辐射调制器

摘要

本发明涉及一种可用于调制辐射系统中辐射束(60)的辐射束调制器(1；100；200；300；400；500；600)。调制器(1；100；200；300；400；500；600)包括辐射调制流体或者液体(120；220；320；420)的多个柱(125；225；325；425；525；625)的阵列和高度调节装置(130；230；330；430；530；630)。高度调节装置(130；230；330；430；530；630)调节多个流体柱(125；225；325；425；525；625)的高度从而所调节的柱(125；225；325；425；525；625)将共同形成目标辐射调制剖面。在第一实施例中，调制器(100；200；300；400)包括毛细管(150；250；350；450)的束，其中输送调制流体(120；220；320；420)以形成柱(125；225；325；425)。对抗流体(140；240；340；440)被输送至毛细管(150；250；350；450)的相对端以将调制流体(120；220；320；420)锁定在调节之间的位置。在第二实施例中，调制器(500；600)包括调制流体(520；620)槽(590；690)，其中棒(570；670)被插入并收回以产生目标辐射调制剖面。

权利要求

1.一种辐射束调制器(1；500；600)，包括：

槽(590；690)，其包含辐射调制流体(520；620)；

多个低辐射衰减棒(570；670)，其浸入所述辐射调制流体(520；620)中以形成多个流体柱(525；625)的阵列；以及高度调节装置(530；630)，其调节所述多个低辐射衰减棒(570；670)在所述辐射调制流体(520；620)中浸入的相应液位以调节所述多个流体柱(525；625)的高度，从而所述多个流体柱(525；625)共同形成辐射束调制剖面。

2.根据权利要求1的调制器，其中所述高度调节装置(530；630)适合于单独调节所述多个流体柱(525；625)的所述高度。

3.根据权利要求1或2的调制器，还包括主动维持所述多个流体柱(525；625)的所述高度的装置(530；630)。

4.根据权利要求1或2的调制器，其中所述辐射调制流体(520；620)在工作温度下为液体形式。

5.根据权利要求1或2的调制器，其中所述辐射调制流体(520；620)为选自于以下的辐射衰减流体：水银；

液态罗斯金属；以及

液态伍德金属。

6.根据权利要求1或2的调制器，其中所述多个低辐射衰减棒(570；670)由以下至少一种制成：低原子数金属；

铍；以及

抗辐射塑料。

7.根据权利要求1或2的调制器，其中每个所述多个低辐射衰减棒(570；670)具有六边形横截面。

8.根据权利要求1或2的调制器，还包括将所述多个低辐射衰减棒(570；670)挤压在一起以减少所述多个低辐射衰减棒(570；670)之间的流体泄漏的装置(590；690)。

9.根据权利要求1或2的调制器，还包括多个拉丝环(580)，其中所述多个拉丝环(580)的拉丝(580)的第一端(582)连至所述多个低辐射衰减棒(570)的低辐射衰减棒(570)的第一端(572)，所述拉丝(580)的第二端(584)连至所述低辐射衰减棒(570)的第二相对端(574)，所述高度调节装置(530)包括连至所述多个拉丝环(580)并且适合于通过旋转所述多个拉丝环(580)调节所述多个低辐射衰减棒(570)在所述辐射调制流体(520)中浸入的所述相应液位的电动机系统(535)。

10.根据权利要求1或2的调制器，其中每个所述多个低辐射衰减棒(670)都具有浸在所述辐射调制流体(620)中的第一端和与所述第一端相对的第二端(674)，每个所述多个低辐射衰减棒(670)具有位于所述第二端(674)中的盲孔(676)和设置为与所述盲孔(676)连接的螺母(678)，所述调制器(600)还包括通过螺杆头(682)附接至低辐射衰减板(687，689)的多个螺杆(680)，所述衰减板(687，689)被设置为与所述多个低辐射衰减棒(670)的所述第二端(674)连接，所述多个螺杆(680)在所述盲孔(676)中延伸通过所述螺母(678)，所述高度调节装置(630)包括用于旋转所述多个螺杆(680)的装置(635)，以调节所述多个低辐射衰减棒(670)在所述辐射调制流体(620)中浸入的所述相应液位。

11.根据权利要求10的调制器，其中所述高度调节装置(630)包括螺杆驱动器(635)的系统，其适合于单独旋转所述多个螺杆(680)以调节所述多个低辐射衰减棒(670)在所述辐射调制流体(620)中浸入的所述相应液位。

12.根据权利要求10的调制器，还包括移动装置(631，633)，其将所述用于旋转所述多个螺杆(680)的装置(635)从至少一个基本与所述板(687，689)对准的旋转位置移动至离开所述板(687，689)的辐射位置。

13.一种辐射支架(5)，包括：

辐射源，其用于产生辐射束(10)；以及

根据权利要求1或2的辐射束调制器(1)，其用于调制所述产生的辐射束(10)。

14.一种操作根据权利要求1或2的辐射束调制器(1；500；600)的方法，所述方法包括，通过调节所述多个低辐射衰减棒(570；670)在所述槽(590；690)中包含的所述辐射调制流体(520；620)中浸入的相应液位，以调节所述多个流体柱(525；625)的所述高度，从而所述多个流体柱(525；625)共同形成辐射束调制剖面。

15.根据权利要求14的方法，其中调节所述多个流体柱(525；625)的所述高度包括，单独调节所述多个流体柱(525；625)的所述高度。

16.根据权利要求14或15的方法，还包括主动维持所述多个流体柱(525；625)的所述高度。

17.一种根据权利要求1或2的辐射束调制器(1；500；600)的用途，所述用途为调制辐射束(10)。

说明书

辐射调制器

技术领域

[0001] 本发明总体涉及辐射束调制器，以及总体涉及提供调制辐射束的可调节物理调制器。

背景技术

[0002] 在过去数十年中，放疗和肿瘤诊断领域发展巨大。外部射线束放疗加速器、短程治疗和其它专业放疗设备的性能迅速改进。治疗辐射束的质量和适应性得到了巨大发展，包括新靶和滤波器，改进的加速器，通过新辐射器、准直器、扫描系统和束补偿技术提高的束整形灵活性。而且引入了改进的剂量测定和几何处理修正方法。另外，现在可获得能够生物优化发送射线束的强度分布的先进处理计划系统。

[0003] 强度调制放疗(IMRT)是一种非常新的方法，其中可通过调制入射治疗束的强度分布获得靶体中的任意剂量分布。与采用均匀射束的常规技术不同，IMRT可发送与靶体即肿瘤体一致的几乎任意形状的剂量分布，同时使相邻器官免受风险并提供健康的组织。

[0004] 已经开发了各种成形强度调制束(IMB)的技术，该技术通常可分别划分为静态和动态注量发送技术。在静态注量技术中，通过静态滤波器或者相似结构处理靶体的固定强度调制获得各个IMB，其有时称为分步拍摄技术。在动态注量发送技术中，由连续变化的强度剖面包围靶。

