在輻照系統中使用的調制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種在輻照系統中使用的調制器，其包括排列成至少一行的多個可置換輻射衰減元件，該輻射衰減元件配置成根據輻射衰減元件的位置來衰減輻射場中的部分輻射束，且其中每個輻射衰減元件分別附接至實質上射線可穿透的構件，以及可操作以存儲運動軌跡并通過實質上射線可穿透的構件沿大致垂直于輻射束的方向分別驅動輻射衰減元件的驅動器，其中輻射衰減元件各自的運動是根據對應的運動軌跡，且其中運動軌跡將輻射衰減元件的位置和/或速度與時間和/或照射水平相關聯。
【專利說明】 在輻照系統中使用的調制器
【技術領域】
[0001]本實用新型總體涉及一種放射治療和照射系統，尤其涉及通過一個或多個位于輻射場中的衰減葉來調制輻射束的強度。
【背景技術】
[0002]用于放射治療的醫療設備利用高能量輻射來治療腫瘤組織。其劑量以及劑量的布局必須精確控制，以保證腫瘤接收足夠的輻射而被破壞，并且對周圍和鄰近的稱為危及器官(OAR)的非腫瘤組織的危害最小。
[0003]放射治療典型地使用患者體外的輻射源，通常為輻射性同位素如鈷-60或者高能X射線源如線性加速器。該外部源生成準直射束，射向患者的腫瘤部位。然而，外部源放射治療在輻射束路徑中除腫瘤組織以外還不期望地輻射到大量的0AR。在保持對腫瘤組織給定劑量的輻射的同時，通過將外部輻射束以多種機架角度投射于患者使射束會聚在腫瘤部位，可以降低對健康組織的照射的負面效應。這減小了整個治療期間對健康組織的總劑量。
[0004]還可通過將輻射束嚴格地準直至垂直于輻射束軸的腫瘤的總橫截面來降低對健康組織的照射。已有用于產生這種環形準直的多個系統，如帶有多葉準直器的系統。該多葉準直器(MLC)可根據機架角度控制輻射束的寬度和偏置，以使腫瘤組織可被精確地瞄準。
[0005]準直只是將輻射束成形的一種方式。附加地或可選地，該輻射束可在空間上衰減。準直器控制輻射束的輪廓；衰減器控制照射于組織的輻射束的強度。更技術性地說，準直器阻擋輻射以生成總體為二元的空間強度分布(二元:通過或阻擋)，而衰減器或射束調制器，典型地通過選擇性衰減而產生對射束強度的連續空間調制。
[0006]例如，強度調制放射治療(IMRT)目的是照射靶并保護健康組織，尤其是危及器官(OAR)。強度調制通過多葉準直器實現，或者通過衰減調制器實現。所希望的強度圖通過分段來近似:形成由MLC連續成形的孔徑段的序列。
[0007]使用放射治療的逆向計劃，醫師規定所需的靶劑量和敏感結構的耐受性，而優化軟件探索出多種可能以確定機器設置，以準確地傳送所規定的輻射劑量。照射是根據方位的離散集合、或根據連續的弧傳送的。
[0008]為在給定場內調制輻射束強度，射束從概念上被劃分為多個小射束段，一般稱為筆形束或細束。細束由其在輻射場中的各自位置和射束相對于患者的方位來進行索引。在患者處由細束產生的劑量分布被計算和/或測量。優化IMRT的量以選擇細束的相應強度，排列成強度圖，以實現患者處最優的累積劑量分布。由于每個細束的獨立照射是繁瑣的，因此細束被分組成場段，其分別合并了統一的段強度。該段的連續照射接近強度圖所規定的優化強度。直接的方法除細束強度外還優化場形狀，同時可將傳輸約束合并在優化過程中。
[0009]準直器可配置成通過阻擋場孔徑之外基本上所有的輻射來定義輻射場。典型地，所希望的輻射場通過級聯準直器來產生。第一、第二和第三準直器根據與輻射源各自的接近程度來命名。固定尺寸的靜態第一準直器定義最大場尺寸。第二準直器是可移動的，并可操作以大致生成尺寸和位置可變的矩形場。更精細的場成形進一步由第三準直器來完成，典型地為直徑可變的圓錐(有時稱為圓柱形)準直器或多葉準直器。連續的級聯準直器相重疊以防止輻射在準直器之間的泄漏。
