專利名稱：獨立準直器在適形放療中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腫瘤適形放療的新方法。
適形放療(Conformal Radiotherapy、簡稱CR)是指射線照射形成的劑量分布適合靶區(qū)形狀，從而可以減少周圍正常組織所受到的損傷、增加腫瘤受照劑量、達到提高治療增益比的目的。CR的概念始于60年代，但限于當時的技術(shù)條件，照射得到的劑量分布經(jīng)常不能適合靶區(qū)形狀。自80年代初期，CR技術(shù)開始在發(fā)達國家臨床應(yīng)用，由于經(jīng)濟實力所限，我國至今尚無醫(yī)院開展此項技術(shù)。從理論上講，實施CR的任何一種方法必須能夠調(diào)整射野形狀使其適合靶區(qū)在射野方向的投影形狀，并能調(diào)節(jié)射野內(nèi)的射線強度分布。目前臨床實施的CR方法歸納起來有四類其一是射束修整器(Beam Modifier)，它包括擋塊、楔形板和補償器。擋塊可以遮擋部分區(qū)域的射線，構(gòu)成與靶區(qū)投影形狀重合的不規(guī)則射野。楔形板只能使射線強度分布成斜坡狀，因而其調(diào)強能力有限。補償器通過改變射線透過率，可得到任意形狀的強度分布。該方法的嚴重缺陷是制做費時、擺位困難。因為每個射野形狀相異，所需強度分布亦不盡相同，需為每個射野特制擋塊和補償器，并且每次擺位時，操作人員必須搬動這些笨重的物件。其二是斷層治療(Tomotherapy)，其典型代表是Peacock公司的NOMOS系統(tǒng)，其中包括名為Mimic的附加準直器。Mimic由40對開關(guān)位葉片構(gòu)成。計算機控制葉片的開關(guān)狀態(tài)，可以形成寬度為2或4cm，長度方向為任意形狀的窄條野。如果靶區(qū)沿垂直床縱向運動方向劃分為2或4cm寬的薄層，則Mimic首先對準第一個薄層，設(shè)置葉片的開關(guān)狀態(tài)，使窄條野形狀與薄層靶區(qū)投影形狀一致。如果在射線照射過程中改變?nèi)~片的開關(guān)狀態(tài)，就可調(diào)整此葉片對應(yīng)的射野區(qū)域的照射時間，即調(diào)整它的強度。完成一個薄層照射后，工作人員進機房移床2或4cm，Mimic對準下一個薄層照射。這樣，Mimic依次完成每個靶區(qū)薄層的適形治療。該方法的優(yōu)點是將工作人員從制做、搬動擋塊和補償器的體力勞動中解放出來。其缺點是治療時間長達30分鐘，并且由于床步進運動的誤差，可能造成薄層相鄰區(qū)受到超劑量或欠劑量照射。其三是多葉準直器(MultileafCollimator，簡稱MLC)，它由多對葉片(20-40對)構(gòu)成，葉片在等中心平面投影寬度不小于1cm。每個葉片由單獨的電機驅(qū)動，因此如果用計算機控制每個葉片的位置，即可形成適合靶區(qū)形狀的不規(guī)則臺階狀照射野。如果采用分片技術(shù)(Segmentaltechnique)或動態(tài)技術(shù)(Dynamic technique)在照射過程中調(diào)整葉片位置，射野內(nèi)任意點照射強度與其未被葉片遮擋的時間成正比，達到調(diào)強的目的。MLC具有NOMOS系統(tǒng)的優(yōu)點，并可縮短治療時間至數(shù)分鐘，故成為實施適形放療的主要方法。其缺點是MLC加工精度高，計算機控制復(fù)雜，我國尚無此項技術(shù)問世；價格昂貴(約30萬美元)，國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院購買有困難；葉片間有漏射線，形成的射野半影大。其四是窄束掃描(Scanning Beam)，典型代表是Scanditronix MM50回旋加速器。它不同于常規(guī)加速器，其加速電子被引出打靶產(chǎn)生窄束X線，窄束方向由磁場控制電子束出射方向來確定。窄束掃描靶區(qū)，區(qū)域內(nèi)任意點射線強度與掃描束駐留時間成正比。MM50不僅可以做X線調(diào)強，且可調(diào)整射線能量以及做電子線調(diào)強。其優(yōu)點顯而易見，但由于價格極其昂貴(約800萬美元)，至今全世界僅有不足十家放療中心應(yīng)用。
