CN1178711A - 独立准直器在适形放疗中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开展适形放疗的新方法,利用独立准直器各叶片可以独立运动的特点,通过治疗计划***采用断层或分区方式设计准直器叶片运动轨迹、准直器旋转角度、照射时间等治疗参数,并通过计算机控制形成适合靶区形状的窄条野组及调整射线强度分布,具有构造简单成本低,窄条野宽度可任意调节,减轻工作人员劳动强度,克服窄条野相邻区超剂量或欠剂量照射,避免多叶准直器相邻叶片间漏射线照射患者正常组织等优点。

Description

独立准直器在适形放疗中的应用

本发明涉及一种肿瘤适形放疗的新方法。

适形放疗(Conformal Radiotherapy、简称CR)是指射线照射形成的剂量分布适合靶区形状，从而可以减少周围正常组织所受到的损伤、增加肿瘤受照剂量、达到提高治疗增益比的目的。CR的概念始于60年代，但限于当时的技术条件，照射得到的剂量分布经常不能适合靶区形状。自80年代初期，CR技术开始在发达国家临床应用，由于经济实力所限，我国至今尚无医院开展此项技术。从理论上讲，实施CR的任何一种方法必须能够调整射野形状使其适合靶区在射野方向的投影形状，并能调节射野内的射线强度分布。目前临床实施的CR方法归纳起来有四类：其一是射束修整器(Beam Modifier)，它包括挡块、楔形板和补偿器。挡块可以遮挡部分区域的射线，构成与靶区投影形状重合的不规则射野。楔形板只能使射线强度分布成斜坡状，因而其调强能力有限。补偿器通过改变射线透过率，可得到任意形状的强度分布。该方法的严重缺陷是制做费时、摆位困难。因为每个射野形状相异，所需强度分布亦不尽相同，需为每个射野特制挡块和补偿器，并且每次摆位时，操作人员必须搬动这些笨重的物件。其二是断层治疗(Tomotherapy)，其典型代表是Peacock公司的NOMOS***，其中包括名为Mimic的附加准直器。Mimic由40对开关位叶片构成。计算机控制叶片的开关状态，可以形成宽度为2或4cm，长度方向为任意形状的窄条野。如果靶区沿垂直床纵向运动方向划分为2或4cm宽的薄层，则Mimic首先对准第一个薄层，设置叶片的开关状态，使窄条野形状与薄层靶区投影形状一致。如果在射线照射过程中改变叶片的开关状态，就可调整此叶片对应的射野区域的照射时间，即调整它的强度。完成一个薄层照射后，工作人员进机房移床2或4cm，Mimic对准下一个薄层照射。这样，Mimic依次完成每个靶区薄层的适形治疗。该方法的优点是将工作人员从制做、搬动挡块和补偿器的体力劳动中解放出来。其缺点是治疗时间长达30分钟，并且由于床步进运动的误差，可能造成薄层相邻区受到超剂量或欠剂量照射。其三是多叶准直器(MultileafCollimator，简称MLC)，它由多对叶片(20-40对)构成，叶片在等中心平面投影宽度不小于1cm。每个叶片由单独的电机驱动，因此如果用计算机控制每个叶片的位置，即可形成适合靶区形状的不规则台阶状照射野。如果采用分片技术(Segmentaltechnique)或动态技术(Dynamic technique)在照射过程中调整叶片位置，射野内任意点照射强度与其未被叶片遮挡的时间成正比，达到调强的目的。MLC具有NOMOS***的优点，并可缩短治疗时间至数分钟，故成为实施适形放疗的主要方法。其缺点是MLC加工精度高，计算机控制复杂，我国尚无此项技术问世；价格昂贵(约30万美元)，国内大多数医院购买有困难；叶片间有漏射线，形成的射野半影大。其四是窄束扫描(Scanning Beam)，典型代表是Scanditronix MM50回旋加速器。它不同于常规加速器，其加速电子被引出打靶产生窄束X线，窄束方向由磁场控制电子束出射方向来确定。窄束扫描靶区，区域内任意点射线强度与扫描束驻留时间成正比。MM50不仅可以做X线调强，且可调整射线能量以及做电子线调强。其优点显而易见，但由于价格极其昂贵(约800万美元)，至今全世界仅有不足十家放疗中心应用。

当今医用直线加速器准直器***的标准配置是独立准直器(Independant Collimator，简称IC)，它由两对叶片构成，四个电机分别单独驱动每个叶片，可形成中心偏移准直器轴线的矩形野。两对叶片至少有一对叶片可从已侧最大开口位置，越过准直器轴线达到对侧约10cm，另一对叶片可从最大开口位置到准直器轴线或者亦可达到对侧(图1)。IC已用于偏轴野及动态楔形野放疗，但未见用于适形放疗的报道。

本发明之目的是利用IC各叶片独立运动特点，通过治疗计划***采用断层或分区方式设计准直器叶片运动轨迹、准直器旋转角度、照射时间等治疗参数，并通过计算机控制形成适合靶区形状的窄条野组及调整射线强度分布来实施适形放疗。

