電磁致動的多葉準直器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是2013年2月26日提交的美國臨時申請No. 61/769,549的非臨時申請且 要求其優(yōu)先權(quán)。申請No. 61/769, 549的內(nèi)容通過引用合并在此。在此說明書中提及的所有 公開和專利申請通過引用合并在此，其引用程度使得每個單獨的公開或?qū)＠暾執(zhí)貏e地且 單獨地被指示為通過引用合并。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般地涉及放射治療。在多個方面中，本發(fā)明針對高響應(yīng)性的多葉準直器 和用于利用束成形、強度調(diào)制及其組合來提供放射治療的方法，包括治療束的同時的束成 形和強度調(diào)制。
【背景技術(shù)】
[0004] 強度調(diào)制的放射治療（通稱為IMRT)是對于多個放射技術(shù)的一般性術(shù)語，所述放 射技術(shù)基本上改變指向患者的束強度。此改變可以是空間改變、時間改變或空間和時間改 變。
[0005] 在放射治療中，術(shù)語劑量、注量和強度有時相互地且混淆地使用。為此描述的和此 申請的目的，這些術(shù)語使用如下。注量是越過垂直于放射束的單位面積的光子或X射線的 數(shù)量。注量率是每單位時間的注量。強度是每單位時間越過單位面積的能量。注量和強度 與在患者體內(nèi)發(fā)生的情況無關(guān)，且更具體不是劑量。劑量是在影響組織的放射下通過組織 吸收的能量的量。放射劑量以戈瑞（Gy)為單位測量，其中Gy對應(yīng)于在單位質(zhì)量的組織中 吸收的固定量的能量（例如，1焦耳/kg)。劑量與注量不同，但其隨注量的增加/降低而增 加/降低。
[0006] 在放射治療傳輸中，束孔徑通常通過多葉準直器（MLC)設(shè)定。一個使用MLC的此 方法是造成將放射成形的一個或多個圖案。匹配目標的單獨的形狀通常稱為適形傳輸。對 于更復雜的劑量分配，可使用MRT。在頂RT中，與使用MLC將入射放射成形以匹配一定的 輪廓不同，MLC被替代地用于造成束形狀的陣列，所述陣列造成了希望的強度調(diào)制和希望的 3D劑量分配。
[0007] 圖1圖示了（例如，使用在Varian放射治療系統(tǒng)中的）將束通向患者體內(nèi)的目標 的常規(guī)的成形MLC31的等軸測圖。圖中示出了兩排相對的葉33、35,其中每個葉37可以連 續(xù)地越過放射場定位。兩排葉定位為將束30準直為希望的形狀。每個葉37典型地可以行 進超過準直器的中點以在實現(xiàn)希望的準直時提供靈活性。構(gòu)造圖示了完全打開（41)、部分 打開（43)和關(guān)閉（45)的葉狀態(tài)。
[0008] 在放射治療的示例中，每個機架角度具有與此特定的機架角度相關(guān)的一個束，所 述束30然后被MLC準直為多個形狀。治療束30通過由葉37所形成的成形的孔隙47。作 為結(jié)果被準直的束繼續(xù)行進到患者38體內(nèi)的目標14上。圖1也圖示了治療束可以如何被 可視化或構(gòu)造為許多不同的小束49。常規(guī)的成形MLC31的葉37移動到不同的位置，以對 于特定的時間段實現(xiàn)希望的形狀或孔隙，以實現(xiàn)對于此特定的束的注量圖51。構(gòu)造的小束 的調(diào)制通過連續(xù)地且單調(diào)地將葉移動到希望的位置來進行，以實現(xiàn)希望的形狀或孔隙，使 得在所構(gòu)造的小束被暴露時控制此小束的強度。"單調(diào)的"在此申請中使用且涉及放射治療 時意味著依次序列的孔隙，其中序列通過從一個孔隙到隨后的孔隙的連續(xù)性所指示，或其 中單獨的葉在給定的一些列孔隙期間在一個方向上增加。換言之，孔隙的序列通過MLC的 機械限制指示，而不通過可實現(xiàn)更最優(yōu)的治療執(zhí)行的方式指示；序列可以從孔隙1到孔隙2 然后到孔隙3且繼續(xù)，且不從孔隙1到孔隙3再到孔隙5再回到孔隙2。與使用單獨的適 形的形狀不同，MLC執(zhí)行形狀的序列。在任何給定的機架位置處接收到的放射的凈量基于 不同的形狀允許放射通過或阻擋放射通過的程度。如在圖1中可見，所示的MLC31的形狀 不直接對應(yīng)于注量圖51的小束強度。如將認識到，所描繪的注量圖示出了對于對此特定的 機架角度MLC已得到的多個形狀的強度的量。常規(guī)的成形MLC的通常的限制是限定了形狀 的葉相對慢地移動。使用大量的形狀，或要求大量的葉運動的形狀可能導致更長的患者治 療。類似地，葉的速度可能限制常規(guī)的成形MLC執(zhí)行時間敏感的治療的能力，例如利用執(zhí)行 部件（例如，機架、患者床、X射線能量等）的同步的運動。