當今醫(yī)用直線加速器準直器系統(tǒng)的標準配置是獨立準直器(Independant Collimator，簡稱IC)，它由兩對葉片構(gòu)成，四個電機分別單獨驅(qū)動每個葉片，可形成中心偏移準直器軸線的矩形野。兩對葉片至少有一對葉片可從已側(cè)最大開口位置，越過準直器軸線達到對側(cè)約10cm，另一對葉片可從最大開口位置到準直器軸線或者亦可達到對側(cè)(圖1)。IC已用于偏軸野及動態(tài)楔形野放療，但未見用于適形放療的報道。
本發(fā)明之目的是利用IC各葉片獨立運動特點，通過治療計劃系統(tǒng)采用斷層或分區(qū)方式設(shè)計準直器葉片運動軌跡、準直器旋轉(zhuǎn)角度、照射時間等治療參數(shù)，并通過計算機控制形成適合靶區(qū)形狀的窄條野組及調(diào)整射線強度分布來實施適形放療。
本發(fā)明的內(nèi)容與要點包含1.斷層方式該方式的基本原理是IC至少在坐標系Y軸方向的葉片可以越過其軸線。沿平行X軸方向，將靶區(qū)投影形狀分割成窄條(圖2)。每個窄條可以用IC形成的窄條野照射，第i個(i＝1，2，3，…，8)窄條野各葉片位置分別為XI＝XI，i，XII＝XII，i，YI＝Y(jié)Pi，YII＝Y(jié)Pi-1。所有窄條野照射的累積效果相當于MLC形成的不規(guī)則階梯狀射野。窄條野寬度可依靶區(qū)邊緣形狀變化急緩程度進行調(diào)整，在變化急劇區(qū)域取窄，在變化緩慢區(qū)域取寬。類似如靶區(qū)的分割，將射野所需的強度分布分割成每個窄條野強度分布。一方面，如果IC的X軸方向葉片可運動越過軸線(如GE、Simens公司加速器)，則可采用類似MLC的分片技術(shù)或動態(tài)技術(shù)，在照射過程中控制葉片運動軌跡，調(diào)整窄條野任意點未被葉片遮擋的時間。由于射線強度與照射時間成正比，因而可以實現(xiàn)所需的窄條野強度分布。所有窄條野強度分布的疊加得到所需的強度分布。另一方面，如果IC的X軸方向葉片不能越過軸線(如Varian公司加速器)，則可采用兩種解決方案一是取消IC的限位裝置，使葉片可運動至對側(cè)；二是在IC下方安裝一個附加準直器，用它代替IC的X軸方向葉片，配合IC的Y軸方向葉片做適形和調(diào)強。
2.分區(qū)方式射野強度分布可用函數(shù)Φ(X，Y)表示(圖3)，其中X，Y是IC坐標系中兩個方向的坐標。射野適合靶區(qū)形狀可理解為調(diào)強的一種特例，它使靶區(qū)內(nèi)射線強度為某定值，靶區(qū)外射線強度為零，因此如果能實現(xiàn)強度分布Φ(X，Y)，即可達到適形和調(diào)強的雙重目的。Φ(X，Y)可分解為X，Y平面內(nèi)等強度曲線包括的一組等強度區(qū)。每個強度區(qū)均可劃分為一組窄條(如圍繞5強度區(qū)的窄條)。劃分窄條的方向選擇，應(yīng)能使窄條的數(shù)目減至最少(如100強度區(qū)的箭頭方向)。IC依次形成適合不同強度區(qū)形狀的每組窄條野，準直器旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)窄條劃分方向確定，照射強度在最低強度區(qū)為其對應(yīng)值(如5強度區(qū)照射5)，在其它強度區(qū)照射相鄰強度區(qū)的差值(如100強度區(qū)照射10)。