专利名称：具有横向运动的多叶准直器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及辐射装置和方法，尤其涉及调节用于疾病的辐射治疗以及其它应用的辐射束的多叶准直器和方法。
背景技术：
辐射疗法常用于治疗患有肿瘤的患者。辐射疗法的一个问题是由于呼吸引起的患者内部器官的移动。内部器官的移动足够重要，因为向固定位置输送治疗剂量可能对健康器官造成过剂量和/或对肿瘤造成欠剂量的危险。常规的技术包括选通辐射束以使束仅在呼吸循环的稳定且可重复的部分期间接通。控制束接通或关断涉及不在呼吸循环的大部分期间进行治疗，因此显著地提高了治疗时间。该治疗时间的增加由于也提高束关断时间的强度调制辐射疗法(MRT)的调制因素而加剧。在弧形疗法中，选通需要大块状机架的运动的苦难的启动和停止，因此通常不能实现选通。另一常·规的技术包括使患者在跟踪卧榻上移动以使肿瘤相对于处理场保持静止。在治疗期间利用跟踪卧榻移动患者通常被视为是不期望的。尽管所需的患者加速可能是微小的，但是移动患者引入了软组织的位置的不确定性，尤其是患者由于紧张而对运动作出反应时。电动机噪声和振动的变化可能使患者感到困惑不安。发明概述提供了包括多叶准直器和运动组件的准直组件。所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶。束阻挡叶能够沿第一方向纵向地移动。运动组件包括致动器和引导组件，所述致动器和引导部件可操作以使支撑体移动，并且因此允许多对束阻挡叶沿大致横向于所述第一方向的第二方向移动。提供了包括辐射源和准直组件的辐射装置。所述准直组件可以包括多叶准直器、运动组件和其它固定和可移动的束限制器件。多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑在一个或多个平面中的多对束阻挡叶，并且每对叶能够相对于彼此纵向地移动。运动组件包括致动器和引导组件，所述致动器和引导组件可操作以使支撑体移动，从而允许所述束阻挡叶的一个或多个平面绕辐射源旋转。在辐射方法中，确定对象中目标的形状和运动。辐射束从源提供到目标。利用多叶准直器来限定与目标的形状基本相符的处理场，所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多个束阻挡叶。通过使所述支撑体随着所述目标的运动而移动来使限定的处理场移动。
通过结合附图和下文提供的随附的权利要求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示出了依照本发明的一个实施方案的辐射系统的部分的截面和患者。所示的截面与叶运动方向垂直。为了清晰起见省略了准直组件的一些元件。
图2示出了包括依照本发明的另一实施方案的准直组件的辐射系统的部分的剖视图；图3A示出了依照本发明的另一实施方案的准直组件的剖视图；图3B为示出图3A中所示的准直组件的横向运动的示意性几何图；图4A示出了依照本发明的另一实施方案的准直组件的一些元件的剖视图；图4B为示出图4A中所示的准直组件的元件的横向运动的示意性几何图；图5A示出了依照本发明的一些实施方案的示例性的准直组件的剖视图；图5B示出了依照本发明的一些实施方案的示例性的准直组件的剖视图；图5C为示出图5A和图5B中所示的准直组件的横向运动的示意性几何图；图6为图5B中所示的准直组件的等距视图；图7为图5A中所示的准直组件的等距视图；图8A示出了依照本发明的一些实施方案的示例性的准直组件的剖视图；图8B为图8A中所示的准直组件的示意性的束-眼平面图；图SC为与图8A中 所示的类似的准直组件的可选元件的示意性的束-眼的剖视图；图8D示出了依照本发明的一些实施方案的示例性的准直组件的剖视图；图8E为图8D所示的准直组件的示意性的束-眼平面图；图8F为示出图8A和图8D中所示的准直组件的横向运动的示意性的束-眼视线的几何图；图9为依照本发明的一些实施方案的准直组件的剖切等距视图；图10示出了包括依照本发明的一些实施方案的准直组件的X射线装置的剖视图；以及图11示出了依照本发明的一些实施方案的辐射装置。发明详述描述了多叶准直组件的各个实施方案。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辐射装置和模态中。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，附图仅意在便于具体实施方案的说明，并且附图不意在穷尽的说明或对本发明范围的限制。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。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球形的平面。