一种多叶准直器、治疗头及放射治疗设备的制作方法

1.本实用新型涉及医疗设备领域，特别涉及一种多叶准直器、治疗头及放射治疗设备。


背景技术：

2.放射治疗系统是一种利用放射线治疗肿瘤的医疗设备，放射治疗系统包括治疗头，治疗头又包括：辐射源、预准直器和多叶准直器，辐射源发出的射线束首先通过预准直器上的预准直孔来进行初步适形，然后再通过多叶准直器上的终准直孔进行最终适形，以限定射线束的辐射范围，从而使最终的照射野与患者的肿瘤形状适配。
3.多叶准直器(multi-leaf collimator，mlc)，又称多叶光栅、多叶光阑等，相关技术提供的多叶准直器包括多组厚度相同的矩形叶片，通过多组叶片的机械运动变化组合来改变射线束的形状，进而形成需求的照射野。
4.在实现本实实用新型的过程中，发明人发现相关技术中至少存在以下问题：
5.射线束在穿过相关技术提供的多叶准直器时，存在一定的穿射半影。


技术实现要素：

6.鉴于此，本实用新型提供一种多叶准直器、治疗头及放射治疗设备，能够解决上述技术问题。
7.具体而言，包括以下的技术方案：
8.一种多叶准直器，所述多叶准直器用于放射治疗系统，所述多叶准直器包括：多个叶片组，所述多个叶片组并排设置；
9.每一叶片组包括：相对设置的第一叶片和第二叶片；
10.所述第一叶片和所述第二叶片相对的前端均设置为弧形结构。
11.在一些可能的实现方式中，所述第一叶片和所述第二叶片的前端的弧度大小与所在叶片的厚度大小呈反比；或者，
12.所述第一叶片和所述第二叶片的前端的弧度大小与所在叶片距离所述放射治疗系统的等中心之间的间距呈正比；或者，
13.所述第一叶片和所述第二叶片的前端的弧度大小与所在叶片的最大运动距离呈正比。
14.在一些可能的实现方式中，所述第一叶片和所述第二叶片的长度方向平行于所述放射治疗系统的机架的轴线方向。
15.在一些可能的实现方式中，所述第一叶片和所述第二叶片的长度均为2.5cm-7.5cm；
16.所述第一叶片和所述第二叶片的高度均为6cm-8cm。
17.在一些可能的实现方式中，所述多个叶片组中，所述第一叶片和所述第二叶片的厚度均由两侧向中间逐渐减小。
18.在一些可能的实现方式中，所述多叶准直器还包括：与所述第一叶片一一对应的多个第一驱动机构、以及与所述第二叶片一一对应的多个第二驱动机构；
19.所述第一驱动机构与相应的所述第一叶片连接，用于驱动所述第一叶片沿平行于所述放射治疗系统的机架的轴线方向运动；
20.所述第二驱动机构与相应的所述第二叶片连接，用于驱动所述第二叶片沿平行于所述放射治疗系统的机架的轴线方向运动。
21.在一些可能的实现方式中，所述第一叶片和所述第二叶片的最大运动距离均为5cm-15cm，例如为8cm或者10cm。
22.在一些可能的实现方式中，所述第一驱动机构被配置为能够使所述第一叶片在运动范围内任意位置处停留；
23.所述第二驱动机构被配置为能够使所述第二叶片在运动范围内任意位置处停留。
24.在一些可能的实现方式中，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均包括：传动件和驱动件；
25.所述传动件与所述第一叶片或者所述第二叶片的后端连接；
26.所述驱动件与所述传动件连接。
27.在一些可能的实现方式中，所述传动件的传动方式为螺旋传动或者齿轮齿条传动。
28.另一方面，本实用新型实施例还提供了一种治疗头，所述治疗头包括上述的任一种多叶准直器。
29.再一方面，本实用新型实施例还提供了一种放射治疗设备，所述放射治疗设备包括上述的治疗头。
30.本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
31.本实用新型实施例提供的多叶准直器，通过使第一叶片和第二叶片相对的前端均设置为弧形结构，相比叶片的前端设置为平直的线形，第一叶片和第二叶片的前端设置为弧形，能够减少射线束穿过多叶准直器时形成的半影，利于提高治疗精确度。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型实施例提供的一示例性多叶准直器的结构示意图；其中，图1是多叶准直器的俯视图，图1中的叶片截面是叶片厚t方向上的截面；
