CN101755309B - 用于放射治疗的准直仪器 - Google Patents
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Abstract
一种放射治疗仪器，包括：用于产生放射束的装置，所述放射束沿着射束轴引导并且在横向于所述射束轴的第一和第二方向上具有宽度；多叶准直器，其用于选择性地至少在第一方向上限制所述射束的宽度；挡块准直器，其用于选择性地至少在第二方向上限制所述射束的宽度；所述挡块准直器包括隔板，其可移动进出所述射束并且具有在所述射束轴的方向上变化的厚度。该隔板可以具有前边缘，该前边缘比其后面的至少一个区域厚。它还可以具有从其后部向前边缘延伸的脊区域，所述脊区域比相对于其在侧面上偏移的至少一个区域厚。它们可以一起覆盖不能通过动态移动MLC而完全屏蔽的区域。多叶准直器的控制装置可以被布置成将所述多叶准直器的叶片延伸到射束的阴影区域，所述阴影区域由隔板相对较薄的部份阻挡。如果脊区域从该隔板的最后部延伸，该脊区域延伸到该隔板的前边缘，该脊区域是直的，该脊区域是隔板的中心区域，并且如果该脊区域的宽度向着该隔板的前边缘增加，则这将很变得更容易。本发明还涉及一种放射治疗仪器，其包括多叶准直器和挡块准直器，所述挡块准直器包括具有可变厚度的隔板；并且还涉及一种在放射治疗仪器中使用的挡块准直器，该挡块准直器包括隔板，其可移动进出所述射束并且具有在所述射束的方向上变化的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及用于放射治疗的准直仪器。
背景技术
放射治疗技术涉及将有害的高能放射束引导向肿瘤。放射引起对肿瘤细胞的损害，随着时间的逝去，它可以消灭癌症。因为该射束是有害的，所以有必要限制应用于健康组织的放射剂量，而且同时维持递送到肿瘤的剂量。因此，需要提供一些手段来限定放射束，以使得其尺寸不比所需的或可获得的大。图1中示意性的(沿着射束方向的视图)示出了早期的使用准直系统的放射治疗机器，在该放射治疗机器中在互相垂直的方向x和y上移动两组移动屏蔽挡块(被称为隔板)，这两个轴都与放射束(z)垂直。因此，第一对挡块10、12在x方向上移动以限制该射束的横向宽度(如图1所示)。第二对挡块14、16在y方向上移动以限定射束在该轴上的宽度。这样一来，可以使用高达最大可获得的尺寸的任何所选择的矩形尺寸的射束。
然而，肿瘤通常不是矩形的。结果，现在通常使用所谓的“多叶准直器”)，其由高原子序数的材料(例如钨)的各个薄的“叶片”制成，每一个叶片都可以独立地进出射束路径以阻挡该射束。图2示出了代替图1的y准直器14、16的通用化多叶准直器。保留x准直器10和12。因此，多叶准直器16包括第一排(bank)18和第二排20，每一个都包括大量的薄叶片22，在横向于该射束的x方向上窄，在横向于该射束的y方向上相对长，并且z方向平行该射束。它们在z方向上的长度足以使得x射线或其它射束不透过，从而实现有效的屏蔽效果，并且它们在y方向上的长度使得它们在该方向上延伸进出该射束，从而限定任何所选的形状。
在一些情况下，如图3所示，将保留的隔板对10和12一起省略，并且将叶片制成足够长，以便于通过(例如)叶片24的情况所示那样覆盖或向右通过射束来完全隔离该射束。相对叶片24、26之间的接合可以被放置在偏移阻挡条28的下面(如图3所示)，或者通过在沿着z轴的不同点处放置叶片来实现，以使得在z方向上观看时两个叶片24、26可以重叠。然而，这样的布置意味着在x方向上射束的宽度仅是叶片宽度的整数倍之一。图2中示出的布置允许任何尺度的射束宽度，因为可以根据需要移动x准直器10、12。
在MLC的开发之前，就所许可的现有准直布置而言，射束被限定成肿瘤的形状。当可以获得多叶准直器时，有可能进行新的治疗形式，例如适形弧放射治疗，其中射束的形状始终与沿着射束的瞬时轴投影的肿瘤的形状一致。这最小化了到肿瘤的两侧中的每一侧的健康组织的放射剂量，并且结合能够从一系列不同方向将射束引导向病人的旋转源可以使得在肿瘤内部有非常高的剂量而在肿瘤的外部有非常低的剂量。