[0005] 现在用于IMRT的最常用临床注量调制技术采用多叶准直器(MCL)。在该技术中，由多对设置为垂直于束方向的相对钨叶片准直束。MLC对不规则静电场是理想的，但是受到动态应用中由于增加的处理时间和叶片位置的限制以及叶片速度和加速度的机械限制而产生缺陷的破坏。螺旋体层放疗为动态MLC的特殊情况，其中每个叶片仅仅具有两个位置，入或者出。因为当患者轴向移动通过场时辐射源围绕患者旋转，所以该体层放疗技术与计算机体化层析X射线摄影(CT)类似。动态MLC和体层放疗的主要缺点在于较长的总处理时间。

[0006] 还可通过扫描束治疗实现强度强度调制，其中对靶扫描狭窄的、常常为高斯形状的束。截至目前，由于所要求的当前系统提高的成本，该形式在临床应用上受到一定程度的局限。另外，束分辨率受限于低能电子和光子。但是，这是高能电子和光子以及轻离子的现有技术状态。

[0007] IMRT的静态注量调制技术包括采用物理调制器，其中整个靶同时被预定的IMB剖面包围。可通过以厚度剖面对应于期望传输剖面的金属块截取束而实现IMB。同时全场辐射与剂量段的顺序发送相比产生较高的监视单元效率和较低的全体剂量。但是，因为传统物理调制器对每个束需要人工形成不同的块形状和人工交换束间的该不同块，所以截至目前固定的物理调制器的临床应用有限。

[0008] 因此努力开发一种更灵活的物理调制器。开发了一种技术，其中机器自动将两种密度的金属立方体设置为某种模式，以提供期望的强度调制器剖面。尽管这允许更灵活的调制器设计，但是调制器剖面交换的总时间仍然太长而不能实际应用。此外，固态金属块不可避免地意味着限制。

[0009] Xu等人[1]提出一种可再成形的调制器，其中钨粉、石蜡和硅粘合剂的混合物由一组活塞成形为期望的强度调制器剖面。而且，在束外成形，因此调制器没有动态功能。此外，重新成形调制器首先需要在获得目标厚度分布之前成形为均匀的厚度，这一点延长了总的重新成形时间。由Xu等人提出的调制器还存在稳定性问题，意味着在放疗期间特别是当调制器处于非水平位置和/或受到辐射支架和调制器旋转所造成的力时成形的衰减材料可能不希望地变形。

[0010] Mark Carol[2]公开了一种以在整个肿瘤体上空间调制的预定常数束强度的辐射束进行保形放疗的装置。该装置包括壳体，其具有多个从壳体的顶部延伸至壳体的底部的隔室。每个这样的隔室具有可充气气球并且与具有水银的加压箱接触。当对特定气球放气时，水银被从箱推至和气球相关的隔室内。因此，当对气球充气时，水银被从相关的隔室推至箱内。通过改变每个隔室为空或者充满水银的时间完成束调制。

发明内容

[0011] 本发明克服了现有技术设置的这些及其它不足。

[0012] 本发明的总体目标在于提供一种可调节辐射调制器。

[0013] 本发明的另一个目标在于提供一种可不首先从工作位置移动调制器而调节的辐射调制器。

[0014] 本发明的目标还在于提供一种辐射调制器，其厚度分布剖面的厚度可具有处于最大厚度和最小厚度之间的任意厚度。

[0015] 本发明的特别目标在于提供一种辐射调制器技术，该技术可用于任何中性粒子辐射类型，例如光子、中子、介子(π0)等等的强度调节，以及可用于带电粒子例如电子和轻离子的能量或者范围调节。

[0016] 本发明的这些及其它目标由附加的专利权利要求书限定的发明满足。

[0017] 简言之，本发明涉及一种具有调制剖面的辐射束调制器，其可动态调节以和给定靶体及可能器官位置的期望传输剖面一致。

[0018] 调制器以流体为调制材料并包括该调制流体的多个柱的阵列。在调制器中提供高度调节装置以调节多个流体柱的高度。如此调节的柱然后共同形成具有期望厚度分布和调制剖面的辐射束调制剖面。然后调制经过流体柱的调制剖面的辐射束，产生调制的辐射束。

[0019] 在本发明的优选实施例中，高度调节装置适合于单独实时调节多流体柱的高度。另一个实施例中，即使不能进行单独柱高度调节也可调节多组流体柱的高度。

[0020] 辐射调制流体优选为在调制器工作温度下为液体形式的辐射衰减流体。优选的实例包括罗思金属或者伍德金属的水银和液体形式。

[0021] 可根据输入束的类型和辐射调制流体的性质获得不同类型的束调制。因此，本发明的调制器可用于调节光子束或者其它中性粒子束的强度、调节带电粒子束的射程或者能量或者调节光束的发光度。

[0022] 在本发明的第一实施例中，调制器包括一束分散的紧密堆积的毛细管以及调节这些毛细管中辐射调制流体液位的系统。这些毛细管优选具有六边形横截面，其内通道的横截面优选为准六边形以尽量减小毛细管壁的厚度以及调制器的非调制区域。毛细管的第一(入口)端与一个或多个流体箱流体接触，辐射衰减流体可被引入或引出所述流体箱。毛细管的第二相对端优选与具有低辐射调制/衰减能力的对抗流体或者气体的一个或多个箱流体接触。因此，毛细管的下部优选填充辐射调制流体，对抗流体在其上流动并且占据毛细管的上面剩余部分。

[0023] 高度调节装置可以是对辐射衰减流体和对抗流体或者气体起作用的(微)阀、流体加压装置和/或泵。为增加毛细管中指定流体柱的高度，辐射衰减流体从流体箱进入毛细管的第一端。同时，对抗流体将从毛细管的第二端流出并流入对抗箱。当减小柱高度时，毛细管中对抗流体部分增加同时减少了辐射衰减流体的数量。

[0024] 对抗流体和高度调节系统进一步在调节时机之间主动维持所调节的柱高度，从而防止不希望地改变毛细管中辐射衰减流体的液位，这一点将使得偏离靶体的期望调制剖面。

[0025] 调制器的第二实施例采用具有辐射调制流体的槽。多个低辐射调制/衰减棒浸入流体槽中。指定棒的浸入液位限定了位于棒下的辐射调制流体柱的高度。高度调节装置然后配置为使棒进一步浸入流体或者稍微缩回棒直到获得正确的厚度分布和调制剖面。

[0026] 棒优选具有蜂窝状六边形横截面以对指定数量的棒进行最紧密的捆扎并防止相邻棒之间任何的流体泄漏。

[0027] 高度调节装置可由驱动连至棒相应端的拉丝环(wire loop)的拉丝用电动机的系统组成。然后通过顺时针或者逆时针旋转拉丝环，棒将被降低进入流体或者从流体拉回。

