CN1139580A - 多层多叶片准直仪 - Google Patents

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Abstract

一种用于定型辐射线束的多层多叶片准直仪，包括第一和第二层许多细长的辐射阻滞叶片。每层的各叶片彼此相邻配置，以形成对置的两排相邻设置的叶片，并在大致横交于线束方向的一纵向(Y)上可以移动，以致在对置的各叶片端部之间限定一辐射线束成型区。各层在线束方向上上下配置，并在大致横交于线束方向和正交于纵向的一侧向(X)上有所偏移，以致第一和第二层的相邻各叶片之间的空隙分别位于相应的第二和第一层各叶片的上面和下面。

Description

多层多叶片准直仪
在此所说明的本发明涉及一种多层多叶片准直仪，用于在辐射治疗期间形成和控制辐射线束的空间分布。
在通常的辐射治疗期间，一束方向和强度变化着的射线射向病人的肿瘤处。当前使用的各种典型治疗区域形状(正方、矩形，或其改动)导致一三维的治疗范围，此范围不幸包含了一些正常组织和器官的片段。处于辐射线束路径上的正常组织和器官为了明显的安全原因必须予以考虑，从而限制了可以发送至肿瘤的剂量。对于多种肿瘤来说，治愈率是它们所接受的剂量的敏感函数。如果受影响的正常组织或器官大小减少，发送至肿瘤的剂量就可以增加了。各种各样的使治疗范围更加密切地符合肿瘤范围形状的方法正在研制之中，目标是在对正常组织和器官损害较少的情况下，把较大的剂量发送至肿瘤，产生对病人健康的积极效果。正在研制之中的多种多样的途径包括：治疗期间移动密实颚板(solid jaw-blocks)，使辐射线束扫描整个有待治疗的范围，以及使用一种多叶片准直仪以建立与肿瘤形状相关的一个不规则形状的治疗区域。
多叶片准直仪可以以与通常的密实颚板相类似的方式予以使用。此外，多叶片准直仪中的每一个别片段或叶片可以独立地以予以定位，使得用户可能建立无限量的不规则形状的治疗区域。辐射线束被导向对置的两组射线阻滞准直仪叶片端部之间，从而限定辐射线束的形状，使之密切吻合所需治疗区域的形状，同时遮护正常的组织和器官。
1992年11月24日授予Hunziger的美国专利5,166,531披露了一种多叶片准直装置，设置在一辐射发射头中心轴线的周围，用于定形发射出的辐射线束。代替在标准准直仪中所见的对置的密实颚板，人们可以见到对置的两组并排的细长辐射阻滞准直仪叶片。每一对置组中的每一叶片可以沿纵向朝着或离开辐射线束的中心轴线移动，从而限定一个辐射线束将穿之而过的所需形状。
由于相邻的各叶片必须紧挨着并排设置以便尽管减少各叶片之间的射线泄漏，摩擦就成为一项固有的问题，会使得在重新设置一相邻叶片时要保持一叶片的设定位置变得复杂起来，这种重新定位在共形疗法(conformal theropy)中是经常需要的。如果相邻各叶片之间的摩擦通过在相邻各叶片之间形成较松配合而降低，则将产生透过各相邻叶片之间的空隙的不容接受的射线泄漏。另一方面，在各相邻叶片之间保持紧密叶片配合并在各相邻叶片的接触面积上形成特氟隆或其他润滑层也不是一种可接受的解决办法，因为润滑层的低密度，与各准直仪叶片的高密度相比，将会发生不容接受的辐射泄漏量。
本发明的一项目的是，提供一种多叶片准直装置，不仅可解决上述辐射泄漏和摩擦问题，还可提高精确确定辐射线束穿之而过的所需形状的能力。
本发明的进一步目的是，减少多叶片准直仪的总的制作成本。
本发明的更进一步目的是，提供一种多叶片准直仪装置，可保持建立较大矩形治疗区的能力。
本发明是一种多层多叶片准直仪，用于辐射线束的成形。此准直仪包括第一和第二层多个细长的辐射阻滞叶片，每层的各叶片彼此紧邻地排列，以便形成对置的两排相邻设置的叶片，并且在大致横交于辐射线束的纵向(Y)上是可移动的，以便在各叶片的对置端部之间形成一辐射线束定形区域。各层沿辐射线束方向上下布置并沿着大致横交于辐射线束方向和正交于纵向(Y)的侧向(X)有所偏移，以致在第一和第二层的各相邻叶片之间的空隙分别位于相应的第二和第一层的上面和下面。
