CN113368413B - 一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法，涉及医用放疗设备技术领域，包括用于伸缩时遮挡射线的两主动叶片和若干从动叶片，若干所述从动叶片排列设置在两所述主动叶片之间，且每个所述从动叶片的厚度均小于所述主动叶片，由于本发明中从动叶片的厚度小于主动叶片，当主动叶片与从动叶片形成边界曲线时，其曲线相较于现有技术中叶片形成的边界形状更为平滑，且射野调制精度可随从动叶片厚度减小而提高，进一步缩小照射区与靶区之间的差距，保护靶区周围正常组织。

Description

一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法

技术领域

本发明涉及医用放疗设备技术领域，特别是涉及一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法。

背景技术

在现有技术中，在现代医学中，放射治疗是治疗恶性肿瘤的一种重要手段。放射治疗是指采用高能放射线杀死肿瘤，示例的，射线源可以为加速器，加速器用于发出X射线。目前主要利用医用直线加速器进行放射治疗，放射治疗头是医用直线加速器的重要组成部分。该放射治疗头一般包括射线源和射野准直系统，多叶准直器是射野准直系统的一部分。多叶片准直器(MLC)是与放疗设备配套使用，用于做适形和调强等治疗的专用设备，其基本构造和工作原理是通过移动多片屏蔽叶片(通常为钨合金)，使其端部组成与病灶相对应的图形，对放疗设备发出的治疗射线进行约束，使射线通过准直器后，射线的形状与病灶基本一致，可实现保护正常组织，提高放射剂量的目的，从而提高治疗效果。

国内MLC的使用类型多为采用若干电机驱动的60对叶片(1.0cm×10对+0.5cm×40对+1.0cm×10对)MLC。现有的60对叶片MLC足以应对大部分靶区体积较大的3D-CRT、IMRT、VMAT计划的要求，但对于靶区体积较小的放疗计划，尤其是SBRT计划，常规MLC叶片难以较好贴合靶区，所以难以降低靶区周围正常组织的受量。

申请号为“03233443.5”，名称为“多叶准直器”的实用新型专利，及其申请号为“202011369897.7”，名称为“一种多叶准直器叶片零位校准装置”的发明专利，二者公开的技术方案中均使用的常规叶片，其形成的靶区边界阶梯形状明显，难以充分模拟实际靶区形状，其阶梯状的边界形状较小，虽能够保护周围组织，但会降低靶区面积，导致治疗效果差，若边界形状较大，虽能够保证病灶全部被照射，但可能会使靶区周围正常组织受照射产生损伤。

因此，如何使MLC叶片进一步向靶区贴合，提高靶区适形指数(conformal index，CI)，从而提高治疗效果，降低周围正常组织受量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法，以解决现有技术存在的问题，可以提高射野调制精度，进一步缩小照射区与靶区之间的差距，保护靶区周围正常组织。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种叶片组，所述叶片组用于多叶准直器中，包括用于伸缩时遮挡射线的两主动叶片和若干从动叶片，若干所述从动叶片排列设置在两所述主动叶片之间，且每个所述从动叶片的厚度均小于所述主动叶片。

优选的，在所述从动叶片的排列方向上，若干所述从动叶片的厚度相同。

优选的，所述主动叶片与所述从动叶片的端面为弧形形状。

本发明提供一种联动型多叶准直器，包括本体与若干上述的叶片组，若干所述叶片组对称设置在所述本体上，所述本体上还设置有用于驱动所述主动叶片与所述从动叶片滑动的驱动组件。

优选的，所述驱动组件包括驱动装置、刚性线及收紧装置，所述主动叶片分别与所述驱动装置连接，且所述主动叶片及所述从动叶片的上分别对应设置有供所述刚性线穿过的第一穿线部及第二穿线部；所述刚性线的一端固定，另一端依次穿过一侧的所述第一穿线部、若干所述第二穿线部、另一侧的所述第一穿线部后固定在用于保持所述刚性线始终收紧的所述收紧装置上。

优选的，所述主动叶片的最大伸出距离为a，相邻两所述主动叶片之间的所述从动叶片的数量为b，所述第一穿线部上的穿线位置距所述主动叶片尾部的距离为c，存在c>a/(b+1)。

优选的，所述第一穿线部包括滚轮组，所述滚轮组包括两滚轮，两所述滚轮均平行于所述从动叶片的排列方向进行设置，所述滚轮上还设置有沟槽，且两所述滚轮上的所述沟槽相对设置，用于将所述刚性线进行夹持；所述第二穿线部为穿线孔，穿线孔与刚性线间隙配合，且初始状态下，所述刚性线中穿设所述叶片组的区段呈直线。

