[发明专利]一种用于肿瘤调强放疗的多粒光栅及其设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于肿瘤调强放疗的光栅，尤其涉及一种笔形束中填充多个单元块的光栅。涉及专利分类号A61医学或兽医学；卫生学A61B诊断；外科；鉴定A61B18/00向人体或从人体传递非机械形式的能量的外科器械、装置或方法。

背景技术

调强放疗的实现目前多采用自动多叶光栅进行静态子野调强和动态滑窗调强，但使用光栅来实现调强有其自身的局限性。

1、静态子野调强

传统IMRT计划设计方法是分步设计模式（multi-stepmode,MS）。该方法一般是2～3步确定照射子野序列，即：第一步，优化得到照射野的强度分布；第二步，将强度分布转换为子野序列；第三步，优化每个照射子野的权重。且目前只有部分计划系统支持第三步，因而此方法通常也称为“两步法”。临床应用实践表明，该模式存在如下局限性：

1.在强度分布转换时，计划质量可能变差，本已满足的临床要求可能不再满足；

2.可能会生成一些面积小、形状很不规则的子野，这些子野可能影响患者受照剂量的准确度；

3.子野数目多，MU多，导致治疗时间长。

在两步法的基础上，又有人提出了直接子野优化（directmachineparameter optimization,DMPO;又称directapertureoptimization,DAO），该方法是一种新的计划设计模式。该模式根据预先给定的最多子野允许数，直接优化确定每个照射野的子野形状和机器跳数，一步确定照射子野序列。国外探索性研究报道认为该方法克服了分步设计模式的部分局限，但不能完全解决上述分步设计模式的第2、3点的局限性。

2、动态滑窗调强

该种调强实现方式与静态子野调强相比，在一定程度上缩短了治疗时间，但与适形放疗相比，治疗时间还是较长。同时，由于该种调强方式要求叶片运动必须要与输出强度调制同步，对加速器的控制要求较高。此种调强方式下，一旦控制系统或光栅运行的可靠性出现问题，对治疗的影响较大，而对于自动多叶光栅这种精密设备，长期运行在射线辐照条件下，是不可能不出现故障的。因此，亟待出现一种安全、可靠、射线利用率高且治疗时间较短的调强方式。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种用于肿瘤调强放疗的多粒光栅，具有：

多个在准直器射束方向近似平行的独立的柱体，

所述每个柱体内部具有多个高度不一致的单元块，每个柱体内的多个单元块中填充有同种占位材料或同种衰减材料或者填充有至少两种不同衰减率的材料；光源经过所述的多个柱体，形成多个辐射强度不同的子野。

所述每个柱体具有与其它所述柱体一致的高度。

所述的每个柱体内部的多个单元块沿射束方向的高度，按式m×2ⁿ，m=1、2、3、4…,n=0、1、2、3、4…递增。

所述每个柱体内填充的单元块的数量和高度与其它柱体内部单元块的数量和高度一致。

所述两种衰减率不同的衰减材料中，衰减率低的材料为占位材料，衰减率高的材料为衰减材料；填充占位材料的单元块为占位块，填充衰减材料的单元块为衰减块。

一种用于肿瘤调强放疗的多粒光栅的设置方法，具有如下步骤：

—将准直器照射方向的射野区域划分为一个二维矩阵；每个矩阵元在射束方向设置一柱体；

—计算所述二维矩阵中每个矩阵元对射线的衰减程度，根据每个矩阵元对射线衰减程度的不同，将所述矩阵元对应的柱体，划分为多个单元块；在每个柱体的多个单元块中填充同种占位材料或同种衰减材料或者填充有至少两种不同衰减率的材料。

将所述每个柱体划分成多个单元块的步骤中，同一柱体在射束方向的多个单元块的高度按m×2ⁿ，m=1、2、3、4…,n=0、1、2、3、4…递增。

所述每个矩阵元对射线衰减率的计算方法如下：

以窄束方式计算射线衰减率，利用公式：

I=I₀e^-μx

式中，μ为射线的衰变常数，x为射线穿过衰减材料的厚度；I/I₀：经过不同厚度的衰减材质的射线强度与初始强度的比值。

所述不同衰减率的衰减材料中，衰减率低的材料为占位材料；衰减率高的材料为衰减材料。