图1为包括依照本发明的一些实施方案的示例性的准直组件110的辐射系统100的部分的简化截面图示。系统100包括处理头102，处理头102容纳被配置为生成处理束、对处理束进行定形或监控的各种构件。辐射源104可被配置为生成处理束106，诸如光子束、质子束、电子束或其它类型的颗粒束。例如，在X射线福射治疗系统中，福射源104可以包括目标，当被高能电子束108撞击时，该目标能够生成X射线辐射物。准直组件110可以布置在辐射源104和患者112之间。准直组件110可以包括多叶准直器，多叶准直器可操作以选择性地阻挡来自辐射源的辐射束。多叶准直器可以包括多个束阻挡叶130，多个束阻挡叶130可成对操作以形成调节投影到患者的肿瘤114上的束106的形状和/或调制投影到患者的肿瘤114上的束106的强度。准直组件110还可以包括诸如主固定准直器和辅固定准直器的其它准直元件，以及可移动的准直卡爪等。为了清晰并且集中于本发明的说明，图1中未示出这些额外的准直元件。因为图示的为剖视图，未示出一些元件。未示出的元件可关于截面平面基本对称。准直组件110可例如绕通过源104和等中心点115的轴线在轴承116上旋转。处理头102可以绕通过等中心点115的轴线(诸如通过患者肿瘤的水平轴线118)旋转。患者112可以支撑在处理卧榻顶部120上，处理卧榻顶部120可通过悬臂接于地板上。因此，在一些实施方案中，辐射系统100能够将处理束从多个角度输送到患者肿瘤，并且在束角度扫过或跨过目标时能够通过准直组件110来动态地调节束的形状和/或强度。患者的呼吸造成了器官在躯干中沿各方向的移动。肿瘤通常以相当可重复的方式122移动。能够通过对植入的种籽进行成像或感应来测量肿瘤运动122，并且能够通过与患者腹部124的运动相关来预测肿瘤运动122。能够通过跟踪诸如呼吸选通块126的外部装置来相对容易地测量腹部124的移动。准直组件110可以包括支撑体128和多个束阻挡叶130。多个束阻挡叶130可布置为两个阵列(图1示出了通过两个阵列中的一个的截面)，形成了多对相对的叶。叶130的截面可以为各种构造，诸如矩形或梯形等。通过实施例的方式，叶130可具有叶侧基本集中于源上的近似梯形形状的截面。叶侧可具有未示出的较小特征，诸如台阶、波形或微小的倾斜以减少穿过叶间隙的辐射。叶130的截面的尺寸可以相同或可变。例如，多个束阻挡叶130可以包括较窄叶的中部以提供较高的叶分辨度以及可能不需要高分辨度的较宽叶的外部。束阻挡叶130可布置在一层中。在一些实施方案中，束阻挡叶130可布置在两个或更多个层中以改善各种泄漏效应和MLC分辨度。与本申请同时递交的题为“Multi Level
Multileaf Collimators”的美国申请序号12/_公开了多级MLC的各个实施方案,其公
开内容通过引用合并于本文中。 每个束阻挡叶130均能够通过驱动电动机(未示出)独立地移动(例如，沿X方向)。驱动电动机能够紧固到支撑体或主体的组件128上并且与计算机和运动控制器耦合。在操作中，驱动电动机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130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。在执行处理计划时在任意时间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一个或多个孔隙，并且孔隙可以限定在等中心点处指向处理场的辐射束的形状。在处理计划中阻挡孔隙和开放孔隙的组合效果在患者体内形成了期望的三维辐射剂量分布。支撑图128可以包括支撑束阻挡叶130的框架、盒或滑架等。在一些实施方案中，所有的束阻挡叶130可由盒或滑架支撑，盒或滑架可由机构沿与叶行进方向相同的方向(例如，沿X方向)驱动。在一些实施方案中，束阻挡叶的每个阵列可以由单独的滑架支撑，并且每个滑架可由机构沿与叶行进方向相同的方向驱动。各种布置和类型的导轨和动力致动器能够用于支撑和移动MLC盒或滑架。一个或多个可移动滑架的使用可提供如下优点:各个叶及其行进可以较短，并且因此具有较好的容差控制、较低成本、较轻的重量，并且能够装配在较小的盖或类似结构内。叶和滑架的组合速度可以为处理规划优势。在一些实施方案中，准直组件HO不需要可移动滑架，并且将理解的是，本发明能够应用于具有或不具有可移动滑架的准直组件。支撑体128可由诸如下文更加详细说明的动力致动机构的致动机构来驱动。结果，由支撑体128支撑的束阻挡叶130可设有除了各叶的行进以外的一个或多个运动自由度。束阻挡叶的额外的运动自由度可以沿与各个叶行进方向不同或相同的方向。在各个实施方案中，这些自由度可布置在从支撑体上至且包括准直器轴承的许多不同级别的结构层级。