一种射野拉弧的放射治疗双层光栅及方法

技术领域

本发明涉及放射治疗设备技术领域，具体的涉及一种射野拉弧的放射治疗双层光栅及方法。

背景技术

动态多叶光栅又称多叶准直器(Dynamic Multileaf Collimator，简称DMLC、光栅)，能够非常好的满足放射治疗的要求，是随着放疗技术发展而研发出来的一种新型放疗设备。通过叶片运动形成与目标靶区投影形状吻合的照射野，将剂量精确的照射到目标靶区，提高肿瘤的治疗效果，改善患者的生存质量，适用于多种放射治疗方式，例如动态调强放射治疗、容积旋转调强放射治疗、螺旋断层放射治疗、立体定向放射治疗等。光栅具有快速便捷、效率高、照射野大、照射时间短、结构紧凑、应用范围广等特点，取代了传统适形合金挡块，成为放射治疗的关键核心设备，对提高放射治疗精度具有重要意义。

在医用直线电子加速器产品中，涉及到对X射线的适形控制，目前加速器产品均采用多叶准直器对X射线的形状进行适配肿瘤形状的约束，以便更好的保护正常组织，让更多的辐照投射在癌症组织中。一般来说，领域内多叶准直器多为大射野、叶片包设计，还有多层化的光栅设计。现有光栅设计存在一个共同点：射野范围大，但叶片运动速度已没有提升的空间。主要原因在于：国内外多叶准直器的主流结构设计中，均由电机直接驱动丝杆，并由丝杆带动叶片运动，但是目前电机结构尺寸的最小限制和输出功率最高上限已达到极限。若在现有结构设计下，还要进一步提高叶片运动速度，则在技术上难以有效实现，主要技术难点在于更高性能、更小结构尺寸的电机产品开发。

另外，精准放射治疗加速器是在于普放加速器的基础上增加了光栅设备，普放时代的加速器只有上下钨门结构，形成方形野进行粗放疗。精准加速器放疗则配套的不同类型的光栅，并通过叶片对照患者肿瘤进行成野适形。因此，目前传统精准放疗加速器继承了普放加速器的上钨门和下钨门，上、下钨门各自包含两块钨合金屏蔽块，共四块钨合金屏蔽块，由此致使传统的精准放射治疗加速器在次级准直器即上下钨门结构设计与驱动控制等方面变得较为复杂，需要配置四套驱动机构来驱动四个钨合金屏蔽块，不仅增加了结构复杂度也增加了控制的复杂度，在实际治疗中还需要求上下钨门必须达到一定的精准度。此外由于上下钨门占用的空间较大，也致使现有的传统精放加速器环形内容的直径限制在100cm范围内，不利于体型较大患者的治疗。

有鉴于此，特提出本发明专利。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种射野拉弧的放射治疗双层光栅及方法，具体地，采用了如下技术方案：

一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，包括：

旋转基座，与直线加速器连接，内部具有贯穿的基座射野窗，用于输出加速器的治疗射线，所述的旋转基座包括可转动的旋转组件；

第一多叶光栅组件，安装在所述旋转组件上，所述第一多叶光栅组件可沿所述基座射野窗的长度延伸方向可往复滑动设置；

第二多叶光栅组件，安装在所述第一多叶光栅组件上；

所述第一多叶光栅组件内部具有贯穿的第一射野窗，第一射野窗内设置可进行适形调节的第一光栅叶片组，所述第二多叶光栅组件内部具有贯穿的第二射野窗，第二射野窗内设置可进行适形调节的第二光栅叶片组，所述的基座射野窗、第一射野窗、第二射野窗相互贯通。

作为本发明的可选实施方式，所述的旋转组件包括旋转块和远源端固定板，所述的旋转基座包括近源端固定板，所述的近源端固定板固定连接直线加速器，所述旋转块的一端可转动的安装在所述近源端固定板上，所述的远源端固定板固定在所述旋转块的另一端；所述近源端固定板、旋转块和远源端固定板上分别开设窗口，各窗口相互贯通形成所述基座射野窗。

作为本发明的可选实施方式，所述的第一多叶光栅组件包括第一叶片箱体和第一叶片电控箱，所述的基座射野窗具有一定的延伸长度，所述的第一叶片箱体安装在所述远源端固定板上，沿所述基座射野窗的延伸长度方向可往复滑动设置；所述的第一射野窗开设在所述第一叶片箱体上，所述的第一光栅叶片组设置在所述第一射野窗内，沿垂直于所述基座射野窗的延伸长度方向进行适形调节运动，所述的第一叶片电控箱设置在所述第一叶片箱体的两侧，分别控制两侧的第一光栅叶片组进行适应运动。