34.图2为本实用新型实施例提供的一示例性叶片的结构示意图，其中，图2是从多叶准直器的侧视图方向获得的叶片结构；
35.图3为本实用新型实施例提供的一示例性放射治疗系统的位置关系示意图；其中，图3示例了第一叶片和第二叶片的运动方向沿机架的轴线方向，即y方向；
36.图4为本实用新型实施例提供的用于示例位置监测机构的布置关系的结构示意图。
37.附图标记分别表示：
38.11-第一叶片，
39.12-第二叶片，
40.21-第一驱动机构，
41.22-第二驱动结构，
42.201-传动件，
43.202-驱动件，
44.3-位置监测机构，
45.31-弹性件，
46.32-测力传感器，
47.100-治疗头，
48.200-机架，
49.101-辐射源，
50.102-预准直器，
51.103-多叶准直器，
52.300-治疗床。
具体实施方式
53.为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
54.放射治疗系统是一种常见的肿瘤治疗设备，放射治疗系统包括治疗床、机架和治疗头，治疗床能够沿着机架的轴线方向移动，治疗头承载于机架上，治疗头又包括：辐射源、预准直器和多叶准直器，预准直器和多叶准直器依次设置于辐射源发出射线束的路径上。辐射源发出的射线束首先通过预准直器上的预准直孔来进行初步适形，然后再通过多叶准直器上的终准直孔进行最终适形，以限定射线束的辐射范围，从而使最终的照射野与患者的肿瘤形状适配。
55.相关技术中，多叶准直器包括多组厚度相同的矩形叶片，通过多组叶片的机械运动变化组合来改变射线束的形状，进而形成需求的照射野。然而，研究发现，相关技术提供的多叶准直器，对于治疗区域调强的精确度有待提高。
56.需要说明的是，放射治疗系统的等中心指的是准直体的旋转轴(可以认为是照射野的中心)与机架的旋转轴的相交点。准直体指的是由预准直器和多叶准直器构成的整体。
57.射野指的是由准直体所确定的射线束的边界且垂直于射线束中心轴的射线束平面。
58.机架的轴向指的是沿机架的中心轴的轴线方向，其中，机架的中心轴与机架的中心轴平行。
59.本实用新型实施例提供了一种多叶准直器，该多叶准直器用于放射治疗系统，其中，该多叶准直器包括：多个叶片组，多个叶片组并排设置；如附图1所示，每一叶片组包括：相对设置的第一叶片11和第二叶片12；如附图2所示，第一叶片11和第二叶片12相对的前端均设置为弧形结构。
60.其中，第一叶片11和第二叶片12的前端指的是两者相对的端部，第一叶片11的前端和第二叶片12的前端之间形成用于射线适形区域。
61.第一叶片11和第二叶片12的弧形前端的弧形方向均沿着叶片的高度方向，而叶片的高度方向指的是沿着射线束的发射方向的方向，也就是垂直地穿过图1所示截图的方向。
62.示例地，第一叶片11的前端和第二叶片12的前端均设置为弧形结构，例如为圆弧形，进一步例如为半圆弧形。对于同一叶片组中的第一叶片11和第二叶片12，两者前端的弧度可以相同，也可以不同，示例地，使第一叶片11的前端的弧度与第二叶片12的前端的弧度相同。
63.本实用新型实施例提供的多叶准直器，通过使第一叶片11和第二叶片12相对的前端均设置为弧形结构，相比叶片的前端设置为平直的线形，第一叶片11和第二叶片12的前端设置为弧形，能够减少射线束穿过多叶准直器时形成的半影，利于提高治疗精确度。
64.为了进一步优化上述的减少半影的效果，第一叶片11和第二叶片12的前端的弧度大小与所在叶片的厚度大小呈反比，即，叶片的厚度t越厚，叶片前端的弧度越小；叶片的厚度t越薄，叶片前端的弧度越大。
65.第一叶片11和第二叶片12的前端的弧度大小与所在叶片距离放射治疗系统的等中心之间的间距呈正比，即，叶片距离等中心的间距越大，叶片前端的弧度越大；叶片距离等中心的间距越小，叶片前端的弧度越小。