[0009] 常規(guī)的二元MLC61在圖2中示出。二元MLC61具有多個布置在兩排65、67中的 葉。每排葉用于形成治療切片，這通過將葉定位在相對于束的關(guān)閉的位置或打開的位置來 實現(xiàn)。如在圖2中所示，葉可以協(xié)同地工作，以都打開（A)、都關(guān)閉（B)或其中僅一個葉打開 /關(guān)閉（C)。
[0010] 二元MLC使用在TomoTherapy的Hi-Art?放射治療系統(tǒng)中，和NorthAmerican Scientific治療系統(tǒng)中。在常規(guī)的二元MLC治療系統(tǒng)中，患者被移動經(jīng)過旋轉(zhuǎn)放射源，以 使用雙排二元準直器將螺旋治療執(zhí)行到患者。替代地，患者被標記以用于通過雙排二元準 直器對于另一個隨后的兩個切片的治療，如通過NorthAmericanScientific系統(tǒng)所進行。 雙排二元準直器的葉以不同的速度移動，使得葉序列或定位將不明顯地受到任何單獨的葉 的任何先前的或未來的位置（對于二元準直器的打開或關(guān)閉的位置）的影響。換言之，葉 速度足以使得MLC的機構(gòu)在任何時間對于執(zhí)行放射治療治療或片段不會不適當?shù)赜绊懭~ 位置的確定。因此，且與常規(guī)的成形MLC相比，每個葉限定了小束，所述小束不要求通過計 劃軟件的構(gòu)造，即葉打開的時間量直接控制此小束的強度。
[0011] 對于兩個常規(guī)的MLC(成形MLC和二元MLC)，每個小束具有注量且所有注量組合 而形成對于束的注量圖。注量圖對于每個機架角度或?qū)τ谒惺唤M合且被優(yōu)化為治療計 劃。常規(guī)的成形MLC的示例已提供以闡述作為基礎(chǔ)的使用成形MLC進行體積強度調(diào)制的構(gòu) 思，且已提供二元MLC的示例以闡述作為基礎(chǔ)的在離散的機架角度下的直接強度調(diào)制的構(gòu) 思。更復雜的治療計劃和執(zhí)行可包括機架運動、患者床運動、改變機架速度、改變MU等，以 對于每個片段在更少的時間內(nèi)提供更復雜的且理論上更好的劑量適形。治療計劃通過執(zhí)行 軟件控制了治療執(zhí)行裝置的操作。執(zhí)行系統(tǒng)（機架、直線加速器、MLC、患者床等）的物理能 力限制或約束了治療計劃軟件可以造成和優(yōu)化通過執(zhí)行系統(tǒng)進行的執(zhí)行的計劃類型。
[0012] 治療計劃系統(tǒng)和軟件（共同地稱為計劃系統(tǒng)）不關(guān)注于此應(yīng)用，但是如將認識到， 所述治療計劃系統(tǒng)和軟件是用于以放射治療患者的整體部分。放射治療治療通過治療計劃 控制，所述治療計劃典型地通過醫(yī)生或醫(yī)師（單獨地或共同地稱為"計劃者"）使用計劃系 統(tǒng)生成。計劃著將典型地使用診斷3D圖像（典型地為CT，但可以使用任何PET、CT、MR的 組合）且限定或勾勒目標結(jié)果和任何附近的風險關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或器官（OAR)。計劃者然后確定 執(zhí)行到目標結(jié)構(gòu)的放射量和將被允許到0AR的放射量。治療計劃軟件將使用逆向計劃和執(zhí) 行裝置的物理能力生成治療計劃。計劃者然后評估計劃以確定計劃是否滿足臨床目標，且 如果是則將批準用于執(zhí)行到患者的計劃。計劃的執(zhí)行在多個治療進程或片段中發(fā)生。