某些很小的強度區(qū)可用一個小野照射，無需劃分為窄條。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果是與現(xiàn)有四種方法比較，顯示出不同的優(yōu)越性，如大大減輕工作人員的勞動強度，克服了窄條野相鄰區(qū)超劑量或欠劑量照射的問題，方法簡單，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，避免了相鄰葉片間漏射線照射患者正常組織，窄條野寬度可任意調(diào)節(jié)，大大降低了成本價格等，故不失為符合我國國情的一種適形放療的新方法。


圖1----獨立準直器結(jié)構(gòu)示意圖其中1----射線源
2----Y軸方向準直器葉片YI3----Y軸方向準直器葉片YII4----X軸方向準直器葉片XI5----X軸方向準直器葉片XII6----準直器形成的射野圖2----靶區(qū)分割為窄條及窄條野位置示意圖其中1至8為窄條野編號9----靶區(qū)；XI，1至XI，8為X方向XI葉片在形成窄條野時的坐標位置；XII，1至XII，8為X方向XII葉片在形成窄條野時的坐標位置；YP0至YP8為Y方向兩個葉片YI，YII在形成窄條野時的坐標位置；圖3----射線等強度區(qū)域分布及窄條野位置示意圖其中5，10，…，50，…，90，100表示各射線強度曲線的相對強度值；1′----強度值為5的等強度曲線；2′----強度值為10的等強度曲線；3′----強度值為50的等強度曲線；4′----強度值為90的等強度曲線；5′----強度值為100的等強度曲線；XI，1至XI，13是照射強度為5的區(qū)域時，各窄條野葉片XI的位置；XII，1至XII，13是照射強度為5的區(qū)域時，各窄條野葉片XII的位置
權(quán)利要求
1.獨立準直器在適形放療中的應(yīng)用，其特征在于僅使用獨立準直器或附加準直器配合獨立準直器，通過治療計劃系統(tǒng)采用斷層方式或分區(qū)方式設(shè)計準直器葉片運動軌跡、準直器旋轉(zhuǎn)角度、照射時間等治療參數(shù)，并通過計算機控制實施治療。
2.按照權(quán)利要求書1所述的獨立準直器在適形放療中的應(yīng)用，其特征在于斷層方式是將靶區(qū)和射野強度分布分割為一組窄條，用獨立準直器形成適合窄條形狀的射野并調(diào)整窄條野的強度分布。
3.按照權(quán)利要求書1所述的獨立準直器在適形放療中的應(yīng)用，其特征在于分區(qū)方式是將射野強度分布分解為一組等強度區(qū)，分別用一組窄條野來適合每個等強度區(qū)形狀，給予一定劑量照射。
4.按照權(quán)利要求書1所述的獨立準直器在適形放療中的應(yīng)用，其特征在于窄條野劃分時可任意調(diào)整其寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開展適形放療的新方法,利用獨立準直器各葉片可以獨立運動的特點,通過治療計劃系統(tǒng)采用斷層或分區(qū)方式設(shè)計準直器葉片運動軌跡、準直器旋轉(zhuǎn)角度、照射時間等治療參數(shù),并通過計算機控制形成適合靶區(qū)形狀的窄條野組及調(diào)整射線強度分布,具有構(gòu)造簡單成本低,窄條野寬度可任意調(diào)節(jié),減輕工作人員勞動強度,克服窄條野相鄰區(qū)超劑量或欠劑量照射,避免多葉準直器相鄰葉片間漏射線照射患者正常組織等優(yōu)點。
文檔編號A61N5/10GK1178711SQ9711654
公開日1998年4月15日 申請日期1997年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月17日
發(fā)明者戴建榮, 胡逸民 申請人:戴建榮, 胡逸民