电磁致动的多叶准直器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2013年2月26日提交的美国临时申请No. 61/769,549的非临时申请且 要求其优先权。申请No. 61/769, 549的内容通过引用合并在此。在此说明书中提及的所有 公开和专利申请通过引用合并在此，其引用程度使得每个单独的公开或专利申请特别地且 单独地被指示为通过引用合并。
技术领域
[0003] 本发明一般地涉及放射治疗。在多个方面中，本发明针对高响应性的多叶准直器 和用于利用束成形、强度调制及其组合来提供放射治疗的方法，包括治疗束的同时的束成 形和强度调制。
【背景技术】
[0004] 强度调制的放射治疗（通称为IMRT)是对于多个放射技术的一般性术语，所述放 射技术基本上改变指向患者的束强度。此改变可以是空间改变、时间改变或空间和时间改 变。
[0005] 在放射治疗中，术语剂量、注量和强度有时相互地且混淆地使用。为此描述的和此 申请的目的，这些术语使用如下。注量是越过垂直于放射束的单位面积的光子或X射线的 数量。注量率是每单位时间的注量。强度是每单位时间越过单位面积的能量。注量和强度 与在患者体内发生的情况无关，且更具体不是剂量。剂量是在影响组织的放射下通过组织 吸收的能量的量。放射剂量以戈瑞（Gy)为单位测量，其中Gy对应于在单位质量的组织中 吸收的固定量的能量（例如，1焦耳/kg)。剂量与注量不同，但其随注量的增加/降低而增 加/降低。
[0006] 在放射治疗传输中，束孔径通常通过多叶准直器（MLC)设定。一个使用MLC的此 方法是造成将放射成形的一个或多个图案。匹配目标的单独的形状通常称为适形传输。对 于更复杂的剂量分配，可使用MRT。在頂RT中，与使用MLC将入射放射成形以匹配一定的 轮廓不同，MLC被替代地用于造成束形状的阵列，所述阵列造成了希望的强度调制和希望的 3D剂量分配。
[0007] 图1图示了（例如，使用在Varian放射治疗系统中的）将束通向患者体内的目标 的常规的成形MLC31的等轴测图。图中示出了两排相对的叶33、35,其中每个叶37可以连 续地越过放射场定位。两排叶定位为将束30准直为希望的形状。每个叶37典型地可以行 进超过准直器的中点以在实现希望的准直时提供灵活性。构造图示了完全打开（41)、部分 打开（43)和关闭（45)的叶状态。
[0008] 在放射治疗的示例中，每个机架角度具有与此特定的机架角度相关的一个束，所 述束30然后被MLC准直为多个形状。治疗束30通过由叶37所形成的成形的孔隙47。作 为结果被准直的束继续行进到患者38体内的目标14上。图1也图示了治疗束可以如何被 可视化或构造为许多不同的小束49。常规的成形MLC31的叶37移动到不同的位置，以对 于特定的时间段实现希望的形状或孔隙，以实现对于此特定的束的注量图51。构造的小束 的调制通过连续地且单调地将叶移动到希望的位置来进行，以实现希望的形状或孔隙，使 得在所构造的小束被暴露时控制此小束的强度。"单调的"在此申请中使用且涉及放射治疗 时意味着依次序列的孔隙，其中序列通过从一个孔隙到随后的孔隙的连续性所指示，或其 中单独的叶在给定的一些列孔隙期间在一个方向上增加。换言之，孔隙的序列通过MLC的 机械限制指示，而不通过可实现更最优的治疗执行的方式指示；序列可以从孔隙1到孔隙2 然后到孔隙3且继续，且不从孔隙1到孔隙3再到孔隙5再回到孔隙2。与使用单独的适 形的形状不同，MLC执行形状的序列。在任何给定的机架位置处接收到的放射的净量基于 不同的形状允许放射通过或阻挡放射通过的程度。如在图1中可见，所示的MLC31的形状 不直接对应于注量图51的小束强度。如将认识到，所描绘的注量图示出了对于对此特定的 机架角度MLC已得到的多个形状的强度的量。常规的成形MLC的通常的限制是限定了形状 的叶相对慢地移动。使用大量的形状，或要求大量的叶运动的形状可能导致更长的患者治 疗。类似地，叶的速度可能限制常规的成形MLC执行时间敏感的治疗的能力，例如利用执行 部件（例如，机架、患者床、X射线能量等）的同步的运动。