[0028] 在选择方案中，多个棒具有相应的盲孔或者盲洞。棒还具有设置为与盲孔连接的螺母。在流体槽的顶部是设置为和容器上的锁类似的一张或多张低辐射衰减板。多个螺杆通过其螺杆头附接至板并由其固定，从而螺杆不能垂直移动但仍可旋转。每个这样的螺杆通过棒的螺母在棒的相应盲孔内移动。

[0029] 将棒紧密捆扎或者挤压在一起将防止棒旋转。因为，由于棒保持在相邻棒之间的合适位置，所以该棒可垂直移动(浸入流体或从流体拉回)但不旋转。这一点意味着当旋转或者转动与特别棒相关的螺杆时，该旋转运动将使得该棒向上移向螺杆头或者向下离开螺杆头和辐射源。因此，可通过旋转螺杆调节棒浸入辐射衰减流体的程度，并因此调节流体柱直接处于棒下的高度。

[0030] 在调制器的该实施例中，高度调节装置因此包括螺杆驱动器并且优选包括一组多个螺杆驱动器。可以将螺杆驱动器组设置在和棒芯相似的阵列或者矩阵中，这一点意味着每个螺杆和棒都具有一个螺杆驱动器。但是，在具有大得多的调制器芯的实施例中，螺杆驱动器的数量可小于螺杆和棒的数量。在这种情况下，螺杆驱动器可在螺杆之间(逐步)运动并且通过相对于棒顺时针或者逆时针旋转螺杆头而单独设置棒的期望浸入(或者如果棒已经具有正确的调制和浸入液位则根本不旋转)。

[0031] 本发明具有如下优点：

[0032] -提供了简单而廉价的实时可调节和可再整形的辐射调制器；

[0033] -可在位地以及在短时间内调节调制剖面；

[0034] -可提供调制辐射束的高分辨率；

[0035] -可进行实时动态调制，其可以处理动态性能，例如运行时补偿器官运动，以及可处理多束部分；

[0036] -因为厚度剖面可具有介于最大值和最小值厚度之间的任意调制厚度所以具有大调制范围；

[0037] -调制器具有可对非常不同的靶体调节的高保角性能；

[0038] -可在没有任意展平滤波器的辐射系统中运行；

[0039] -可对根据本发明调制的辐射束进行全部靶体的同步IMB辐射，这一点使得处理时间少得多，监视器单元效率更高以及全体泄漏剂量更小；以及

[0040] -可获得至少100-1％的强度调制范围。

[0041] 将在阅读下面对本发明实施例的描述后理解本发明所提供的这些和其它优点。

附图说明

[0042] 可通过参考下面结合附图的描述最佳地理解本发明及其它目标和优点，其中：

[0043] 图1示出了根据本发明的辐射束调制器的第一实施例；

[0044] 图2为图1的辐射束调制器沿线A-A的横截面视图；

[0045] 图3示意性示出了图1辐射调制器的辐射几何形状图；

[0046] 图4A为比较六边形和方形毛细管的片段总数(E(n))和毛细管总数(N(n))比率收敛的视图；

[0047] 图4B为比较随六边形和方形毛细管的毛细管壁厚度变化的损失调制面积的视图；

[0048] 图5A为示出通过水银/水和水银/己烷系统获得100％强度比率所需要的毛细管长度的视图；

[0049] 图5B为示出随能量变化的不同毛细管长度的调制窗的视图；

[0050] 图6示出了根据本发明的辐射束调制器的第二实施例；

[0051] 图7示出了根据本发明的辐射束调制器的第三实施例；

[0052] 图8示出了根据本发明的辐射束调制器的第四实施例；

[0053] 图9示出了对抗流体提供系统的组合方案；

[0054] 图10示出了根据本发明的辐射束调制器的第五实施例；

[0055] 图11为图10的辐射束调制器沿线B-B的横截面图；

[0056] 图12示出了根据本发明的辐射束调制器的第六实施例；

[0057] 图13A-13E更详细地示意性示出了图12辐射束调制器的运行；

[0058] 图14示意性示出了图12辐射束调制器棒的组织和螺杆驱动系统的运行；

[0059] 图15为图12辐射束调制器的三维视图；

[0060] 图16为具有根据本发明的辐射束调制器的辐射支架；

[0061] 图17为操作根据本发明的辐射束调制器的方法的流程图；

[0062] 图18为更详细描述图17调节和维持步骤的实施例的流程图；

[0063] 图19为更详细描述图17调节和维持步骤的另一个实施例的流程图；以及[0064] 图20为更详细描述图17调节和维持步骤的另一个实施例的流程图；

具体实施方式

[0065] 在整个附图中，相同的附图标记用于相应或者相似的元件。

[0066] 本发明涉及一种调制辐射束的辐射调制器。辐射调制器的设计基于物理调制器的构思，其中通过由厚度分布对应期望传输剖面的辐射调制材料调制主射束产生非均匀束剖面。本发明以流体为调制材料。调制器包括多个即至少两个调制流体柱的阵列。然后提供高度调节装置以调节该多个流体柱的高度。如此调节的柱将共同形成具有期望厚度分布的辐射束调制剖面。通过流体柱调制剖面的辐射束然后被调制，造成传输剖面对应期望靶剖面的调制辐射束。

[0067] 在本发明的优选实施例中，高度调节装置适合于动态和单独调节多个流体柱的高度。在另一个实施例中，即使单独的柱高度调节不能进行，也可调节(实时)流体柱组的高度。其中所采用的实际高度调节取决于要求的束调制分辨率、流体柱的总横截面面积等等。

[0068] 根据本发明的调制流体为具有非常低的粘度以至于介质在工作温度下流动的流体或者液体(可变形)介质。基本上，低粘度意味着流体可挤入或者挤出限定柱的毛细管或者可通过将棒浸入以及拉出流体调节流体高度以调节多个流体高度。这通常指，流体在工作温度下优选为液体形式。注意，如果采用高温操作本发明的辐射调制器，则该流体在室温下不必为液体形式。调制流体的流体或者液体特征意味着，一旦通过调节流体柱高度获得期望的调制剖面，则应通过调节设备或者一些专用单元维持这些柱的高度以防止因为对流体作用的外部力例如重力和/或旋转力引起的调制剖面变化。

[0069] 下面，将主要结合特别类型的束调制即辐射强度调制更详细描述本发明。在这种调制中，待调制的辐射束通常为包括例如光子、中子、介子(π0)等等的中性粒子束。这种情况下，调制流体优选为具有辐射衰减或者吸收特征的高密度流体。然后通过调节辐射衰减流体的柱高度，柱共同形成可用于调节输入辐射束强度的期望辐射强度调制剖面。