[0010]多葉準直器通過調整對向的(opposing)各葉的前端之間的空間來調節場孔徑。所生成的場可在輻射過程中或輻射之間調節。各MLC葉的后端與第二準直器(典型為夾
片)重疊。
[0011]盡管準直器阻擋了場外的輻射，但射束強度可由覆蓋整個場的物理調制器來調制。該調制器在空間上合并設計成特定的強度圖的可變衰減屬性。簡單調制器如楔子(wedge)，一般不在自身的MRT上提供足夠的質量。
實用新型內容
[0012]本實用新型試圖提供一種新型設備和方法，用于通過配置成衰減輻射場中部分射束的可移動葉來調制輻射場中輻射束的強度，如下所述。
[0013]根據本實用新型的實施例，提供了用于輻照系統的多葉調制器，其在輻射場中發射輻射束，該調制器包括多個可置換葉，將這些可置換葉配置成衰減輻射場中的部分輻射束、以及用于通過附接至葉的射線可穿透的構件來置換葉的裝置。該置換是根據從優化的衰減圖獲取的相應運動軌跡，以獲取所希望的劑量分布。給定位置中葉的衰減與該位置中葉的停留時間成正比、或與該位置中葉的速度成反比。
[0014]應當注意，在該描述中，附接至葉的構件稱為射線可穿透的。該術語不僅包括允許射束通過而基本無衰減的構件，還包括有限的(小的)衰減，即明顯小于葉的衰減，如不高于葉衰減的10%,更優選地為不高于葉衰減的5%,最優選地為不高于葉衰減的1%。這種小的衰減可合并在葉運動軌跡的計算中。
[0015]因此根據本實用新型的實施例提供了一種調制器，用于輻照系統，該輻照系統能夠從多個方位對靶進行照射，其中這些方位與輻射場中分別準直的定向輻射束相關聯，包括排列成至少一行的多個可置換輻射衰減元件，該輻射衰減元件配置成根據輻射衰減元件的位置來衰減輻射場中的部分輻射束，其中每個輻射衰減元件分別附接至實質上射線可穿透的構件，以及可操作以存儲運動軌跡并通過實質上射線可穿透的構件在大致垂直于輻射束的方向上分別驅動輻射衰減元件的驅動器，其中輻射衰減元件各自的運動是根據對應的運動軌跡，且其中運動軌跡將輻射衰減元件的位置和/或速度與時間和/或照射水平相關聯。
[0016]在一個非限制性實施例中，準直器可操作以充分阻擋輻射場外的輻射。
[0017]在一個非限制性實施例中，輻射源可操作以產生朝向靶的輻射束。
[0018]在一個非限制性實施例中，靶定位器被提供用于調整靶與輻射束的相對位置。
[0019]在一個非限制性實施例中，調制器定位器被提供用于調整調制器與輻射束的相對位置。
[0020]在一個非限制性實施例中，額外的調制器可操作以調制輻射場中的輻射束。
[0021]在一個非限制性實施例中，處理器與驅動器進行通信，其中該處理器可操作以獲取與從各個方向照射該靶相關聯的衰減圖、并將衰減圖轉換成輻射衰減元件的運動軌跡，其中該衰減圖提供了與處于各自位置的輻射衰減元件相關聯的衰減水平。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]本實用新型將根據以下詳細描述并結合附圖而得以更全面地理解和領會，其中:
[0023]圖1為根據本實用新型的實施例來構造和操作的照射系統和調制器系統的簡化圖示；
[0024]圖2為根據本實用新型的可選實施例來構造和操作的輻射衰減元件的布置的簡化圖示；以及
[0025]圖3為根據本實用新型的實施例用于執行IMRT的方法的簡化流程圖。
【具體實施方式】
[0026]現參見圖1，說明了根據本實用新型的非限制性實施例來構造和操作的具有準直器系統12 (或簡稱為準直器12)的輻照系統10。
