專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)對x線適形調(diào)強(qiáng)的方法及其準(zhǔn)直裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)對X線適形調(diào)強(qiáng)的方法及其準(zhǔn)直裝置，尤其是用于醫(yī)療放射治療X線適形調(diào)強(qiáng)方法，本發(fā)明還涉及用于實(shí)現(xiàn)該方法的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)。
目前放射治療是腫瘤治療的主要手段之一，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，適形調(diào)強(qiáng)放療是現(xiàn)今放射治療中最科學(xué)最實(shí)用的方法，而要適形調(diào)強(qiáng)放療最好的方法是電子掃描，但目前最成熟的電磁偏轉(zhuǎn)掃描技術(shù)難以在此應(yīng)用，首先盡管高能電子線對人體組織有一定的穿透力，但直接穿射到人體深部組織效果并不好，其次電子線經(jīng)一段距離的傳播后其筆形線束投在射野面上的將是邊緣劑量低中間劑量高的呈高斯曲線分布的光斑，導(dǎo)致了射野面的劑量不均、邊界不清，因此不適用于適形放療，最好是用X線進(jìn)行放療，但是由于X線是由不帶電的粒子組成，難以用電磁偏轉(zhuǎn)方式對其進(jìn)行偏轉(zhuǎn)控制，現(xiàn)一般采用多葉光欄的方式實(shí)現(xiàn)對X線的適形放療，但是多葉光欄方式還是存在較多問題首先，數(shù)十對鉛條的推進(jìn)和拉出是由電機(jī)所控制，因此從一種形狀變到另一形狀的速度不會很快；其次多葉光欄不能拼湊出所有的圖形來，例如五角星，除非分兩次或更多次完成；第三，它能作調(diào)強(qiáng)治療，但實(shí)行起來比較麻煩；第四，由于多葉準(zhǔn)直器是由較薄的鎢條(5毫米或更薄)組成，在運(yùn)動過程容易造成卡條；第五，這種多拉片式準(zhǔn)直器所給出的射野邊緣是階梯形的，與腫瘤的實(shí)際形狀只是近似的符合；此外，它的穿射半影也較大。
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、掃描速度快、能對任何形狀的腫瘤進(jìn)行X線適形調(diào)強(qiáng)放療的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出如下方法用于產(chǎn)生X線的鎢靶是由許多按規(guī)律排列的小鎢靶元組成的鎢靶陣列，電子束對小鎢靶元轟擊產(chǎn)生X線，所產(chǎn)生X線經(jīng)準(zhǔn)直裝置擋去散射部分后在照射面上形成與小鎢靶元排列相對應(yīng)的形狀規(guī)整的小照野，當(dāng)電子束對小鎢靶元按一定規(guī)律進(jìn)行掃描轟擊時，即可產(chǎn)生按相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行掃描的X線，通過對電子束掃描規(guī)律和強(qiáng)度進(jìn)行控制，即可對X線進(jìn)行適形調(diào)強(qiáng)控制。
采用上述的方法后，通過控制電子束轟擊小鎢靶元的強(qiáng)度或在小鎢靶元上的停留時間，可控制X線的照射強(qiáng)度；而對小鎢靶元陣列中小鎢靶元有選擇地轟擊或不轟擊即能進(jìn)行適形控制，由此可達(dá)到對X線進(jìn)行適形調(diào)強(qiáng)的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還公開了一種準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)由設(shè)有按一定規(guī)律排列的準(zhǔn)直通孔和固定在通孔上的小鎢靶元的準(zhǔn)直器組成，準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)可以是由上述帶鎢靶元的準(zhǔn)直器與多層僅設(shè)有與上述準(zhǔn)直器相同規(guī)律列的次級準(zhǔn)直通孔的準(zhǔn)直器組成。
為了提高準(zhǔn)直效果，簡化控制系統(tǒng)和準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)的制作，準(zhǔn)機(jī)構(gòu)最好設(shè)有可相對移動的主準(zhǔn)直器和次準(zhǔn)直器，主準(zhǔn)直器和次準(zhǔn)直器上分別設(shè)有按矩陣排列的數(shù)量相等、位置對應(yīng)的通孔，通孔軸向方向與射線方向相平行，次準(zhǔn)直器上的通孔截面小于主準(zhǔn)直器上的通孔的截面，主準(zhǔn)直器和次準(zhǔn)直器為不透射材料制成主準(zhǔn)直器通孔入口處固定設(shè)有與入口面積相同的小鎢靶元，主準(zhǔn)直器置于放射源與次準(zhǔn)直器之間。
由于采用了上述的方法和準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，電子束首先對設(shè)置在主準(zhǔn)直器上的小鎢靶元進(jìn)行轟擊產(chǎn)生X線，該X線的強(qiáng)度與電子束能量成正比，并經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后在照射面上照射出相應(yīng)的X線小照野；當(dāng)電子束對小鎢靶元進(jìn)行掃描時，在照射面上即可得到相應(yīng)的X線掃描軌跡，因此根據(jù)腫瘤的外形通過對電磁偏轉(zhuǎn)電壓的控制，控制電子束的掃描軌跡及強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到控制X線的掃描軌跡和強(qiáng)度滿足適形調(diào)強(qiáng)的目的。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，并給出準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。