作为本发明的可选实施方式，本发明的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，包括滑动组件，所述的滑道组件包括滑动导轨，滑动件和驱动件，所述的滑动导轨设置在所述远源端固定板上，沿所述基座射野窗的延伸长度方向布置，所述的滑动件可滑动的设置在所述滑动导轨上，所述的驱动件驱动所述滑动件在所述滑动导轨上往复滑动，所述的第一叶片箱体安装在所述滑动件上。

作为本发明的可选实施方式，所述的滑动件具有丝杠套，所述的驱动件为驱动电机，驱动电机的输出轴连接驱动丝杠，所述的丝杠套套接在所述驱动丝杠上，控制驱动电机的输出轴正反转，经过驱动丝杠与丝杠套的螺纹传动，驱动滑动件沿滑动导轨往复滑动。

作为本发明的可选实施方式，所述的第二多叶光栅组件包括第二叶片箱体和第二叶片电控箱，所述的第二叶片箱体固定在所述第一叶片箱体上，所述的第二射野窗开设在所述第一叶片箱体上，所述的第二光栅叶片组设置在所述第二射野窗内，沿垂直于所述第二光栅叶片组适形调节运动方向进行适形调节运动，所述的第二叶片电控箱设置在所述第二叶片箱体的两侧，分别控制两侧的第二光栅叶片组进行适应运动。

作为本发明的可选实施方式，所述旋转基座的旋转块为具有屏蔽功能的屏蔽旋转块，所述第一多叶光栅组件的第一叶片箱体为具有屏蔽功能的第一叶片屏蔽箱体。

本发明同时提供一种所述放射治疗双层光栅的放射治疗方法，包括：

通过控制所述旋转基座的转动和所述第一多叶光栅组件的滑动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野和变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野；

同时通过控制所述第一光栅叶片组、第二光栅叶片组进行适形调节，实现针对各类异形肿瘤病灶的全方面适形。

作为本发明的可选实施方式，本发明的一种放射治疗方法中，所述通过控制所述旋转基座的转动和所述第一多叶光栅组件的滑动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野和变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野包括：

控制所述旋转基座开始转动；

在所述旋转基座转动过程中，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复位置固定的滑动运动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野；

在所述旋转基座转动过程中，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复位置改变的滑动运动，形成变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野。

作为本发明的可选实施方式，本发明的一种放射治疗方法，包括：

当控制所述旋转基座和第一多叶光栅组件均保持固定状态时，则形成射野大小范围为第二射野窗的单点射野；

当控制所述旋转基座保持固定状态，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复滑道时，则形成射野大小范围为由中心向外侧延展的射野带。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，通过将第一多叶光栅组件的第一射野窗和第二多叶光栅组件的第二射野窗进行小型化的射野窗设计，简化了射野窗内光栅叶片组的设计以及光栅叶片组的驱动机构的设计。同时小型化的射野窗的第一多叶光栅组件、第二多叶光栅组件可在旋转基座上进行旋转式扫描，可以形成全区域内的等效射野，同时针对第一多叶光栅组件、第二多叶光栅组件中光栅叶片的控制，满足肿瘤治疗过程中的射野适形功能。另外，第一多叶光栅组件、第二多叶光栅组件在旋转式扫描过程中的滑动，通过固定第一多叶光栅组件在滑轨上的旋转曲率半径，可形成均匀的环形拉弧射野区；通过改变第一多叶光栅组件在滑轨上的旋转曲率半径，可形成非均匀的偏心拉弧射野区；更加适配不同分布特征的肿瘤治疗，灵活度更高，调强能力更强。

本发明的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，采用微型化光栅射野及射野区旋转扫描的方式使得多叶光栅比传统多叶光栅的适形速度更灵活，实现对各类异形肿瘤病灶的全方面适形；结构极大的得到了简化，适配在治疗头占用的纵向空间更小，可以提供患者更大的横向空间。

本发明的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅实现了一体化自屏蔽设计，极大简化屏蔽部件的驱动机构，降低了屏蔽部件损坏故障的概率，增强可靠性，同时还能具有良好的结构紧凑性，而进一步扩展治疗区域内筒的直径范围，容许各类形体患者进入加速器内筒处治疗。