[0027]在所示出的非限制性實施例中，輻照系統10(如LINAC)包括發射輻射束16的輻射源14。如本領域所熟知的，輻射源14和準直器12可位于機架(未示出)中。可使用任一種輻射，例如但不限于，電子輻射或光子輻射(伽馬輻射)。如本領域所知，在治療過程中，射束16被瞄準在典型地包圍機架旋轉的等角點的靶上。成像設備(未示出)，例如可提供熒光鏡或超聲設備用于將由輻射束16所照射的靶進行成像。該成像設備可結合閉環、反饋控制系統(未示出)來使用，以控制靶與輻射束之間的相對位置，并控制準直器12的運行。
[0028]準直器12設置為形成輻射束16可穿過的孔徑20。在一個實施例中，準直器12是根據先前獲取的患者腫瘤數據而成形的為單個客戶制造的輻射阻擋塊。在本實用新型的另一實施例中，準直器12可為多葉準直器，包括多個可移動輻射阻擋葉18，這些可移動輻射阻擋葉18布置為形成孔徑20。一般而言，盡管不限于此，孔徑20具有由輻射阻擋塊或葉18定義的封閉的周邊。
[0029]因此，輻照系統10能夠從多個方位照射靶，其中這些方位與輻射場中分別由準直器12準直的定向輻射束16相關聯。
[0030]根據本實用新型的實施例，提供了用于輻照系統10的多葉調制器21。該多葉調制器21包括一個或多個輻射衰減元件22，這些輻射衰減原件被放置為阻擋穿過孔徑20視場的輻射束16的一部分。在圖1所示出的實施例中，示出了三個輻射衰減元件22。圖2示出了可選的實施例，其中多個輻射衰減元件22被設置為沿基本垂直于輻射束16的不同平面移動。輻射衰減元件22可為多個可置換的葉，排列為至少一行。該葉配置成根據葉的位置來裳減福射場內部的福射束16的一部分。
[0031]輻射衰減元件22設置于(附接至、結合至或延伸自)實質上射線可穿透的構件24上，高射線可穿透的構件24由基本不阻擋輻射束16的材料制成。該一個或多個輻射衰減元件22由驅動器25 (如線性致動器、步進電機或其它)移動至孔徑20的視場的不同位置。在一個實施例中，驅動器25存儲運動軌跡并通過實質上射線可穿透的構件24在大體垂直于輻射束16的方向上分別驅動輻射衰減元件22 (也稱葉22)。葉22各自的運動是根據對應的運動軌跡；該運動軌跡將輻射衰減元件22的位置和/或速度與時間和/或照射水平相關聯。
[0032]輻射衰減元件22衰減穿過孔徑20的輻射束16的一部分，但在輻射衰減元件22外部的輻射束16的其它部分穿過孔徑20和射線可穿透的構件24而基本未衰減。(在完全衰減的情況下，輻射衰減元件22完全阻擋了輻射束16的部分)因此，如在垂直于射束方向的平面26中所見，輻射束穿過孔徑20中的輻射衰減元件22的周圍各處，但沒有穿過輻射衰減元件22所處的位置。輻射衰減元件22的陰影27在平面26上清晰可見。
[0033]在示出的實施例中，輻射衰減元件22和射線可穿透的構件24不與一個或多個葉18共面。然而，在圖1的虛線所示的另一非限制性實施例中，輻射衰減元件22和射線可穿透的構件24可與至少某些葉18共面。
[0034]準直器可進一步包括設備28，用于確定孔徑(如照相機)的位置和形狀。
[0035]可提供靶定位器30 (如機架)用于調整靶與輻射束16的相對位置。可提供調制器定位器32用于調整調制器21與輻射束16的相對位置。例如，調制器21可安裝于可精確移動的桌子上。又例如，調制器定位器32可為機架。可提供額外的調制器34(如額外的裳減器)用于調制福射場中的福射束16。
[0036]處理器36可與驅動器25進行通信。處理器36可操作以獲取與從各個方位照射靶相關聯的衰減圖并將衰減圖轉換為輻射衰減元件22的運動軌跡，其中該衰減圖提供了與處于各自位置的輻射衰減元件22相關的衰減水平。