[0070] 用于本发明辐射强度调制器的辐射衰减流体优选为在室温以及可能升高的工作温度下为液体形式的水银。水银具有使其适合于动态物理调制器的两个物理特征：高光子3
衰减(Z＝80，ρ＝13.6g/cm)和室温下的液相。但是，本发明不限于此，而是可选择地采用例如基于钨粉的流体或者由高光子衰减材料/金属的平滑小球组成的流体。另外，如果采用升高的工作温度，则可采用由低熔点和高辐射衰减的金属或者合金组成的流体。通常，实例包括表示为罗斯金属(Rose’s metal)(50％Bi，25-28％Pb和22-25％Sn，熔点为100℃)和伍德金属(Wood’s metal)(50％Bi，25％Pb，12.5％Sn和12.5％Cd，熔点为
70℃)的可熔合金。

[0071] 虽然本发明非常适合于辐射束强度调制，但是其不限于此。本发明的调制器可选择地为适合于例如为离子治疗目的调制带电粒子辐射束的射程/能量的射程或者能量调制器。在粒子束治疗中，通过调节入射离子的能量确定离子在组织中的射程。现在现有技术中最常通过以不同厚度的多Plexiglas盘干涉射束实现这一点。更灵活的方法将是采用根据本发明的基于流体的调制器，其中调制流体柱的高度将共同形成射程调制剖面，其中调制流体的厚度分布将决定输出和调制带电辐射束的射程/能量剖面。这种情况下，辐射束可包括电子、中子、离子、正电子、π+、π-或者其它带电粒子。上面给出的可能的辐射衰减流体实例也可用于射程调制。

[0072] 根据本发明可利用的调制类型的另一个、非限制性示例为调制低能量光子束例如光调制。在该调制器中，调制流体由具有光衰减或者吸收特征的高密度流体组成。然后通过调制流体柱的高度，可在光束的不同部分获得不同程度的光衰减。

[0073] 因此，可简单通过选择具有适合于所采用辐射束的调制或者衰减特征的调制流体将本发明的原理用于不同连续的辐射束调制，本发明的原理即通过采用辐射调制流体的多柱阵列，然后调节流体柱的高度从而柱共同形成期望的辐射束调制剖面(厚度分布剖面)。

[0074] 图1示出了根据本发明的辐射束调制器100的第一实施例。该调制器100包括设置为一束的多个分散毛细管150的芯和控制各个毛细管150中的辐射衰减流体120的高度的液体输送系统形式的高度调节装置130。在附图中仅仅对单个毛细管150给出了参考标记以简化附图。因此由毛细管150的内通道限定辐射衰减流体120的多个柱125。毛细管150相应的第一底端152经流体通道或者流道124与具有辐射衰减流体120的箱122流体连通。该箱122优选为可加压箱122，这表示力可通过通道124将流体120从箱122驱动至毛细管150的第一端152。可通过用于控制从活塞132施加至流体120上的压力的简单活塞132和(步进式)电动机134提供该驱动力。该活塞132和活塞电动机134组成用于(单独)调节不同毛细管150中的流体120高度以形成目标调制剖面的部分的高度调节装置130。

[0075] 流体箱122和流体加压装置132、134优选设置在由毛细管束150形成的调制器芯的外部。这一点意味着流体箱122和流体加压装置132、134优选设置在输入辐射束60的外部以及所产生的强度调制输出辐射束外部。

[0076] 本发明预期调制器100可配置多个加压流体箱或者容器122。这种情况下，多个箱122可设置在围绕毛细管芯的外周上，并且这里每个箱122通过流体通道124与毛细管150流体连通。可选择地，不同的箱122可连至不同的毛细管150，意味着毛细管组150具有其自己的专用流体箱122。

[0077] 可通过在柱152的第一端上进一步设置微阀系统(未示出)并与流体通道124连通而调节流体柱125的高度。然后通过打开各个微阀和将活塞132推进毛细管150，辐射衰减流体120将被挤入与打开的微阀连通的毛细管150中。因此，这一点将提高特定流体柱125的高度。如果流体柱125应当减少，则柱150的微阀再次打开但是现在将活塞132从流体120拉回箱中，即不施加压力。这一点将造成流体从毛细管150流回箱122中。通过箱
122和毛细管150的相对高度位置以及可能的箱122中的填充液位显示通过该结构获得的流体柱125的最小高度。

[0078] 如前文所述，优选可单独调节每个毛细管150中的流体高度以提供高调制分辨率。但是，对于特定应用，共同调节多个流体柱125的子集的高度便可。在这种情况下，对多个柱125而非单个柱125共同进行高度调节。在两种情况下，所形成的流体柱125共同形成厚度分布适合于调制辐射束60的期望强度剖面的辐射束调制剖面。

[0079] 本发明预期调制剖面可以为两维剖面。这种情况下，调制器芯基本上由沿一条线设置的(分散)毛细管150组成。待调制的辐射束60然后优选为扇形，可通过采用位于调制器100上游的准直器或者其它束限制单元获得该形状。但是，在本发明的优选实施例中，调制剖面为允许采用锥形辐射束60的三维剖面。在这种情况下，可将辐射束60的强度调制为将传输辐射剂量限制于肿瘤或者靶体，同时尽量减少对周围的相邻健康器官的健康组织的辐射剂量。

[0080] 上述具有单个流体箱122和箱加压装置132、134的高度调节方案对于水平设置的调制器100运行良好。但是，当设置在可旋转辐射支架中时，调制器100可以和支架一起旋转至非水平位置。这种情况下，流体120可在毛细管150中略微移动造成辐射束调制剖面的变化。由流体柱125形成的如此变化的调制剖面将具有和期望目标分布不同的另一种厚度分布，从而造成错误的强度调节。通过采用对抗流体、液体和/或气体140以及分离的用于该对抗流体140的供应系统135、136、138解决该问题。该对抗流体140为辐射衰减低的流动流体(具有在工作温度下的液体或者液体/气体形式)。如果对抗流体140在毛细管150中的辐射衰减流体120上“漂浮”，则对抗流体140的密度优选低于辐射衰减流体120的密度。但是，该对抗流体密度140可改变而不会明显减小强度调制窗口。因此，对抗流体的选择将主要基于两个特征：和界面材料(辐射衰减流体120和毛细管壁)的化学相容性以及液体流动特征。为用于强度调制，对抗流体优选还具有尽可能低的辐射衰减。合适的候选流体包括但不限于己烷(非极性)、水或者乙醇(极性)以及提炼煤油。所有这些都具有低密度和低粘度。

