用于多叶准直器的叶片的制作方法

本公开涉及用于多叶准直器的叶片。

背景技术：

1、放射治疗装置涉及产生电离辐射束，通常是x射线或电子束或其它亚原子粒子束。该电离辐射束被引向患者的癌性区域，并且不利地影响肿瘤细胞，从而使病人的症状得到缓解。该束被定界，使得辐射剂量在患者的肿瘤细胞中最大化而在健康细胞中最小化，因为这提高了治疗效率并减少了患者遭受的副作用。

2、在放射治疗装置中，可以使用限束设备(例如“多叶准直器”(multi-leafcollimator，mlc)来定界束。该多叶准直器是一种由并排布置成阵列的大量细长的薄叶片构成的准直器。叶片通常由通常为钨的高原子序数材料制成，使得它们对于辐射大致是不透明的。

3、各个叶片可纵向移动，使得其前端或前缘可被伸出到辐射束中或从辐射束撤出。所有的叶片可以被撤出以允许辐射束通过，或者所有的叶片可以被伸出以便完全阻挡辐射束。替代性地，一些叶片可以被撤出，而一些叶片可以被伸出，以便在操作限制内限定任何期望的形状。因此，叶片前端阵列可以定位为限定准直器的可变边缘。多叶准直器通常由两排这样的阵列(即叶排)构成，各个叶排从准直器的相对侧突出到辐射束中。因此，由两个叶排提供的可变边缘将辐射束准直到选定的横截面形状，通常是待照射的靶肿瘤体积的横截面形状。即，两个叶排组合以提供用于使辐射束成形的可变形状的孔口。

4、多叶准直器的叶片提供衰减辐射以保护围绕靶组织的健康组织的重要功能。如上所述，叶片由钨或其它高原子序数材料制成。然而，这种材料昂贵、重且难以加工。

5、期望提供一种解决上述问题的多叶准直器。

技术实现思路

1、本发明的方面和特征在所附权利要求中阐述。

2、为了减少叶片中钨(其是重且昂贵的)的量，叶片的不需要衰减束的尾部由与叶片不同的材料制成或者更薄或更窄。有利地，所得到的叶片更轻和/或更便宜和/或更容易制造。如果尾部由不同的材料制成，则尾部可以更容易地机加工。

3、相对衰减因子

4、因此，提供了一种用于多叶准直器的叶片，包括：叶部(leaf portion)，其用于界定辐射束，该叶部具有第一衰减因子；以及尾部，其具有第二衰减因子，第一衰减因子大于第二衰减因子。

5、第一衰减因子和第二衰减因子表征当叶部和尾部分别以叶片的预期使用的取向完全放置在辐射束的路径中时的辐射衰减量。衰减因子可在由放射治疗设备发射的辐射的一个或多个波长(或能量)处测量，多叶准直器被配置为安装在该放射治疗设备中。linac(直线加速器类型)放射治疗设备中的能量范围可以是6mev到25mev，或者其中的子范围，例如6mev到10mev。衰减因子是在多叶准直器在放射治疗设备中就位时可在辐射束的传播方向上测量的衰减因子。因此，衰减因子是可从叶片的第一边缘到与叶片的第一边缘相对的叶片的第二边缘测量的衰减因子，第一边缘和第二边缘是当叶片在多叶准直器中就位时以及当多叶准直器在放射治疗设备中就位时垂直于束的传播方向的边缘。

6、第一衰减因子可通过用具有放射治疗设备所用类型的波长谱的均匀强度辐射束垂直于叶部的第一边缘照射叶部来测量。如果叶部被放置为使得其轮廓完全落在辐射束的横截面内，则可以通过测量由叶部引起的束的总功率衰减来确定衰减因子。模型或计算可以代替测量。技术人员知道如何基于叶部的材料和尺寸以及辐射束特性基于上述条件来计算衰减水平。如果使用相同的束(即尤其是相同的功率、相同的波长谱、相同的束半径)以相同的方式测量或计算尾部的衰减因子，则可以比较衰减因子以确定叶部和尾部的相对衰减因子。

7、在实施例中，由于叶部和尾部的以下相对属性中的一者或多者，第一衰减因子大于第二衰减因子。

8、i.叶部的厚度大于尾部的厚度。

9、ii.叶部材料的衰减因子大于尾部材料的衰减因子。

10、iii.叶部的宽度大于尾部的宽度。

11、iv.叶部的长度大于尾部的长度。

12、进一步区分叶部和尾部的特性的有用测量是每单位长度的衰减因子。叶部每单位长度的衰减因子可以通过将衰减因子除以叶部的长度(在本文所述的从叶部的前端到尾端的第一方向上的尺寸)来确定。尾部每单位长度的衰减因子可以通过将其衰减因子除以尾部的长度(在本文所述的从尾部的前端到尾端的第一方向上的尺寸)来确定。长度可以是叶部和尾部的平均(即均值)长度。

13、实施例提供了一种用于多叶准直器的叶片，包括：叶部，其用于界定辐射束，该叶部具有每单位长度的第一衰减因子；以及尾部，其具有每单位长度的第二衰减因子，每单位长度的第一衰减因子大于每单位长度的第二衰减因子。即，第一衰减因子除以叶部的平均长度大于第二衰减因子除以尾部的平均长度。

