CN211536247U

CN211536247U - 用于放疗的囊状施照器

Info

Publication number: CN211536247U
Application number: CN201922228572.6U
Authority: CN
Inventors: 戴建荣; 马攀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2029-12-12

Abstract

本实用新型涉及用于放疗的囊状施照器。根据一实施例，一种用于放疗的囊状施照器可包括：外壳，具有带开口的中空囊状结构，散射箔，设置在所述中空囊状结构的开口的上方，配置为接收第一辐射，并对第一辐射进行散射，同时将第一辐射的一部分转换为第二辐射，以及调制器，设置在所述中空囊状结构内部，配置为调制包括所述第一辐射和所述第二辐射的混合辐射的强度。本实用新型的囊状施照器能够将电子束部分转换为X射线，并调制电子和X射线混合束的强度，在囊状施照器表面以外区域形成均匀的剂量分布，用于囊状肿瘤，例如脑转移瘤术后瘤床的放射治疗。

Description

用于放疗的囊状施照器

技术领域

本实用新型总体上涉及放疗领域，更特别地，涉及一种用于放疗的囊状施照器，其能够用于囊状肿瘤的放射治疗。

背景技术

电子束是肿瘤放疗中使用到的射线源之一，多用于腹部(如肝脏、胰腺等)肿瘤的术中放疗(Intra-Operative Radiation Therapy，IORT)和呈平面分布的表浅肿瘤的外照射放疗。对于囊状肿瘤(脑转移瘤术后瘤床)的术中治疗，目前的电子束照射技术无法实现照射。

实用新型内容

为了将电子束更好地应用于放射治疗，本实用新型提供了一种可用于电子束放疗的囊状施照器。本实用新型的囊状施照器能够将电子束部分转换为X射线，并且调制电子束和X射线混合辐射的强度，在囊状施照器的表面以外区域形成均匀的剂量分布，用于囊状肿瘤的放射治疗，从而拓展电子束放疗的应用领域。

根据一实施例，提供一种用于放疗的囊状施照器，包括：外壳，具有带开口的中空囊状结构；散射箔，设置在所述中空囊状结构的开口的上方第一距离处，配置为接收第一辐射，并对所述第一辐射进行散射，同时将所述第一辐射的一部分转换为第二辐射；以及调制器，设置在所述中空囊状结构内部，配置为调制包括所述第一辐射和所述第二辐射的混合辐射的强度。

在一些示例中，所述中空囊状结构为半球形，所述开口为圆形。

在一些示例中，所述调制器具有月牙形横截面，并且设置为关于所述中空囊状结构的中心轴线对称。

在一些示例中，所述第一辐射是电子束辐射，所述第二辐射是X射线辐射。

在一些示例中，所述的囊状施照器还包括：限光筒，在所述外壳的开口处连接到所述外壳，所述散射箔设置在所述限光筒内，所述第一辐射通过所述限光筒照射到所述散射箔上。

在一些示例中，所述限光筒与所述外壳形成为一体结构，或者所述限光筒通过连接结构连接到所述外壳的开口处。

在一些示例中，所述限光筒为直径在10-50mm范围内的圆筒，所述散射箔距离所述中空囊状结构的开口的第一距离在2-15mm的范围内。

在一些示例中，所述限光筒的直径为大约20mm，所述散射箔距离所述中空囊状结构的开口的第一距离在3.5-5.5mm的范围内。

在一些示例中，所述调制器的外表面接触所述外壳的内表面。

在一些示例中，所述散射箔的形状与所述限光筒内孔径的形状相同。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一示例性实施例的囊状施照器的结构示意图。

图2示出位置评估模型表面的电子平均能量与角度关系(12MeV的电子束，施照器散射箔厚度为0.14cm)。

图3示出电子平均能量的方差与散射箔位置关系。

图4示出了根据本实用新型另一示例性实施例的囊状施照器的结构示意图。

图5示出囊状施照器表面以外区域的剂量分布。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。注意，附图可能不是按比例绘制的。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

图1示出根据本实用新型一示例性实施例的囊状施照器的结构示意图。如图1所示，囊状施照器包括外壳101，其为中空囊状结构，具有一开口。在图1示例中，中空囊状结构为中空半球囊状结构，并且具有一圆形开口。外壳101的材料可以是软组织等效材料，并且其是刚性的，具有较强的硬度，以支撑后面描述的散射箔102和调制器103等结构，并且可以支撑包围外壳的肿瘤区。在一种示例中，外壳可由有机玻璃、PMMA、塑料、聚酯等材料制成。

