電磁致動(dòng)的多葉準(zhǔn)直器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)是2013年2月26日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/769,549的非臨時(shí)申請(qǐng)且 要求其優(yōu)先權(quán)。申請(qǐng)No. 61/769, 549的內(nèi)容通過(guò)引用合并在此。在此說(shuō)明書(shū)中提及的所有 公開(kāi)和專利申請(qǐng)通過(guò)引用合并在此，其引用程度使得每個(gè)單獨(dú)的公開(kāi)或?qū)＠暾?qǐng)?zhí)貏e地且 單獨(dú)地被指示為通過(guò)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(gè)方面中，本發(fā)明針對(duì)高響應(yīng)性的多葉準(zhǔn)直器 和用于利用束成形、強(qiáng)度調(diào)制及其組合來(lái)提供放射治療的方法，包括治療束的同時(shí)的束成 形和強(qiáng)度調(diào)制。
【背景技術(shù)】
[0004] 強(qiáng)度調(diào)制的放射治療（通稱為IMRT)是對(duì)于多個(gè)放射技術(shù)的一般性術(shù)語(yǔ)，所述放 射技術(shù)基本上改變指向患者的束強(qiáng)度。此改變可以是空間改變、時(shí)間改變或空間和時(shí)間改 變。
[0005] 在放射治療中，術(shù)語(yǔ)劑量、注量和強(qiáng)度有時(shí)相互地且混淆地使用。為此描述的和此 申請(qǐng)的目的，這些術(shù)語(yǔ)使用如下。注量是越過(guò)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(shí)間的注量。強(qiáng)度是每單位時(shí)間越過(guò)單位面積的能量。注量和強(qiáng)度 與在患者體內(nèi)發(fā)生的情況無(wú)關(guān)，且更具體不是劑量。劑量是在影響組織的放射下通過(guò)組織 吸收的能量的量。放射劑量以戈瑞（Gy)為單位測(cè)量，其中Gy對(duì)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(guò)多葉準(zhǔn)直器（MLC)設(shè)定。一個(gè)使用MLC的此 方法是造成將放射成形的一個(gè)或多個(gè)圖案。匹配目標(biāo)的單獨(dú)的形狀通常稱為適形傳輸。對(duì) 于更復(fù)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(qiáng)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(biāo) 的常規(guī)的成形MLC31的等軸測(cè)圖。圖中示出了兩排相對(duì)的葉33、35,其中每個(gè)葉37可以連 續(xù)地越過(guò)放射場(chǎng)定位。兩排葉定位為將束30準(zhǔn)直為希望的形狀。每個(gè)葉37典型地可以行 進(jìn)超過(guò)準(zhǔn)直器的中點(diǎn)以在實(shí)現(xiàn)希望的準(zhǔn)直時(shí)提供靈活性。構(gòu)造圖示了完全打開(kāi)（41)、部分 打開(kāi)（43)和關(guān)閉（45)的葉狀態(tài)。
[0008] 在放射治療的示例中，每個(gè)機(jī)架角度具有與此特定的機(jī)架角度相關(guān)的一個(gè)束，所 述束30然后被MLC準(zhǔn)直為多個(gè)形狀。治療束30通過(guò)由葉37所形成的成形的孔隙47。作 為結(jié)果被準(zhǔn)直的束繼續(xù)行進(jìn)到患者38體內(nèi)的目標(biāo)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(dòng)到不同的位置，以對(duì) 于特定的時(shí)間段實(shí)現(xiàn)希望的形狀或孔隙，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于此特定的束的注量圖51。構(gòu)造的小束 的調(diào)制通過(guò)連續(xù)地且單調(diào)地將葉移動(dòng)到希望的位置來(lái)進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)希望的形狀或孔隙，使 得在所構(gòu)造的小束被暴露時(shí)控制此小束的強(qiáng)度。"單調(diào)的"在此申請(qǐng)中使用且涉及放射治療 時(shí)意味著依次序列的孔隙，其中序列通過(guò)從一個(gè)孔隙到隨后的孔隙的連續(xù)性所指示，或其 中單獨(dú)的葉在給定的一些列孔隙期間在一個(gè)方向上增加。換言之，孔隙的序列通過(guò)MLC的 機(jī)械限制指示，而不通過(guò)可實(shí)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(dú)的適 形的形狀不同，MLC執(zhí)行形狀的序列。在任何給定的機(jī)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(guò)或阻擋放射通過(guò)的程度。如在圖1中可見(jiàn)，所示的MLC31的形狀 不直接對(duì)應(yīng)于注量圖51的小束強(qiáng)度。如將認(rèn)識(shí)到，所描繪的注量圖示出了對(duì)于對(duì)此特定的 機(jī)架角度MLC已得到的多個(gè)形狀的強(qiáng)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(duì)慢地移動(dòng)。使用大量的形狀，或要求大量的葉運(yùn)動(dòng)的形狀可能導(dǎo)致更長(zhǎng)的患者治 療。類(lèi)似地，葉的速度可能限制常規(guī)的成形MLC執(zhí)行時(shí)間敏感的治療的能力，例如利用執(zhí)行 部件（例如，機(jī)架、患者床、X射線能量等）的同步的運(yùn)動(dòng)。