因此，在一些实施方案中，束阻挡叶的横向运动可通过使包括支撑体的整个准直组件移动来提供。在一些实施方案中，横向运动可通过使准直器轴承相对于机架移动来提供。如果准直组件110任选地包括如上所述的可移动滑架，则支撑体128的运动还可提供滑架的额外的运动自由度。通过实施例的方式，准直组件110可被构造为使得支撑体128可移动以允许束阻挡叶130沿大致横向于各个叶行进方向(例如，X方向)的方向(例如，y方向)移动。为准直组件110提供横向运动在跟踪沿不与MLC叶行进方向匹配的方向移动的肿瘤时是有利的。对于横向于MLC叶行进方向的任何肿瘤移动，计算机和控制系统可通过使支撑体沿例如y方向移动而不是使各个MLC叶沿X方向移动来响应。这能够避免如常规系统中的各MLC叶的拉链状运动，使得粗略规划和系统控制简化，并且提高在最易遭遇横向运动的位置处对处理场边缘区域进行定形的精度。
支撑体128还可以沿大致平行于叶行进方向的方向(例如，X方向)运动。为支撑体128提供沿X方向的运动自由度在如下方面是有利的:其增强了束阻挡叶的行进和/或速度，而不增加可移动的一个或多个滑架。这是可行的，因为这种X方向的运动将使整个准直组件近似绕辐射源旋转。在一些实施方案中，支撑体128可以沿X和y方向运动。对于少量的运动，支撑体128可以在线性轨道上运动。在一些实施方案中，支撑体128可以在近似集中于辐射源104处的理想弧形轨道上运动，如图1所示。在其它实施方案中，轨道可近似于大致集中于辐射源处的理想弧形。支撑体的旋转以及因此投影的处理场可使得投影的MLC方格略微“梯形畸变”扭曲成梯形。对于几厘米的投影偏差，该扭曲将是可忽略的。可以看出，叶对的旋转轴线相对于束线106的轴线成角度。在图示的实施方案中，该轴线粗略地定位，使得其以相对于束线106的近似90度角与束线106相交，但是在可选的实施方案中，该轴线的位置及其相对于束线106轴线的角度可为如图所示以外的其它情况。各个机构能够用于移动并引导支撑体128的运动。例如，包括由电动机驱动的滚珠螺杆的电力致动机构可用于移动支撑体128。支撑体128的运动能够由导件132a、132b和轴承134a、134b或其它适当的构件引导。导件132和轴承134可以为直线式或弯曲的导件和轴承。根据所选的引导构件的硬度，可以在不同的位置或截面使用不同数量的导件/轴承结构以提供刚性支撑。通过实施例的方式，在图1所示的一些实施方案中，引导构件可以包括各种曲率或形状的弯曲导轨132以约束支撑体128的运动。特定形状的弯曲导轨可与弯曲衬圈、再循环轴承块或凸轮随动器等组合。导轨132可以位于如图1所示的单独的支撑结构136a、136b上。可选地，弯曲导轨132可以位于支撑体128上并且与支撑体一起移动。图2示意性地示出了包括依照一些实施方案的示例性的准直组件210的处理头202。准直组件210可以包括其它束限制构件，诸如沿X方向204a以及y方向204b在多叶准直器206的上方和/或下方机动的成对的卡爪组件。多叶准直器206的下方可以为附属件固定架208。刚性结构212a、212b可以支撑来自准直器轴承214的沉重构件，另外的刚性结构在该截面中不可见，例如，未示出的两个或更多个结构。准直组件210可以包括各自支撑如上所述的束阻挡叶217的阵列的一对MLC盒216。盒216可以位于滑架上，滑架可以沿叶行进方向(例如，沿X方向)在直线式轴承218a、218b上运动。直线式轴承218a、218b可以安装到底板220，底板220可由包括导轨222a、222b和轴承224a、224b的引导系统支撑。图2示出了安装到刚性支撑结构212a、212b上的弯曲的导轨222a和222b。在操作中，包括底板220、两个MLC盒216以及由MLC盒支撑的束阻挡叶217的准直组件210能够沿例如大致横向于MLC叶行进方向的方向运动。卡爪组件204a和204b可由诸如准直器轴承214的旋转座圈的刚性准直器结构和/或通过支撑结构212支撑。可选地，卡爪组件204可由底板220支撑。在前者的情况下，卡爪组件204可利用其自身的驱动系统根据需要而调节至小的横向运动。在后者的情况下，卡爪组件204将作为同一移动体的部分以小的横向运动移动。致动机构234可以包括直线式致动器，该直线式致动器通过枢轴点230、232将底板组件220连接至诸如附属件固定架208的刚性准直器结构的任意部分。可以使用多种类型的直线式致动器。通过实施例的方式，致动器可以包括集成的直线运动阶段，零间隙滚珠轴承和滚珠螺母驱动器由具有冗余反馈机构的无刷DC电动机供给动力。致动机构应当充分强力以克服重力移动并且充分硬以使得由于硬度以及其控制的自由度的间隙引起的重力诱发的运动最小化。本发明 的准直组件的优势之一在于，其能够补偿支撑沉重处理头的机架结构的不可避免的重力诱发偏转以及机架和准直器旋转轴线的任何机械错位。