【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及辐射装置和方法，尤其涉及调节可用于辐射疗法和其它工业的辐射束的多叶准直器和方法。
技术介绍
多叶准直器(MLC)宽泛地用于辐射疗法机器中，用于支持包括强度调制辐射疗法(IMRT)和弧形疗法等各种治疗。常规的多叶准直器包括布置成两个相对的排或阵列的单级的多个束阻挡叶。一排中的每个叶能够相对于相对排中的叶纵向地移动。在操作中，各个叶中的每一个被定位成阻挡辐射束的穿过叶所占据的体积的部分。所有叶的组合定位限定一个或多个孔隙，未被阻挡的辐射束穿过所述孔隙，并且孔隙限定在等中心点处指向处理场的辐射束的形状。为了减少单级MLC中的辐射泄漏，发展了各种叶设计，包括“舌榫”设计，其中台阶、波或类似的几何结构设置在叶侧面，以使得当从辐射源观察时叶材料在叶之间相互重叠。尽管舌榫设计可以减少叶侧面之间的泄漏，但是当MLC处理场组合时其不利地导致不期望的剂量不足的效应。一些常规的MLC与一对或两对准直卡爪组合使用以减少抵接的叶端之间的泄漏。与MCL和准直卡爪的组合相关联的一个问题是，辐射系统的体积变大并且使得患者和移动装备之间的间隙减小。期望提供能够以高分辨率对束进行定形以使定形的束与目标体积尽可能紧密地相符的MLC。一般地，如果可使束阻挡叶更薄，则MLC将提供更高的束定形分辨率。然而，减少叶的宽度以提高MLC的分辨率具有限制并且对MLC构造和操作造成了难题。对于使用例如螺旋叶驱动系统的MLC而言，细长的驱动螺杆易于以标度随着较小的螺杆直径而显著恶化的方式遭遇到杆扭曲问题。还可能需要具有较小直径的电动机。专利技术概述本专利技术提供了能够显著地减少各种泄漏效应并...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.23 US 12/861,368阅读下面的详细说明，将更佳地理解这些以及其它各种特征和优点，其中:图1为示出包括依照本发明的一些实施方案的多级MLC的辐射系统的示意图；图2为依照本发明的一些实施方案的示例性的多级MLC的剖视图；图3为依照本发明的一些实施方案的示例性的多级MLC的等距视图；图4为依照本发明的一些实施方案的示例性的多级MLC的部分的剖视图；图5为依照本发明的一些实施方案的示例性的多级MLC的等距剖切图；图6A-6B为依照一些实施方案的示例性的多级MLC的部分的剖视图；图7A示意性地示出了示例性的MLC叶控制方法，其中在不同级处抵接的叶端在偏离于叶移动方向的位置处靠近；图7B示意性地示出了示例性的MLC叶控制方法，其中在不同级处抵接的叶端彼此之间不实体接触；图8A-8C示出了现有技术的束定形方法；图9A-9C示出了依照本发明的一些实施方案的示例性的束定形方法；图10A-10C示出了依照本发明的其它一些实施方案的示例性的束定形方法；以及图11为依照一些实施方案的示例性的多级MLC的侧面剖视图。发明详述 描述了多级MLC的各个实施方案。应当理解的是，本发明不限于本文描述的特定实施方案，并且当然可以改变。结合特定实施方案描述的方案不一定局限于该实施方案并且可在任何其它实施方案中实现。例如，尽管结合X射线辐射治疗机描述了各个实施方案，应当理解，本发明还能够实现于其它的电磁装置和模态中。还应当理解的是，本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，而不意在限制，因为本发明的范围将由随附权利要求连同赋予这些权利要求的全部范围的等同方案限定。另外，参照附图来描述各个实施方案。应当注意，附图不是按标度绘制的，仅意在便于具体实施方案的说明。附图不意在穷尽的说明或对本发明范围的限制。[0026]为了方便结合附图来描述相对位置、方向或空间关系，本文可以使用诸如“上部”、“上方”、“上面”、“正上方”、“在...上”、“下面”、“下方”、“底部”、“较高”、“较低”或类似的术语等各种相对术语。例如，当辐射源位于等中心点上面并且多级MLC位于它们之间时，为了易于描述一些实施方案可以使用术语“级”或者“上级或下级”。相对术语的使用不应当被解释为暗示在制造或使用时必要的定位、取向或结构或其部分的方向，并且不应被解释为限制本发明的范围。