[0013] 常規(guī)的MLC和來自所述常規(guī)的MLC的治療模式已穩(wěn)定地提供了前進的且更復雜的 適形放射治療治療。然而，仍存在對于更先進的治療束的成形和調(diào)制的需求，因此使得治療 計劃軟件可以擴展且實現(xiàn)甚至更復雜的計劃的執(zhí)行。如提供以上的放射治療技術(shù)可見，用 于執(zhí)行放射治療的關(guān)鍵的部件是準直器。當存在多葉準直器時，單獨的葉或葉組的速度和 控制不足以實現(xiàn)更先進的同時成形和調(diào)制束圖案。需要的是改進的多葉準直器設(shè)計，而足 以響應(yīng)以滿足更先進的放射治療計劃的速度和位置控制要求，因此實現(xiàn)了新的治療模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的實施例提供了多葉準直器（MLC)。這些實施例具有多個具有行程的葉。 每個葉具有：近端端部，遠端端部，具有長度L和寬度W的放射透不過的遠端阻擋部分，具有 長度L'和寬度W'的近端驅(qū)動部分，一個或多個固定到近端驅(qū)動部分且操作地連接到電流 源的的導電線圈，其中通過導電線圈的電流生成第一磁場。這些實施例的MLC葉具有葉引 導部，所述葉引導部帶有多個近似平行和相鄰相互布置的通道，其中多個葉的每個的至少 一部分滑動地布置在所述通道的每個內(nèi)，且?guī)в朽徑蓑?qū)動部分定位的多個固定磁體， 其中每個固定磁體具有第二磁場，所述第二磁場構(gòu)造為與來自線圈的第一磁場協(xié)作操作， 以在近端驅(qū)動部分上施加力。在一些實施例中，MLC將具有相對的雙排葉，且其它實施例將 具有在驅(qū)動部分的任一側(cè)上的固定磁體。
[0015] 本發(fā)明的實施例也包括用于以多葉準直器（MLC)準直治療放射束的方法。這些實 施例可以包括確定MLC的一個或多個葉的希望的狀態(tài)，其中一個或多個葉使用電磁驅(qū)動系 統(tǒng)移動，如果一個或多個葉不處于希望的狀態(tài)，則磁場被修改以導致在一個或多個葉上的 導致其移動的力，且最后葉在希望的狀態(tài)或位置處被停止。如果葉不處于希望的狀態(tài)，則進 一步的實施例將電流施加到處在葉的驅(qū)動部分內(nèi)的電磁線圈以生成第一磁場，其中第一磁 場與來自驅(qū)動部分的任一側(cè)上的固定磁體的第二磁場協(xié)作操作，這導致所述驅(qū)動部分上的 導致葉移動的力。
[0016] 在一個實施例中，本發(fā)明提供了多葉準直器（MLC)，所述多葉準直器包括：多個 葉，構(gòu)造為支承多個葉的葉引導部，和多個固定磁體。多個葉具有行程，其中每個葉包括具 有長度L和寬度W的放射透不過的阻擋部分并且是放射透不過的，具有長度L'和寬度W' 的驅(qū)動部分，驅(qū)動部分連接到阻擋部分，和操作地連接到電流源的導電線圈，其中導電線圈 沿長度L'的至少一部分固定到驅(qū)動部分，且其中通過導電線圈的電流生成第一磁場。固定 磁體的每個鄰近至少一個葉的驅(qū)動部分定位，其中每個固定磁體具有第二磁場，所述第二 磁場構(gòu)造為與第一磁場協(xié)作操作以在驅(qū)動部分上施加力。
[0017] 在另一個實施例中，本發(fā)明提供了用于準直治療放射束的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：多葉準 直器（MLC)，構(gòu)造為支承多個葉的葉引導部，多個固定磁體，和驅(qū)動器部件。MLC包括多個具 有行程的葉，其中每個葉包括具有長度L和寬度W并且是放射透不過的阻擋部分，具有長度 L'和寬度W'的驅(qū)動部分，驅(qū)動部分連接到阻擋部分，和操作地連接到電流源的導電線圈，其 中線圈沿長度L'的至少一部分固定到驅(qū)動部分，且其中通過線圈的電流生成第一磁場。固 定磁體的每個鄰近至少一個葉的驅(qū)動部分定位，其中每個固定磁體具有第二磁場，所述第 二磁場構(gòu)造為與第一磁場協(xié)作操作以在驅(qū)動部分上施加力。驅(qū)動器部件將電流引向線圈， 因此導致多個葉移動到希望的狀態(tài)。
[0018] 在另一個實施例中，本發(fā)明提供了多葉準直器（MLC)，所述多葉準直器包括：多個 具有行程的葉，其中每個葉包括具有長度L和寬度W的阻擋部分，其中阻擋部分是放射透不 過的；和具有長度L'和寬度W'的驅(qū)動部分，驅(qū)動部分連接到阻擋部分；且其中葉的至少一 個能夠以至少50cm/s的速度移動。
[0019] 在再另一個實施例中，本發(fā)明提供了多葉準直器（MLC)，所述多葉準直器包括：多 個葉，構(gòu)造為支承多個葉的葉引導部，和多個導電線圈。多個葉具有行程，其中每個葉