由于一层的各叶片与另一层的各叶片之间的空隙的良好定位，可以容许相邻叶片之间的较松配合。采用较松配合可以解决以下两者之间的进退两难局面所造成的机械设计难题，即为了减少相邻各叶片之间的辐射泄漏需要紧密配合，而为此提供一种其中各叶片可独立定位并随后保持其位置的定位装置却会出现的复杂情况。精确定位各叶片而使之适合某一不规则形状的能力也得到提高。此外，装置的模块化设计可以降低制造和维修成本。
本发明的这些好处以及其他各种特性在本发明的优先实施例和各项权利要求的说明中是显而易见的。
为了较为完整地了解本发明，现在参见以下的详细说明和各帧附图。
图1表明包括按照本发明的各项原理制成的一种多叶片准直装置的一部辐射治疗设备的透视图；
图2表明按照本发明的各项原理制成的一种多层叶片准直仪，从辐射治疗设备的辐射线束源往外观看；
图3表示图2所示准直仪的侧视图；
图4表示图2所示准直仪的局部近视图。
图1表明常见结构的一部辐射治疗设备2的一部分，其中采用了按照本发明的各项原理制成的一种多叶片准直仪4。辐射治疗设备2包括一台架6，在治疗过程中可围绕一水平转动轴线8旋转。准直仪4固紧于台架6的一外伸部5。外伸部5包括一线性加速器(未画出)，用于生成辐射线束10，从与准直仪4的中心轴线重合的治疗设备2的中心轴线发射出来。无论电子辐射还是光子辐射(伽玛辐射)均可用于治疗。在治疗期间，辐射线束10对准病人13的有待治疗的病区12，而此病区处在台架转动的等角点上。台架6的转动轴线8、一治疗台16的转动轴线14和辐射线束轴线10全都汇交于等角点。
如图2和3所示，本发明的多层准直仪包括相同的两层，一上层20和一下层22，每层具有多对对置的叶片。如图3的侧视图所示，上层20包括一中段，具有许多比较狭窄的并排设置的叶片24，此段在其右侧由一比较宽阔的修整叶片26、而在其左侧由一比较宽阔的端部叶片28拦住。下层22的构造是上层20的镜象，所以，共同的参照标号用于叶片26和28，不过，由于在以20和22表示的两层的中段里面各狭窄叶片实际上是搭接的，22一层的各狭窄叶片是用参照标号30来标示的。
如图2所示，其中上层20用实线表示，下层22用虚线表示，而一支架32用粗实线表示，支架32以成对对置方式支承上层20的每一叶片24和28以及下层22的每一叶片30和28，以致它们可以独立地在其纵向上移动到辐射线束轴线10(图2所示的Y方向)之内和以外，从而允许用户造成一辐射线束将穿之而过的无限多个不规则的和矩形的治疗区域34。治疗区域的尺寸在X方向上局限于在完全关闭时20和22两层的各成对对置叶片28的内沿之间的距离W，而在Y方向上局限于在完全开启时各狭窄叶片24或30之间的距离L。因而，一般来说，最大尺寸区域是一大小为W×L的矩形。如图2所示，且随后将详细说明的是，要注意修整叶片(微调整叶片)26伸过支架32的整个宽度L，并且可以在X方向移动以便限定各矩形治疗区域的端部。还要指出，在图2中，最左面的叶片24和30表示出是完全关闭的，而第二个最左面的叶片24表示出是局部开启的。
为了产生治疗区域，上层20的叶片24和28(或者下层22的叶片30和28)的操作与先前技术中的单层多叶片准直装置所常用的操作是一样的。
不过，如图3所清楚表明，对于按照本发明的各项原理制成的多层多叶片装置来说，每层的各叶片并不需要制作得使其公差象先前技术中那样严密以保持其间的辐射阻滞配合。按照本发明制成的多叶片准直装置允许具有叶片之间较宽的间距“b”，使得准直仪每层的各叶片及其组件可能具有较大的制造公差。这就大大地降低了叶片的制造成本，以及其完整组件的成本。另外，叶片间间距的增加减小了叶片间的摩擦，从而解决了前述置位和重新置位的问题。