优选的，所述主动叶片的尾部设置有第一连杆，所述滚轮转动设置在所述第一连杆上；所述从动叶片的尾部设置有第二连杆，所述第二连杆上设置有所述穿线孔；优选的，在所述从动叶片的排列方向上，相邻所述第二连杆之间的距离、所述滚轮组与其相邻的所述第二连杆之间的距离大于所述刚性线的直径。

优选的，相邻所述叶片组共用一个所述主动叶片，共用的所述主动叶片上设置有两个所述第一穿线部。

本发明还提供一种联动型多叶准直器的联动方法，包括以下步骤：

1)得到需要使用X光进行照射的靶区边界曲线，对应生成照射野边界曲线；

2)对照射野进行分析及计算，得到每个主动叶片运动的过程，并生成对若干驱动装置的控制程序；

3)通过控制系统对若干驱动电机进行控制，带动主动叶片伸出到设定位置，并通过刚性线带动相邻从动叶片运动，对X光进行遮挡，以形成照射野。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中从动叶片的厚度小于主动叶片，当主动叶片与从动叶片之间形成边界曲线时，其曲线相较于现有技术中叶片形成的边界形状更为平滑，从而可以提高射野调制精度，进一步缩小照射区与靶区之间的差距，保护靶区周围正常组织；

2、本发明仅在主动叶片上设置驱动装置，并通过刚性线来带动从动叶片进行移动，舍弃了原有叶片上均设置驱动电机的形式，由于失去了丝杠的限制，从动叶片的结构更加简单，在满足强度等要求的前提下，从动叶片的厚度能够尽可能降低，从而进一步提高照射野区剂量调节精度并使照射区贴合靶区形状；而由于从动叶片不再单独设置驱动装置，从而可以明显降低驱动装置的使用数量，降低多叶准直器的成本及后期维护难度；

3、本发明在从动叶片的排列方向上，相邻第二连杆之间的距离、滚轮组与其相邻的第二连杆之间的距离大于刚性线的直径，避免相邻从动叶片或者相邻的从动叶片、主动叶片发生相对移动时，由于二者之间间隙太小而对刚性线进行剐蹭、挤压的情况出现，保证装置的正常进行，延长刚性线的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中叶片组的结构示意图；

图2为多个叶片组在多叶准直器中的分布形式示意图；

图3为图2的刚性线穿线形式示意图；

图4为多个叶片组在多叶准直器中的另一种分布形式示意图；

图5为图4的刚性线穿线形式示意图；

图6为主动叶片的结构示意图；

图7为从动叶片的结构示意图；

图8为图6的局部放大图；

其中，1、主动叶片；2、从动叶片；3、驱动电机；4、丝杠；5、刚性线；6、收紧装置；7、滚轮；8、穿线孔；9、第一连杆；10、第二连杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种叶片组、联动型多叶准直器及其联动方法，以解决现有技术存在的问题，可以提高射野调制精度，进一步缩小照射区与靶区之间的差距，保护靶区周围正常组织。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种叶片组，叶片组用于多叶准直器中，包括用于伸缩时遮挡射线的两主动叶片1和若干从动叶片2，若干从动叶片2排列设置在两主动叶片1之间，且每个从动叶片2的厚度均小于主动叶片1。

工作过程中，主动叶片1与从动叶片2伸出模拟靶区边界，对X射线进行遮挡，使X射线对设定区域进行放射治疗；由于本实施例中从动叶片2的厚度小于主动叶片1，当主动叶片1与从动叶片2形成边界曲线时，其曲线相较于现有技术中叶片形成的边界形状更为平滑，且可以提高射野调制精度，进一步缩小照射区与靶区之间的差距，提高治疗效果，保护靶区周围正常组织。

进一步的，本实施例中从动叶片2的厚度为主动叶片1厚度的1/4～3/4，当然在从动叶片2的驱动方式允许及自身强度得到保证的前提下，从动叶片2的尺寸可以做的更薄，形成的边界图形线条也更加平滑；为了更容易通过程序进行控制，便于对照射边界进行精调，本实施例中若干从动叶片2的厚度相同。

本实施例中，主动叶片1与从动叶片2的端面为弧形形状，如图6～图7所示，且主动叶片1及从动叶片2本身具有阶梯状结构或梯形结构，保证叶片的底面和顶面必须在与叶片运动方向垂直的平面内聚焦于放射源，避免漏射的是凹凸槽；而具体弧形形状的半径及其对应的圆心角角度，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，而叶片的阶梯状或梯形结构也是本领域技术人员所熟知的，对此本实施例不做赘述，也并未在附图中示出。