[0081] 从图1可以看出，辐射衰减流体120从其第一或者底端152进入毛细管150。对抗流体140然后优选从其相对的第二端或者顶端154进入毛细管150。这一点意味着每个流体柱125将具有设置在辐射衰减流体120上的相应对抗流体柱145。毛细管的第二端154通过一个或多个流体通道或者路径144与一个或多个对抗流体箱142流体连通。该至少一个对抗流体箱142优选为加压箱142，即具有强迫对抗流体140从箱142进入毛细管150的设备136、138。然后与辐射衰减流体箱122相似地，通过活塞136和活塞驱动电动机138相似地实施该加压设备136、138。

[0082] 两个加压装置132、134和136、138以及与毛细管150第二端154连通的微阀系统135一起形成调制器100的高度调节装置130。该微阀系统135可选择地或者另外设置为与毛细管的第一端152连通。根据本发明的不同微阀方案都是可行的。但是，微阀系统135应当由耐辐射材料制成以提高调制器100的寿命。由Watanabe和Kuwano在文献[3]中描述了根据本发明可采用的适当的微阀系统135，其内容在此引用作为参考。该微阀系统135利用基于压电技术的高密度微阀阵列以精确控制流体流动。根据本发明可选择地采用可单独控制对抗流体140从流体箱142流至(或者辐射衰减流体120从流体箱122流至)特别毛细管150或者毛细管组150。

[0083] 然后由微阀135相对于相关毛细管150的开放时间和两个流体加压装置132、134和136、138相应的施加的压力决定单个流体柱125的高度。例如，为增加一些辐射衰减流体柱125的高度，将辐射衰减流体箱122的加压装置132、134所施加的压力设置为高于由对抗流体箱142的加压装置136、138所施加的相应压力。当与相关柱125相关的微阀135打开时，将强迫辐射衰减流体120从其流体箱122经通道124流至具有相关阀的毛细管150的第一端152。进入的辐射衰减流体120将强迫(一些)对抗流体140从毛细管150流出和进入对抗流体箱142。这些调节流体柱125的相应高度取决于相关微阀135的打开时间。一旦柱125获得正确的高度，则相关的微阀135关闭。相应地，当降低一些流体柱125的高度时，对抗流体加压装置136、138的压力被设置为高于辐射衰减流体120的加压装置132、
134。当然后打开微阀135时，对抗流体140将通过流体通道144和开口微阀135从箱142被挤入毛细管150的上端154。对抗流体150将一些辐射衰减流体120从毛细管150(基本上替换了毛细管150中辐射衰减流体120最上面的部分)推入流体箱122。这种情况小，微阀135的打开时间将决定柱高度减小多少。

[0084] 高度调节装置130与对抗流体140一起除了调节辐射衰减流体柱125的高度以外，其功能还在于一旦微阀135关闭则其将辐射衰减流体120固定至毛细管150。这一点意味着一旦获得期望的厚度分布，则对抗流体140和高度调节装置130主动维持调节的柱高度。由于该固定或者锁定特征，调制器100可在辐射衰减流体120在毛细管150内没有任何移动并因此调制剖面没有任何不希望的变化时在非水平位置上移动。与由Xu等人[1]所公开的现有技术可重新成形的调制器相比，这一点是主要优点。其调制器缺少任何这种主动维持调节柱高度的设备，造成其调制器不适合于任何非水平应用。

[0085] 在图1中，辐射衰减流体120填充毛细管150的下部，而对抗流体140填充剩余的上部。但是，本发明不限于此。在另一个实施例中，两个流体箱122、142的内容可以互换从而辐射衰减流体120从顶端154进入毛细管150，对抗流体140从底端152进入。实际应用取决于该两种流体120、140的特征(其中包括密度)并且不影响调制器100的操作。

[0086] 图2是图1调制器100的毛细管160沿线A-A的横截面图。从图2可以看出，束160中的毛细管150优选紧密捆扎在一起从而在外毛细管壁之间没有自由空间。其原因在于尽量减小了未更改地通过毛细管芯160的辐射量。毛细管150可以具有不同的横截面轮廓以形成该紧密堆积，包括三角形、矩形、二次方程和六边形横截面。而且根据本发明可组合具有不同横截面轮廓的毛细管150。但是，为了尽量减小毛细管壁所造成的调制面积损失，优选如图2所示的六边形横截面，并且在下面进一步讨论。

[0087] 而且毛细管150的内通道155的横截面可以为六边形。但是，当例如以水银为辐射衰减流体时，水银的不浸润性可造成在内通道壁的角落形成圆形弯月形状。这一点将造成对抗流体140沿着边沿渗漏并且严重破坏系统的稳定性。为避免这一点，则优选将内毛细管通道155的横截面更改为具有弯曲边沿。在第一实施例中，内通道155具有圆形截面。在尽量减小毛细管壁面积并因此尽量减小非调制面积的第二实施例中，内通道155具有准六边形横截面，即基本上为六边形截面但具有弯曲边沿。还可存在其它具有弯曲边沿的解决方案并且这些方案处于本发明的范围内。

[0088] 如图2所示，在毛细管150的特定高度上，一些毛细管150可被填充辐射衰减流体120，而剩余的毛细管则被填充对抗流体140。这一点意味着通过图2毛细管芯160的辐射束将具有由低高度辐射衰减流体柱的两个岛限定的两个高强度面积。通过更大辐射衰减厚度的射束剩余部分然后将具有较低的强度。

[0089] 优选将毛细管芯160的总尺寸和形状选择和适合于待调制的特别辐射束。但是本发明的调制器可以通过简单采用更小或者更大部分的毛细管芯160与不同辐射束形状一起使用而用于调制目的。

[0090] 调制器和毛细管尺寸

[0091] 参考图3，假定调制器芯由N个分散的毛细管组成并且距离束源30为SMD(源至调制器距离)地设置。向下离开源的距离z处的半径r(z)由下式给出：

[0092]

[0093] 这里SSD为源与皮肤的距离。另外，调制器的横截面面积A和总体积V由下式给出：

[0094] A(z)＝πr(z)2 z∈[SMD，SMD+H](2)

[0095]

[0096] 为满足最小空间分辨率的需要，束场面积BA＝A(SSD)和期望的bixel(束像素)面积α给出毛细管数：

[0097]

[0098] 各个毛细管的垂直的独立横截面面积然后将近似为：

[0099] z∈[SMD，SMD+H] (5)

[0100] 改变所描述的参数给出毛细管的不同尺寸，并且在表1中示出了几个合理设置的值。

[0101] 表1

[0102]

[0103] BA＝束场尺寸，rc＝圆形场的相应半径，α＝束像素尺寸，N＝毛细管数，SSD＝源至皮肤的距离，SMD为源至调制器的距离， αt＝调制器顶部的毛细管横截面面积，αb＝调制器底部的毛细管横截面面积。