为了防止出自各叶片之间的辐射泄漏抵达病人处，按照本发明的各项原理，下层22与上层20的位置相比，离开辐射线束10的轴线沿侧向具有位置偏移，以致在上层20各相邻叶片24之间的每一间隔“b”以下有一个下层22的叶片30。当然，每一叶片的厚度(沿射线束方向)设计得具有足够的密度以安全地阻滞治疗辐射线束。本发明另外一项优点是，由于上下叶片之间的偏移关系，可以用来造成各种治疗区域边缘的空间分辨力从a(一个狭窄叶片的宽度)增大到(a＋b)/2。
按照本发明的另一方面，虽然叶片24、30和28可沿其纵向移动并只伸过治疗区域34的一半，如前所述，但各修整叶片26则伸过支架32的整个宽度(如更为清楚地示于图2左侧的上层20的叶片26)，并且与在其纵向不同，其可在其侧向移动。如此，它们在图2所示的X方向上可以定位在辐射线束10的轴线之内和以外。因此，20和22两层的各修整叶片26可以用以分别在需要造成一具有大于所有相邻的狭窄叶片24(或30)和各端部叶片28的总合侧向尺寸的宽度的情况下造成一矩形治疗区域34的左和右边缘。在使用修整叶片26限定一矩形治疗区域的一端时，由于任何邻靠叶片26的各叶片会阻止其沿X方向上移动，所以只有那些需要限定区域端部对置修整叶片26的叶片24、28或30、28才是完全伸展的，而所有那一层中的其余叶片都是完全缩进的。在另一层中的各对置叶片(上面的或下面的)可以用以限定治疗区域的长度L。
为了造成一微小的矩形区域，在各宽阔叶片28之间必需有大量相邻狭窄叶片24和30会是缩进的，而叶片24、30和28的其余一些完全是完全伸展的。为了造成一较大的矩形区域，狭窄和宽阔叶片30和28会是完全缩进的，而各修整叶片26可以向外移动，从而扩大X尺寸大至W′＝W＋2a′(此处a′是一修整叶片26的宽度)。
图4较为详细地表明图2的顶视图的一部分。如其中从功能方面所示，支架32包括装于其上的许多马达40，以通常方式用以个别地定位准直仪的叶片34、30和28于辐射线束之内和以外，以便可以控制地限定治疗区域。适合于此的驱动装置的一项实例(未画出)是一种用于个别地啮合一装在每一叶片上的齿轨或浮动螺帽的被动蜗轮。一种类似的装置可以用于驱动各修整叶片26。一种先前技术中的这种叶片驱动装置的细节在1992年11月3日颁发给Leavitt等人的美国专利5,160,847之中有所叙述。
应当指出，由于按照本发明的各项原理制成的一种多叶片准直仪的模块性质，本设计的制造和装配成本与先前技术中各种设计相比是大为降低了。亦即，按照本发明的准直仪是由四个完全相同的叶片组列颗件(和两个端部修整件)制成的；即两套宽阔叶片28(在上层20和下层22中各一套)和两套狭窄叶片(上层20中一套叶片24和下层22中一套叶片30)。每一这些套中的各颚件可以独立地制造和测试并随后组装在一起，从而构成上述的成本缩减。此外，必要时每一部分可以单独维修和更换，从而降低了潜在的维修成本。
因而，在此所图示和说明的是一种新颖的辐射治疗装置，既克服了先前技术中固有的各种问题，又改进了多叶片准直仪的功能性。对于在本技术领域中的熟练人员来说，在考察了披露本发明的各项优先实施例的本说明书和其附图之后，本发明的各种变化、修改、变型和其他一些用途和应用将会是显而易见的。比如，在一项可供代换的实施例中，各修整叶片或可设置在一单独的、第三叶片层，比如比较接近辐射线束源一层之中。在此可供代换的实施例中，在20和22两层中的各修整叶片或可使用在构造和操作方面类似于各叶片28的叶片来代替。此外，可以对于各个叶片的形状等作出各种各样的设计变动。所有这些变化、修改、变型和其他一些用途和应用，凡是不偏离本发明的精神和范畴者，都认为是由本专利所概括，它只受以下各项权利要求的限制。

Claims (18)

1、一种辐射发射装置，包括：
一辐射源，用于提供沿给定线束方向的一基本上未成形的辐射线束，以及
