专利名称：一种实现对x线适形调强的方法及其准直装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现对X线适形调强的方法及其准直装置，尤其是用于医疗放射治疗X线适形调强方法，本发明还涉及用于实现该方法的准直机构。
目前放射治疗是肿瘤治疗的主要手段之一，具有广泛的应用领域，适形调强放疗是现今放射治疗中最科学最实用的方法，而要适形调强放疗最好的方法是电子扫描，但目前最成熟的电磁偏转扫描技术难以在此应用，首先尽管高能电子线对人体组织有一定的穿透力，但直接穿射到人体深部组织效果并不好，其次电子线经一段距离的传播后其笔形线束投在射野面上的将是边缘剂量低中间剂量高的呈高斯曲线分布的光斑，导致了射野面的剂量不均、边界不清，因此不适用于适形放疗，最好是用X线进行放疗，但是由于X线是由不带电的粒子组成，难以用电磁偏转方式对其进行偏转控制，现一般采用多叶光栏的方式实现对X线的适形放疗，但是多叶光栏方式还是存在较多问题首先，数十对铅条的推进和拉出是由电机所控制，因此从一种形状变到另一形状的速度不会很快；其次多叶光栏不能拼凑出所有的图形来，例如五角星，除非分两次或更多次完成；第三，它能作调强治疗，但实行起来比较麻烦；第四，由于多叶准直器是由较薄的钨条(5毫米或更薄)组成，在运动过程容易造成卡条；第五，这种多拉片式准直器所给出的射野边缘是阶梯形的，与肿瘤的实际形状只是近似的符合；此外，它的穿射半影也较大。
本发明的目的是为克服现有技术不足而提供一种结构简单、扫描速度快、能对任何形状的肿瘤进行X线适形调强放疗的方法及实现该方法的准直机构。
为达到上述目的，本发明提出如下方法用于产生X线的钨靶是由许多按规律排列的小钨靶元组成的钨靶阵列，电子束对小钨靶元轰击产生X线，所产生X线经准直装置挡去散射部分后在照射面上形成与小钨靶元排列相对应的形状规整的小照野，当电子束对小钨靶元按一定规律进行扫描轰击时，即可产生按相应规律进行扫描的X线，通过对电子束扫描规律和强度进行控制，即可对X线进行适形调强控制。
采用上述的方法后，通过控制电子束轰击小钨靶元的强度或在小钨靶元上的停留时间，可控制X线的照射强度；而对小钨靶元阵列中小钨靶元有选择地轰击或不轰击即能进行适形控制，由此可达到对X线进行适形调强的目的。
为了实现上述方法，本发明还公开了一种准直机构准直机构由设有按一定规律排列的准直通孔和固定在通孔上的小钨靶元的准直器组成，准直机构可以是由上述带钨靶元的准直器与多层仅设有与上述准直器相同规律列的次级准直通孔的准直器组成。
为了提高准直效果，简化控制系统和准直机构的制作，准机构最好设有可相对移动的主准直器和次准直器，主准直器和次准直器上分别设有按矩阵排列的数量相等、位置对应的通孔，通孔轴向方向与射线方向相平行，次准直器上的通孔截面小于主准直器上的通孔的截面，主准直器和次准直器为不透射材料制成主准直器通孔入口处固定设有与入口面积相同的小钨靶元，主准直器置于放射源与次准直器之间。
由于采用了上述的方法和准直机构，电子束首先对设置在主准直器上的小钨靶元进行轰击产生X线，该X线的强度与电子束能量成正比，并经准直器准直后在照射面上照射出相应的X线小照野；当电子束对小钨靶元进行扫描时，在照射面上即可得到相应的X线扫描轨迹，因此根据肿瘤的外形通过对电磁偏转电压的控制，控制电子束的扫描轨迹及强度，进而达到控制X线的扫描轨迹和强度满足适形调强的目的。
下面将结合附图对本发明作进一步阐述，并给出准直机构的实施例。
图1为本发明准直机构实施例结构示意图；图2为主准直器和次准直器通孔之间的位置关系示意图；图3为坐标为(0,1)的野面示意图；图3-1-图3-16为主准直器和次准直器平移在X线照射面的投射的示意图4为准直机构控制系统原理框图。
在本实施例中，主准直器1采用厚度为12CM，边长为45CM正方形的铅板制成，在铅板上按矩阵均匀分布有400个截面为10mm×10mm的方形通孔3，孔与孔之间中心的距离为20mm，在其入口端固定设有小钨靶元5，面积与入口相同，次准直器2由一块与主准直器1相同面积，厚度为8CM的铅板制成，上面同样按矩阵分布有400个截面为5mm×5mm的方形通孔4，通孔3与通孔4之间的位置关系如图2所示，当从直线加速器中发射出的电子束对主准直器1上的小钨靶元5进行扫描时，小钨靶元5上就会产生X线并从通孔3下方透出与方孔面积相同的X线小方野(即10mm×10mm)，这些X线小方野到达次准直器2上经通孔4进一步准直，从通孔4下方透出的将是5mm×5mm的X线微野，到达照射野面时即成为400个这样的微野，为了进一步阐明准直器的工作过程，我们先用直角坐标系将准直器上的方孔进行定位，则四个角上的方孔坐标分别为(-10,10)、(9,10)、(9,-9)、(-10,-9)参见图2，下面我们以坐标为(0,1)点的野面及其周边所归区域为例以图3来对本准直器的扫描工作过程作详细说明。