66.第一叶片11和第二叶片12的前端的弧度大小与所在叶片的最大运动距离呈正比，即，叶片能够移动的最大移动距离越大，叶片前端的弧度越大，叶片能够移动的最大移动距离越小，叶片前端的弧度越小。
67.在一些可能的实现方式中，如附图2所示，本实用新型实施例中，所涉及的第一叶片11和第二叶片12均包括：矩形本体、以及位于矩形本体前端的弧形前端。
68.本实用新型实施例提供的多叶准直器应用于放射治疗系统中，如附图3所示，放射治疗系统包括：治疗头100、机架200和治疗床300，治疗床300能够沿着机架200的轴线方向移动，治疗头100承载于机架200上，治疗头100又包括：辐射源101、预准直器102和多叶准直器103(即图3中所示的第一叶片11和第二叶片12)，预准直器102和多叶准直器103依次设置于辐射源101发出射线束的路径上。辐射源101发出的射线束首先通过预准直器102上的预准直孔来进行初步适形，然后再通过多叶准直器103上的终准直孔进行最终适形，以限定射线束的辐射范围，从而使最终的照射野与患者的肿瘤形状适配。
69.在一些可能的实现方式中，如图3所示，本实用新型实施例使第一叶片11和第二叶片12的长度方向平行于放射治疗系统的机架的轴线方向(将机架的轴线方向定义为y方向)。这样，第一叶片11和第二叶片12开合运动时，能够始终沿着放射治疗系统的机架的轴线方向运动，能够避免多叶准直器在开合时受到重力的影响，提高多叶准直器对射线束适形的准确度。这是因为，如若叶片沿机架径向的方向上开合，当治疗头旋转至位于机架的侧部时，叶片的开合方向就会沿着重力方向，此时，重力会对叶片的移动造成影响。而本实用新型实施例使第一叶片11和第二叶片12的长度方向平行于放射治疗系统的机架的轴线方向，则有效解决了这个问题。为了优化该效果，使治疗头不能沿着自身的轴线自转，由于治疗头不能自转，相应的预准直器以及多叶准直器均无法作相应的旋转运动。
70.在一些可能的实现方式中，第一叶片11和第二叶片12的长度l均为2.5cm-7.5cm，
例如为3cm、4cm、5cm、6cm、7cm等。其中，叶片的长度l指的是其长度方向上最长的尺寸，上述叶片长度使得叶片的尺寸得以减小，最终使得多叶准直器的叶片小型化。
71.本实用新型实施例中，叶片长度相比现有技术叶片长度(150mm)显著减小，进而减小了叶片的大小和重量，降低了加工难度和造价。叶片重量的变轻，降低了摩擦和运动阻力，运动更加便于控制，可降低故障率，在同样的驱动能力下可以使叶片运动更快，进而显著提高治疗质量。
72.当然，叶片尺寸在一定程度上由预准直器在等中心处形成的射野尺寸所决定，即，叶片尺寸的减小依赖于预准直器所形成的射野的最大尺寸的减小。举例来说，预准直器的预准直孔投影在放射治疗系统的等中心处的射野为矩形时，其包括长边和短边，当射野的短边长度为8cm时，第一叶片11和第二叶片12的长度可以均设置为4cm；当射野的短边长度为10cm时，第一叶片11和第二叶片12的长度可以均设置为5cm。
73.在一些可能的实现方式中，第一叶片11和第二叶片12的高度h均为6cm-8cm，例如为6cm、6.5cm、7cm、7.5cm等。其中，叶片的高度方向沿射线束的发射方向，在该高度范围内，叶片不仅能够提供较好的射线适形效果，同时还使得叶片小型化。
74.本实用新型实施例涉及的多个叶片组中，第一叶片11和第二叶片12的厚度均由两侧向中间逐渐减小。也就是说，在叶片组中，越靠近中间的叶片，其厚度越薄，约靠近两侧的叶片，其厚度越厚，如此设置，利于提高治疗区域调强的精确度。
75.在一些可能的实现方式中，如附图1所示，本实用新型实施例提供的多叶准直器还包括：与第一叶片11一一对应的多个第一驱动机构21、以及与第二叶片12一一对应的多个第二驱动机构22；
76.第一驱动机构21与相应的第一叶片11连接，用于驱动第一叶片11沿平行于放射治疗系统的机架的轴线方向运动；
77.第二驱动机构22与相应的第二叶片12连接，用于驱动第二叶片12沿平行于放射治疗系统的机架的轴线方向运动。
78.通过上述设置，使得多叶准直器中每一个叶片均对应由一个驱动机构进行独立地驱动，这样，通过分别驱动特定的第一叶片11和/或第二叶片12进行适形，利于提高适形精度，达到调强治疗的目的。
