CN203736724U - 在辐照系统中使用的调制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种在辐照系统中使用的调制器，其包括排列成至少一行的多个可置换辐射衰减元件，该辐射衰减元件配置成根据辐射衰减元件的位置来衰减辐射场中的部分辐射束，且其中每个辐射衰减元件分别附接至实质上射线可穿透的构件，以及可操作以存储运动轨迹并通过实质上射线可穿透的构件沿大致垂直于辐射束的方向分别驱动辐射衰减元件的驱动器，其中辐射衰减元件各自的运动是根据对应的运动轨迹，且其中运动轨迹将辐射衰减元件的位置和/或速度与时间和/或照射水平相关联。

Description

在辐照系统中使用的调制器
技术领域
本实用新型总体涉及一种放射治疗和照射系统，尤其涉及通过一个或多个位于辐射场中的衰减叶来调制辐射束的强度。
背景技术
用于放射治疗的医疗设备利用高能量辐射来治疗肿瘤组织。其剂量以及剂量的布局必须精确控制，以保证肿瘤接收足够的辐射而被破坏，并且对周围和邻近的称为危及器官(OAR)的非肿瘤组织的危害最小。
放射治疗典型地使用患者体外的辐射源，通常为辐射性同位素如钴-60或者高能X射线源如线性加速器。该外部源生成准直射束，射向患者的肿瘤部位。然而，外部源放射治疗在辐射束路径中除肿瘤组织以外还不期望地辐射到大量的OAR。在保持对肿瘤组织给定剂量的辐射的同时，通过将外部辐射束以多种机架角度投射于患者使射束会聚在肿瘤部位，可以降低对健康组织的照射的负面效应。这减小了整个治疗期间对健康组织的总剂量。
还可通过将辐射束严格地准直至垂直于辐射束轴的肿瘤的总横截面来降低对健康组织的照射。已有用于产生这种环形准直的多个系统，如带有多叶准直器的系统。该多叶准直器(MLC)可根据机架角度控制辐射束的宽度和偏置，以使肿瘤组织可被精确地瞄准。
准直只是将辐射束成形的一种方式。附加地或可选地，该辐射束可在空间上衰减。准直器控制辐射束的轮廓；衰减器控制照射于组织的辐射束的强度。更技术性地说，准直器阻挡辐射以生成总体为二元的空间强度分布(二元：通过或阻挡)，而衰减器或射束调制器，典型地通过选择性衰减而产生对射束强度的连续空间调制。
例如，强度调制放射治疗(IMRT)目的是照射靶并保护健康组织，尤其是危及器官(OAR)。强度调制通过多叶准直器实现，或者通过衰减调制器实现。所希望的强度图通过分段来近似：形成由MLC连续成形的孔径段的序列。
使用放射治疗的逆向计划，医师规定所需的靶剂量和敏感结构的耐受性，而优化软件探索出多种可能以确定机器设置，以准确地传送所规定的辐射剂量。照射是根据方位的离散集合、或根据连续的弧传送的。
为在给定场内调制辐射束强度，射束从概念上被划分为多个小射束段，一般称为笔形束或细束。细束由其在辐射场中的各自位置和射束相对于患者的方位来进行索引。在患者处由细束产生的剂量分布被计算和／或测量。优化IMRT的量以选择细束的相应强度，排列成强度图，以实现患者处最优的累积剂量分布。由于每个细束的独立照射是繁琐的，因此细束被分组成场段，其分别合并了统一的段强度。该段的连续照射接近强度图所规定的优化强度。直接的方法除细束强度外还优化场形状，同时可将传输约束合并在优化过程中。
准直器可配置成通过阻挡场孔径之外基本上所有的辐射来定义辐射场。典型地，所希望的辐射场通过级联准直器来产生。第一、第二和第三准直器根据与辐射源各自的接近程度来命名。固定尺寸的静态第一准直器定义最大场尺寸。第二准直器是可移动的，并可操作以大致生成尺寸和位置可变的矩形场。更精细的场成形进一步由第三准直器来完成，典型地为直径可变的圆锥(有时称为圆柱形)准直器或多叶准直器。连续的级联准直器相重叠以防止辐射在准直器之间的泄漏。
多叶准直器通过调整对向的(opposing)各叶的前端之间的空间来调节场孔径。所生成的场可在辐射过程中或辐射之间调节。各MLC叶的后端与第二准直器(典型为夹片)重叠。
尽管准直器阻挡了场外的辐射，但射束强度可由覆盖整个场的物理调制器来调制。该调制器在空间上合并设计成特定的强度图的可变衰减属性。简单调制器如楔子(wedge)，一般不在自身的IMRT上提供足够的质量。
实用新型内容
本实用新型试图提供一种新型设备和方法，用于通过配置成衰减辐射场中部分射束的可移动叶来调制辐射场中辐射束的强度，如下所述。
根据本实用新型的实施例，提供了用于辐照系统的多叶调制器，其在辐射场中发射辐射束，该调制器包括多个可置换叶，将这些可置换叶配置成衰减辐射场中的部分辐射束、以及用于通过附接至叶的射线可穿透的构件来置换叶的装置。该置换是根据从优化的衰减图获取的相应运动轨迹，以获取所希望的剂量分布。给定位置中叶的衰减与该位置中叶的停留时间成正比、或与该位置中叶的速度成反比。