14、区分叶部和尾部的特性的另一有用测量是每单位宽度的衰减因子。叶部每单位宽度的衰减因子可以通过将衰减因子除以叶部的宽度(在本文所述的从叶部的第一边缘到第二边缘的第四方向上的尺寸，即平行于辐射束的传播方向的尺寸)来确定。尾部每单位宽度的衰减因子可以通过将其衰减因子除以尾部的宽度(在本文所述的从尾部的第一边缘到第二边缘的第四方向上的尺寸)来确定。上述宽度可以是叶部和尾部的平均(即均值)宽度。

15、实施例提供了一种用于多叶准直器的叶片，包括：叶部，其用于界定辐射束，该叶部具有每单位宽度的第一衰减因子；以及尾部，其具有每单位宽度的第二衰减因子，每单位宽度的第一衰减因子大于每单位宽度的第二衰减因子。即，第一衰减因子除以叶部的平均宽度大于第二衰减因子除以尾部的平均宽度。

16、区分叶部和尾部的特性的又一有用测量是叶片表面的每单位面积的衰减因子。该度量有用的原因是它提供了叶部和尾部的相对衰减特性的比较，该比较独立于尾部的相对平均长度和相对平均宽度。

17、叶部每单位面积的衰减因子可以通过将衰减因子除以叶部的表面(即一个表面)的面积来确定。叶片的表面的面积可以是叶部的平均(即均值)宽度(在本文所述的从叶部的第一边缘到第二边缘的第四方向上的尺寸)乘以叶部的平均(即均值)长度(在本文所述的从叶部的前端到尾端的第一方向上的尺寸)。然而，用于确定表面的面积的其他手段可能更准确，因此更合适。尾部每单位面积的衰减因子可以通过将其衰减因子除以尾部表面的面积来确定。

18、因此，提供了一种用于多叶准直器的叶片，包括：叶部，其用于界定辐射束，该叶部具有每单位面积的第一衰减因子；以及尾部，其具有每单位面积的第二衰减因子，每单位面积的第一衰减因子大于每单位面积的第二衰减因子。

19、相对线性衰减因子

20、在一些实施例中，叶部具有更大的每单位长度(或每单位宽度或每单位面积)的衰减因子，因为叶部材料具有比尾部材料更大的线性衰减因子。在一些实施例中，叶部材料具有比尾部材料更高的原子序数。例如，第一材料可以是钨，第二材料可以是钢。

21、线性衰减因子描述了每单位厚度的材料吸收或散射的辐射束的分数。线性衰减因子由等式1给出。

22、

23、其中，i是穿过距离x的辐射强度，i0是辐射的初始强度，μ是线性衰减因子。

24、在文献中可以找到一些常见材料在放射治疗波长下的线性衰减因子。然而，与密度无关的质量衰减因子更容易获得。所有元素z＝1至92以及放射学感兴趣的化合物和混合物的质量衰减因子的表格和图可在美国国家标准技术研究所网站(https://www.nist.gov/pml/x-ray-mass-attenuation-coefficients)上获得。nist网站上的表格涵盖了从1kev到20mev的光子(x射线、伽马射线、轫致辐射)的能量。

25、通过将质量衰减因子乘以材料的密度，可以容易地将质量衰减因子转换为线性衰减因子。即，线性衰减因子(μ)、质量衰减因子(m)和密度(ρ)通过等式2相关联：

26、μ＝mρ  (2)

27、因此，技术人员可以通过访问公开的线性衰减因子数据或访问公开的质量衰减因子数据并确定(通过测量或参考)材料密度来确定叶部材料是否具有比尾部材料更大的线性衰减因子。

28、技术人员也可以通过常规测试过程容易地确定叶部材料或尾部材料的线性衰减因子。材料的线性衰减因子是当辐射能量穿过材料时每单位深度材料将具有的强度的e折的数量。这可以通过由材料块对辐射束的强度衰减的简单测量来确定，辐射束具有与由叶片所旨在用于的放射治疗设备发射的束相同的特性。然后，可以使用等式1使用块的厚度x来计算线性衰减因子。

29、因此，访问已知的质量衰减因子和/或容易测量线性衰减因子的能力允许技术人员选择用于叶部和尾部的适当材料和/或评估叶部材料是否具有比尾部材料更大的衰减因子。

30、叶部的目的是通过严重衰减部分辐射束来界定辐射束。因此，材料选择限于高原子序数材料，例如钨。

31、尾部不用于界定辐射束。尾部的目的是推拉叶部和/或容纳驱动叶部沿其线性轨迹进入和离开辐射束的路径的其他部件。

32、发明人已经认识到，由于叶部和尾部在功能上的差异，因此对尾部的材料约束与对叶部的材料约束相比可以放松。尾部的线性衰减因子可以低于叶部的线性衰减因子，因为尾部不需要用作束衰减器。

