一种用于放射治疗机的多叶准直器以及放射治疗机的制作方法

1.本实用新型属于放射治疗设备领域，具体涉及一种多叶准直器、以及具有相应准直器的放射治疗机。


背景技术：

2.多叶准直器(multileaf collimator，mlc)是当代放射治疗机的一种重要部件。它安装于放射治疗机的机头的正下方，用于限制射线束照射范围，形成适合各种靶区形状的不规则射野，实现适形放疗；如果在照射过程中，调整多叶准直器叶片的位置，就可以调整照射范围的射线强度分布，实现调强放疗。相对传统放疗，适形放疗和调强放疗可以更好地实现放射治疗的目的，也就是在保护周围正常组织的前提下尽可能的杀死肿瘤。
3.叶片是组成一个多叶准直器的基本单元，它由重金属材料(如钨合金)制成，呈长条状。其长度由需形成的最大射野决定；其宽度为数毫米至数厘米，宽度越窄，形成的射野越适合靶区形状；厚度至少是所用金属材料的5个半价层，使叶片遮挡区射线衰减至5％以内。每个叶片由一个独立的电机驱动，多个叶片相邻紧密排列，构成叶片组。
4.尽管多叶准直器叶片组的排列方式已有多种设计,但在叶片组内相邻叶片都采用紧密排布的方式。这种排布方式会导致同一叶片组的相邻叶片在叶片侧面摩擦，继而导致叶片走位不准、甚至故障卡位。为了减少相邻叶片的摩擦，叶片间隙应尽可能大一些，但是较大的间隙会造成较多的漏射线。同时，相对叶片组中的相对叶片在叶片末端也存在碰撞和末端漏射线的问题。由两组多叶准直器平行放置构成的双层多叶准直器能一定程度解决这一问题，但是双层多叶准直器存在叶片数多、子野分割算法复杂等一些问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出通过改变多叶准直器叶片的排布方式来改进多叶准直器，以解决叶片碰撞、漏射线等技术问题中的至少一个。
6.根据一示例性实施例，提供了一种用于放射治疗机的多叶准直器，其包括：第一组叶片，其包括多个可沿第一方向进行往复运动的第一叶片；以及第二组叶片，其包括多个可沿所述第一方向进行往复运动的第二叶片；其中，所述第一组叶片配置为双层结构，使得所述多个第一叶片沿第二方向错开布置，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述第二组叶片配置为双层结构，使得所述多个第二叶片沿所述第二方向错开布置。
7.在一些实施方式中，所述双层结构包括第一层和第二层，所述多个第一叶片中的位于第一层或第二层中的相邻叶片之间的间距大于或等于所述第一叶片在所述第二方向上的宽度。
8.在一些实施方式中，在与放射治疗机的等中心平面垂直且与所述第一方向平行的第一平面内，所述第一叶片和第二叶片能够运动调整到闭合位置，并且所述第一叶片和第二叶片在所述闭合位置处相互嵌合。
9.在一些实施方式中，相互嵌合的所述第一叶片和第二叶片在第三方向上错开布
置，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。
10.在一些实施方式中，相互嵌合的所述第一叶片和第二叶片在所述第二方向上错开布置。
11.在一些实施方式中，相互嵌合的所述第一叶片和第二叶片在所述第三方向和/或所述第二方向上存在重叠。
12.在一些实施方式中，所述第一叶片和/或第二叶片的顶端设置有至少一个凹陷，且所述第一叶片和/或第二叶片的底端设置有至少一个凸起。
13.在一些实施方式中，所述第一叶片和/或第二叶片的至少一个侧面配置为由多个凹陷和多个凸起构成的折线轮廓。
14.在一些实施方式中，所述叶片侧面多个凹陷和多个凸起交错分布。
15.在一些实施方式中，所述第一叶片和/或第二叶片的两个侧面均配置有所述多个凹陷和多个凸起，且在所述两个侧面的凹陷和凸起呈错位配置。