如说明书和随附的权利要求书中所使用的，除非上下文明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个指代物。例如，对于“方向”的指代包括该方向的相反方向以及与该方向平行的多个方向。方向包括两个线性的和弧形的轨道。如本文所使用的，术语“支撑体”可以包括单个支撑体部件或由多个主体部件构成的支撑体组件。在束阻挡叶的平面中使用的术语“平面”包括平面型和曲线形或柱形的平面。—般地，本发明提供了包括在两个或更多个不同的级或平面中的两组或更多组束阻挡叶的多级MLC。两组或更多组叶可以布置为将一组叠置在另一组之上并且平行以使所有的叶可以沿基本相同的方式行进。两组或更多组叶还可布置为偏移以使一组中的每个叶可以沿大致横向于叶行进方向的方向偏离不同组中的叶。图1为包括依照本发明的一些实施方案的示例性的多级MLC的辐射系统100的简化图示。辐射系统100包括辐射源102，辐射源102被配置为生成诸如光子、电子、质子或其它类型的辐射物的束103·。例如，在X射线辐射疗法中，辐射源102可以包括当被高能电子束撞击时能够生成X射线辐射物的目标。辐射系统100可以包括诸如主准直器104和任选的辅准直器106的束定形构件以在其朝向等中心点108行进而远离辐射源102时大致限制束的范围。多级MLC 110可以布置在辐射源102和等中心点108之间以进一步调节朝向等中心点108投射的束103的形状和/或强度。MLC 110以及任选的辅准直器106可以绕通过源102和等中心点108的轴线旋转，通过轴承105促进。辐射源102、主准直器104、轴承105、辅准直器106和MLC 110可封闭在或附接到诸如机架的结构，该结构可绕诸如通过等中心点108的水平轴线109的轴线旋转。因此，在一些实施方案中，辐射系统100能够将处理束从各个角度传送到等中心点平面108中的目标，并且在围绕目标扫过或跨过束角度时能够通过MLC 110来动态地调节束的形状和/或强度。辐射系统100还可以包括为简化本发明的说明而在图1中未示出的其它各种构件。例如，辐射系统100可以包括用于提供均匀剂量分布的矫平过滤器、用于监控束的参数的离子腔室以及用于处理场的模拟的现场照明系统，等等。辐射系统100还可以任选地包括能够沿X方向和/或y方向移动的一对或两对准直卡爪(下卡爪、上卡爪)，以便提供束的矩形定形。在一些实施方案中，辐射系统100可以包括与本发明的多级MLC结合的准直卡爪对中的一个。在一些实施方案中，辐射系统100不需要准直卡爪；包括本发明的多级MLC可有效地替换上下卡爪。下文将更加详细说明，本发明的多级MLC的设计和控制能够显著地降低各种泄漏效应，从而不需要额外的准直卡爪。更换常规的准直卡爪为优点，因为其减小了辐射系统的体积并且提高了患者和移动装备之间的间隙。图2是依照一些实施方案的示例性的多级MLC 210的剖视图。为了简化说明，在图2中示出了在两个不同的级或平面处的两组束阻挡叶。将理解的是，三组或更多组叶能够布置在三个或更多个不同的级处。如图所示，两组或更多组220、230能够叠置且平行地布置。在每组中，多个叶可与布置在两排或两个阵列中，形成多对相对的叶。一排中的一对的每个叶能够相对于相对的排中的所述一对的另一叶纵向地移动。在一些实施方案中，两组或更多组220、230能够布置为使得在不同级处的叶可以沿相同的方向行进。例如，两组或更多组220、230可以被布置为使得MLC 210中的所有的叶能够在使用时沿例如大致横向于束方向的X方向行进。MLC的叶能够由支撑体212支撑，支撑体212可以包括诸如框架、盒、滑架或其它支撑结构。在一些实施方案中，在不同组220、230中的所有的MLC叶能够由单个滑架(单滑架)支撑。支撑所有的MLC叶的单个滑架能够由诸如动力致动机构沿MLC叶行进方向驱动。在一些实施方案中，MLC 210可以包括两个滑架，每个滑架均支撑MLC叶的部分或者每个滑架均支撑叶级。图3示出了包括两个滑架312、314的示例性的两级MLC 310。一个滑架312可以将MLC叶的一半支撑在所有级的相同侧上，并且另一滑架314将另一半支撑在相对侧上。各种支撑一半MLC叶的两个滑架312、314能够通过动力致动机构330沿着MLC叶行进方向独立地移动。滑架312、314可以在轨道316上行进。多种布置和轨道以及动力致动器的类型可用于支撑滑架并使滑架移动。