[0104] 毛细管的横截面形状

[0105] 当辐照肿瘤时，因为必须去除所有的克隆源性(clonogenic)肿瘤细胞，所以非常重要的是覆盖整个靶区域。但是，因为肿瘤边界不规则且像素尺寸有限，所以健康组织也将接收剂量。为调查横截面几何形状的影响，对两种靶几何形状计算受辐照的部分过量面积的质量因数f＝BA/TA：圆形和通常的2D前列腺形状，这里BA和TA分别代表束面积和靶2
面积。束像素尺寸设置为25mm 并且对两个几何形状都相等。考虑毛细管横截面的两种形状：规则的六边形和方形。(算术)平均增益因子 由下式给出：

[0106]

[0107] 对圆形和前列腺形状分别计算为1.08和1.02，对圆形形状n＝9，并且对前列腺形状n＝4。因此，和方形结构相比，六边形结构具有稍好的2D保角性。

[0108] 因为毛细管壁尺寸有限，所以存在传输辐射束的非调制部分。该丢失的调制面积将取决于毛细管壁厚度t和贴块效率。数学证明了将平面任意划分为相等面积的区域具有至少等于规则六边形蜂窝状块的周长。但是，为获得量化透视，下面给出六边形和方形贴块效率的分析比较。为便于计算，通过从单个块/毛细管即六边形或者方形开始、然后在n个步骤中在前面的块周围添加块、最终以N(n)块(或者毛细管)和全部E(n)个片段结束而进行贴块，每个的长度为e(e取决于块类型)厚度为t。

[0109] 六边形贴块

[0110] N(n)＝3n2+3n+1

[0111] E(n)＝9n2+15n+6

[0112]

[0113]

[0114] 方形贴块

[0115] N(n)＝4n2+4n+1

[0116] E(n)＝8n2+12n+4

[0117]

[0118]

[0119] 因为式子E(n)/N(n)对两种几何形状快速收敛，参见图4A，其中曲线80表示六边形贴块，曲线82表示方形贴块，在计算中采用了极限值。联立方程(7)和(8)并对相同的1/4 -1/2
束像素区域采用关系式esq＝3 ×2 ×ehex产生相应贴块的相对效率：

[0120]

[0121] 因此，方形贴块损失的调制面积比六边形贴块多7.5％。对表1中所定义的原型值计算作为壁厚度函数的不同贴块中所损失的绝对百分比面积，结果显示在图4B中，其中线84表示方形贴块，线86表示六边形贴块。

[0122] 另外，对于相同的基本束表面密度，六边形贴块比方形贴块对小规模束异质产生较小的注量偏差。总之，这些结果表明因为对健康组织传输较少的过量，所以和方形截面相比，优选采用六边形毛细管截面，其最小化了毛细管壁材料，因此最大化横截面调制面积，并且小规模束同质性更好。

[0123] 毛细管长度

[0124] 为获得高剂量梯度以及满足期望的100-1％的束调制要求，毛细管应当具有最小长度hmin。该长度由辐射衰减流体和对抗流体之间的衰减差给出，因此取决于能量。通过考虑传播通过相同厚度的辐射衰减流体和对抗流体(没有任何展平滤波器)的主光子的传输获得hmin的测量值：

[0125]

[0126] 这里R＝Imax/Imin，I为强度， (θmax)为源在场边沿的标准注量输出并且由式子给出，E为以Mev表示的最大光子能量，常数α＝1.73弧度×Mev并且b＝1.4，μ为质量衰减系数并且ρ为密度。

[0127] 对水银/水系统和水银/己烷系统计算总毛细管长度。结果表明在束能量4.1Mev下产生100-1％的调制所需要的最大长度，大约等于9cm，参见图5A和5B。图5A示出了以水银/水系统(曲线81)和水银/己烷系统(曲线83)实现100％强度比所需要的毛细管长度。图5B示出了作为能量函数的不同毛细管长度的调制窗口。

[0128] 如上文所述，如从图1可清楚，毛细管优选为分散的以产生空间恒定半影区。这一点又产生更陡的剂量梯度。

[0129] 毛细管材料

[0130] 总体目标在于保持毛细管壁较薄以尽量减小非调制区域。可考虑各种材料和制造过程，但是被认为最合理的为烧结、蚀刻和线焊(wiresparkling)金属。而且，金属通常非常耐受辐射所引起的破坏。

[0131] 其次，材料必须经受可由辐射衰减流体引起的任何冶金侵入，特别是当采用水银时(腐蚀并形成合金)。最后但是相当重要的一点，因为毛细管壁为惰性，所以其将在传输剖面上作为正或负六边形栅格出现。该现象与多叶准直器系统的叶片间泄漏问题类似。但是，通过毛细管壁的传输将取决于所选择的材料。过高的传输(过低的毛细管材料衰减系数)将增加超出健康组织耐受程度的风险，而过低的传输(过高的衰减系数)将增加癌细胞存活的风险。尽管散射和有限的源尺寸将有助于使剖面平整，但是不能忽略其影响。

[0132] 分析了三种不同壁材料316L不锈钢、铝和钛对小规模传输剖面的影响。不锈钢在低传输下产生良好的均匀性，但是当期望高传输时会产生过大的倾斜(dips)。采用铝则可忽略该效应。从这一点而言，钛具有最好的特征因此可以为合适的毛细管壁材料。

[0133] 辐射衰减流体的高度/厚度确定

[0134] 在第一次近似时，忽略了散射，并且离散的流体厚度分布T为期望的注量剖面φd和入射于调制器上的主光子注量Ф0的函数。该关系由下式给出：

[0135]

[0136] 对于更精确的计算，应当考虑散射的光子注量。然后辐射衰减流体厚度将通过下式确定：

[0137] Фd(r，T)＝Фp(r，T)+Фs(r，T) (12)

[0138] 这里为Фd(r，T)为期望的注量剖面，Фp(r，T)为主衰减传输，Фr(r，T)为散射作用。

[0139] 可通过不同方法包括直接测量和间接测量(通过监视传输剖面)验证辐射衰减流体的厚度。

[0140] 根据流量控制的方法，不同的流体柱高度测量方法都将是有利的。第一种方法为腔共振，其中沿着毛细管发送射频波。可确定测量共振和流体厚度之间的相关性。可通过采用相邻毛细管的不同频率最小化毛细管之间的串音。另一种方法采用反射技术。该方法适合于辐射衰减流体具有和对抗流体比较大为不同的声音阻抗的情况。然后由时间确定该厚度。而且采用激光器或者LED(发光二极管)技术的光学方法也是可能的。另外，可采用基于时间-距离的测量。

[0141] 测量流体厚度分布的间接方法是将高分辨率检测器设置在调制器下方，测量空间传输以及进行逆向计算。期望Фd和测量Фm的强度图之间的差ΔФ然后将对厚度分布产生校正因子ΔT：

[0142]