一准直仪，用于成形所述辐射线束，所述准直仪包括：第一和第二层多片细长的辐射阻滞叶片，所述每层各叶片相邻排列，以致形成对置的两排相邻设置的叶片，并且在大致横交于线束方向的一纵向(Y)上可以移动，以致在对置的各叶片端部之间限定一个辐射线束成形区域，所述两层还在线束方向上上下配置并在大致横交于线束方向和正交于纵向(Y)的一侧向(X)上有所偏移，以致所述第一和第二层的各相邻叶片之间的空隙分别位于相应的所述第二和所述第一层各叶片的上面和下面。
2、按照权利要求1所述的辐射发射装置，其中每排所述准直仪叶片包括多片相邻设置的较为狭窄的叶片，至少在一端由一较为宽阔的、同样可在纵向上移动的端部叶片形成边界。
3、按照权利要求2所述的辐射发射装置，其中每排所述准直仪叶片在其另一端由一可在侧向移动的较为宽阔的修整叶片形成边界。
4、按照权利要求3所述的辐射发射装置，其中可在所述纵向上移动的每一所述叶片能够缩进足够的量以允许所述各修整叶片可个别伸进所述辐射线束，以致为所述辐射线束限定某一宽度。
5、按照权利要求1所述的辐射发射装置，其中每一所述准直仪层包括各准直仪叶片的完全相同的配置。
6、按照权利要求5所述的辐射发射装置，其中每层准直仪叶片包括中部的许多套对置和相邻设置的较为狭窄的叶片，在一端由一套较为宽阔的叶片形成边界。
7、按照权利要求6所述的辐射发射装置，其中所述各狭窄叶片的另一端由一可在侧向上移动的较为宽阔的叶片形成边界。
8、按照权利要求5所述的辐射发射装置，其中所述准直仪的所述第一和第二层定位得可使在所述第一层中所述叶片排列的顺序是在所述第二层中所述叶片排列的顺序的镜象。
9、按照权利要求7所述的辐射发射装置，其中所述准直仪的所述第一和第二层定位得可使在所述第一层中所述叶片排列的顺序是在所述第二层中所述叶片排列的顺序的镜象。
10、一种多叶片准直仪，用于一部在给定线束方向上提供辐射线束的辐射装置，包括：
一第一层多片细长的辐射阻滞叶片，所述各叶片彼此相邻地配置，以致形成对置的两排相邻设置的叶片，并且在大致横交于线束方向的一纵向(Y)上可以移动，以致在对置的各叶片端部之间限定一辐射线束定形区域；
一第二层多片细长的辐射阻滞叶片，所述第二层的所述各叶片也是彼此相邻地配置，以致形成对置的两排相邻设置的叶片，并且在大致横交于线束方向的一纵向上可以移动，以致在对置各叶片端部之间形成辐射线束成形区域；
其中所述第一和第二层在线束方向上上下配置，并在大致横交于线束方向的一侧向(X)上有所偏移，以致所述第一和第二层中的各相邻叶片之间的空隙分别位于相应的所述第二和所述第一层各叶片的上面和下面。
11、按照权利要求10所述的辐射发射装置，其中每排所述准直仪叶片包括许多相邻设置的较为狭窄的叶片，至少在一端由一也可在纵向上移动的较为宽阔的端部叶片形成边界。
12、按照权利要求11所述的辐射发射装置，其中每排所述准直仪叶片在其另一端由一可在侧向上移动的较为宽阔的修整叶片形成边界。
13、按照权利要求12所述的辐射发射装置，其中可在所述纵向上移动的每一所述叶片能够缩进足够的量以允许所述各修整叶片可个别伸进所述辐射线束，以致为所述辐射线束限定某一宽度。
14、按照权利要求10所述的辐射发射装置，其中每一所述准直仪层包括各准直仪叶片的完全相同的配置。
15、按照权利要求14所述的辐射发射装置，其中每层准直仪叶片包括中部的许多套对置和相邻设置的较为狭窄的叶片，在一端由一套较为宽阔的叶片形成边界。
16、按照权利要求15所述的辐射发射装置，其中所述各狭窄叶片的另一端由一可在侧向上移动的较为宽阔的叶片形成边界。
17、按照权利要求14所述的辐射发射装置，其中所述准直仪的所述第一和第二层定位得可使在所述第一层中所述叶片排列的顺序是在所述第二层中所述叶片排列的顺序的镜象。
18、按照权利要求16所述的辐射发射装置，其中所述准直仪的所述第一和第二层定位得可使在所述第一层中所述叶片排列的顺序是在所述第二层中所述叶片排列的顺序的镜象。
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