本发明的内容与要点包含：

1.断层方式

该方式的基本原理是：IC至少在坐标系Y轴方向的叶片可以越过其轴线。沿平行X轴方向，将靶区投影形状分割成窄条(图2)。每个窄条可以用IC形成的窄条野照射，第i个(i＝1，2，3，…，8)窄条野各叶片位置分别为X_I＝X_I，i，X_II＝X_II，i，Y_I＝YP_i，Y_II＝YP_i-1。所有窄条野照射的累积效果相当于MLC形成的不规则阶梯状射野。窄条野宽度可依靶区边缘形状变化急缓程度进行调整，在变化急剧区域取窄，在变化缓慢区域取宽。类似如靶区的分割，将射野所需的强度分布分割成每个窄条野强度分布。一方面，如果IC的X轴方向叶片可运动越过轴线(如GE、Simens公司加速器)，则可采用类似MLC的分片技术或动态技术，在照射过程中控制叶片运动轨迹，调整窄条野任意点未被叶片遮挡的时间。由于射线强度与照射时间成正比，因而可以实现所需的窄条野强度分布。所有窄条野强度分布的叠加得到所需的强度分布。另一方面，如果IC的X轴方向叶片不能越过轴线(如Varian公司加速器)，则可采用两种解决方案：一是取消IC的限位装置，使叶片可运动至对侧；二是在IC下方安装一个附加准直器，用它代替IC的X轴方向叶片，配合IC的Y轴方向叶片做适形和调强。

2.分区方式

射野强度分布可用函数Φ(X，Y)表示(图3)，其中X，Y是IC坐标系中两个方向的坐标。射野适合靶区形状可理解为调强的一种特例，它使靶区***线强度为某定值，靶区外射线强度为零，因此如果能实现强度分布Φ(X，Y)，即可达到适形和调强的双重目的。Φ(X，Y)可分解为X，Y平面内等强度曲线包括的一组等强度区。每个强度区均可划分为一组窄条(如围绕5强度区的窄条)。划分窄条的方向选择，应能使窄条的数目减至最少(如100强度区的箭头方向)。IC依次形成适合不同强度区形状的每组窄条野，准直器旋转角度根据窄条划分方向确定，照射强度在最低强度区为其对应值(如5强度区照射5)，在其它强度区照射相邻强度区的差值(如100强度区照射10)。某些很小的强度区可用一个小野照射，无需划分为窄条。

本发明的优点与积极效果是：与现有四种方法比较，显示出不同的优越性，如大大减轻工作人员的劳动强度，克服了窄条野相邻区超剂量或欠剂量照射的问题，方法简单，降低了***的复杂度，避免了相邻叶片间漏射线照射患者正常组织，窄条野宽度可任意调节，大大降低了***格等，故不失为符合我国国情的一种适形放疗的新方法。

附图说明：

图1----独立准直器结构示意图

    其中：1----射线源

      2----Y轴方向准直器叶片Y_I

      3----Y轴方向准直器叶片Y_II

      4----X轴方向准直器叶片X_I

      5----X轴方向准直器叶片X_II

      6----准直器形成的射野图2----靶区分割为窄条及窄条野位置示意图

其中：1至8为窄条野编号

      9----靶区；

      X_I，1至X_I，8为X方向X_I叶片在形成窄条野时的

      坐标位置；

      X_II，1至X_II，8为X方向X_II叶片在形成窄条野时的

      坐标位置；

      YP₀至YP₈为Y方向两个叶片Y_I，Y_II在形成窄条

      野时的坐标位置；图3----射线等强度区域分布及窄条野位置示意图

其中：5，10，…，50，…，90，100表示各射线强度曲线

      的相对强度值；

      1′----强度值为5的等强度曲线；

      2′----强度值为10的等强度曲线；

      3′----强度值为50的等强度曲线；

      4′----强度值为90的等强度曲线；

      5′----强度值为100的等强度曲线；

      X_I，1至X_I，13是照射强度为5的区域时，各窄条

      野叶片X_I的位置；

      X_II，1至X_II，13是照射强度为5的区域时，各窄条

      野叶片X_II的位置

Claims (4)

1.独立准直器在适形放疗中的应用，其特征在于仅使用独立准直器或附加准直器配合独立准直器，通过治疗计划***采用断层方式或分区方式设计准直器叶片运动轨迹、准直器旋转角度、照射时间等治疗参数，并通过计算机控制实施治疗。

2.按照权利要求书1所述的独立准直器在适形放疗中的应用，其特征在于断层方式是将靶区和射野强度分布分割为一组窄条，用独立准直器形成适合窄条形状的射野并调整窄条野的强度分布。

3.按照权利要求书1所述的独立准直器在适形放疗中的应用，其特征在于分区方式是将射野强度分布分解为一组等强度区，分别用一组窄条野来适合每个等强度区形状，给予一定剂量照射。

4.按照权利要求书1所述的独立准直器在适形放疗中的应用，其特征在于窄条野划分时可任意调整其宽度。

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