16.根据一示例性实施例，提供了一种放射治疗机，包括：多叶准直器，所述多叶准直器包括：第一组叶片，其包括多个可沿第一方向进行往复运动的第一叶片；以及第二组叶片，其包括多个可沿所述第一方向进行往复运动的第二叶片；其中，所述第一组叶片配置为双层结构，使得所述多个第一叶片沿第二方向错开布置，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述第二组叶片配置为双层结构，使得所述多个第二叶片沿所述第二方向错开布置。
17.本实用新型的有益效果是：叶片的分层错位分布解决了相邻叶片侧面摩擦的问题。在相对叶片闭合时，可实现叶片间完全无接触，从而解决现有叶片设计中相对叶片末端碰撞和叶片末端漏射线的问题。另外，可以显著改善准直器的适形调强效果。同时，本实用新型的准直器的叶片数量和现有准直器接近，在制造成本基本不变的情况下可大幅减少使用过程中的维护成本。
附图说明
18.通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同的部件。应该理解，图中显示的部件的尺寸和大小并不必然按比例绘制，它们可与这里显示的用于实施的实施例中的不同。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。
19.图1例示了根据本技术一实施例的多叶准直器的结构和功能示意图；
20.图2例示了根据本技术一实施例的双层多叶准直器叶片的排布示意图；
21.图3例示了一侧叶片闭合，另一侧叶片打开，沿叶片排列方向的截面示意图；
22.图4例示了一侧叶片打开，另一侧叶片闭合，沿叶片排列方向的截面示意图；
23.图5例示了一侧上层叶片和另一侧上层叶片交错，下层叶片打开，沿叶片排列方向的截面示意图；
24.图6例示了一侧下层叶片和另一侧下层叶片交错，上层叶片打开，沿叶片排列方向的截面示意图；
25.图7例示了两对叶片互相交错，沿叶片排列方向的截面示意图。
具体实施方式
26.下面，将参考附图详细地描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
27.图1是本实用新型多叶准直器的结构和功能示意图，其安装于放射治疗机的治疗机头内。如图1所示，多叶准直器设置在放射源的下方，该准直器包括a侧和b侧两个叶片组(以下分别称为第一组叶片和第二组叶片)。在放射源的照射下，射线束穿过叶片组之间的空隙，到达需要照射的肿瘤靶区处。准直器的叶片可通过电机等驱动机构分别驱动每个叶片单独运动，从而在等中心平面形成不同的射野。射野的轮廓确定了照射的区域，如果照射的区域与期望的范围不一致，会使靶区有的部分被漏照，或者射线可能照射到附近的正常组织。
28.如图1所示，a侧叶片组包括多个可沿第一方向进行往复运动的第一叶片，b侧叶片组包括多个可沿第一方向进行往复运动的第一叶片。例如，对于图示的条块状叶片，各叶片驱动为沿着其长度延伸方向进行独立往复运动。虽然图中只示出了特定数量的叶片，但本领域技术人员可以理解，叶片的数量不限于此，而是可以为几十个甚至上百个叶片构成。
29.如前所述，现有的多叶准直器在同一叶片组内的叶片一般都采用紧密排布的方式，理论上希望各叶片之间没有间隙，以避免射线从叶片之间漏射，但这种排布方式会导致相邻叶片发生摩擦或者对制作工艺提出更高的精度要求。另外，为了防止相对叶片碰撞，现有准直器的相对叶片实际上并不完全闭合，中间存在一个缝隙。例如，varian公司叶片缝隙在等中心平面的投影宽度为0.05cm，elekta公司叶片缝隙在等中心平面的投影宽度为0.5cm。叶片缝隙造成的漏射线不仅使正常组织受到不必要的照射，也给加速器建模和剂量计算增加了难度，增大了剂量计算误差。
