[发明专利]具有旋转机电电机的多叶准直器和操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及多叶准直器(MLC)/多板准直器，该准直器是用于放射治疗的大型设备中的功能限定的元件。

背景技术

由X射线源(例如线性加速器)产生的高能量辐射，如伽马射线、X射线或光子辐射，被可调膜片系统(该系统一般由钨板组成)屏蔽，形成射束截面，即所谓的“射束成形”，使得目标区域，例如肿瘤，被暴露至最大量的辐射，而周围的健康组织被暴露至最小量的辐射。为获得到目标区域的射束截面的最佳可能调整，多叶准直器由多个，例如几百个，可调的薄单独板组成。放射治疗设备中的辐射路径由产生并发射高能量辐射的高能量辐射源组成，例如线性加速器。第一个简单的用电可调XY膜片系统限制了辐射路径，使得辐射路径中的邻近多叶准直器完全受到辐照。多叶准直器随后建立射束截面，使得精确预定区域被辐射。

放射治疗中的最优问题在于最小化健康组织遭受的辐射剂量，至少维持该辐射剂量在有害阈值以下，同时将癌组织暴露给显著有害的辐射剂量。放射治疗的方法从而非常不同，并历经不断发展。这里值得提及的示例是：

-适形放射治疗(CRT)，

-调强放射治疗(IMRT)，

-图像引导放射治疗(IGRT)

门控治疗，

-高精度放射治疗和放射外科(SRT/SRS)，

-未来先进的适应性治疗，例如剂量引导放射治疗(DGRT)，当它们变得可用时。

本文的目标是增加选择性，扩展应用带宽，如辐射移动目标区域，如增加操作可靠性，如增加/延长保养间隔并缩短疗程，例如通过“滑动窗口”。特别是，后面的方法不仅降低了健康组织的辐射暴露，而且还影响了大型设备的工作流程和效率。由此导致多叶准直器的以下要求轮廓：

-钨板的高定位精度(以前类型0.1mm)，

-钨板的高移动速度(以前类型18mm/s)，

-钨板的高加速度(以前类型38mm/s²)，

-高操作可靠性/维护间隔(寿命周期成本)。

带前侧行星齿轮的DC电机当前被用作多叶驱动器，该驱动器具有例如1：275的减速比和在最大0.44rps处的0.84Nm扭矩，所述DC电机被布置在40型电机的组中，并驱动斜齿螺旋小齿轮之上的钨膜。每个膜存在两个线性电位器，以便控制并监测位置。在等量点中定位精度达0.5mm，其对应于0.25mm板的控制精度。

现有技术包括使用所谓的“步进扫描”策略从不同空间方向辐射癌组织。该系统因此因为每个新的调整而暂停。以这种方法，空间方向被移位，多叶准直器被设定以产生最佳射束截面，并根据事先确定的辐射剂量辐射，下一个位置被移位且多叶准直器被再次设定等等。由于个体辐照的增加的设定时间，导致了极长的疗程。

目的是使用旋转架/框和具有“滑动窗口”的动态可变多叶准直器连续辐射。对于下一代设备，瞄准大于20mm/s的更高调整速度，同时改善板的定位精度大于0.10mm。使用当前驱动技术，这些要求不受限制，或仅被限制到最低程度，并且能够成本很高地显示。

使用电机移位金属板所涉及的问题在于转子的高惯性力矩、高转子速度和因此高旋转能量，从而导致低动态特征。因为这个原因，金属板的制动或移动方向反转与相对大的延迟时间相关联。为了将高转子速度从10000rpm类型降低至60rpm的典型输出速度，电机还需要多级齿轮。由于不可避免的齿轮箱间隙，事实上还当附加传感器被用于定位探测目的时，输出的定位精度受到限制。

发明内容

因此，本发明的目标是要描述一种多叶准直器，该准直器具有如本领域所知的实质增加的定位精度。

这个目标借助独立权利要求的各个特征的组合实现。有利的实施方式由从属权利要求显现。

根据图2的形状配合操作的机电旋转电机M具有较低的惯性力矩和较少的存储旋转能量。

图2所示的机电电机体现为压电电机M是有利的，因此可能实现移动中非常快的改变，例如停止、加速、反转移动方向。

作为齿轮不存在和形状配合的动力传输的结果，借助于驱动环与电机轴6之间的微齿，这种电机获得非常高的定位精度，而为此无需线性传感器。

通过根据图2的电机，在每个实例中，正弦和余弦电压被施加给至少两个压电致动器7、8，该两个致动器布置成彼此成直角并根据纵向效应操作，以产生波旋转。电机轴6的精确位置是正弦和余弦驱动电压的绝对相位的函数。从而该位置通过非常小的电子支出可被极为精确地控制，并在在任何时间既可静态地也可动态地被精确地移位。

附图说明

下面参考示意附图说明示例性的实施方式，其中：