分层栅格准直器系统和准直方法

本发明涉及放射治疗，具体涉及一种用于空间分割放疗分层栅格准直器和准直方法。

背景技术：

1、放射治疗的传统方法是试图在整个肿瘤内部沉积相对均匀的剂量以杀灭肿瘤。而在1909年由kohler引入的空间分割放疗技术(spatially fractionated radiationtherapy，sfrt)通过栅格准直器或其他技术在肿瘤内按照一定间隔形成非连续的高剂量分布，同时保持肿瘤周围的正常组织接受较低的剂量照射，以避免相关毒性。大量临床研究表明，对于常规放疗疗效不佳的肿瘤(如大体积的肿瘤、放射抵抗的肿瘤和复发的肿瘤)，sfrt对肿瘤的控制和对正常组织的毒性均优于预期。

2、sfrt的关键是使用尺寸较小的子束在肿瘤内部按照一定间隔形成非连续的高剂量分布。按照子束(beamlet)的大小，sfrt可分为栅格(grid)治疗、晶格(lattice)治疗、小束(mini beam)治疗和微束(micro beam)治疗。目前栅格和晶格治疗已在临床应用，小束和微束治疗还在研究阶段。四种技术的主要区别在于子束大小和子束间隔距离(子束间隔距离一般是子束大小的数倍)。栅格和晶格治疗的子束大小是厘米级，小束治疗的子束缩小至毫米至数百微米，而微束治疗的子束进一步缩小至数十微米。

3、目前常用的实现子束照射方式是使用多叶准直器(multi-leaf collimator，mlc)或栅格准直器将大尺寸的束流准直为尺寸较小的子束或子束矩阵。

4、基于mlc的sfrt有几个优点：①现有直线加速器治疗头基本上都预装了mlc，基于mlc的sfrt便于在各放疗中心广泛使用；②mlc已在治疗计划系统中精确建模，可以很容易地实现精确的剂量计算；③可任意改变小野的大小和野与野之间的距离；④配合直线加速器的多角度照射，可以实现三维sfrt。然而，基于mlc的sfrt的主要问题是：①与栅格准直器相比，mlc叶片尺寸更大，难以形成与栅格准直器相似尺寸的孔径，②mlc叶片间漏射对屏蔽区域的影响；③加速器铅门和mlc的运动的机械限制增加治疗难度和治疗时间；④与栅格准直器相比，基于mlc的sfrt的峰谷比(即肿瘤内部高剂量(峰剂量)与低剂量(谷剂量)之比)较低。

5、基于栅格准直器的sfrt由于其能实现更大的峰谷比，仍然是目前sfrt的主要实现方式。然而，传统的栅格准直器存在以下主要问题：①需要经过额外精加工，对于小束(minibeam)和微束(micro beam)，目前的加工工艺难以实现毫米甚至微米级的孔径要求；②无法任意改变栅格的孔径、间隔和峰谷比，因而临床使用时需根据需要逐个定制，时间和经济成本较高，不便于临床使用；③栅格准直器需要与放射治疗设备机头进行精确装配才能保证栅格准直器位置的准确性。每一个新定制的栅格准直器的装配需花费大量时间。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述缺陷中的至少之一，本发明提供了一种空间分割放疗分层结构的栅格准直器及准直方法，能降低栅格准直器的加工难度，有效实现剂量的按需调节，使用方式灵活。

2、根据本发明一个方面，提供了一种分层栅格准直器系统，所述准直器系统包括：中空的连接基础层，其与放射治疗设备固定连接；栅格准直体框架，其与所述连接基础层连接，用于安装栅格准直器；栅格准直器，其由多个分层栅格准直体组成，各分层栅格准直体安装在所述栅格准直体框架上；以及分层栅格准直体驱动机构，配置为驱动所述分层栅格准直体进行运动。

