L’的至少一部分定位在所述叶的所述驱动部分内，且其中，通过所述导电线圈的电流生成第一磁场，
叶引导部，所述叶引导部构造为支承所述多个叶；和
多个固定磁体，每个所述磁体邻近所述至少一个叶的驱动部分定位，其中，所述每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与所述第一磁场协作操作以在所述驱动部分上施加力。
2.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述叶被配置为当在所述驱动部分上施加力时沿行程移动，并且其中，所述叶被配置为停止在沿所述行程的任何位置处。
3.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述叶被配置为，利用经由所述驱动部分中的所述导电线圈的电流的受控施加，被独立地驱动以沿其行程移动并且停止在多个位置。
4.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述叶具有减缩的截面，所述减缩的截面导致阻挡部分的厚度变化。
5.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述MLC包括具有所述多个叶的第一排和具有所述多个叶的第二排。
6.根据权利要求1所述的MLC，进一步包括第一叶位置编码器。
7.根据权利要求6所述的MLC，进一步包括第二叶位置编码器。
8.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述阻挡部分的宽度W大于所述驱动部分的宽度W’。
9.根据权利要求1所述的MLC，进一步包括磁性驱动模块，所述磁性驱动模块包括：
上部分，所述上部分具有延伸到其内的第一子组的所述多个叶的驱动部分和第一子组的所述多个固定磁体，其中，所述第一子组的每个固定磁体定位在所述第一子组的多个叶的驱动部分的任一侧上；
下部分，所述下部分具有延伸到其内的第二子组的所述多个叶的驱动部分和第二子组的所述多个固定磁体，其中，所述第二子组的每个固定磁体定位在所述第二子组的多个叶的驱动部分的任一侧上；
其中，所述上部分内的所述第一子组的固定磁体水平地从所述下部分内的所述第二子组的固定磁体偏移；和
其中，对于每个相邻的叶，所述第一子组和第二子组的多个叶内的驱动部分交替地位于所述上部分和所述下部分内。
10.根据权利要求9所述的MLC，其中，所述上部分内的所述第一子组的固定磁体水平地从所述下部分内的所述第二子组的固定磁体偏移一个叶的厚度。
11.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述叶的至少一个能够沿所述行程在任何处停止在希望的位置的100微米或更少内。
12.根据权利要求1所述的MLC，其中，所述多个固定磁体的每个定位在所述驱动部分的任一侧上。
13.一种用于准直治疗放射束的系统，所述系统包括:
多叶准直器(MLC)，所述多叶准直器包括：
多个叶，所述叶具有行程，其中，每个叶包括：
阻挡部分，所述阻挡部分具有长度L和宽度W且是放射透不过的，所述阻挡部分被配置为阻挡治疗级辐射，
驱动部分，所述驱动部分具有长度L’和宽度W’，所述驱动部分连接到所述阻挡部分，和
导电线圈，所述导电线圈操作地连接到电流源，其中，所述线圈沿所述长度L’的至少一部分定位在所述叶的所述驱动部分内，且其中，通过所述线圈的电流生成第一磁场，
叶引导部，所述叶引导部构造为支承所述多个叶；和
多个固定磁体，每个所述磁体邻近所述至少一个叶的驱动部分定位，其中，每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与所述第一磁场协作操作以在所述驱动部分上施加力；和
驱动器部件，其中，所述驱动器部件将电流引向所述导电线圈，因此导致利用经由所述驱动部分中的所述导电线圈的电流的受控施加，所述叶沿其行程移动并且停止在多个位置。
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