然而，适形弧放射治疗仅可以递送凸形的剂量，即其中剂量远离剂量中心稳定地减小。对多叶准直器的使用的进一步开发包括诸如调强放射治疗(IMRT)之类的技术和其它技术，在该技术中由多叶准直器创建的更复杂的形状允许随着时间的推移建立非凸形的剂量分布。通常，在这样的技术中，MLC不连续照射整个肿瘤，并且另外可以开发困难的但是有用的剂量形状，例如与病人的髋部的形状一致的圆柱形剂量，(例如)在其中骨肿瘤被照射而使髋部内部的敏感器官大部分没有被照射。这会导致对偏心放射场的需要，如图4中示意性示出的那样；从射束的中心轴32移位放射场30，并且为了这样做，将一个x准直器12延伸越过该射束超过中心轴32。
发明内容
假设在准直器处射束孔是40cm，则射束形状(如图2所示的那些)需要x准直器10、12从完全回撤(或“20cm打开”)的位置横向移动到0cm位置，在该0cm位置处它们延伸到射束的中心轴。为了提供诸如图4所示的射束形状，还需要另外15cm左右的延伸。这将不会仅通过一个隔板就能转化成对射束的完全阻挡，但通常这不是临床所需要的。超过射束的中心轴15cm的偏移将满足大多数临床上有用的形状的需要。
然而，应该记得，为了屏蔽全部射束，需要隔板是大约8cm厚的实心钨材料。8cm厚的钨的该附加的15cm对该隔板施加了非常重的负担。因此，移动非常大质量的隔板所需的机构将相应地比它本身重得多。这两者都增加了治疗头的总质量，又使得仪器结构更偏斜，从而导致不精确的治疗。应该考虑到，大多数临床上用的加速器将治疗头放置在长臂的末梢，该长臂安装在可旋转的支撑体上以使得该治疗头可以围绕病人旋转。在该臂末梢处附加的质量使得该臂沿某一方向变形，该方向随着治疗头围绕病人以弧线横向移动时而(相对于治疗头)变化。因此，本发明试图提供了一种隔板，(如果需要的话)该隔板能够在大部分孔上方提供对放射束必需的阻挡，同时具有最小的质量。
因此，本发明提供了一种放射治疗仪器，其包括：用于产生放射束的装置，所述放射束沿着射束轴引导并且在横向于所述射束轴的第一和第二方向上具有宽度；多叶准直器，用于选择性地至少在第一方向上限制所述射束的宽度；挡块准直器，用于选择性地至少在第二方向上限制所述射束的宽度，所述挡块准直器包括隔板，其可移动进出所述射束并且具有在所述射束轴的方向上变化的厚度。
该隔板可以具有前边缘，该前边缘比其后面的至少一个区域厚。它还可以具有从其后部向前边缘延伸的脊区域，所述脊区域比相对于其在侧面上偏移的至少一个区域厚。它们可以一起覆盖不能通过动态移动MIC而完全屏蔽的区域。
多叶准直器的控制装置可以被布置成将所述多叶准直器的叶片延伸到射束的阴影区域(shadow region)，所述阴影区域由隔板相对较薄的部份阻挡。如果脊区域从该隔板的最后部延伸，该脊区域延伸到该隔板的前边缘，该脊区域是直的，该脊区域是隔板的中心区域，并且如果该脊区域的宽度向着该隔板的前边缘增加，则这将变得更容易。
通常，第一和第二方向将互相横截。
本发明还涉及一种放射治疗仪器，其包括多叶准直器和挡块准直器，所述挡块准直器包括具有可变厚度的隔板。
在又一个方面中，本发明提供了一种在放射治疗仪器中使用的挡块准直器，该挡块准直器包括隔板，其可移动进出所述射束并且具有在所述射束的方向上变化的厚度。
在再一个方面中，本发明提供了一种放射治疗仪器，其包括：用于产生放射束的装置，所述放射束沿着射束轴引导并且在横向于所述射束轴的第一和第二方向上具有宽度；多叶准直器，用于选择性地至少在第一方向上限制所述射束的宽度；挡块准直器，用于选择性地至少在第二方向上限制所述射束的宽度，所述挡块准直器包括隔板，其可移动进出所述射束并且具有在横向于移动方向上变化的宽度。因此，该隔板的部分基本上可以减小到零厚度，而留下中心脊区域和在第一方向上优选地基本上延伸通过该射束的整个宽度的较宽的前边缘。
附图说明
现在将参考附图以实例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了公知的挡块准直布置的射束方向的视图；
图2示出了公知多叶准直器和挡块准直器布置的射束方向的视图；
图3示出了公知的多叶准直器布置的射束方向的视图；
图4示出了由本发明实现的期望的准直效果；
图5示出了根据本发明的多叶准直器和挡块准直器布置的射束方向的视图；
图6示出了沿着射束轴的切面，其示出了射束、多叶准直器的叶片以及通过挡块准直器的切面；
图7示出了挡块准直器的隔板的透视图；
图8示出了可替换实施例的沿着射束轴的切面；
图9示出了从下面观察的图8的隔板；以及
图10示出了另一个可替换实施例的沿着射束轴的切面。
具体实施方式