[0143] 而且，测量的调制后剖面可与电子入口成像设备(EPID)测量值比较以实时改进流体厚度分布并增强对患者中发送剂量分布的估计。应当通过考虑具有低衰减和散射与产生良好精度的平衡来选择检测器类型。因为衰减最小和计数率较高，所以离子腔为优选选择。

[0144] 图6示出了根据本发明的辐射调制器200的另一个实施例。调制器200包括与上面参考图1讨论的实施例类似的毛细管芯。如同图1中，从一个或多个流体箱222提供辐射衰减流体220的系统包括示出为活塞232和活塞234形式的加压装置，其用于施加用于驱动辐射衰减流体220经流体通道224从箱222到达毛细管250的第一或者底端252的力。

[0145] 与图1中的以微阀系统作为高度调节装置230的部分不同，该调制器实施例采用具有相关阀电动机233的阀系统235，在图中示出了两个阀电动机。阀235优选与流体通道237相互连接，因此可进一步连至至少一个对抗流体240的箱242，优选为具有流体加压装置236、238的加压箱242。在本发明的优选实施例中，每根毛细管250经其第二或者顶端254通过流体通道244与相应的阀235流体连通。在本发明的另一个实施例中，一组毛细管250被连至单个阀235。

[0146] 优选通过例如沿着直径大于辐射束直径的圆周提供而将电动机设备例如阀235和阀电动机233设置在辐射场周围以及外部。在相当大的毛细管芯和许多毛细管的应用中，阀235和电动机233可以不仅分布在毛细管芯周围而且分布在不同层上，即如图所示一个在另一个上面。

[0147] 调制器200调节流体柱225的高度和获得目标调制剖面及流体厚度分布的操作与图1实施例类似。因此，由阀235的打开时间以及辐射衰减流体箱222的加压装置232、234和对抗流体箱242的加压装置236、238之间的压差限定相应的柱高度。因此，如果加压装置232、234所施加的压力大于对抗加压装置236、238的压力，则如果和毛细管250相关的阀235打开，那么辐射衰减流体220将从箱222经通道224流至毛细管250。此外，毛细管250中的对抗流体240将通过通道244流出，并经阀系统流入箱242。因此，将增加柱高度。
当减小柱高度时，进行相反的步骤。

[0148] 图7示出了根据本发明的辐射束调制器300的另一个实施例。毛细管350芯和辐射衰减流体320箱322以及流体输送系统324和加压装置332、334与图1和图6类似，因此不再详细描述。

[0149] 在该实施例中，每根毛细管350或者至少每组多个毛细管350具有自己的泵336、338和对抗流体箱342。在该附图中，泵336、338图示地示出为活塞336和活塞驱动电动机
338。优选将泵和箱系统提供在辐射场周围和外部，可能地如图所示提供在不同的层上。例如可通过从毛细管350上端354至泵336、338蚀刻小通道344实现管道系统并将其堆积为层。

[0150] 根据本发明可采用不同的泵方案，包括驱动相关活塞336的步进电动机338形式的微泵。可以以令人满意的精度和可靠性将该泵构造得较小。此外，活塞位置可直接测量辐射衰减流体320的表面位置。而且可采用压电-致动器或者压电-泵。另一种泵技术可以为采用在喷墨技术中传统采用的起泡泵。这些喷墨泵可以以纳升的精度采用kHz的频率分配墨汁气泡。喷墨头分配装置包括具有入口和出口孔的小腔。在墨水进入腔后，通过加热产生在纸上投掷良好限定的墨滴的过压。毛细管250然后可具有基于喷墨技术的两个对抗气泡泵，每个方向上一个。为尽量减小瞬时效应以及提高精度，泵可以一直工作。然后由工作频率差给定所产生的流量。当以相同频率驱动时，与流入等量的流体将流出毛细管350。

[0151] 然后由高度调节装置330通过向毛细管350泵送或者从其排出对抗流体340调节毛细管350中的流体柱325的高度。在前一种情况下，对抗流体340将部分地从毛细管350推出辐射衰减流体320以及将其推入箱320。因此，将减小柱高度。在后一种情况下，对抗流体340被从毛细管350抽至箱342。同时，辐射衰减流体将被从箱320抽至毛细管350，造成柱高度提高。可通过在其它泵336、338从其它毛细管350抽吸对抗流体340时同时将对抗流体340泵送至一些毛细管350运行各个泵336、338。

[0152] 如图8所描述的调制器400的实施例所示，可相互交换辐射衰减流体的单个流体箱和加压装置以及对抗流体的多个箱和泵。每根毛细管450或者每组毛细管450经其下端450流体连通至相应的流体通道424和流体箱422。作为一部分高度调节装置430的泵432、
434被连至箱422以将辐射衰减流体420泵送进毛细管450或者从其抽出。这些泵432、434和箱422的设置与图7的实施例类似，但是优选设置在调制器芯下部的外部以及周围而非其上部。毛细管450的上端454经一个或多个流体通道444流体连通至优选为加压箱442的一个或多个对抗流体箱442。

[0153] 上文所描述的采用微阀和泵的实施例可以如图9所示地组合。在前面的实施例中，如果其中一个阀或者泵损坏则调制器通常将不得不失去作用。该组合方案通过按组集成控制设备减小了损坏的可能。这表示对抗流体340的箱342经流体通道344与一组毛细管350流体连通。和箱342相关的步进式电动机338然后向该毛细管组供应加压对抗流体340。每个这样的毛细管组与进行单独毛细管控制的各个系统355相关。这表示通过开和关各个微阀355将通过泵338从箱340提供的对抗流体340单独分配至该组毛细管350。

[0154] 图9进一步详细示出了如何将泵338、箱342和流体通道344设置在毛细管芯360的外部和周围。

[0155] 也可在本发明的范围内进行图1、6-8的调制器实施例的其它组合。

[0156] 图10示出了根据本发明的辐射束调制器500的实施例，其不采用任何对抗流体，而是具有包括辐射衰减流体520的槽590。多个低辐射衰减棒570浸入该流体槽590。高度调节装置530然后控制棒570浸入流体520的程度，并调节该棒的浸入以获得期望的调制流体剖面和调制器500的流体分布厚度。

[0157] 在调制器500的该实施例中，高度调节装置530包括设置在辐射束和调制器芯的外部以及可能设置在其周围的拉丝用电动机535。每个该拉丝用电动机535被连至一个或多个拉丝环580并对其进行控制，这里拉丝580的第一端584被连至棒570的上端574，拉丝580的第二端582被连至棒570的下端572。流体槽或者容器590的底部包括拉丝580可通过的孔矩阵或者阵列。这些孔优选构造为密封流体以防止辐射衰减流体520通过槽590中的孔泄漏。

[0158] 流体槽590包括至少一个流体箱594或者与其流体连通，其中当棒570进一步浸入流体520时可将辐射衰减流体520推入所述流体箱。箱594可选择地具有活塞592以及可能具有活塞电动机以施加流体反作用压力。