通过与叶或滑架运动一致地利用MLC横向运动的小运动，MLC因此能够补偿这些效应以减少或者消除由于偏转引起的处理等中心的变化。在一些实施方案中，致动机构可以包括双位置反馈系统，以使位置反馈将不会由于单故障点而受影响。例如，在一些实施方案中，旋转式解算器可与电动机轴耦合，并且直线式解算器可与致动器运动或MLC运动耦合。直线式解算器能够可选地为由诸如具有诸如反间隙齿轮或反间隙带齿轮廓的适合的零间隙设置的齿条或带的直线式装置驱动的旋转式解算器。于2009年12月18日递交的美国申请序号12/568621公开了用于定位运动轴线的各种方法和系统，该公开的内容通过引用合并于本文中。图3A示出了依照本发明的一些实施方案的准直组件310的可选构造。为了清晰起见，在图3A中省略了准直组件中通常所包含的一些束限制元件或其它器件。图3A所示的准直组件310在多个方面与图1所示的准直组件110类似，并且包括支撑体312和由支撑体312支撑的多个束阻挡叶314。相比较，图3A中所示的准直组件310包括诸如直线式导轨316a和316b以及直线式轴承318a和318b的直线式引导构件，而图1所示的准直组件110包括曲线形引导构件。直线式引导构件更加常用且更加经济。由于结构过约束，支撑体312与直线式引导构件318a和318b的连接应当适应绕x轴线的少量旋转。旋转适应被示为图3A中的枢轴关节320a、320b。可选地，结构过约束可由屈曲、相对的一对凸轮随动器或容许充分错位的直线式构件来适应。图3B为简化了 MLC支撑体312和MLC的虚拟焦点322的几何图。较黑的线表示支撑体312的中心位置，较暗的线表示极限位置，并且黑点表示导件的运动。图3B示出了由直线式引导构件约束的直线式运动，但是直线式导件的角度确保通过中心位置的垂直线324仍近似穿过辐射源322。由MLC定形的MLC叶平面和处理场近似在大致集中于源322上的弧形轨道上运动。图4A示出了依照本发明的一些实施方案的准直组件410的另一可选构造。准直组件410包括支撑体412和大致聚焦到源416上的多个束阻挡叶414。与图3A所示的准直组件310相比，图4A所示的准直组件410也包括直线式导件418、420，但是不具有如图3A所示的对称布置。直线式导件418、420能够重复地位于两个或更多个位置(在该剖视图中未示出)以确保刚性支撑。直线式导件418、420优选地偏离准直器轴线定位以避免使处理束变暗。类似于图3A所示的准直组件310的构造，支撑体412与直线式导件418、420的连接应当适应由于结构过约束引起的绕X轴线的少量旋转。旋转适应可以为枢轴关节、屈曲或其它结构422。图4B所示的几何原理与正弦规的原理相关。图3B和图4B可以为具有在直线式导件上移动的两个点的主体的一般情况的几何特殊情况。图4A所示的准直组件410的优势之一在于，中央的水平直线式导件418能够支撑大部分负荷，并且成角度的直线式导件420能够适应轻的负荷。能够更方便地封装准直组件410。
图5A示出了准直组件510的另一可选构造，其可以包括支撑体512和布置为大致聚焦到辐射源516上的多个束阻挡叶514。准直组件510应用四杆联动的几何原理以保持MLC中心线近似穿过源516。在图5C中，示出了准直组件510的横向运动的几何图，当组件处于中心位置时，成角度的“杆”518、520指向辐射源516。由于成角度的杆越短，将发生支撑体的越垂直的运动，这致使处理场由于偏差运动而不期望的扩大，所以优选地使用相对较长的成角度的杆。在极限几何结构中，所有成角度的杆将在辐射源处接合，并且机构将变成理想地在源处旋转的刚性三角体而不是近似四杆联动件。图5A示出了使用屈曲铰链522a、522b、552c和552d作为联接件的成角度杆的实施方案。图5B示出了使用轴承或衬圈铰链对524a、524b、524c和524d作为联接件的成角度杆的另一实施方案。图5A和图5B中所示的四杆联动构造的几何原理与图5C所示的相同。图6示出了在四杆联动构造中使用轴承或衬圈612的准直组件610的等距细节。八个轴承中的一些轴承未示出。图7示出了在四杆联动构造中使用屈曲712的准直组件710的等距细节。屈曲的构造可以为几片或单片。期望的屈曲轴线表现可通过并入相对薄的部分由实心片形成。准直组件610和710的运动自由度的表现基本相同。屈曲可生成耐轻弹簧力的偏转。轴承铰链对可通过预负荷和轴承类型的选择使得轴向游隙和偏转最小化。当使用屈曲铰链时，应当选择或设计该屈曲铰链以使其具有足够的疲劳寿命并且使除了铰链轴线的自由度以外的所有自由度的偏转最小化。屈曲可以为使用如图5A所示的诸如弹簧钢或铍铜的薄金属的复合构造。屈曲还可由如图7所示的诸如铝的一种材料制成几片或单片还可以利用本领域公知的诸如电线放电加工(EDM)的工艺通过厚度选择来调整屈曲特性。