实施例2：

本实施例提供一种联动型多叶准直器，包括本体与若干上述的叶片组，若干叶片组对称设置在本体上，本体上还设置有用于驱动主动叶片1与从动叶片2滑动的驱动组件。

叶片组固定在本体上的形式是本领域技术人员所熟知的，因此，本实施例并未对叶片的滑动固定方式进行限定。

具体的，驱动组件包括驱动装置、刚性线5及收紧装置6，主动叶片1分别与驱动装置连接，且主动叶片1及从动叶片2的上分别对应设置有供刚性线5穿过的第一穿线部及第二穿线部；刚性线5的一端固定，另一端依次穿过一侧的第一穿线部、若干第二穿线部、另一侧的第一穿线部后固定在用于保持刚性线5始终收紧的收紧装置6上。

多叶准直器在工作时，当一个叶片组中一驱动装置驱动一个主动叶片1进行伸缩运动，其在运动过程中刚性线5在收紧装置6的作用下始终处于紧绷状态，并且会带动从动叶片2进行移动，在叶片组的端部形成倾斜形状，从而可以通过控制一个叶片组中两侧主动叶片1的运动对叶片组端部形成倾斜形状的倾斜程度、伸出距离进行调节，当多个叶片组配合使用时，由于叶片组中的从动叶片2的厚度较薄，不同倾斜程度的叶片组配合能够进行照射边界尺寸的精确调节。

需要说明的是，现有的多叶准直器中的叶片均通过丝杆4连接驱动电机3，其中丝杆4沿叶片的长度方向设置有用于与丝杆4连接的螺孔，通过电机正反转带动叶片进行伸缩，从而模拟不同形状的靶区，根据现有驱动形式，由于叶片内穿设有丝杆4，如果降低叶片物理宽度必须考虑丝杆4直径，而丝杆4直径不能设置得太小，否则强度难以达到要求，所以叶片厚度一定程度上受制于丝杆4。并且现有的驱动形式中每个叶片均连接有驱动电机3相互对应，导致电机数量众多，电机后期更换频率高，使用维护成本高。

本实施例仅在主动叶片1上设置驱动装置，并通过刚性线5来带动从动叶片2进行移动，舍弃了原有叶片上均设置驱动电机3的形式，由于失去了丝杠的限制，在满足强度、透射、散射、半影等要求的前提下，从动叶片2的厚度能够尽可能降低，从而进一步提高照射野区剂量调节精度并使照射区贴合靶区形状；而由于从动叶片2不再单独设置驱动装置，从而可以明显降低驱动装置的使用数量，降低多叶准直器的成本及后期维护难度。

本实施例中的主动叶片1可以采用与传动叶片相同的结构，并同样利用驱动电机3带动丝杠驱动主动叶片1移动；而收紧装置6可以采用收紧电机。

进一步的，本实施例中第一穿线部包括滚轮7组，滚轮7组包括两滚轮7，两滚轮7均平行于从动叶片2的排列方向进行设置，即滚轮7的平面与从动叶片2的排列方向及伸缩方向在同一平面上，滚轮7上还设置有沟槽，且两滚轮7上的沟槽相对设置，用于将刚性线5进行夹持，防止刚性线5在两滚轮7的沟槽中进行晃动，影响多叶准直器的调整精度；第二穿线部为穿线孔8，穿线孔8的直径略大于刚性线5直径，二者间隙配合，且初始状态下，刚性线5中穿设叶片组的区段呈直线，即两主动叶片1之间的部分刚性线5呈直线；此直线可以平行于从动叶片2的排列方向，可以与其排列方向具有一定夹角，优选平行于从动叶片2的排列方向。

具体的，为了避免刚性线5与穿线孔8的两端部弯折，产生较大的应力，影响刚性线5的使用寿命，本实施例在穿线孔8的两端部进行倒圆角处理，使得刚性线5与在穿线孔8的端部进行平滑过渡，减小应力集中。

进一步的，本实施例中主动叶片1的尾部设置有第一连杆9，滚轮7转动设置在第一连杆9上；从动叶片2的尾部设置有第二连杆10，第二连杆10上设置有穿线孔8；在从动叶片2的排列方向上，相邻第二连杆10之间的距离、滚轮7组与其相邻的第二连杆10之间的距离大于刚性线5的直径，避免相邻从动叶片2或者相邻的从动叶片2、主动叶片1发生相对移动时，由于二者之间间隙太小而对刚性线5进行剐蹭、挤压的情况出现。

假设主动叶片1的最大伸出距离为a，主动叶片1与从动叶片2除厚度不同外，长度和宽度均相同，第一穿线部与第二穿线部的位置对应，在保证本实施例中一个叶片组中的叶片能够自由伸缩，刚性线5不接触叶片本体的情况下，假设叶片移动至最远距离时，其穿线位置正好对应其后一叶片的尾部，假设相邻两主动叶片1之间的从动叶片2的数量为b，任一叶片的穿线位置距叶片尾部的距离为c，则相邻叶片之间的刚性线长度为

d为从动叶片2厚度，从而当从动叶片2的厚度很小时，相邻叶片之间刚性线的长度约等于c，b个从动叶片在两个主动叶片1件形成b+1段刚性线5的线段，从而存在主动叶片1的最大伸出距离a为(b+1)×c，因此，在实际设计时，主动叶片1的实际伸出距离要小于(b+1)×c，即c>a/(b+1)。