33、尽管钨是叶部的优选材料，但是叶部的材料不是必须为钨。叶部材料可以是适于将来自放射治疗设备的辐射衰减到可接受程度(即足以减少或防止对靶组织周围的健康组织的辐射损伤的程度)的任何材料。第二材料也不限于上述示例中的材料。例如，第二材料可以包括铜、铝、镍、钛或包含这些材料中的一种或多种的合金或其它合适的材料。

34、相对厚度

35、叶部厚度由多叶准直器设计控制，该设计包括叶排之间的孔口尺寸和所需的空间孔口分辨率以及其它考虑因素。相邻叶片的叶部之间的间隔必须最小，以防止叶片之间的辐射泄漏，并且由于需要叶部均匀地衰减辐射束，所以叶部的厚度中的凹部是不期望的。然而，发明人已经认识到，不需要对尾部施加这种厚度约束，因为尾部不执行衰减束的功能。

36、因此，在一些实施例中，叶部具有更大的每单位长度(或每单位宽度或每单位面积)的衰减因子，因为它具有比尾部更大的厚度(在本文所述的第五方向上的表面之间的尺寸)。厚度可以是平均厚度或最小厚度。

37、有利地，如果尾部的厚度小于叶部的厚度，则叶片的重量减小。

38、进一步有利地，尾部的整体或部分中的相对较小的厚度允许在尾部附近有更多的空间用于容纳其它部件。例如，尾部的部分或整体的厚度减小可允许更大的空间用于容纳与其相关联的叶片驱动部件(例如叶片螺母或叶片螺母保持器)，使得其不会侵入或不会太侵入与尾部相邻的空间中。这继而与尾部和叶部的厚度彼此相同时相比减小了相邻叶片与它们的相关联叶片驱动部件之间的干涉，或者允许设计中的更大自由度以减轻干涉。

39、相对宽度

40、叶部宽度决定了辐射源与被治疗对象中的健康组织之间的材料的量。因此，叶部宽度由多叶准直器的衰减要求控制。叶部的宽度必须足以将辐射强度降低到可接受的水平。然而，发明人已经认识到，不需要对尾部施加这种宽度约束，因为尾部不执行衰减束的功能。

41、因此，在一些实施例中，叶部具有更大的每单位长度的衰减因子，因为它具有比尾部更大的宽度(在本文所述的第四方向上的第一边缘与第二边缘之间的尺寸)。宽度可以是平均宽度或最小宽度。

42、有利地，如果尾部的宽度小于叶部的宽度，则叶片的重量减小。

43、进一步有利地，尾部的整体或部分中的减小的宽度允许在尾部附近有更多的空间用于容纳其它部件。这继而与尾部和叶部的宽度彼此相同时相比减小了相邻叶片与它们的相关联叶片驱动部件之间的干涉，或者允许设计中的更大自由度以减轻干涉。

44、相对延展性

45、钨由于其极低的延展性而难以机加工。发明人已经认识到，叶部与尾部之间的功能差异意味着尾部中的材料约束可以放松，并且这允许使用除钨之外的另一种材料。

46、因此，在一些实施例中，尾部的材料比叶部的材料更具延展性。

47、有利地，尾部具有比叶部更大的机加工性。因此，如果使用更具延展性的材料，则尾部的总厚度在制造期间可以更容易地控制。因此，降低了制造成本和/或复杂性。另外，与在尾部由与叶部相同的材料制成时相比，降低的延展性允许更容易且以更低的成本将特征机加工到尾部中。

48、尾部中的凹进部分

49、在实施例中，尾部包括用于接收叶片致动器部件的至少一部分的凹进部。在一些实施例中，凹进部从尾部的表面凹进。在一些实施例中，尾部包括：凹进部，其具有以下特征中的一者或多者：用于接收叶片致动器螺杆的狭槽；用于接收叶片螺母的狭槽；用于接收叶片螺母保持器的座；用于接收对应于相邻叶片的叶片螺母或叶片螺母保持器的凹槽。

50、叶部和尾部的联结

51、叶部和尾部在形式上分别为板状，并且它们一起形成连续的板状结构。

52、在一些实施例中，尾部和叶部是整体式的。例如，整个叶片可以由单一材料(例如钨)制成，但是在尾部中具有减小的厚度或减小的宽度。

53、在其它实施例中，尾部是联接到叶部的单独的材料件。在这方面，叶部和尾部可以说是模块化的。

54、在一些实施例中，叶部与尾部可分离。有利地，这允许彼此独立地更换叶部或尾部。例如，如果尾部比叶部更具延展性，则尾部可能比叶部磨损得更快。更换磨损的尾部的成本小于更换整个叶片的成本。

55、叶部与尾部之间的联接可以通过粘接或通过固定装置，例如螺丝。在一些实施例中，联接是经由叶部和尾部的重叠部分之间的接头，例如经由叶部与尾部之间的搭接接头或榫槽接头。有利地，这在叶部与尾部之间提供了牢固且可靠的结合，其可以承受来自叶片在其进入和离开辐射束路径的线性运动中的致动的重复剪切应力。

56、实施例包括叶排，叶排包括本文限定的任何结构的叶片。

57、实施例还包括一种具有所述叶排的多叶准直器和/或具有所述多叶准直器的放射治疗设备。