通过准直组件和轴承内座圈的成角度的链接和结构链接应当在弯曲、剪切和扭转方面充分有刚性以在所有准直器取向上提供对重力的支撑。 图8A-8F示出了依照一些实施方案的准直组件810的可选构造。准直组件810包括支撑被布置为基本上聚集到源816上的束阻挡叶814的支撑体812，并且在移动支撑体812和束阻挡叶814时采用三维机构。为了示例的目的，图8A和图8B示出了使用屈曲铰链818a、820a、822a、824a、826a、828a、830a和832a的成角度的“杆”的实施方案。图8D和图8E示出了使用轴承铰链对818b、820b、822b、824b、826b、828b、830b和832b的成角度的杆的实施方案。屈曲或轴承对的实施方案将支撑体812连接至与准直器轴承848的旋转座圈连接的四个结构840、842、844、846。可以采用如图8A和图8B所示的使用诸如弹簧钢或铍铜的薄金属的复合屈曲构造。还可以采用如图8C所示的由诸如铝的一种材料制成几片或单片的屈曲。可通过使用本领域公知的诸如电线EDM工艺的制造工艺通过厚度选择来调整屈曲特性。通过图8F所示的束-眼视线几何图使得该实施方案的原理更清楚。所有的八个铰链轴线穿过辐射源816。为了清晰起见，铰链轴线及相关构件的非垂直倾斜在图SB和图8E的束-眼视线剖视图中未示出。MLC横向运动850在集中于辐射源816的虚拟球的表面上。在图8D的束-眼视线上，可以看出该机构使MLC不在纯y方向上运动，而是在微弧850上运动，导致在X方向上的极小的不期望运动。控制系统能够利用MLC叶或滑架运动来补偿这点。为了提高机构在绕z轴旋转时的刚性，可以使用平衡负荷和/或双同步致动器机构。图8A-8F中所示的机构的优势之一是，其允许极接近MLC进行封装，尤其对于单件式屈曲。图8A-8F中所示的实施方案还可仅由所描绘的机构的一半形成。八个铰链轴线中的仅四个(例如图8B中的822a、824a、830a和832a)的具体使用可足以将MLC的运动约束至期望的自由度。形成四个铰链轴线的物理特征则必须比八轴线版式相对较高以实现相同的刚性。4轴线版式可降低成本，但是封装可能更加困难。图9示出了准直组件910的剖切等距视图。该实施方案组合了多级MLC、滑架运动和小的横向运动的优势。整个组件可附接至准直器轴承900的移动座圈。对于横向运动，该实施方案可以使用图5A-5C所示的四杆联动原理。支柱902和904可各自分别支撑运动横档906和908。滑架922可以支撑两组MLC叶924。联动件的四个“杆”为900、902、904和922。相对的滑架923可充当922的冗余“杆”。容许旋转的四个“链接”为916、918、936和938。未对在相对侧重复的等同构件进行标识。元件936和938可以为约束轴向运动的轴承或衬圈。916和918可以为允许旋转运动和轴向运动的构件，诸如衬圈或柱形的直线式轴承。在如图所示的柱形运动横档906和908上使用这种构件既允许四杆联动的横向运动又允许滑架的直线式运动。其它实施方案也能够允许两种运动，但是通常必须分别适应直线式的滑架运动和联动旋转。例如，直线式运动阶段与屈曲或轴承的组合适于少量旋转。滑架922被显示为完全展开，并且滑架923被显示为完全收缩，分别由诸如电动机驱动的滚珠螺杆和滚珠螺母组件的前面所述的任何类型的电力致动机构926和927驱动。在该实施方案中，动力致动机构的端部的安装点必须适应由横向运动引起的少量的错位。这可通过并入球形轴承或屈曲来适应。该实施方案的四杆联动件可由安装到旋转的炮耳体930和932上的动力致动机构934驱动。致动器的少量运动改变了 930和932之间的距离并且因此使支柱902相对于准直器轴承900旋转。这致动了四杆联动件并且提供了 MLC的正确的横向运动。图10示出了包括依照一些实施方案的可选构造的准直组件1010的示例性的X射线装置1000。准直组件1010可由轴承组件1012支撑。轴承组件1012可以包括旋转座圈1012a和非旋转座圈1012b。准直组件1010包括支撑体1016和由支撑体支撑的多个束阻挡叶1018。支撑体1016可以附接至轴承组件的旋转座圈1012a并由轴承组件的旋转座圈1012a支撑。非旋转座圈1012b可与第一运动组件耦合，第一运动组件包括例如在弯曲的轴承横档1022a和1022b上运动的弯曲衬圈1020a和1020b，当例如由动力致动机构(未示出)致动时弯曲衬圈允许整个准直组件1010绕着通过源1026且垂直于束轴线1028的轴线(纸面外)旋转节距角1024。类似的第二运动组件可被配置为使整个准直组件1010绕着通过源1026且垂直于束轴线1028的轴线1031在滚动运动1030中旋转。例如，第二运动组件可以包括在弯曲横档1034a和1034b上运动的弯曲衬圈1032a和1032b。横档1034a和1034b可附接至机架结构1014。