附图说明：

图1本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅的部分爆炸图；

图2本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅的装配图一；

图3本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅的装配图二；

图4本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅形成的单点射野示例；

图5本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅形成的射野带示例；

图6本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅形成的全区域等效射野示例；

图7本发明实施例一种射野拉弧的放射治疗双层光栅形成的环形拉弧射野和非均匀偏心拉弧射野示例。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1-图3所示，本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，包括：

旋转基座100，与直线加速器连接，内部具有贯穿的基座射野窗104，用于输出加速器的治疗射线，所述的旋转基座100包括可转动的旋转组件；

第一多叶光栅组件200，安装在所述旋转组件上，所述第一多叶光栅组件200可沿所述基座射野窗104的长度延伸方向可往复滑动设置；

第二多叶光栅组件300，安装在所述第一多叶光栅组件200上；

所述第一多叶光栅组件200内部具有贯穿的第一射野窗202，第一射野窗202内设置可进行适形调节的第一光栅叶片组203，所述第二多叶光栅组件300内部具有贯穿的第二射野窗302，第二射野窗302内设置可进行适形调节的第二光栅叶片组303，所述的基座射野窗104、第一射野窗202、第二射野窗302相互贯通。

本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，通过将第一多叶光栅组件200的第一射野窗202和第二多叶光栅组件300的第二射野窗302进行小型化的射野窗设计，简化了射野窗内光栅叶片组的设计以及光栅叶片组的驱动机构的设计。同时小型化的射野窗的第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300可在旋转基座100上进行旋转式扫描，可以形成全区域内的等效射野，同时针对第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300中光栅叶片的控制，满足肿瘤治疗过程中的射野适形功能。另外，第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300在旋转式扫描过程中的滑动，通过固定第一多叶光栅组件200在滑轨上的旋转曲率半径，可形成均匀的环形拉弧射野区；通过改变第一多叶光栅组件200在滑轨上的旋转曲率半径，可形成非均匀的偏心拉弧射野区；更加适配不同分布特征的肿瘤治疗，灵活度更高，调强能力更强。

因此，本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，采用微型化光栅射野及射野区旋转扫描的方式使得多叶光栅比传统多叶光栅的适形速度更灵活，实现对各类异形肿瘤病灶的全方面适形；结构极大的得到了简化，适配在治疗头占用的纵向空间更小，可以提供患者更大的横向空间。

作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述的旋转组件包括旋转块102和远源端固定板103，所述的旋转基座100包括近源端固定板101，所述的近源端固定板101固定连接直线加速器，所述旋转块102的一端可转动的安装在所述近源端固定板101上，所述的远源端固定板103固定在所述旋转块102的另一端；所述近源端固定板101、旋转块102和远源端固定板103上分别开设窗口，各窗口相互贯通形成所述基座射野窗104。

本实施例的旋转基座100通过近源端固定板101与直线加速器固定连接，旋转块102可转动的安装在近源端固定板101上，同时带动远源端固定板103以及设置在远源端固定板103上的第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300转动。本实施例旋转块102转动的具体实现方式未进行示意，但是为本领域将技术人员所理解的，所述的旋转块102可以采用驱动电机通过齿轮机构传动的方式实现转动，或者采用驱动电机通过皮带轮传动的方式实现转动。

作为本实施例的一种可选实施方式，本实施例所述的第一多叶光栅组件200包括第一叶片箱体201和第一叶片电控箱204，所述的基座射野窗104具有一定的延伸长度，所述的第一叶片箱体201安装在所述远源端固定板103上，沿所述基座射野窗104的延伸长度方向可往复滑动设置；所述的第一射野窗202开设在所述第一叶片箱体201上，所述的第一光栅叶片组203设置在所述第一射野窗202内，沿垂直于所述基座射野窗104的延伸长度方向进行适形调节运动，所述的第一叶片电控箱204设置在所述第一叶片箱体201的两侧，分别控制两侧的第一光栅叶片组203进行适应运动。

为了实现第一多叶光栅组件200可滑动的设置在远源端固定板103上，作为本实施例的一种可选实施方式，本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，包括滑动组件，所述的滑道组件包括滑动导轨403，滑动件404和驱动件401，所述的滑动导轨403设置在所述远源端固定板103上，沿所述基座射野窗104的延伸长度方向布置，所述的滑动件404可滑动的设置在所述滑动导轨403上，所述的驱动件401驱动所述滑动件404在所述滑动导轨403上往复滑动，所述的第一叶片箱体201安装在所述滑动件404上。