3、在一些实施例中，所述连接基础层在中空范围外设有滑动机构，所述栅格准直体框架通过所述滑动机构连接到所述连接基础层。

4、在一些实施例中，准直器系统还可包括：栅格准直体框架驱动机构，配置为驱动所述栅格准直体框架沿预定方向进行平移。

5、在一些实施例中，所述栅格准直体框架侧面在各分层栅格准直体安装高度处设有用于各分层栅格准直体的侧向滑动轨道和滑块。

6、在一些实施例中，所述各分层栅格准直体上按照预定间距设置有预定孔径的栅格孔。

7、在一些实施例中，所述预定间距可为毫米级至厘米级的范围；所述预定孔径为亚毫米级至厘米级的范围。

8、在一些实施例中，所述栅格孔的形状可为正多边形、长方形、圆形或椭圆形等各种形状。

9、在一些实施例中，所述分层栅格准直体驱动机构包括对应于所述各层栅格准直体的多个子驱动机构，所述各层栅格准直体在各自的子驱动机构的驱动下在垂直于放射治疗设备束流的平面内独立运动。

10、在一些实施例中，所述分层栅格准直体驱动机构包括驱动电机和传动机构，所述传动机构配置为将驱动电机的转动转换为各分层栅格准直体的平移或旋转运动。

11、根据本发明的另一个方面，提供了一种分层栅格准直器系统的准直方法，所述准直方法包括：将各分层栅格准直体设置在初始位置，使得各分层栅格准直体相应的栅格孔彼此对齐；以及利用分层栅格准直体驱动机构驱动栅格准直体进行运动，以实现预期的强度和/或剂量分布。

12、在一些实施例中，利用分层栅格准直体驱动机构驱动栅格准直体进行运动可包括以下至少之一：利用分层栅格准直体驱动机构驱动各分层栅格准直体进行相对运动，来调节未受各分层栅格准直体衰减的有效栅格的孔径；利用分层栅格准直体驱动机构驱动栅格准直器中的部分分层栅格准直体进行移动，使得该部分分层栅格准直体移出射野范围，调节峰谷比；或者，利用分层栅格准直体驱动机构驱动各分层栅格准直体相对运动，来调制射野内的强度和/或剂量分布。

13、在一些实施例中，所述准直方法还可包括：利用栅格准直体框架驱动机构驱动分层栅格准直体框架进行移动，来带动栅格准直器进行整体平移，从而调节栅格孔间距。

14、在具体实施过程中，本发明实施例的分层栅格准直系统一旦装配到放射治疗设备治疗头上后，可由高精度电机驱动准直器中不同分层栅格准直体进行运动(例如平移或旋转)。通过准直器中不同分层栅格准直体间的相对运动，可在保持栅格间隔不变的前提下，形成孔径从最大孔径到极小孔径连续可调的栅格，避免了定制和装配不同孔径栅格准直器所需的时间和经济成本。其次，本发明实施例的分层栅格准直器可通过整体移动和分批照射的方式，实现栅格间距的连续可调，从而调节束流经过准直器的剂量及分布。第三，栅格准直器的屏蔽厚度是影响峰谷比的重要因素。本发明实施例的分层栅格准直器可通过将各分层栅格准直体移出或移入照射野范围的方式调节整个准直器系统的等效屏蔽厚度，从而调节整个准直器系统所形成的峰谷比。第四，本发明实施例的分层栅格准直器可通过不同分层栅格准直体间的相对运动，对栅格孔径内的剂量分布进行静态或动态调制，便于形成更加符合临床需求的剂量分布。

15、可见，相对于传统的物理栅格准直器，本发明实施例提供的分层栅格准直器系统无需增加复杂的软硬件设备，即可在实现传统栅格准直器功能的基础上，实现栅格孔径、间隔、峰谷比和栅格孔内剂量分布的按需调节，使用更为灵活。同时，由于无需加工小孔径栅格，降低了栅格准直器的加工难度。

16、以上为了概述本技术的目的而描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定要实现所有这些优点。因此，可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实现或实施本发明，而不必实现本文所教导或教示的其他优点。