圖1為本發(fā)明準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為主準(zhǔn)直器和次準(zhǔn)直器通孔之間的位置關(guān)系示意圖；圖3為坐標(biāo)為(0,1)的野面示意圖；圖3-1-圖3-16為主準(zhǔn)直器和次準(zhǔn)直器平移在X線照射面的投射的示意圖4為準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖。
在本實(shí)施例中，主準(zhǔn)直器1采用厚度為12CM，邊長為45CM正方形的鉛板制成，在鉛板上按矩陣均勻分布有400個截面為10mm×10mm的方形通孔3，孔與孔之間中心的距離為20mm，在其入口端固定設(shè)有小鎢靶元5，面積與入口相同，次準(zhǔn)直器2由一塊與主準(zhǔn)直器1相同面積，厚度為8CM的鉛板制成，上面同樣按矩陣分布有400個截面為5mm×5mm的方形通孔4，通孔3與通孔4之間的位置關(guān)系如圖2所示，當(dāng)從直線加速器中發(fā)射出的電子束對主準(zhǔn)直器1上的小鎢靶元5進(jìn)行掃描時，小鎢靶元5上就會產(chǎn)生X線并從通孔3下方透出與方孔面積相同的X線小方野(即10mm×10mm)，這些X線小方野到達(dá)次準(zhǔn)直器2上經(jīng)通孔4進(jìn)一步準(zhǔn)直，從通孔4下方透出的將是5mm×5mm的X線微野，到達(dá)照射野面時即成為400個這樣的微野，為了進(jìn)一步闡明準(zhǔn)直器的工作過程，我們先用直角坐標(biāo)系將準(zhǔn)直器上的方孔進(jìn)行定位，則四個角上的方孔坐標(biāo)分別為(-10,10)、(9,10)、(9,-9)、(-10,-9)參見圖2，下面我們以坐標(biāo)為(0,1)點(diǎn)的野面及其周邊所歸區(qū)域?yàn)槔詧D3來對本準(zhǔn)直器的掃描工作過程作詳細(xì)說明。
圖3部份掃描分16次完成，分別由圖3-1-圖3-16來表示。為了描述準(zhǔn)直器的工作過程，我們特地把主次準(zhǔn)直器中坐標(biāo)(0,1)以及所歸區(qū)域的一小塊提取出來用圖3來表示。圖3有16個分3-1-圖3-16，這16個分圖又被分為Ⅰ-Ⅳ區(qū)，Ⅰ區(qū)表示主準(zhǔn)直器的方孔處在原始位置(所在區(qū)域的左上角)，Ⅱ區(qū)表示主準(zhǔn)直器在Ⅰ區(qū)的基礎(chǔ)上向右平移10mm,Ⅲ區(qū)是指主準(zhǔn)直器在Ⅱ區(qū)的基礎(chǔ)上朝Y軸箭頭的反方向平移(即前移)10mm。同理Ⅳ區(qū)則是在Ⅲ區(qū)的基礎(chǔ)上左移10mm。實(shí)際上經(jīng)過Ⅰ-Ⅳ區(qū)這樣四個步驟后單憑主準(zhǔn)直器的小方孔所射出的X-線方野就已經(jīng)填照滿了整個同中心野面，似乎不需要加次準(zhǔn)直器。但這樣準(zhǔn)直是有問題的，首先主準(zhǔn)直器的孔孔距離只有10mm，因此某一方孔內(nèi)的X-射線就有可能穿過鉛壁從鄰近的孔上射出而造成極大的穿射半影，第二由1平方厘米的微野作為構(gòu)成野面的基本單位似乎大了一些。
次準(zhǔn)直器的加入有效地解決了這些問題，次準(zhǔn)直器是以5mm為單位進(jìn)行右、前、左、后四個方向平移的，次準(zhǔn)直器每平移一次加速器的電子束就對主準(zhǔn)直器的400個方孔逐孔掃描一遍，四輪過后，主次準(zhǔn)直器一同向右平移10mm(Ⅱ區(qū)所示)，次準(zhǔn)直器又重復(fù)右、前、左、后四個方向的平移，當(dāng)然平移的寬度為5mm，而且每平移一次電子束也逐孔掃描一遍。不難得出要使X-線填滿整個射野面主準(zhǔn)直器要進(jìn)行右、前、左、后的四次平移(平移的尺寸為10mm)，次準(zhǔn)直器要平移16次，電子束也要作16次的掃描。
總而言之40cm×40cm的同中心野面是由6400個5mm×5mm的小方野(野元)組成，每個野元的X-線劑量多少或有無都是由掃描電子線來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)加速器獲得了腫瘤的形狀和強(qiáng)度信息后就可確定某一野元是否要給出電子束以及給出多少。
如圖4所示，準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)由計算機(jī)PC劑量控制機(jī)構(gòu)6、加速管2、掃描電壓發(fā)生電路7、位置移動驅(qū)動電路8及步進(jìn)電機(jī)A1、A2、B1和B2構(gòu)成，計算機(jī)PC在獲得腫瘤信息，經(jīng)計算分析后一方面通過定制劑量控制機(jī)構(gòu)1及加速管2發(fā)射出相應(yīng)強(qiáng)度的電子束轟擊鎢靶5，另一方面通過控制掃描電壓發(fā)生電路7控制電子束掃描軌跡，并且通過控制位置移動電路8控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)A1和A2分別控制主準(zhǔn)直器的X向和Y向移位，步進(jìn)電機(jī)B1和B2分別控制次準(zhǔn)直器X向和Y向位移。