发明人发现，囊状施照器的外壳101的形状优选为大约半球形状，即沿经过开口的中心轴线的平面取得的截面中的弧形表面所对应的圆心角为大约180度，例如为160度到180度的范围，优选地不超过180度。当外壳101具有半球形时，外壳101表面处的辐射剂量可保持比较均匀，尤其是在开口周缘附近的辐射剂量不会显著低于其他部位。

半球囊状施照器还包括散射箔102，其设置在中空半球囊状结构的上方，距离外壳的开口处有预定距离。散射箔102可以接收并散射来自辐射头(未示出)的第一辐射，例如电子束，并且将第一辐射的一部分转换为第二辐射，例如X射线。由于高能电子与物质相互作用的散射角与物质原子序数平方成正比，与物质厚度成正比，所以，对于单一方向来源的电子束而言，为了在半球囊状施照器表面以外区域形成均匀的剂量分布，需要有较大的散射角，因此，散射箔102的材料可以选择高原子序数材料，例如高原子序数的金属钨。在另一方面，增加散射箔102的厚度也能增大散射角，但是散射箔102的厚度越大射线的剂量率越低，所以需要对散射箔102的厚度进行优化，保证在较大的散射角范围内产生足量散射线的同时，又保持较高的剂量率。此外，散射箔102所处的位置离外壳的开口处距离不同时，在半球囊状结构内部无调制器时，混合辐射在半球囊状施照器表面的平均能量方差不同。当方差最小时，形成的剂量分布越均匀。但是，距离越远射线的剂量率越低，因此需要对散射箔102的位置进行优化，保证剂量更均匀的同时，又保持较高的剂量率。散射箔位置的优化方法如后文所述。

根据本实用新型一示例性实施例的用于确定半球囊状施照器中的散射箔102的厚度的方法步骤见已申请专利201810244336.0。在一示例性实施例中，散射箔102的厚度可以为0.5mm～2mm的范围，例如为1.3mm左右。

散射箔102设置在限光筒111内，散射箔102的形状与限光筒111的内孔径形状相同，能使电子束与散射箔物质发生作用。在一种实施方式中，电子束为经过直径20mm圆形限光筒111的12MeV电子线，散射箔102的形状为直径20mm的圆形。为了保持较高的剂量率，散射箔102的厚度只将部分电子转化为X射线，当电子束射入到散射箔102产生作用后，得到的射线束为混合束，其中有X射线，也有电子。

在另一些实施例中，散射箔位置的优化方法如下：设置散射箔位于限光筒111和外壳101的开口处位置为参考位置，散射箔向限光筒方向移动，在施照器半球囊部内无调制器时建立一系列位置评估模型(范围0cm～0.8cm，间隔0.1cm)；通过模拟计算位置评估模型表面平均能量的方差，方差越小表示施照器表面的平均能量越均匀，越易于使用调制器调制。这种方法将降低半球囊状施照器的剂量率，位置升高后散射箔衰减的剂量率要高于70cGy/min，才能保证经过调制器衰减的剂量率满足临床要求。

图2示出在图1的囊状施照器没有调制器103时，对于12MeV的电子束、20mm直径的限光筒和0.14cm的施照器散射箔厚度，位置评估模型表面的电子平均能量随角度变化而变化。与电子束入射方向平行的方向角度为0°，与电子束入射方向垂直的方向角度为90°。在角度最大90°时，电子平均能量最低。此外，能量还随着散射箔位置的提高而降低。

图3进一步示出随着散射箔位置的提高，电子平均能量的方差在变化。从图3可以看出，对于12MeV的电子束，限光筒直径为20mm，并且施照器散射箔厚度为0.14cm时，其位置确定在距离限光筒末端上方大约0.35-0.55cm处时，电子平均能量方差显著减小，说明电子辐射分布更均匀。此时，根据电子束从散射箔出射后电子的角分布计算，有约10％的电子被限光筒壁遮挡。

虽然未示出，但是针对不同限光筒直径的实验表明，对于常用的直径范围在10-50mm内的限光筒，散射箔102距离中空囊状结构的开口的距离优选地在2-15mm的范围内，此时囊状结构表面不同角度位置处的电子平均能量方差显著减小，电子辐射分布更均匀。