支撑框架1036a和1036b可附接至衬圈1032a和1032b并且连接至弯曲的轴承横档1022a和1022b。图10所·示的装置允许比准直器轴承座圈高的结构层级中的束阻挡叶的横向运动。两个或更多个运动组件可用于提供两个或更多个自由度并且可协调地操作以提供期望的横向的叶运动。该实施方案允许整个准直组件在各自基本通过源的两个大致正交的轴线(例如，纵倾和横滚)上相对于辐射头旋转。在该实施方案中可以使用其它层级结构布置和运动约束机构，诸如弯曲的滚柱轴承、弯曲横档上的凸轮随动器、常规轴承的万向常平架布置等。提供有除了 MLC叶和滑架行进以外的一个或多个运动自由度的本发明的准直组件可用于辐射治疗机以支持各种动态处理并且尤其可用于在辐射疗法中跟踪肿瘤运动。使准直组件的元件移动以跟踪肿瘤运动允许进行连续处理和快速的处理时间。如果肿瘤的形状和取向的变化从辐射源看是可忽略的，则能够通过使x、y和z室内坐标系的瞬时处理场位置偏移以匹配肿瘤运动来简化肿瘤的跟踪。由于与肿瘤距辐射源的距离相比肿瘤通常小，所以肿瘤沿束轴线运动的效果仅造成了通常可忽略的场尺寸的小的变化。由于肿瘤的运动通常小于大约2cm，并且很多周围的组织与肿瘤一起移动，距源IOOcm距离的角误差通常也可忽略。则问题变成仅使用准直系统的元件来使在与束轴线正交的处理场的其它两个坐标系中的肿瘤运动偏移。这些简化可允许肿瘤跟踪问题基本上与处理规划解耦，简化了处理规划和验证。在规划处理中，如果准直组件能够旋转以使MLC叶行进方向(例如，X方向)与肿瘤运动的方向匹配，则肿瘤跟踪相当简单。瞬时处理场中的所有投影的MLC叶尖端仅需要确切地偏移肿瘤行进量。这可以通过系统控制命令来完成，而不导致处理规划变化，系统控制命令基于来自患者呼吸或植入的种籽运动的瞬时感应的输入来调整MLC叶或MLC滑架的规划位置。不幸的是，通过诸如强度调制辐射疗法(IMRT)和弧形疗法等现代的动态辐射疗法技术，对于注量调制的需要通常要求MLC的旋转取向。因此，MLC叶行进方向通常不能与常规系统中肿瘤运动的方向匹配。结果，MLC叶的规划位置必须以比常规的肿瘤跟踪更复杂的方式变化。对于横向于MLC叶运动(即，沿y方向)的肿瘤运动的任何分量，各个MLC叶必须利用其X运动来响应y偏差。各个叶运动类似于各个拉链齿打开和闭合的运动。对于该动作的处理规划和系统控制比I方向偏差更复杂。MLC叶对打开和闭合场通常必须在X方向上运动比肿瘤在y方向上的运动快得多。这会由于迟滞以及还由于如果叶速度不能追上引起的束保持导致不期望的不精确。本发明提供了具有除了 MLC叶行进以外的一个或多个运动自由度(DOF)的准直组件。诸如横向于MLC叶行进的运动的额外的运动自由度能够避免与用于肿瘤跟踪的常规的处理规划和系统控制相关联的问题。例如，当使用时，能够通过将束阻挡叶相对于处理束定位来使用本发明的准直组件限定与患者体内肿瘤的形状和/或尺寸相符的处理场。在处理规划期间能够使用适合的成像技术来获得与肿瘤有关的尺寸和形状信息。肿瘤的运动还能够通过对植入的种籽进行成像或感应来确定，并且能够通过与诸如患者腹部的患者其它身体部分的运动相关来预测。患者腹部的运动能够通过跟踪诸如呼吸选通块的外部装置而相对容易地测量到。并不是如常规系统中那样的拉链状各个MLC叶运动，本发明的准直组件的构造允许MLC以及因此由MLC限定的处理场沿与肿瘤运动匹配的方向(例如，沿一些分量大致横向于MLC叶行进方向的方向向量)运动。额外的DOF运动的可用性以及它们集成到处理规划和系统控制中对于辐射疗法团体偏好仍适用以单独地处置处理规划、肿瘤运动和患者舒适性的问题，而不具有复杂的相依性。本发明的准直组件能够显著地提高肿瘤跟踪处理计划的开发和品质保障(QA)的效率。本发明的准直组件还能够在辐射治疗机上以较少的时间对向患者输送治疗剂量进行改进。本发明的准直组件还能够有利地用于补偿辐射机中的束错位。图11示出了示例性的辐射治疗机1100，其包括准直组件1110，准直组件1110可操作以补偿由于例如重力诱发的偏转引起的机器运动轴线的错位。如图所示，辐射机1100可以包括支架1102和机架1104，支架1102可锚定在地板上，机架1104能够经由轴承组件1106旋转。准直组件1110可由轴承组件1112支撑并且包括多叶准直器，多叶准直器被配置为选择性地阻挡来自辐射源1114的束。为了清晰起见，图11中省略准直组件1110的一些元件。准直组件1110可利用上述任何机构来设有除了 MLC叶行进以外的一个或多个运动自由度。机架1104支撑沉重的零件并且可类似于悬臂梁偏转，例如，如图所示从位置1104a到1104b。这会导致机架旋转轴线1118的偏转、准直构件1110的偏转或束线或准直器轴线1122的错位。为了清晰起见，在机器构件的示例性相对位置上，虚线用于位于构件不受重力影响的位置处的构件。点划线用于不正确偏转位置处的MLC。