[0009] 常規(guī)的二元MLC61在圖2中示出。二元MLC61具有多個(gè)布置在兩排65、67中的 葉。每排葉用于形成治療切片，這通過(guò)將葉定位在相對(duì)于束的關(guān)閉的位置或打開(kāi)的位置來(lái) 實(shí)現(xiàn)。如在圖2中所示，葉可以協(xié)同地工作，以都打開(kāi)（A)、都關(guān)閉（B)或其中僅一個(gè)葉打開(kāi) /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(dòng)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)放射源，以 使用雙排二元準(zhǔn)直器將螺旋治療執(zhí)行到患者。替代地，患者被標(biāo)記以用于通過(guò)雙排二元準(zhǔn) 直器對(duì)于另一個(gè)隨后的兩個(gè)切片的治療，如通過(guò)NorthAmericanScientific系統(tǒng)所進(jìn)行。 雙排二元準(zhǔn)直器的葉以不同的速度移動(dòng)，使得葉序列或定位將不明顯地受到任何單獨(dú)的葉 的任何先前的或未來(lái)的位置（對(duì)于二元準(zhǔn)直器的打開(kāi)或關(guān)閉的位置）的影響。換言之，葉 速度足以使得MLC的機(jī)構(gòu)在任何時(shí)間對(duì)于執(zhí)行放射治療治療或片段不會(huì)不適當(dāng)?shù)赜绊懭~ 位置的確定。因此，且與常規(guī)的成形MLC相比，每個(gè)葉限定了小束，所述小束不要求通過(guò)計(jì) 劃軟件的構(gòu)造，即葉打開(kāi)的時(shí)間量直接控制此小束的強(qiáng)度。
[0011] 對(duì)于兩個(gè)常規(guī)的MLC(成形MLC和二元MLC)，每個(gè)小束具有注量且所有注量組合 而形成對(duì)于束的注量圖。注量圖對(duì)于每個(gè)機(jī)架角度或?qū)τ谒惺唤M合且被優(yōu)化為治療計(jì) 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(jìn)行體積強(qiáng)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(jī)架角度下的直接強(qiáng)度調(diào)制的構(gòu) 思。更復(fù)雜的治療計(jì)劃和執(zhí)行可包括機(jī)架運(yùn)動(dòng)、患者床運(yùn)動(dòng)、改變機(jī)架速度、改變MU等，以 對(duì)于每個(gè)片段在更少的時(shí)間內(nèi)提供更復(fù)雜的且理論上更好的劑量適形。治療計(jì)劃通過(guò)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(jī)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(jì)劃軟件可以造成和優(yōu)化通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行的執(zhí)行的計(jì)劃類(lèi)型。
[0012] 治療計(jì)劃系統(tǒng)和軟件（共同地稱為計(jì)劃系統(tǒng)）不關(guān)注于此應(yīng)用，但是如將認(rèn)識(shí)到， 所述治療計(jì)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(guò)治療計(jì)劃 控制，所述治療計(jì)劃典型地通過(guò)醫(yī)生或醫(yī)師（單獨(dú)地或共同地稱為"計(jì)劃者"）使用計(jì)劃系 統(tǒng)生成。計(jì)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(biāo)結(jié)果和任何附近的風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或器官（OAR)。計(jì)劃者然后確定 執(zhí)行到目標(biāo)結(jié)構(gòu)的放射量和將被允許到0AR的放射量。治療計(jì)劃軟件將使用逆向計(jì)劃和執(zhí) 行裝置的物理能力生成治療計(jì)劃。計(jì)劃者然后評(píng)估計(jì)劃以確定計(jì)劃是否滿足臨床目標(biāo)，且 如果是則將批準(zhǔn)用于執(zhí)行到患者的計(jì)劃。計(jì)劃的執(zhí)行在多個(gè)治療進(jìn)程或片段中發(fā)生。
[0013] 常規(guī)的MLC和來(lái)自所述常規(guī)的MLC的治療模式已穩(wěn)定地提供了前進(jìn)的且更復(fù)雜的 適形放射治療治療。然而，仍存在對(duì)于更先進(jìn)的治療束的成形和調(diào)制的需求，因此使得治療 計(jì)劃軟件可以擴(kuò)展且實(shí)現(xiàn)甚至更復(fù)雜的計(jì)劃的執(zhí)行。如提供以上的放射治療技術(shù)可見(jiàn)，用 于執(zhí)行放射治療的關(guān)鍵的部件是準(zhǔn)直器。當(dāng)存在多葉準(zhǔn)直器時(shí)，單獨(dú)的葉或葉組的速度和 控制不足以實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的同時(shí)成形和調(diào)制束圖案。需要的是改進(jìn)的多葉準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)，而足 以響應(yīng)以滿足更先進(jìn)的放射治療計(jì)劃的速度和位置控制要求，因此實(shí)現(xiàn)了新的治療模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

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