为了实现驱动件401驱动所述滑动件404在所述滑动导轨403上往复滑动，作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述的滑动件404具有丝杠套405，所述的驱动件401为驱动电机，驱动电机的输出轴连接驱动丝杠402，所述的丝杠套405套接在所述驱动丝杠402上，控制驱动电机的输出轴正反转，经过驱动丝杠402与丝杠套405的螺纹传动，驱动滑动件404沿滑动导轨403往复滑动。

作为本实施例的一种可选实施方式，所述的第二多叶光栅组件300包括第二叶片箱体301和第二叶片电控箱304，所述的第二叶片箱体301固定在所述第一叶片箱体201上，所述的第二射野窗302开设在所述第一叶片箱体301上，所述的第二光栅叶片组303设置在所述第二射野窗302内，沿垂直于所述第二光栅叶片组200适形调节运动方向进行适形调节运动，所述的第二叶片电控箱304设置在所述第二叶片箱体301的两侧，分别控制两侧的第二光栅叶片组303进行适应运动。

本实施例的第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300呈上下层叠设置，第一射野窗202和第二射野窗302相互贯通，通过针对第一多叶光栅组件200的第一光栅叶片组203和第二多叶光栅组件300的第二光栅叶片组303的控制，叠加形成最终的照射射野，通过双层叠加设计可以简化单层多叶光栅的结构设计，光栅叶片组以及电控箱机构更加简化，整体结构个更加简单。

进一步举例说明，第一射野窗202和第二射野窗302设定为10cm×10cm,由此相比于传统40cm×40cm的光栅叶片窗，本实施例的光栅叶片大小与质量会降低一半，在驱动能力不变的条件下，速度有极大的提升，由40mm/s可提升至80-100mm/s以上。

同时，本实施例采用的固定射野、固定叶片宽度和双层结构，使得在任何射野区域下的适形分辨率一样高。

本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅，第一多叶光栅组件200、第二多叶光栅组件300采用光栅叶片数量少，相应的叶片驱动机构也少约在几十个左右，与传统大光栅的超过二百个叶片的数量相比，运行的可靠性会因为驱动机构的数量少而得到量级上的提升。同时传统光栅为了实现大射野，还需要增加两个叶片包的驱动，而本实施例由于采用小型化射窗无需额外增加叶片驱动即可实现，在这个方面有进一步降低了结构设计的复杂度，提升了运行的可靠性。

作为本实施例的可选实施方式，本实施例所述旋转基座100的旋转块102为具有屏蔽功能的屏蔽旋转块，所述第一多叶光栅组件200的第一叶片箱体202为具有屏蔽功能的第一叶片屏蔽箱体。因此，本实施例的一种射野拉弧的放射治疗双层光栅实现了一体化自屏蔽设计，极大简化屏蔽部件的驱动机构，降低了屏蔽部件损坏故障的概率，增强可靠性，同时还能具有良好的结构紧凑性，而进一步扩展治疗区域内筒的直径范围，容许各类形体患者进入加速器内筒处治疗。

本实施例同时提供一种利用所述放射治疗双层光栅的放射治疗方法，包括：

通过控制所述旋转基座的转动和所述第一多叶光栅组件的滑动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野和变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野；

同时通过控制所述第一光栅叶片组、第二光栅叶片组进行适形调节，实现针对各类异形肿瘤病灶的全方面适形。

进一步地，本实施例所述的一种放射治疗方法中，所述通过控制所述旋转基座的转动和所述第一多叶光栅组件的滑动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野和变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野包括：

控制所述旋转基座开始转动；

在所述旋转基座转动过程中，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复位置固定的滑动运动，形成固定曲率半径下的均匀环形拉弧射野(如图7中左侧示例的环形拉弧射野)；

在所述旋转基座转动过程中，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复位置改变的滑动运动，形成变化曲率半径下的非均匀偏心拉弧射野(如图7中右侧示例的非均匀偏心拉弧射野)。

作为本实施例的可选实施方式，本实施例的一种放射治疗方法，包括：

当控制所述旋转基座和第一多叶光栅组件均保持固定状态时，则形成射野大小范围为第二射野窗的单点射野(参见图4所示例的单点射野)；

当控制所述旋转基座保持固定状态，控制所述第一多叶光栅组件在所述旋转基座上进行往复滑道时，则形成射野大小范围为由中心向外侧延展的射野带(参见图5所示例的射野带)。

当控制所述旋转基座旋转，同时控制第一多叶光栅组件在旋转基座旋转过程中沿基座射窗由最内侧至最外侧往复滑动，可以形成全区域内的等效射野(参见图6所示例的全区域等效射野)。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。