一个或多个滑架的使用可以提供如下优点:单个叶及其行进能够更短，并且因此具有更佳的容差控制、较低的成本、较轻的重量，并且能够装配到较小的盖或类似结构中。叶和滑架的组合速度可以为处理规划优点。在一些实施方案中，本发明的多级MLC不需要可移动的一个或多个滑架(无滑架)。如图3所示，MLC叶318中的每个能够由相关联的驱动电动机320驱动地移动。驱动电动机320能够紧固到诸如一个或多个滑架312、314的支撑体并且与位置反馈器件、计算机和运动控制器(未示出)耦合。在操作时，驱动电动机320接收来自计算机和运动控制器的信号并且移动以基于处理计划将各个叶318相对于束方向定位。叶的定位操作以阻挡或调节穿过由叶所占据的体积的辐射束。所有叶的组合定位可以限定一个或多个孔隙，未被阻挡的辐射束穿过孔隙，并且孔隙可以限定投射到可位于等中心点平面中的目标的辐射束的形状。返回图1，投射到等中心点平面108上的辐射束103的形状具有在束边界112处的阶梯式或条形分辨率。阶梯式分辨率是MLC 110的各个叶的宽度和叶相对于发射束并使束分开的等中心点108和辐射源102的位置的函数。通常，如果MLC 110的叶较薄，则阶梯式分辨率将较高。较高的阶梯式分辨率还能够通过将MLC 110定位为更靠近等中心点108来提供。在MLC分辨度和各种辐射泄漏效应的说明中，可以使用术语叶的“长度”、“宽度”、“高度”、“侧面”和“端”。本文所使用的叶的“长度”是指平行于叶移动方向的叶尺寸。叶的“宽度”是指横向于叶移动方向和辐射束方向的叶的尺寸。叶的“高度”是指沿着束方向的叶的尺寸。叶的“侧面”是指与一排中的邻近叶相邻的表面。叶的“端”是指沿着长度插入到场中的叶的表面。图4示出依照一些实施方案的叶布置的一些细节的多级MLC 410的部分的剖视图。如图所示，第一组和第二组叶420、430可与布置在两个不同的级处。在一些实施方案中，第一组和第二组420、430可被布置成使得一组中的每个叶(例如，第一组420中的叶422)可以沿着横向方向 或横向于叶移动方向的方向偏离于另一组中的叶(例如，第二组430中的叶432)。例如，在一些实施方案中，第一组420或第二组430中的叶可以偏离第二组430或第一组420中的叶大致半叶。可选地，在一些实施方案中，第一组420和第二组430被布置成使得在一级中两个相邻叶之间的间隙(例如，第一组420中的叶422、424之间的间隙)大致位于另一组中的叶(第二组430中的叶432)的中部。在不同级处叶的偏离布置提供也是在等中心点处偏离的叶突起。因此，在一些实施方案中，第一组420和第二组430中的叶被布置为彼此偏离以提供在等中心点平面处突出的近似半叶宽度的突起偏离。这提供了基本上使MLC分辨度加倍或者将阶梯式分辨率提高至与具有相同物理宽度的叶的单级MLC的分辨度相比为一半的等同效果。在一些实施方案中，MLC可以包括三级或更多级的三组或更多组叶，这些叶可被布置成使得一级中的每个叶偏移例如在等中心点处突出的叶宽度的1/3或1/n，其中η为MLC的组数。在具有偏移叶布置的实施方案中，在一级处的叶的数量可不同于在另一级处的叶的数量。例如，在两级MLC中，在上级的叶阵列可以包括除下级的叶阵列以外的一个或多个叶以确保由对称MLC场的侧面处的至少一个单叶覆盖。在一级的的组中的叶可具有基本相同的截面。例如，在一些实施方案中，一组中的叶可具有相同的梯形截面。可以为诸如矩形形状、斜梯形或具有阶形或波形侧边的梯形的其它的叶的截面形状。可选的截面模式也是可能的，诸如梯形、矩形、梯形、矩形等等。本文所描述的截面形状不是指为叶提供支撑和引导的截面中的额外的详细特征，诸如附加的钩或凸片形状。由于辐射束从源发散，所 以在不同级处的叶的物理宽度可以不同，以便在等中心点处提供相同的投射宽度分辨度。例如，在更靠近源的一组中的叶可以具有比更远离源的一组中的叶的截面更窄的截面。在一些实施方案中，第一组和第二组中的叶可被布置为倾斜或倾向于源或者基本上聚焦到大致位于源处的虚拟聚合点上。聚焦的叶布置可以提高在等中心点处束定形的品质。叶侧表面可以为平坦的。在一些实施方案中，相邻的叶侧表面可以形成从近似10微米至100微米的范围内的间隙或间距以有利于叶之间的相对移动。叶侧间隙可以在一级处基本相同。