79.当预准直器所形成的射野变小时，多叶准直器的叶片开合时的移动距离也会相应缩小，使得第一叶片11和第二叶片12的最大移动距离相对于现有技术也得以减小。本实用新型实施例中，第一叶片11和第二叶片12的最大运动距离均为5cm-15cm，例如为8cm或者10cm。
80.举例来说，当射野在放射治疗系统的机架的轴线方向上的尺寸为8cm时，第一叶片11和第二叶片12的最大移动距离为8cm；当射野在放射治疗系统的机架的轴线方向上的尺寸为10cm时，第一叶片11和第二叶片12的最大移动距离为10cm。相比于现有技术(叶片运动最大距离一般大于15cm，加小车运动可以在等中心形成40*40cm射野)，本实用新型实施例中，叶片的行程变短，从而使叶片长度得以缩短。
81.本实用新型实施例中，第一驱动机构21被配置为能够使第一叶片11在运动范围内任意位置处停留；第二驱动机构22被配置为能够使第二叶片12在运动范围内任意位置处停留。
82.如此设置，能够使得每一个叶片均能够移动至叶片可运动范围内的任意一点处，利于提高多叶准直器的适形精度。
83.在一些可能的实现方式中，本实用新型实施例提供的多叶准直器中，如附图1所示，第一驱动机构21和第二驱动机构22均包括：传动件201和驱动件202；传动件201与第一叶片11或者第二叶片12的后端连接；驱动件202与传动件201连接。
84.也就是说，每一第一叶片11的后端均连接有一个传动件201，每一第二叶片12的后端均连接有一个传动件201。其中，叶片的后端指的是与叶片的前端相对的端部。
85.利用第一驱动机构21和第二驱动机构22分别对第一叶片11和第二叶片12的运动进行控制，使得第一叶片11和第二叶片12在运动至设定位置处后，能够自动地固定于该设定位置处。
86.示例地，传动件201的传动方式为螺旋传动或者齿轮齿条传动，以下分别进行示例性说明：
87.(1)当传动件201的传动方式为螺旋传动时，传动件201为丝杆，驱动件202为直线电机(例如，微型直线电机)，丝杆的第一端与第一叶片11(或者，第二叶片12)的尾端连接，丝杆的第二端与直线电机连接。
88.直线电机能够驱动丝杆作直线往复运动，进而带动第一叶片11(或者，第二叶片12)作相应的直线运动，达到使第一叶片11(或者，第二叶片12)沿机架的轴线方向上作直线往复运动的目的。
89.其中，丝杆的第二端可以通过带内螺纹的转子与直线电机连接，丝杆的第一端与第一叶片11(或者，第二叶片12)的尾端固定连接，这样，直线电机的输出轴的旋转运动能够转化为丝杆沿转子的直线运动，进而带动第一叶片11(或者，第二叶片12)直线运动。
90.或者，丝杆可以直接作为直线电机的输出轴，同时使丝杆与第一叶片11(或者，第二叶片12)的尾端螺纹连接，这样，丝杆的转动能够直接转化为第一叶片11(或者，第二叶片12)的直线运动。
91.基于上述可知，当第一叶片11和第二叶片12的最大移动距离相对于现有技术提供的叶片的最大移动距离减小时，对应于每个叶片的丝杆的长度也相应缩短，这不仅利于降低多叶准直器的生产难度，还能增加其稳定性，降低故障率。此外，本实用新型实施例提供的多叶准直器不需要小车等器件来增加叶片的行程，从而进一步降低了放射治疗系统的复杂度。
92.(2)当传动件201的传动方式为齿轮齿条传动时，传动件201包括：彼此啮合的齿轮和齿条，驱动件202为微型电机。其中，齿条与第一叶片11(或者，第二叶片12)固定连接，齿轮与微型电机同轴连接。
93.微型电机启动时，能够带动齿轮转动，进而带动与其啮合的齿条作直线运动，实现运动的齿条进而带动第一叶片11(或者，第二叶片12)作直线运动。
94.由于电机的驱动速度是可变的，这样能够使得第一叶片11(或者，第二叶片12)的运动速度、运动位置得到精确控制，进而能够获得精确的射线强度调制效果。
95.本公开实施例中，第一驱动机构21和第二驱动机构22的驱动件202，例如电机，与控制器(例如plc控制器或者计算机)连接，控制器同时又可以与上位机连接，操作人员通过操作上位机，能够向控制器发送叶片移动距离调节指令，控制器在接收到该指令后驱动电