参见图5，示出了沿着射束轴100的视图，隔板102沿着X轴104可移动进出以选择性地将射束屏蔽到期望的程度。仅在图5中示出了右边的隔板102，在该实施例中，在另一侧将存在对应的左边的隔板，其具有相同的构造，尽管不必如此。
多叶准直器106在Y轴上操作。该多叶准直器106(MLC)包括许多单独的叶片108，这些叶片108可以沿着垂直于隔板轴104的y轴延伸进出该射束。每一个叶片可以选择性地移动所需要的距离，从而将该射束成形成所选的弯曲轮廓(例如在110处示出的轮廓)。曲线110在x轴上的末端112然后与隔板102相遇。这二者覆盖了在叶片108之间不可避免的小程度的泄漏(leakage)，并且考虑了末端112不与叶片边缘重合的可能性。通常，在隔板102的前边缘114后面的叶片108是多余的并且可以被移开(如图4所示)。
图5的隔板102包括中心脊区域116和前边缘118。该脊区域116被示为居中地定位在隔板102上。这是一个简单的并且提供了平衡的隔板的布置，但这不是必须的。脊116和前边缘118二者都具有相对于通常与挡块准直器的隔板相关联的全厚度(full thickness)而增加的厚度。通常，其具有大约8cm的厚度。中心脊区域116从隔板的最后边缘120沿着其中心轴104延伸直到其到达该隔板的前边缘118。沿着隔板长度的大约中途，脊区域116在122处开始变宽，稳定地变宽直到其在碰到较厚的前边缘118的地点处宽度大约为该隔板的宽度的80-90％。隔板102的该加厚的“Y”形区域通常通过较薄的区域124、126在两侧中的每一侧限定。这些通常较薄的区域仅是脊和前边缘的厚度的几分之一，通常是1-3cm并且优选大约2cm。尽管这样的厚度不足以完全阻挡治疗射束，但这样的厚度足以完全覆盖MLC叶片之间的泄漏。因此，在集成到放射治疗仪器中的适当的控制装置的控制下，MLC的叶片108被推进，以使得覆盖具有较小厚度的隔板区域124、126，并且(如所示)与脊区域116稍微重叠。因此，有足够的阴影被投射在要被完全准直的所有区上的射束中。
脊116的加宽的部分112允许MLC叶片108随着隔板102向前移动而“跟进(catch up)”。通常，在该隔板102前方，将很大程度地回撤叶片108，并且因此当隔板102向前移动延伸超过完整的叶片时，则该叶片将具有合理的横向距离以便于到达挡块准直器的中心轴104。这样的横向移动将花费一些时间，并且因此如在图5中所看到的那样脊116的在区域122中相对较大的宽度允许这样的横向移动。
同时，较薄的部分124、126的重量减少地很多，因此将隔板的重量减少到了可接受的水平，而仍允许隔板的延伸较多地超过该射束的中心轴100。
图6示出了沿着图5的线VI-VI的沿着射束轴的切面。多叶准直器的叶片108延伸以便将该射束128向下准直到较窄的部份130，该较窄的部份130(在该实施例中)对应于相对叶片的最小接近距离。不允许叶片非常靠近地移动，从而防止它们接触并且被损坏。然后该窄的部份130完全处于挡块准直器102的脊部分116之中。较薄的区域124、126完全处于MLC叶片108的阴影之中。
图7示出了隔板102的透视图。弯曲的前边缘114以通常公知的方式考虑了最小半影(penumbra)，而不顾隔板102的位置(以及由此放射的入射角)。然而，其它的布置也是有可能的，例如使用平的前表面；或者接受半影或者使隔板采用弓形的路径以使得前表面与射束方向保持对准。该加厚的前边缘118延伸过隔板102的整个宽度，而脊区域106沿着隔板102的中心轴从隔板102的后部直线延伸到前边缘114。沿着隔板102的大约中途，脊区域106在区域122中以线性的方式变宽，以使得在脊106到达加厚的前边缘118的地点旁宽度大约是该隔板宽度的80-90％。在中心脊区域106的两侧中的每一侧的变薄的区域124、126考虑到了相当大的重量的减小。
图8示出了可替换的设计。其依赖于这样的事实：许多MLC系统以托架132支撑叶片108，该托架132在叶片的上面和下面延伸，并且支撑其上边缘和下边缘。托架132自己不延伸到射束的中心，尽管它可以进出该射束场，以便于带着叶片前进，并且许可叶片更多的延伸进入和/或通过该场。然而，托架在射束方向134上确实具有限定的厚度，这意味着在叶片108的上边缘和隔板102的下表面之间存在对应的间距136。