图3部份扫描分16次完成，分别由图3-1-图3-16来表示。为了描述准直器的工作过程，我们特地把主次准直器中坐标(0,1)以及所归区域的一小块提取出来用图3来表示。图3有16个分3-1-图3-16，这16个分图又被分为Ⅰ-Ⅳ区，Ⅰ区表示主准直器的方孔处在原始位置(所在区域的左上角)，Ⅱ区表示主准直器在Ⅰ区的基础上向右平移10mm,Ⅲ区是指主准直器在Ⅱ区的基础上朝Y轴箭头的反方向平移(即前移)10mm。同理Ⅳ区则是在Ⅲ区的基础上左移10mm。实际上经过Ⅰ-Ⅳ区这样四个步骤后单凭主准直器的小方孔所射出的X-线方野就已经填照满了整个同中心野面，似乎不需要加次准直器。但这样准直是有问题的，首先主准直器的孔孔距离只有10mm，因此某一方孔内的X-射线就有可能穿过铅壁从邻近的孔上射出而造成极大的穿射半影，第二由1平方厘米的微野作为构成野面的基本单位似乎大了一些。
次准直器的加入有效地解决了这些问题，次准直器是以5mm为单位进行右、前、左、后四个方向平移的，次准直器每平移一次加速器的电子束就对主准直器的400个方孔逐孔扫描一遍，四轮过后，主次准直器一同向右平移10mm(Ⅱ区所示)，次准直器又重复右、前、左、后四个方向的平移，当然平移的宽度为5mm，而且每平移一次电子束也逐孔扫描一遍。不难得出要使X-线填满整个射野面主准直器要进行右、前、左、后的四次平移(平移的尺寸为10mm)，次准直器要平移16次，电子束也要作16次的扫描。
总而言之40cm×40cm的同中心野面是由6400个5mm×5mm的小方野(野元)组成，每个野元的X-线剂量多少或有无都是由扫描电子线来实现的。当加速器获得了肿瘤的形状和强度信息后就可确定某一野元是否要给出电子束以及给出多少。
如图4所示，准直机构的控制系统由计算机PC剂量控制机构6、加速管2、扫描电压发生电路7、位置移动驱动电路8及步进电机A1、A2、B1和B2构成，计算机PC在获得肿瘤信息，经计算分析后一方面通过定制剂量控制机构1及加速管2发射出相应强度的电子束轰击钨靶5，另一方面通过控制扫描电压发生电路7控制电子束扫描轨迹，并且通过控制位置移动电路8控制步进电机，步进电机A1和A2分别控制主准直器的X向和Y向移位，步进电机B1和B2分别控制次准直器X向和Y向位移。
权利要求
1.一种实现对X线适形调强的方法，包括电子束发射源，用于产生X线的钨靶和准直机构，其特征是钨靶是由许多按规律排列的小钨靶元(5)组成的钨靶阵列，电子束对小钨靶元(5)轰击产生X线，所产生X线经准直装置挡去散射部分后在照射面上形成与小钨靶元(5)排列相对应的形状规整的小照野，当电子束对小钨靶元(5)按一定规律进行扫描轰击时，即可产生按相应规律进行扫描的X线，可控制X线的照射强度；而对小钨靶元阵列中小钨靶元有选择地轰击或不轰击即能进行适形控制，由此可达到对X线进行适形调强的目的。
2.根据权利要求1所述的实现对X线适形调强的方法，其特征在于所述的小钨靶元(5)组成的阵列固定设置在可作二维移动的准直器上。
3.一种用于实现权利要求1所述的X线适形调强的方法的准直机构，其特征在于所述准直机构由设有按一定规律排列的准直通孔和固定在通孔上的小钨靶元(5)的准直器和控制系统组成。
4.根据权利要求3所述的准直机构，其特征在于所述准直机构设有可相对移动的主准直器(1)和次准直器(2)，主准直器(1)和次准直器(2)上分别设有按矩阵排列的数量相等、位置对应的准直通孔(3、4)，通孔(3,4)轴向方向与射线方向相平行，次准直器(2)上的通孔(4)截面小于主准直器(1)上的通孔(3)的截面，主准直器(1)和次准直器(2)为不透射材料制成，在通孔(3)入口处固定设有与入口面积相同的小钨靶元(5)，主准直器(1)置于放射源与次准直器(2)之间。
5.根据权利要求4所述的准直机构，其特征在于通孔(3)和通孔(4)的截面为正方形，孔距等于2倍边长。
6.根据权利要求4或5所述的准直机构，其特征在于通孔(3)的截面积为通孔(4)的截面积的4倍。
7.根据权利要求4或5所述的准直机构，其特征在于通孔(3)的截面为10mm×10mm，通孔(4)的截面积为5mm×5mm。
8.根据权利要求6所述的准直器，其特征在于通孔(3)的截面积为10mm×10mm，通孔(4)的截面积为5mm×5mm。
9.根据权利要求3所述的准直器控制系统，其特征在于所述准直器控制系统由计算机(PC)、剂量控制机构(6)、扫描电压发生电路(7)、位置移动驱动电路(8)及步进电机(A1、A2、B1、B2)，位移驱动电路(8)输出控制步进电机(A1、A2、B1、B2)，步进电机(A1、A2)分别控制主准直器(1)X向和Y向的位置，步进电机(B1、B2)分别控制次准直器(2)X向和Y向的位置。计算机(PC)输出分别控制剂量控制机构(6)、扫描电压发生电路(7)、位置移动驱动电路(8)。
全文摘要
本实用新型涉及一实现对X线适形调强的方法及其准直装置,尤其是用于医疗放射治疗X线适形调强方法,包括电子束发射源、用于产生X线的钨靶和准直机构,其特征是钨靶是由按规律排列小钨靶元组成,通过控制电子束的强度及扫描轨迹并经准直机构准直和配合达到对X线适形调强的目的,本发明还同时公开了一种用于实现该方法的准机构。
文档编号A61N5/10GK1310029SQ0110552
公开日2001年8月29日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者王增开 申请人:王增开