30.为此，本技术的准直器的叶片组采用双层错位排布方式来解决该问题。如图1所示，第一组叶片(例如，a侧)配置为双层结构，使得所述多个第一叶片沿与第一方向垂直的第二方向(即叶片的短轴方向)错开布置，例如，a侧的多个叶片在第二方向上呈上下错位的方式进行排布，同一层的相邻叶片可允许具有一定间距，如此无需苛求提高制作工艺去减小叶片之间的间隙以及减小叶片的厚度。为了遮挡叶片间的空隙，上下层相应叶片的位置也错开相应的间距，从而可互相挡住叶片间的空隙。同理，与第一组叶片相同，第二组叶片(例如，b侧)也配置为双层结构，使得多个第二叶片也沿第二方向错开布置，此处不再赘述。
31.图2示出了根据本技术一实施例的双层多叶准直器叶片的排布示意图。结合图1和图2，双层结构的准直器可包括第一层(例如，上层)和第二层(例如，下层)，每层相邻叶片的间距为d，叶片宽度为w，该叶片宽度可与现有准直器的叶片宽度一致，例如为0.25
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1cm。对于间距d，其大于现有的叶片之间的间隙，如此可完全避免相邻叶片的碰撞。在一实施例中，该间距大于或等于所述第一叶片在所述第二方向上的宽度。在另一实施例中，间距d也可以小于叶片的宽度，这需要对不同的叶片设置不同的宽度尺寸。另外，叶片的厚度可以按照现有设计，即至少为所用金属材料的5个半价层。
32.如图2所示，在一实施例中，同一层的相邻叶片间距较大，近似等于一个叶片的宽度w。由于存在该间隙，部分射线可通过间隙照射，为了遮挡该上层叶片间的透射射线，在下层的对应于该间隙的部位设置有叶片，从而不再有直接穿过间隙的漏射线。实际中，在相邻
上下层叶片之间可能存在一条接缝，接缝上下方向的距离等于两层叶片之间的间隔距离，接缝左右方向的距离为凸凹槽嵌合时的间隙宽度。该间隙在控制精度范围内可尽量小，以减小射线的漏射。同时，如下面所具体描述的，这条接缝的漏射线可通过上层叶片的底侧凸起部分而被遮挡。
33.为了在等中心平面形成特定的射野，a侧叶片和b侧叶片可进行相对运动以闭合或打开从而阻挡或透过放射线。为此，在一实施例中，在与放射治疗机的等中心平面垂直且与第一方向(即叶片运动方向)平行的平面(以下简称为“第一平面”)内，a侧的第一叶片和b侧的第二叶片能够运动调整到闭合位置，并且第一叶片和第二叶片在闭合位置处相互嵌合，从而限定射野的边界。
34.如果两侧叶片组采用对称的相对设置的方式，那在闭合时相对叶片可能存在一条缝，如果缝太小则容易碰撞，而如果缝太大则可能发生漏射线，很难同时克服碰撞和漏射线的问题。为此，在一具体实施方式中，本发明的相对叶片之间非对称的错位排布方式。例如，相互嵌合的第一叶片和第二叶片在第二方向上错开布置。
35.例如，参照图2，在同一坐标系下，a侧和b侧叶片组位于同一层的第一叶片和第二叶片也是错位排布的。具体地，a侧叶片组中上层的第一叶片10与b侧叶片组中上层的第二叶片22、24能够运动到闭合状态，在该闭合位置处，第一叶片10和第二叶片22、24沿着叶片的宽度方向错开布置，或者说，a侧的第一叶片10将正好运动到两个第二叶片22、24之间的位置，如此两组叶片在闭合时也不会发生碰撞。同理，b层的下层叶片20在闭合状态下将正好运动到两个第一叶片12、14之间的位置，也不会发生碰撞。
36.在采用双层叶片布置的情形下，第一叶片可能不仅与同一层的第二叶片嵌合，还可能与不同层的第二叶片嵌合。为此，在一实施例中，相互嵌合的第一叶片和第二叶片在沿着叶片厚度方向(以下称为第三方向)上也错开布置，该第三方向垂直于第一方向和第二方向。仍参照图2，a层叶片组中上层的第一叶片10与b侧叶片组中下层的第二叶片能够运动到闭合状态，在该闭合位置处，第一叶片10和第二叶片20沿着叶片的厚度方向错开布置。同理，a侧的第一叶片12和b侧的第二叶片22、以及a侧的第一叶片14和b侧的第二叶片24也能运动到闭合状态，并沿着叶片的厚度方向错开布置。由于准直器的相对叶片分布在不同的层，因而叶片对可以完全闭合，避免了相对叶片末端间漏射线的问题。