实线用于使用本文所述方法的正确位置处的MLC。点标记和小箭头用于一些构件的重力偏转的方向向量。例如，在竖直的机架位置1120a处，由于重力(G)引起的偏转可使辐射源从位置1114a到1114b，使支撑轴承从1112a到1112b，并且使MLC从IllOa到1110b。准直器旋转轴线可从1122a偏移到1122b，机架旋转轴线从1118a偏转到1118b。如果不正确，则准直器旋转轴线1122b和机架旋转轴线1118b可在远离等中心点1124a和更靠近支架1102的位置1124b处交叉。相反，在反转的机架位置1120b上(为了清晰仅示出了一些零件)，重力偏转可使辐射源到位置1114c，支撑轴承到位置1112c，并且使MLC到位置lllOd。如果不正确，则机架旋转轴线1118b和准直器旋转轴线1122c可在远离等中心点1124a且更远离支架1102的位置1124c处交叉。由包含这些交叉1124b、1124c的虚线圆所表示的等中心点误差可较大且在临床上至关重要。除了 MLC叶行进之外的准 直组件的一个或多个运动自由度能够有利地用于补偿许多不期望的偏转效应并且使等中心点误差较小。补偿方法可移动MLC定形的孔隙以使其通过相同补偿的等中心点1124a投影，而无论是否偏转。短且粗的箭头1126和1128示出了 MLC孔隙补偿运动的方向。MLC可在如图所示的弧上运动。将理解的是，MLC运动可以在任何轨道上且在任何方向上，与上文结合其它实施方案描述的MLC叶行进方向相同或不同。如果准直器旋转瞬时为不同于如图所示的大约90度，则MLC滑架或叶的运动还可用于补偿偏转效应。在图11中，正确的MLC位置示于11 IOc (竖直机架位置)和11 IOe (反转的机架位置)。准直器旋转轴线1122b和1122c不正确且保持在虚线位置。将理解的是，具有除了 MLC叶行进以外的一个或多个自由度的准直组件能够用于补偿由于任何误差引起的束错位，误差包括但不限于由于加工和组装的不精准、在机架旋转的同时机器构件的重力偏转等引起的那些误差。加工和组装的不精准可导致机架旋转轴线和准直器旋转轴线不交叉(“头部歪斜”)，即使重力影响为零。在机架旋转的同时结构的重力偏转可导致准直器轴线总是与固定空间中的某点(等中心点)精准地交叉。另外，错位可在准直器本文内发生。机器构件的偏移可能由于不仅仅重力这一个原因的任何原因而发生。这些和其它误差会导致相对于等中心点的束错位，这在临床上至关重要，尤其对于小目标容积。可利用本领域普通技术人员公知的方法来测量错位。例如，错位的测量可涉及在各个取向上束孔隙的投影X射线图像。错 位数据可提供给控制系统，控制系统能够将信息转换成各种运动轴线的补偿因素，包括如上所述的使准直组件具有一个或多个自由度的那些补偿因素。本领域技术人员将理解，可以在本发明的精神和范围内进行其它各种改进。所有这些或其它的变型例和改进是由发明人构思的且在本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于选择性地阻挡具有束轴线的辐射束的准直组件，包括多叶准直器和运动组件，其中 所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶，每对叶能够沿第一方向纵向地移动；并且 所述运动组件包括致动器和引导部件，所述致动器和所述引导部件可操作以使所述支撑体移动，从而允许所述多对束阻挡叶沿大致横向于所述第一方向和所述束轴线的第二方向移动。
2.按权利要求1所述的准直组件，其中，所述多对叶被布置为基本上聚集到源上，并且所述运动组件可操作以使所述支撑体移动，从而允许所述多对叶沿基本上在大致集中于所述源上的弧形轨道上的所述第二方向移动。
3.按权利要求1所述的准直组件，其中，所述准直组件能够大致横向于所述束轴线移动。
4.按权利要求1所述的准直组件，进一步包括第二运动组件，所述第二运动组件可操作以使所述支撑体移动，从而允许所述多对叶沿大致平行于所述第一方向的第三方向移动。
5.按权利要求4所述的准直组件，其中，所述第二运动组件可操作以允许所述多对叶沿大致集中于源上的弧形轨道移动。
6.按权利要求1所述的准 直组件，其中，所述支撑体包括一个或多个可移动滑架，所述可移动滑架可操作以使多个叶沿大致平行于所述第一方向的第三方向移动。
7.一种辐射装置，包括可操作以生成具有束轴线的束的辐射源和可操作以选择性地阻挡所述束的准直组件，所述准直组件包括多叶准直器和运动组件，其中 所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶，每对叶能够相对于彼此纵向地移动；并且 所述运动组件包括致动器和引导组件，所述致动器和所述引导组件可操作以使所述支撑体相对于所述辐射源移动，从而允许所述束阻挡叶绕相对于所述束轴线成角度的轴线旋转。