机来控制叶片运动。
96.在利用包含有本实用新型实施例提供的多叶准直器的放射治疗系统进行肿瘤治疗时，操作人员可以在治疗之前通过上位机发送调整叶片移动距离的指令。或者，操作人员还可以在治疗过程中，实时发送调整叶片移动距离的指令。
97.在治疗的过程中，还可以实时调整电机的驱动速度，以精确地控制第一叶片和第二叶片的运动速度、运动位置，进而实现在治疗过程中的剂量调强。
98.综上可知，将本实用新型实施例提供的多叶准直器应用于放射治疗系统时，在简化放射治疗系统结构和控制复杂度的前提下，该放射治疗系统还能够获得更高的治疗精确度。
99.另一方面，本实用新型实施例还提供了一种治疗头，该治疗头包括上述的任一种多叶准直器。
100.基于使用了上述多叶准直器，本实用新型实施例提供的治疗头不仅具有简化的结构，更高的质量精度，且控制更加简单和可靠。
101.在一些可能的实现方式中，如附图4所示，本实用新型实施例提供的治疗头100还包括：位置监测机构3，位置监测机构3被配置为用于监测第一叶片11和第二叶片12的运动位置。
102.利用位置监测机构3，来对叶片运动位移进行精确监测，进一步提高多叶准直器103对射线束的适形精度，实现精确放疗。针对每一个叶片，均对应设置有一个位置监测机构3。
103.作为一种示例，如附图4所示，该位置监测机构3包括：测力传感器32和弹性件31，测力传感器32固定设置，弹性件31的一端与测力传感器32固定连接，弹性件31的另一端与第一叶片11(第二叶片12)的后端。
104.测力传感器32能够测量弹性件31所受的力的大小，当第一叶片11(第二叶片12)进行移动时，弹性件31的拉伸程度发生变化，进而测力传感器32检测到的力的变化，根据检测到的力，确定第一叶片11(第二叶片12)的运动位置。
105.进一步地，该位置监测机构3还包括处理器，该处理器与测力传感器32电性连接，用于根据测力传感器32测量得到的力的数据，来确定第一叶片11(第二叶片12)的运动位置。
106.举例来说，测力传感器32可以固定于多叶准直器103的驱动件安装板或者导轨箱上等。
107.为了方便测量，当弹性件31位于第一叶片11(第二叶片12)的后端和测力传感器32之间时，使叶片在初始位置时，弹性件31正好处于自然伸长状态，这样，叶片在运动时，只需要测量到弹性件31受拉的拉力，叶片再回到初始位置时，理论上所受拉力就是零，这样测量更加方便。
108.示例地，弹性件31可以是弹簧，弹簧的胡可系数在正常使用的范围内是固定的，可以保证测量数据的准确性。当然弹性件31还可以包括：乳胶筋、管、绳，或橡胶筋、管、绳等，或其他具有良好弹性，胡可系数固定的部件。
109.作为另一种示例，该位置监测机构3为激光测距仪，该激光测距仪包括：空间波发射器、空间波接收器和处理器，其中，空间波发射器可发射出直线传播的空间波，空间波发
射器发出的空间波照射在第一叶片11(第二叶片12)的后端面上；空间波接收器设置在经第一叶片11(第二叶片12)的后端面反射的反射空间波的光路上，接收经第一叶片11(第二叶片12)的后端面反射的反射空间波；处理器与空间波发射器和空间波接收器连接，并根据空间波发射器发出的空间波以及空间波接收器接收的空间波确定对应叶片的位置。
110.示例地，空间波发射器和/或空间波接收器安装于所述多叶准直器103的驱动件安装板或者导轨箱上等。示例地，空间波为激光、红外线、超短波或超声波等。
111.另一方面，本实用新型实施例还提供了一种放射治疗设备，所述放射治疗设备包括上述的治疗头。
112.基于使用了上述治疗头，使得本实用新型实施例提供的放射治疗设备具有体积小型化，结构简单，成本低，适应性强等优点
113.在本实用新型实施例中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
114.以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。