37.为了防止叶片摩擦碰撞，相对的同一层或不同层的相邻叶片在闭合位置处一般会存在一定的间隙，因此可能会造成漏射线的问题。为此，优选地，相互嵌合的第一叶片和第二叶片在第二方向和/或第三方向上存在重叠。从制造工艺角度而言，a侧、b侧叶片组优选由相同尺寸的叶片构成，即第一叶片、第二叶片可具有相同的截面形状。在一实施例中，可将叶片的截面形状成形为互相啮合的方式使得相邻的叶片在第二方向和/或第三方向上存在重叠。
38.仍参照图2，在一实施例中，第一叶片10、第二叶片20的顶端设置有至少一个凹陷，且第一叶片10、第二叶片20的底端设置有至少一个凸起。如此，在闭合时，第一叶片10、第二叶片20在第三方向上的重叠长度为上述凹陷的深度或凸起的高度。
39.同理，在一实施例中，第一叶片10、第二叶片22的至少一个侧面也可配置为由多个凹陷和多个凸起构成的折线轮廓。在闭合时，第一叶片10、第二叶片22在第二方向上的重叠长度为上述凹陷的深度或凸起的高度。优选地，如图2所示，在叶片的两侧均设置有多个凹
陷和多个凸起，凸起和凹陷交错分布，且在所述两个侧面的凹陷和凸起呈错位配置。
40.如前所述，同一层相邻上下层叶片之间可能存在一定接缝，该接缝左右方向的距离为凹凸槽嵌合时的间隙宽度。为了保证较好的射线遮挡效果，在保证叶片整体结构稳固结实的前提下，凸起部分可设置为尽可能长，并尽可能宽。
41.应注意，虽然图2中以方形凹凸槽的方式进行了示例性说明，但本发明不限于此，锯齿形、圆形等其他形状的凸起或凹陷也在本技术的保护范围内。
42.图3
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7具体示出了图2中的叶片对的开合情况，其中图3例示了a侧叶片闭合，b侧叶片打开，沿叶片排列方向的截面示意图；图4例示了a侧叶片打开，b侧叶片闭合，沿叶片排列方向的截面示意图；图5、6例示了多叶准直器两侧叶片侧面、顶面和底面的凸凹槽嵌合时的截面示意图；图7例示了两对叶片互相交错，沿叶片排列方向的截面示意图。从图中可以看到叶片侧面采用了凸凹槽设计，当两个叶片交错时，相衔接的侧面的凸槽和凹槽可以分别相互嵌合。图中叶片顶面和底面也采用了凸凹槽设计，当不同层的两个相对叶片交错时，凸槽和凹槽可以分别相互嵌合。
43.本实施例中,叶片侧面采用凸凹槽设计，一侧有多个凸起，另一侧有多个凹陷，从而减少了射线侧面漏射。此外，为了减少侧向散射线，叶片底面采用凸出设计，同时相对叶片的顶面采用凹陷设计，这样相对叶片交错时避免了碰撞。这样设计的叶片最终外形是侧面有凸凹槽，顶面有凹陷，底面有凸起。虽然本实施例的叶片多个面有凸凹槽结构，但凸槽和凹槽衔接仅发生在与对侧叶片交错时，摩擦碰撞发生的几率大幅减少。
44.本实用新型的另一实施例提供了一种放射治疗机，包括上述类型的多叶准直器，即该多叶准直器可包括：第一组叶片，其包括多个可沿第一方向进行往复运动的第一叶片；以及第二组叶片，其包括多个可沿所述第一方向进行往复运动的第二叶片；其中，所述第一组叶片配置为双层结构，使得所述多个第一叶片沿第二方向错开布置，所述第二方向垂直于所述第一方向；所述第二组叶片配置为双层结构，使得所述多个第二叶片沿所述第二方向错开布置。
45.虽然未示出，放射治疗机还可包括其他部件，例如控制器，其可控制第一叶片和第二叶片运动以形成特定的射野形状。通过配置前面描述的叶片排布方式，可以实现在较大的公差范围内对叶片的运动进行控制而保证不会叶片侧面摩擦、末端碰撞及漏射线等问题。
46.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
47.本文中，诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
48.以上仅为本实用新型的较佳排布方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。