继续参照图1，半球囊状施照器还包括调制器103，其设置在外壳101内部。应理解，在图1的示例中，外壳101为带开口的中空球形结构，调制器103紧贴外壳101的内壁设置，也就是说，在图1中，外壳由实线101示意性示出，而实线101和103之间的区域为调制器，实线103为调制器的内表面。调制器103用于调制包括第一辐射例如电子束和第二辐射例如X射线的混合辐射的强度，其可由低原子序数的材料制成，该材料能够调制混合束的强度，但是不易产生光电子。公知的是，对于特定材料，其厚度越大，对辐射的衰减就越大。为了在外壳101的表面上实现均匀的强度分布，需要调制器103在各位置处具有期望的厚度。调制器厚度的优化方法见已申请专利201810244336.0。在图1的示例中，调制器103具有月牙横截面，并且设置为关于中空半球囊状结构的中心轴线对称。也就是说，在囊状结构开口周围的调制器103的厚度小于限光筒中心轴线上的调制器103的厚度，这样可以进一步使得囊状结构表面不同角度位置处的辐射剂量更均匀分布。

图1所示的半球囊状施照器还可以包括限光筒111，其在外壳101的开口处连接到外壳101，电子束可通过限光筒111照射到散射箔102上。限光筒111的材料可以为有机玻璃，筒壁厚度可以为5mm。在图1的示例中，限光筒111与外壳101形成为一体结构，一体化的设计便于保持半球囊状施照器中散射箔102和调制器103相对于电子束的位置，从而保持射线特性。此外一体化的设计还便于简化临床操作流程，缩短放疗时间。

在另一些实施例中，如图4所示，限光筒111和外壳101可以是单独的结构，通过诸如卡扣112之类的连接结构在外壳101的开口处连接到外壳101，并且二者可以分离和组合。图4所示的施照器的其他方面与图1相同，此处不再赘述。

图5示出本实用新型实施例适用于9MeV电子线的半球囊状施照器表面以外区域的剂量分布。图中(a)所示为垂直于电子束入射方向距离限光筒与半球囊部衔接处0.8cm平面的剂量分布；图中(b)所示为沿电子束入射方向经过半球囊状施照器几何中心平面的剂量分布。图中所示等剂量线从20％开始，以20％的步长进行绘制。在距离半球囊状施照器表面相等距离的位置剂量分布均匀，与半球囊状施照器几何形状一致。

与现有技术相比，本实用新型提供的半球囊状施照器能够将电子束部分转换为X射线，并调制混合辐射(包括电子束和X射线)的强度，在半球囊状施照器表面以外区域产生均匀的剂量分布，用于半球囊状肿瘤的放射治疗，拓展电子束使用范围。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims

1.一种用于放疗的囊状施照器，其特征在于包括：

外壳，具有带开口的中空囊状结构；

散射箔，设置在所述中空囊状结构的开口的上方第一距离处，配置为接收第一辐射，并对所述第一辐射进行散射，同时将所述第一辐射的一部分转换为第二辐射；以及

调制器，设置在所述中空囊状结构内部，配置为调制包括所述第一辐射和所述第二辐射的混合辐射的强度。

2.如权利要求1所述的囊状施照器，其特征在于，所述中空囊状结构为半球形，所述开口为圆形。

3.如权利要求1所述的囊状施照器，其特征在于，所述调制器具有月牙形横截面，并且设置为关于所述中空囊状结构的中心轴线对称。

4.如权利要求1所述的囊状施照器，其特征在于，所述第一辐射是电子束辐射，所述第二辐射是X射线辐射。

5.如权利要求1所述的囊状施照器，其特征在于还包括：

限光筒，在所述外壳的开口处连接到所述外壳，所述散射箔设置在所述限光筒内，所述第一辐射通过所述限光筒照射到所述散射箔上。

6.如权利要求5所述的囊状施照器，其特征在于，所述限光筒与所述外壳形成为一体结构，或者所述限光筒通过连接结构连接到所述外壳的开口处。

7.如权利要求5所述的囊状施照器，其特征在于，所述限光筒为直径在10mm-50mm范围内的圆筒，所述散射箔距离所述中空囊状结构的开口的第一距离在2mm-15mm的范围内。

8.如权利要求7所述的囊状施照器，其特征在于，所述限光筒的直径为大约20mm，所述散射箔距离所述中空囊状结构的开口的第一距离在3.5mm-5.5mm的范围内。

9.如权利要求1所述的囊状施照器，其特征在于，所述调制器的外表面接触所述外壳的内表面。

10.如权利要求5所述的囊状施照器，其特征在于，所述散射箔的形状与所述限光筒内孔径的形状相同。