[0009] 常规的二元MLC61在图2中示出。二元MLC61具有多个布置在两排65、67中的 叶。每排叶用于形成治疗切片，这通过将叶定位在相对于束的关闭的位置或打开的位置来 实现。如在图2中所示，叶可以协同地工作，以都打开（A)、都关闭（B)或其中仅一个叶打开 /关闭（C)。
[0010] 二元MLC使用在TomoTherapy的Hi-Art?放射治疗系统中，和NorthAmerican Scientific治疗系统中。在常规的二元MLC治疗系统中，患者被移动经过旋转放射源，以 使用双排二元准直器将螺旋治疗执行到患者。替代地，患者被标记以用于通过双排二元准 直器对于另一个随后的两个切片的治疗，如通过NorthAmericanScientific系统所进行。 双排二元准直器的叶以不同的速度移动，使得叶序列或定位将不明显地受到任何单独的叶 的任何先前的或未来的位置（对于二元准直器的打开或关闭的位置）的影响。换言之，叶 速度足以使得MLC的机构在任何时间对于执行放射治疗治疗或片段不会不适当地影响叶 位置的确定。因此，且与常规的成形MLC相比，每个叶限定了小束，所述小束不要求通过计 划软件的构造，即叶打开的时间量直接控制此小束的强度。
[0011] 对于两个常规的MLC(成形MLC和二元MLC)，每个小束具有注量且所有注量组合 而形成对于束的注量图。注量图对于每个机架角度或对于所有束被组合且被优化为治疗计 划。常规的成形MLC的示例已提供以阐述作为基础的使用成形MLC进行体积强度调制的构 思，且已提供二元MLC的示例以阐述作为基础的在离散的机架角度下的直接强度调制的构 思。更复杂的治疗计划和执行可包括机架运动、患者床运动、改变机架速度、改变MU等，以 对于每个片段在更少的时间内提供更复杂的且理论上更好的剂量适形。治疗计划通过执行 软件控制了治疗执行装置的操作。执行系统（机架、直线加速器、MLC、患者床等）的物理能 力限制或约束了治疗计划软件可以造成和优化通过执行系统进行的执行的计划类型。
[0012] 治疗计划系统和软件（共同地称为计划系统）不关注于此应用，但是如将认识到， 所述治疗计划系统和软件是用于以放射治疗患者的整体部分。放射治疗治疗通过治疗计划 控制，所述治疗计划典型地通过医生或医师（单独地或共同地称为"计划者"）使用计划系 统生成。计划着将典型地使用诊断3D图像（典型地为CT，但可以使用任何PET、CT、MR的 组合）且限定或勾勒目标结果和任何附近的风险关键结构或器官（OAR)。计划者然后确定 执行到目标结构的放射量和将被允许到0AR的放射量。治疗计划软件将使用逆向计划和执 行装置的物理能力生成治疗计划。计划者然后评估计划以确定计划是否满足临床目标，且 如果是则将批准用于执行到患者的计划。计划的执行在多个治疗进程或片段中发生。
[0013] 常规的MLC和来自所述常规的MLC的治疗模式已稳定地提供了前进的且更复杂的 适形放射治疗治疗。然而，仍存在对于更先进的治疗束的成形和调制的需求，因此使得治疗 计划软件可以扩展且实现甚至更复杂的计划的执行。如提供以上的放射治疗技术可见，用 于执行放射治疗的关键的部件是准直器。当存在多叶准直器时，单独的叶或叶组的速度和 控制不足以实现更先进的同时成形和调制束图案。需要的是改进的多叶准直器设计，而足 以响应以满足更先进的放射治疗计划的速度和位置控制要求，因此实现了新的治疗模式。