进一步的，本实施例中叶片组之间存在两种配合形式，一种是相邻叶片组共用一个主动叶片1，共用的主动叶片1上设置有两个第一穿线部，两第一穿线部沿主动叶片1的高度方向上下分布，分别连接两叶片组中的若干从动叶片2，此时，两相邻叶片组中从动叶片2上的穿线孔8位置高度不同，分别与高度不同的两第一穿线部，即滚轮组，进行对应，如图2～图3、图6～图8，此种搭配方式优点是在叶片组数一定的情况下，宽度较大的主动叶片1使用数量少，从动叶片2占比大，多叶准直器整体精度高，并且电机数量更少，成本更低低；一种是叶片组相互独立，不共用主动叶片1，如图4～图5所示。

实施例3：

本实施例提供一种联动型多叶准直器的联动方法，包括以下步骤：

1)得到需要使用X光进行照射的靶区边界曲线，对应生成照射野边界曲线；

2)对照射野进行分析及计算，得到每个主动叶片1需要运动的过程，并生成对若干驱动装置的控制程序；

3)通过控制系统对若干驱动电机3进行控制，带动主动叶片1伸出到设定位置，并通过刚性线5带动相邻从动叶片2运动，对X光进行遮挡，以形成照射野。

本实施例中对边界曲线进行分析，及其根据边界曲线得到驱动装置控制程序的过程是本领域技术人员所掌握的常规技能。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种联动型多叶准直器，其特征在于，包括本体与叶片组，若干所述叶片组对称设置在所述本体上，所述叶片组包括用于伸缩时遮挡射线的两主动叶片和若干从动叶片，若干所述从动叶片排列设置在两所述主动叶片之间，且每个所述从动叶片的厚度均小于所述主动叶片，所述本体上还设置有用于驱动所述主动叶片与所述从动叶片滑动的驱动组件；所述驱动组件包括驱动装置、刚性线及收紧装置，所述主动叶片分别与所述驱动装置连接，且所述主动叶片及所述从动叶片的上分别对应设置有供所述刚性线穿过的第一穿线部及第二穿线部；所述刚性线的一端固定，另一端依次穿过一侧的所述第一穿线部、若干所述第二穿线部、另一侧的所述第一穿线部后固定在用于保持所述刚性线始终收紧的所述收紧装置上。

2.根据权利要求1所述的联动型多叶准直器，其特征在于，所述主动叶片的最大伸出距离为a，相邻两所述主动叶片之间的所述从动叶片的数量为b，所述第一穿线部上的穿线位置距所述主动叶片尾部的距离为c，存在c>a/(b+1)。

3.根据权利要求2所述的联动型多叶准直器，其特征在于，所述第一穿线部包括滚轮组，所述滚轮组包括两滚轮，两所述滚轮均平行于所述从动叶片的排列方向进行设置，所述滚轮上还设置有沟槽，且两所述滚轮上的所述沟槽相对设置，用于将所述刚性线进行夹持；所述第二穿线部为穿线孔，所述穿线孔与所述刚性线间隙配合，且初始状态下，所述刚性线中穿设所述叶片组的区段呈直线。

4.根据权利要求3所述的联动型多叶准直器，其特征在于，所述主动叶片的尾部设置有第一连杆，所述滚轮转动设置在所述第一连杆上；所述从动叶片的尾部设置有第二连杆，所述第二连杆上设置有所述穿线孔。

5.根据权利要求4所述的联动型多叶准直器，其特征在于，在所述从动叶片的排列方向上，相邻所述第二连杆之间的距离、所述滚轮组与其相邻的所述第二连杆之间的距离大于所述刚性线的直径。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的联动型多叶准直器，其特征在于，相邻所述叶片组共用一个所述主动叶片，共用的所述主动叶片上设置有两个所述第一穿线部。

7.根据权利要求6所述的联动型多叶准直器，其特征在于，在所述从动叶片的排列方向上，若干所述从动叶片的厚度相同。

8.根据权利要求7所述的联动型多叶准直器，其特征在于，所述主动叶片与所述从动叶片的端面为弧形形状。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的联动型多叶准直器的联动方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)得到需要使用X光进行照射的靶区边界曲线，对应生成照射野边界曲线；

2)对照射野进行分析及计算，得到每个主动叶片需要运动的过程，并生成对若干驱动装置的控制程序；

3)通过控制系统对若干驱动电机进行控制，带动主动叶片伸出到设定位置，并通过刚性线带动相邻从动叶片运动，对X光进行遮挡，以形成照射野。

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