应当注意，在该描述中，附接至叶的构件称为射线可穿透的。该术语不仅包括允许射束通过而基本无衰减的构件，还包括有限的(小的)衰减，即明显小于叶的衰减，如不高于叶衰减的10％，更优选地为不高于叶衰减的5％，最优选地为不高于叶衰减的1％。这种小的衰减可合并在叶运动轨迹的计算中。
因此根据本实用新型的实施例提供了一种调制器，用于辐照系统，该辐照系统能够从多个方位对靶进行照射，其中这些方位与辐射场中分别准直的定向辐射束相关联，包括排列成至少一行的多个可置换辐射衰减元件，该辐射衰减元件配置成根据辐射衰减元件的位置来衰减辐射场中的部分辐射束，其中每个辐射衰减元件分别附接至实质上射线可穿透的构件，以及可操作以存储运动轨迹并通过实质上射线可穿透的构件在大致垂直于辐射束的方向上分别驱动辐射衰减元件的驱动器，其中辐射衰减元件各自的运动是根据对应的运动轨迹，且其中运动轨迹将辐射衰减元件的位置和／或速度与时间和／或照射水平相关联。
在一个非限制性实施例中，准直器可操作以充分阻挡辐射场外的辐射。
在一个非限制性实施例中，辐射源可操作以产生朝向靶的辐射束。
在一个非限制性实施例中，靶定位器被提供用于调整靶与辐射束的相对位置。
在一个非限制性实施例中，调制器定位器被提供用于调整调制器与辐射束的相对位置。
在一个非限制性实施例中，额外的调制器可操作以调制辐射场中的辐射束。
在一个非限制性实施例中，处理器与驱动器进行通信，其中该处理器可操作以获取与从各个方向照射该靶相关联的衰减图、并将衰减图转换成辐射衰减元件的运动轨迹，其中该衰减图提供了与处于各自位置的辐射衰减元件相关联的衰减水平。
附图说明
本实用新型将根据以下详细描述并结合附图而得以更全面地理解和领会，其中：
图1为根据本实用新型的实施例来构造和操作的照射系统和调制器系统的简化图示；
图2为根据本实用新型的可选实施例来构造和操作的辐射衰减元件的布置的简化图示；以及
图3为根据本实用新型的实施例用于执行IMRT的方法的简化流程图。
具体实施方式
现参见图1，说明了根据本实用新型的非限制性实施例来构造和操作的具有准直器系统12(或简称为准直器12)的辐照系统10。
在所示出的非限制性实施例中，辐照系统10(如LINAC)包括发射辐射束16的辐射源14。如本领域所熟知的，辐射源14和准直器12可位于机架(未示出)中。可使用任一种辐射，例如但不限于，电子辐射或光子辐射(伽马辐射)。如本领域所知，在治疗过程中，射束16被瞄准在典型地包围机架旋转的等角点的靶上。成像设备(未示出)，例如可提供荧光镜或超声设备用于将由辐射束16所照射的靶进行成像。该成像设备可结合闭环、反馈控制系统(未示出)来使用，以控制靶与辐射束之间的相对位置，并控制准直器12的运行。
准直器12设置为形成辐射束16可穿过的孔径20。在一个实施例中，准直器12是根据先前获取的患者肿瘤数据而成形的为单个客户制造的辐射阻挡块。在本实用新型的另一实施例中，准直器12可为多叶准直器，包括多个可移动辐射阻挡叶18，这些可移动辐射阻挡叶18布置为形成孔径20。一般而言，尽管不限于此，孔径20具有由辐射阻挡块或叶18定义的封闭的周边。
因此，辐照系统10能够从多个方位照射靶，其中这些方位与辐射场中分别由准直器12准直的定向辐射束16相关联。
根据本实用新型的实施例，提供了用于辐照系统10的多叶调制器21。该多叶调制器21包括一个或多个辐射衰减元件22，这些辐射衰减原件被放置为阻挡穿过孔径20视场的辐射束16的一部分。在图1所示出的实施例中，示出了三个辐射衰减元件22。图2示出了可选的实施例，其中多个辐射衰减元件22被设置为沿基本垂直于辐射束16的不同平面移动。辐射衰减元件22可为多个可置换的叶，排列为至少一行。该叶配置成根据叶的位置来衰减辐射场内部的辐射束16的一部分。
辐射衰减元件22设置于(附接至、结合至或延伸自)实质上射线可穿透的构件24上，高射线可穿透的构件24由基本不阻挡辐射束16的材料制成。该一个或多个辐射衰减元件22由驱动器25(如线性致动器、步进电机或其它)移动至孔径20的视场的不同位置。在一个实施例中，驱动器25存储运动轨迹并通过实质上射线可穿透的构件24在大体垂直于辐射束16的方向上分别驱动辐射衰减元件22(也称叶22)。叶22各自的运动是根据对应的运动轨迹；该运动轨迹将辐射衰减元件22的位置和／或速度与时间和／或照射水平相关联。