因为在一级处的叶可以覆盖在另一级的叶侧之间的辐射泄漏(间隙泄漏)，所以本发明的多级MLC的叶侧需要极少或不需要如常规MLC中的“舌榫”设计。在一些实施方案中，叶可以具有梯形截面，并且叶可以被布置成使得叶侧表面基本上聚焦到大致位于辐射源处的虚拟聚合点上。该布置可以提供最少的叶侧半影。该布置还能够消除或最小化“舌榫效应”，因为在叶级处基本上不存在从辐射源观察到的叶之间的叶材料重叠。在辐射源具有有限尺寸而不是理论点的实际情形下，辐射可被认为是从该有限源内的各个“像素”发出，并且叶侧表面可能不被视为从每个源像素完全地聚焦，并且在叶级的叶重叠材料可贡献来自于那些像素中的一些像素的轻微的舌榫效应。不是理想地聚集到源上，诸如小的台阶、波形或极少散焦的倾斜的实际折中可证明是间隙泄漏和舌榫效应之间的更佳平衡。叶端可以为圆形、平坦的或者为其它各种构造。由于辐射源的几何突出效应，更靠近源的叶端的半影将趋向于比更远离源的叶端的半影大。为了处理规划目的，期望叶端具有近似相同的半影。对于大致圆形的叶端，可利用较大的叶端半径来部分地减轻上叶的更坏的半影。由于通过叶材料(例如钨)传输，较大的半径减少了半影。较大的叶端半径可需要较高的叶。因此，在一些 实施方案中，上级叶的高度大于下级叶的高度以确保在整个叶行进范围内近似恒定的半影。在一些实施方案中，上级叶的高度和下级叶的高度基本相同，但是上级叶设有具有较大半径的端部。图5较详细地示出了在示例性的MLC 510中上级叶的端部。MLC 510包括由诸如叶盒516的支撑体支撑的上级叶512和下级叶514。上级叶512和下级叶514可具有基本相同高度(如图所示的“H”)的主部。上级叶512的端部518可具有例如向上或向下延伸或者既向上又向下延伸的一个或两个“齿”部或突起520a、520b以允许增加上级叶512的叶端半径。延伸的半径能够减少上级叶512的半影，而基本上不会增加上级叶主体的重量或高度。由于封装容积和叶重量约束，期望不使叶主体重量增加而超过屏蔽所需的重量。齿延伸部520a、520b可位于叶盒516的外部并且使用其它不需要的空间。得到的上级叶512可具有在侧视图中为“蘑菇”形状的端部518。如果需要进一步减少上级和下级之间的不相等的叶端半影，则下叶端的半径能够减少至叶高度所允许的最大半径以下。叶可由各种适合的辐射衰减次阿里构成。为了总体提高现有的束限制器件的泄漏性能，MLC的所有级的组合衰减率应当为近似2.5十分之一值层(“TVL”)或更大。由于在一级处的叶应当基本上减少在另一级处的叶间隙的局部泄漏。通常，在多级MLC中的一级处能够被允许的叶间隙泄漏与常规的单级MLC相比较大，因为在另一级处的叶能够减少间隙泄漏。因为在处理场的规定边界处的小区域可仅由单叶覆盖，所以叶高度应当为1.5TVL或更大以充分地起作用。在一些实施方案中，本发明的多级MLC能够提供由所有在等中心点处具有相同宽度分辨度的叶定形的处理场。通过实施例的方式，使用布置在两个级处的322个各个叶，能够提供具有l/2cm的投影叶宽度(l/4cm的偏移分辨度)的40X40cm2的处理场。作为另一实施例，使用162个各个叶，能够提供具有Icm的投影叶宽度(l/2cm的偏移分辨度)的40X40cm2的处理场。将理解的是，能够基于具体应用通过包括不同数量的各个叶的本发明的多级MLC来提供具有不同宽度分辨度的不同尺寸的处理场。在一些实施方案中，本发明的多级MLC可以提供由等中心点处的不同宽度分辨度的叶定形的处理场。在更加需要精度的处理场的中央部分中可以提供更精细的分辨度(例如，l/4cm)。这可以降低MLC成本并且与具有较大数量的叶的MLC相比提高了 MLC的可靠性，允许在整个处理场内具有精细的分辨度。在实施方案中，叶宽度的过渡可以是逐渐的。例如，在一级处的叶的宽度可以随着距处理场的中心的距离而逐渐增加。一级处的每个叶可具有物理上不同的宽度尺寸。可选地，每个MLC级可以包括叶部分，以使叶宽度的过渡是不连续的。可通过将过渡叶放置到一个或两个级上的特定位置处...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·普林斯，S·曼斯菲尔德，
申请(专利权)人：瓦里安医疗系统公司，
类型：
国别省市：
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