然而，因为托架132不延伸到该场的中心，所以如果脊116被居中定位，该间距136不必要在该脊116下面的区域中。如果脊116没有相对于隔板处于中心，那么可获得的空间将取决于脊相对于托架132的移动范围或位置定位的位置。因此，在该实施例中，脊116还在138处凸出到隔板的下表面下面。这意味着，更多的材料可以被放置在脊区域中，改善了隔板系统的不透明性。可替换地，可以从脊的上边缘移去相应量的材料，从而降低了准直器系统以及由此放射头的整体深度，并且整体上改善了该仪器的灵活性。
图9示出了从图8的隔板的下面来看的透视图。可以清楚地看到脊116的下凸出部138，其从隔板的弯曲前表面114向后延伸到脊116下面的后边缘。下凸出部还可以包括部分或全部对应于加宽区域122的附加部分，这取决于MLC托架132的任何移动的范围和位置。
图10示出了又一个实施例。脊116的两侧中的每一侧的较薄区域124、126的目的是在延伸的MLC叶片108后面提供备用屏蔽。这顾及了考虑到例如在叶片之间存在通过MLC叶片的一些透射。然而，做出努力来消除这样的泄漏来源，并且可以认为这样的备用不是必要的。在这种情况下，进一步的重量节省可以通过完全去除较薄的区域以及采用图10所示的设计来实现。隔板102简单地包括前边缘118和脊116，加宽的部分122在它们之间，因此当沿着射束轴观看时限定了Y外形。
如果感觉到MLC叶片的移动速度足够，或者如果隔板的预期速度足够低，那么加宽的部分122可以被忽略，而潜在地剩下简单的T外形隔板。
仅在附图中示出了简单的脊。然而，有可能设想具有多个脊的隔板，这将会提供将相对的叶片置于哪里的位置的选择。在临床情况下，该附加的灵活性将是有用的，尽管它将稍微地降低了通过本发明而获得的重量的节省。
当然，应该理解在不偏离本发明的范围的情况下可以对上述实施例进行许多变形。
Claims (15)
1.一种放射治疗仪器，包括：
用于产生放射束的装置，所述放射束沿着射束轴引导并且在横向于所述射束轴的第一和第二方向上具有宽度；
多叶准直器，其用于选择性地至少在第一方向上限制所述射束的宽度；
挡块准直器，其用于选择性地至少在第二方向上限制所述射束的宽度；
所述挡块准直器包括具有前边缘的隔板，该前边缘可移动进出所述射束并且具有在所述射束轴的方向上变化的厚度；以及
用于所述多叶准直器的控制装置，所述控制装置被布置成将所述多叶准直器的叶片延伸到射束的阴影区域，所述阴影区域由隔板相对较薄的部份阻挡。
2.根据权利要求1所述的放射治疗仪器，其中所述隔板具有比前边缘后面的至少一个区域厚的前边缘。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的放射治疗仪器，其中所述隔板具有从其后部向所述前边缘延伸的脊区域，所述脊区域比相对于其在侧面上偏移的至少一个区域厚。
4.根据权利要求3所述的放射治疗仪器，其中所述脊区域从所述隔板的最后部延伸。
5.根据权利要求3所述的放射治疗仪器，其中所述脊区域延伸到所述隔板的前边缘。
6.根据权利要求3所述的放射治疗仪器，其中所述脊区域是直的。
7.根据权利要求3所述的放射治疗仪器，其中所述脊区域是隔板的中心区域。
8.根据权利要求3所述的放射治疗仪器，其中所述脊区域的宽度向着所述隔板的前边缘增加。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的放射治疗仪器，其中所述第一和第二方向互相横截。
10.一种在放射治疗仪器中使用的挡块准直器，其包括具有前边缘的隔板，所述前边缘可移动进出沿射束轴引导的放射束并且具有在所述射束轴的方向上变化的厚度，其中所述隔板具有从其后部向所述前边缘延伸的脊区域，所述脊区域比相对于其在侧面上偏移的至少一个区域厚，所述脊区域的宽度向着所述隔板的前边缘增加。
11.根据权利要求10所述的挡块准直器，其中所述隔板具有比前边缘后面的至少一个区域厚的前边缘。
12.根据权利要求10所述的挡块准直器，其中所述脊区域从所述隔板的最后部延伸。
13.根据权利要求10所述的挡块准直器，其中所述脊区域延伸到所述隔板的前边缘。
14.根据权利要求10所述的挡块准直器，其中所述脊区域是直的。
15.根据权利要求10所述的挡块准直器，其中所述脊区域是隔板的中心区域。
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