[0037]現參見圖3，其根據本實用新型的實施例說明了執行例如受控于處理器36的MRT的方法的一個非限制性示例。該方法包括從多個方位照射靶，其中該方位與輻射場中分別準直的輻射束相關聯。針對所述多個方位，各自的強度圖被優化。
[0038]對于每個方位，相應的場被分成段，對于每個段，選擇用于多葉調制器的各葉的分段強度和分段軌跡。分段軌跡將葉的位置和/或速度與時間和/或照射水平相關聯。該段由分段強度來照射，而該分段強度根據分段軌跡來調制。
[0039]該方法進一步包括優化與各方位相關聯的各個輻射場。例如，優化各個強度圖可包括最小化因臨床和/或輻射傳輸約束導致的成本函數。將對應的場分成各段可包括將這些段重疊。選擇分段強度可通過最小化因臨床和/或輻射傳輸約束導致的成本函數來實現。
[0040]該段可被照射而不需要在照射另一段之后關閉射束。該段可在輻射束與靶間的相對方位的連續調整期間被照射。
[0041]該方法可進一步包括在選擇分段強度與分段軌跡之前將不同的照射方位分配至該段，以使每個方位都與一個段相關聯。
[0042]本實用新型的保護范圍包括前述特征的組合與子組合、以及本領域技術人員一旦閱讀了在前描述后容易想到的不屬于現有技術的修改與變型。
【權利要求】
1.一種在輻照系統中使用的調制器，所述輻照系統能夠從多個方位對靶進行照射，其中所述多個方位與在輻射場中分別準直的定向輻射束相關聯，所述調制器包括: 排列成至少一行的多個可置換輻射衰減元件，所述輻射衰減元件被配置成根據所述輻射衰減元件的位置來衰減所述輻射場中的部分輻射束，且其中每個輻射衰減元件分別附接至實質上射線可穿透的構件；以及 驅動器，所述驅動器能夠操作以存儲運動軌跡、并通過所述實質上射線可穿透的構件沿大致垂直于所述輻射束的方向分別驅動所述輻射衰減元件，其中所述輻射衰減元件各自的運動是根據對應的運動軌跡，且其中運動軌跡將所述輻射衰減元件的位置和/或速度與時間和/或照射水平相關聯。
2.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括準直器，所述準直器能夠操作以實質上阻擋輻射場外的輻射。
3.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括輻射源，所述輻射源能夠操作以產生朝向靶的輻射束。
4.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括靶定位器，用于調整所述靶與所述輻射束的相對位置。
5.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括調制器定位器，用于調整所述調制器與所述輻射束的相對位置。
6.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括額外的調制器，所述額外的調制器能夠操作以調制所述輻射場中的輻射束。
7.根據權利要求1所述的調制器，其特征在于，進一步包括與所述驅動器進行通信的處理器，其中所述處理器能夠操作以獲取與從各個方位照射所述靶相關的衰減圖、并將衰減圖轉換成所述輻射衰減元件的運動軌跡，其中所述衰減圖提供了與處于各自位置的所述輻射衰減元件相關的衰減水平。
【文檔編號】A61N5/10GK203736724SQ201320843640
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2012年10月22日
【發明者】摩西·艾因-高爾 申請人:摩西·艾因-高爾