8.按权利要求7所述的辐射装置，其中，所述多对叶能够沿第一方向纵向地移动，并且运动组件可操作以使所述支撑体沿大致横向于所述第一方向的第二方向移动。
9.按权利要求7所述的辐射装置，其中，所述多对叶能够沿第一方向纵向地移动，并且所述运动组件可操作以使所述支撑体沿大致平行于所述第一方向的第二方向移动。
10.按权利要求7所述的辐射装置，其中，所述多对叶能够沿第一方向纵向地移动，并且所述运动组件可操作以使所述支撑体沿大致横向于所述第一方向的方向以及沿大致平行于所述第一方向的方向移动。
11.按权利要求7所述的辐射装置，其中，所述运动组件可操作以使所述支撑体绕大致通过所述源以及大致垂直于所述束轴线的轴线旋转。
12.一种辐射装置，包括: 辐射源，其可操作以生成具有轴线的束； 准直组件，其可操作以选择性地阻挡所述束，所述准直组件包括多叶准直器，所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶，每对叶能够相对于彼此纵向地移动； 轴承组件，其支撑所述准直组件；以及 运动组件，其可操作以使所述轴承组件移动，从而允许所述准直组件绕相对于所述束轴线成角度的轴线旋转。
13.按权利要求12所述的辐射装置，其中，所述运动组件可操作以使所述轴承组件以两个或更多个自由度旋转，从而允许所述准直组件以两个或更多个自由度旋转。
14.一种辐射装置，包括辐射源和准直组件，所述准直组件包括多叶准直器和运动组件，其中 所述多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶，每对叶能够沿第一方向相对于彼 此纵向地移动；并且 所述运动组件包括致动器和引导组件，所述致动器和引导组件可操作以使所述支撑体相对于所述辐射源移动，从而允许所述束阻挡叶沿基本上在大致集中于所述辐射源处的弧上的第二方向移动。
15.按权利要求14所述的辐射装置，其中，所述运动组件包括四杆联动机构，在所述四杆联动机构中一个杆包括所述支撑体。
16.按权利要求14所述的辐射装置，其中，所述运动组件包括与所述支撑体连接的八轴线机构，其中八个轴线基本上聚焦到所述源上，并且所述支撑体的运动基本上在大致集中于所述源处的球的表面上。
17.按权利要求14所述的辐射装置，其中，所述运动组件包括与所述支撑体连接的四轴线机构，其中四个轴线基本上聚焦到所述源上，并且所述支撑体的运动基本上在大致集中于所述源处的球的表面上。
18.一种辐射装置，包括辐射源和准直组件，所述准直组件包括: 多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑在两个或更多个级中的多对束阻挡叶，每对叶能够相对于彼此纵向地移动； 第一运动组件，其可操作以使所述支撑体沿第一方向移动；以及 第二运动组件，其可操作以使所述支撑体沿不同于所述第一方向的第二方向移动。
19.按权利要求18所述的辐射装置，其中，所述第二运动组件包括四杆联动机构，在所述四杆联动机构中一个杆包括所述支撑体。
20.一种辐射方法，包括: 提供从源到对象中的目标的辐射束； 利用多叶准直组件限定与所述目标的形状基本相符的处理场，所述多叶准直组件包括支撑体和由所述支撑体支撑的多个束阻挡叶，所述多个束阻挡叶能够沿第一方向移动，至少通过将所述多个束阻挡叶相对于所述束定位来限定所述处理场；以及 通过使所述支撑体沿不同于所述束阻挡叶的所述第一方向的第二方向移动来使所述限定的处理场响应于所述目标的运动而移动。
21.按权利要求20所述的辐射方法，其中，所述限定步骤包括使多个叶的至少部分沿所述第一方向纵向地移动，并且所述移动步骤包括使所述支撑体沿大致横向于所述第一方向的所述第二方向移动。
22.按权利要求20所述的辐射方法，其中，所述移动步骤包括使所述支撑体在基本上集中于所述辐射源上的弧形轨道上移动。
23.辐射机中补偿束错位的方法，包括辐射源和多叶准直器，所述多叶准直器包括能够沿第一方向纵向移动的多对束阻挡叶， 所述方法包括使所述多对叶沿大致横向于所述第一方向的第二方向移动的步骤。
24.按权利 要求23所述的方法，其中，所述移动步骤包括使所述多对叶大致在弧上移动。
全文摘要
准直组件包括多叶准直器和运动组件。多叶准直器包括支撑体和由所述支撑体支撑的多对束阻挡叶。束阻挡叶能够沿第一方向纵向地移动。运动组件包括致动器和引导部件，所述致动器和引导部件可操作以使支撑体移动并且因此允许多对束阻挡叶沿大致横向于所述第一方向的第二方向移动。
文档编号A61N5/10GK103096974SQ201180042834
公开日2013年5月8日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月23日
发明者S·曼斯菲尔德, S·普林斯 申请人:瓦里安医疗系统公司