【发明内容】
[0014] 本发明的实施例提供了多叶准直器（MLC)。这些实施例具有多个具有行程的叶。 每个叶具有：近端端部，远端端部，具有长度L和宽度W的放射透不过的远端阻挡部分，具有 长度L'和宽度W'的近端驱动部分，一个或多个固定到近端驱动部分且操作地连接到电流 源的的导电线圈，其中通过导电线圈的电流生成第一磁场。这些实施例的MLC叶具有叶引 导部，所述叶引导部带有多个近似平行和相邻相互布置的通道，其中多个叶的每个的至少 一部分滑动地布置在所述通道的每个内，且带有邻近近端驱动部分定位的多个固定磁体， 其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第二磁场构造为与来自线圈的第一磁场协作操作， 以在近端驱动部分上施加力。在一些实施例中，MLC将具有相对的双排叶，且其它实施例将 具有在驱动部分的任一侧上的固定磁体。
[0015] 本发明的实施例也包括用于以多叶准直器（MLC)准直治疗放射束的方法。这些实 施例可以包括确定MLC的一个或多个叶的希望的状态，其中一个或多个叶使用电磁驱动系 统移动，如果一个或多个叶不处于希望的状态，则磁场被修改以导致在一个或多个叶上的 导致其移动的力，且最后叶在希望的状态或位置处被停止。如果叶不处于希望的状态，则进 一步的实施例将电流施加到处在叶的驱动部分内的电磁线圈以生成第一磁场，其中第一磁 场与来自驱动部分的任一侧上的固定磁体的第二磁场协作操作，这导致所述驱动部分上的 导致叶移动的力。
[0016] 在一个实施例中，本发明提供了多叶准直器（MLC)，所述多叶准直器包括：多个 叶，构造为支承多个叶的叶引导部，和多个固定磁体。多个叶具有行程，其中每个叶包括具 有长度L和宽度W的放射透不过的阻挡部分并且是放射透不过的，具有长度L'和宽度W' 的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分，和操作地连接到电流源的导电线圈，其中导电线圈 沿长度L'的至少一部分固定到驱动部分，且其中通过导电线圈的电流生成第一磁场。固定 磁体的每个邻近至少一个叶的驱动部分定位，其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第二 磁场构造为与第一磁场协作操作以在驱动部分上施加力。
[0017] 在另一个实施例中，本发明提供了用于准直治疗放射束的系统。系统包括：多叶准 直器（MLC)，构造为支承多个叶的叶引导部，多个固定磁体，和驱动器部件。MLC包括多个具 有行程的叶，其中每个叶包括具有长度L和宽度W并且是放射透不过的阻挡部分，具有长度 L'和宽度W'的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分，和操作地连接到电流源的导电线圈，其 中线圈沿长度L'的至少一部分固定到驱动部分，且其中通过线圈的电流生成第一磁场。固 定磁体的每个邻近至少一个叶的驱动部分定位，其中每个固定磁体具有第二磁场，所述第 二磁场构造为与第一磁场协作操作以在驱动部分上施加力。驱动器部件将电流引向线圈， 因此导致多个叶移动到希望的状态。
[0018] 在另一个实施例中，本发明提供了多叶准直器（MLC)，所述多叶准直器包括：多个 具有行程的叶，其中每个叶包括具有长度L和宽度W的阻挡部分，其中阻挡部分是放射透不 过的；和具有长度L'和宽度W'的驱动部分，驱动部分连接到阻挡部分；且其中叶的至少一 个能够以至少50cm/s的速度移动。
[0019] 在再另一个实施例中，本发明提供了多叶准直器（MLC)，所述多叶准直器包括：多 个叶，构造为支承多个叶的叶引导部，和多个导电线圈。多个叶具有行程，其中每个叶