辐射衰减元件22衰减穿过孔径20的辐射束16的一部分，但在辐射衰减元件22外部的辐射束16的其它部分穿过孔径20和射线可穿透的构件24而基本未衰减。(在完全衰减的情况下，辐射衰减元件22完全阻挡了辐射束16的部分)因此，如在垂直于射束方向的平面26中所见，辐射束穿过孔径20中的辐射衰减元件22的周围各处，但没有穿过辐射衰减元件22所处的位置。辐射衰减元件22的阴影27在平面26上清晰可见。
在示出的实施例中，辐射衰减元件22和射线可穿透的构件24不与一个或多个叶18共面。然而，在图1的虚线所示的另一非限制性实施例中，辐射衰减元件22和射线可穿透的构件24可与至少某些叶18共面。
准直器可进一步包括设备28，用于确定孔径(如照相机)的位置和形状。
可提供靶定位器30(如机架)用于调整靶与辐射束16的相对位置。可提供调制器定位器32用于调整调制器21与辐射束16的相对位置。例如，调制器21可安装于可精确移动的桌子上。又例如，调制器定位器32可为机架。可提供额外的调制器34(如额外的衰减器)用于调制辐射场中的辐射束16。
处理器36可与驱动器25进行通信。处理器36可操作以获取与从各个方位照射靶相关联的衰减图并将衰减图转换为辐射衰减元件22的运动轨迹，其中该衰减图提供了与处于各自位置的辐射衰减元件22相关的衰减水平。
现参见图3，其根据本实用新型的实施例说明了执行例如受控于处理器36的IMRT的方法的一个非限制性示例。该方法包括从多个方位照射靶，其中该方位与辐射场中分别准直的辐射束相关联。针对所述多个方位，各自的强度图被优化。
对于每个方位，相应的场被分成段，对于每个段，选择用于多叶调制器的各叶的分段强度和分段轨迹。分段轨迹将叶的位置和／或速度与时间和／或照射水平相关联。该段由分段强度来照射，而该分段强度根据分段轨迹来调制。
该方法进一步包括优化与各方位相关联的各个辐射场。例如，优化各个强度图可包括最小化因临床和／或辐射传输约束导致的成本函数。将对应的场分成各段可包括将这些段重叠。选择分段强度可通过最小化因临床和／或辐射传输约束导致的成本函数来实现。
该段可被照射而不需要在照射另一段之后关闭射束。该段可在辐射束与靶间的相对方位的连续调整期间被照射。
该方法可进一步包括在选择分段强度与分段轨迹之前将不同的照射方位分配至该段，以使每个方位都与一个段相关联。
本实用新型的保护范围包括前述特征的组合与子组合、以及本领域技术人员一旦阅读了在前描述后容易想到的不属于现有技术的修改与变型。

Claims (7)

1.一种在辐照系统中使用的调制器，所述辐照系统能够从多个方位对靶进行照射，其中所述多个方位与在辐射场中分别准直的定向辐射束相关联，所述调制器包括：
排列成至少一行的多个可置换辐射衰减元件，所述辐射衰减元件被配置成根据所述辐射衰减元件的位置来衰减所述辐射场中的部分辐射束，且其中每个辐射衰减元件分别附接至实质上射线可穿透的构件；以及
驱动器，所述驱动器能够操作以存储运动轨迹、并通过所述实质上射线可穿透的构件沿大致垂直于所述辐射束的方向分别驱动所述辐射衰减元件，其中所述辐射衰减元件各自的运动是根据对应的运动轨迹，且其中运动轨迹将所述辐射衰减元件的位置和／或速度与时间和／或照射水平相关联。
2.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括准直器，所述准直器能够操作以实质上阻挡辐射场外的辐射。
3.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括辐射源，所述辐射源能够操作以产生朝向靶的辐射束。
4.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括靶定位器，用于调整所述靶与所述辐射束的相对位置。
5.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括调制器定位器，用于调整所述调制器与所述辐射束的相对位置。
6.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括额外的调制器，所述额外的调制器能够操作以调制所述辐射场中的辐射束。
7.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，进一步包括与所述驱动器进行通信的处理器，其中所述处理器能够操作以获取与从各个方位照射所述靶相关的衰减图、并将衰减图转换成所述辐射衰减元件的运动轨迹，其中所述衰减图提供了与处于各自位置的所述辐射衰减元件相关的衰减水平。
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