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)對X線適形調(diào)強(qiáng)的方法，包括電子束發(fā)射源，用于產(chǎn)生X線的鎢靶和準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征是鎢靶是由許多按規(guī)律排列的小鎢靶元(5)組成的鎢靶陣列，電子束對小鎢靶元(5)轟擊產(chǎn)生X線，所產(chǎn)生X線經(jīng)準(zhǔn)直裝置擋去散射部分后在照射面上形成與小鎢靶元(5)排列相對應(yīng)的形狀規(guī)整的小照野，當(dāng)電子束對小鎢靶元(5)按一定規(guī)律進(jìn)行掃描轟擊時，即可產(chǎn)生按相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行掃描的X線，可控制X線的照射強(qiáng)度；而對小鎢靶元陣列中小鎢靶元有選擇地轟擊或不轟擊即能進(jìn)行適形控制，由此可達(dá)到對X線進(jìn)行適形調(diào)強(qiáng)的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)對X線適形調(diào)強(qiáng)的方法，其特征在于所述的小鎢靶元(5)組成的陣列固定設(shè)置在可作二維移動的準(zhǔn)直器上。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的X線適形調(diào)強(qiáng)的方法的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征在于所述準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)由設(shè)有按一定規(guī)律排列的準(zhǔn)直通孔和固定在通孔上的小鎢靶元(5)的準(zhǔn)直器和控制系統(tǒng)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征在于所述準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)設(shè)有可相對移動的主準(zhǔn)直器(1)和次準(zhǔn)直器(2)，主準(zhǔn)直器(1)和次準(zhǔn)直器(2)上分別設(shè)有按矩陣排列的數(shù)量相等、位置對應(yīng)的準(zhǔn)直通孔(3、4)，通孔(3,4)軸向方向與射線方向相平行，次準(zhǔn)直器(2)上的通孔(4)截面小于主準(zhǔn)直器(1)上的通孔(3)的截面，主準(zhǔn)直器(1)和次準(zhǔn)直器(2)為不透射材料制成，在通孔(3)入口處固定設(shè)有與入口面積相同的小鎢靶元(5)，主準(zhǔn)直器(1)置于放射源與次準(zhǔn)直器(2)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征在于通孔(3)和通孔(4)的截面為正方形，孔距等于2倍邊長。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征在于通孔(3)的截面積為通孔(4)的截面積的4倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，其特征在于通孔(3)的截面為10mm×10mm，通孔(4)的截面積為5mm×5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的準(zhǔn)直器，其特征在于通孔(3)的截面積為10mm×10mm，通孔(4)的截面積為5mm×5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)，其特征在于所述準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)由計算機(jī)(PC)、劑量控制機(jī)構(gòu)(6)、掃描電壓發(fā)生電路(7)、位置移動驅(qū)動電路(8)及步進(jìn)電機(jī)(A1、A2、B1、B2)，位移驅(qū)動電路(8)輸出控制步進(jìn)電機(jī)(A1、A2、B1、B2)，步進(jìn)電機(jī)(A1、A2)分別控制主準(zhǔn)直器(1)X向和Y向的位置，步進(jìn)電機(jī)(B1、B2)分別控制次準(zhǔn)直器(2)X向和Y向的位置。計算機(jī)(PC)輸出分別控制劑量控制機(jī)構(gòu)(6)、掃描電壓發(fā)生電路(7)、位置移動驅(qū)動電路(8)。
全文摘要
本實(shí)用新型涉及一實(shí)現(xiàn)對X線適形調(diào)強(qiáng)的方法及其準(zhǔn)直裝置,尤其是用于醫(yī)療放射治療X線適形調(diào)強(qiáng)方法,包括電子束發(fā)射源、用于產(chǎn)生X線的鎢靶和準(zhǔn)直機(jī)構(gòu),其特征是鎢靶是由按規(guī)律排列小鎢靶元組成,通過控制電子束的強(qiáng)度及掃描軌跡并經(jīng)準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)準(zhǔn)直和配合達(dá)到對X線適形調(diào)強(qiáng)的目的,本發(fā)明還同時公開了一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。
文檔編號A61N5/10GK1310029SQ0110552
公開日2001年8月29日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者王增開 申請人:王增開