[0159] 在浸入不同棒570以获得目标调制剖面和流体厚度分布后，棒570可选择地被紧密挤压在一起。这将固定棒570和辐射衰减流体520的形状并且防止流体520在棒570之间泄漏。可通过专用棒捆扎设备(未示出)主动地进行对该棒的挤压或者捆扎。可选择地，槽壁和棒剖面可相互适合从而棒570可紧密堆积在一起，而不须任何有源操作挤压设备。

[0160] 辐射衰减流体520的柱525被限定为直接置于给定棒570下的流体槽的部分，即流体的占据从棒570底端572至槽590底部容积的部分。和前面的调制器实施例相反，该实施例的流体柱525相互连接，即未被任何中间毛细管壁隔开。这表示将由流体柱525共同形成不包括任何非调制间隙的连续调制剖面。

[0161] 调节场合之间的调节柱高度通过棒570主动维持，棒又通过拉丝环580和拉丝用电动机535保持在合适位置。

[0162] 如上所述，对于具有辐射束的强度调节的情况，棒570由低辐射衰减材料制成。棒材料还应当具有高辐射硬度和抵抗性以处理待调制的输入辐射。此外，棒570应当抵抗辐射衰减流体520进行的任何冶金侵入。合适的棒材料具有低原子序数金属，例如铍。另外，可采用抗辐射塑料。

[0163] 为简化棒570浸入流体520以及在浸入时推开流体520，棒570的下端572一定程度上可以为圆形。

[0164] 和上述实施例中毛细管的横截面类似，对棒570可采用不同的横截面剖面。因此，棒570例如可具有矩形或者方形横截面。但是，在本发明的优选实施例中，优选采用六边形棒570以保存结合附图4A和4B在上面描述的六边形结构的优点。

[0165] 但是，和前面实施例的分散毛细管不同，非分散棒将产生依赖于空间的半影，其可设置剂量梯度的极限。此外，投射分辨率将随着棒的高度而变化。可通过在调制器500的下游设置薄周向准直器例如15mm钨叶片准直器而解决。然后可采用该准直器以限定调制辐射束的边沿并产生更清晰的半影。

[0166] 图11为图10的部分辐射调制器500沿线B-B的横截面图。在该附图中，低辐射衰减棒570的蜂窝状结构清晰可见。图11所描述的特别调制剖面具有包括低高度辐射衰减流体520柱的两个区域。这表示通过该两个低衰减岛的辐射束部分的强度将高于通过更大流体厚度的束的剩余部分。

[0167] 图12示出了采用浸入具有辐射衰减流体620的槽690中的低辐射衰减棒670的本发明辐射调制器600的另一个实施例。在该实施例中，流体槽694和流体加压装置692与图10中的实施例类似。

[0168] 该多个棒670在其第一或者上端674具有相应的盲孔或者盲洞676。这是指孔或者通道676进入棒670至一定深度但是不通过棒670。该棒670还优选在棒670的上端674上或者附近具有设置为和盲孔676相连的螺母678。

[0169] 流体槽690顶部为一个或多个和容器上锁定机构相似设置的低辐射衰减板687、689。多个螺杆680连至板687、689并通过其螺杆头682固定从而螺杆680不能垂直移动但是仍可被旋转。每个这样的螺杆680通过棒670的螺母678在棒670相应的盲孔676中延伸。

[0170] 通过专用有源操作设备或者由于棒670和槽690的特别设计以及棒以棒束或者芯的组织获得的棒670的紧密捆扎或者挤压在一起将防止棒670旋转。因此，因为棒锁定在相邻的棒之间(参见图11的蜂窝状结构)，棒可垂直移动(浸入流体或者从起缩回)但不会旋转。这一点意味着当旋转或者转动与特别棒670相关的螺杆680时，该旋转运动将使得棒670向上移向螺杆头682或者向下离开螺杆头682。因此，通过旋转螺杆680调节螺杆670浸入辐射衰减流体620中的程度，并且因此调节流体柱625直接处于棒670下方的高度。

[0171] 在调制器600的该实施例中，高度调节装置630因此包括螺杆驱动器以及优选地包括一组如附图所示的多头螺杆驱动器635。螺杆驱动器系统可以设置为和棒芯类似的阵列或者矩阵，意味着对每个螺杆680和棒670存在一个螺杆驱动器635。但是，在具有更大的调制器芯的实施例中，螺杆驱动器635的数量可小于螺杆680和棒670的数量。这种情况小，螺杆驱动器635可在螺杆之间(逐步)移动，并且通过相对于棒顺时针或者逆时针旋转螺杆头682(或者如果棒的浸入水平已经正确则根本不旋转)而单独设置期望的棒670浸入。

[0172] 一旦调节棒浸入，则棒670将辐射衰减流体620锁定在所获得调制剖面的位置上。换言之，因为棒670经螺杆680固定至上板687、689，所以其防止流体620例如在调制器600旋转的情况下不希望地移动。

[0173] 如前文结合附图10所描述的相同的棒材料和棒横截面适用于图12的调制器实施例。

[0174] 图13A至13E更详细地示出了图12的强度调制器600的操作。在图13A中可以看出，螺杆系统635优选位于强度调制器600和辐射束路径之外。在该附图中，所有的低辐射棒670处于最上面的位置，即最小浸入辐射衰减流体620中。图13A中的单元40表示可用于将辐射束限定和限制在调制器600的范围内的可选的准直器40。

[0175] 螺杆驱动器系统635安装在导轨系统上并且可通过电动机631移动。如图13B所示，当调制器剖面待(动态)调节时，由电动机631将螺杆驱动器系统635在导轨上从图13A的辐射位置移动至图13B中的旋转位置。因此，现在将螺杆驱动器系统635设置在具有螺杆头的板687上方并且处于旋转螺杆的位置。

[0176] 在图13C中，螺杆驱动器635对一些螺杆头作用(旋转)，造成相关的棒670进一步插入流体620的结果。浸入水平以及因此相应的下面的流体柱的高度取决于螺杆驱动器635相对于相关的棒670旋转螺杆头多少。

[0177] 然后可逐步移动螺杆驱动器系统635以操作调制器600的不同螺杆。通过比较图13C和13D可以看出，当越来越多的棒670浸入于流体620时，相邻箱694中的流体液位提高，同时推动活塞692向上。

[0178] 最后，在图13E中，螺杆驱动器635调节所有应当浸入的棒670，并且获得目标强度调制剖面。然后由电动机631向回移动螺杆驱动器系统635离开辐射束60的辐照位置。在该位置，在经过可选的准直器40之后，靶30所产生的辐射束60通过辐射衰减流体620的流体剖面进行强度调制。在附图下部，示出了在图13E中所描述的调制器600平面上产生的传输或者强度剖面。从该附图可以看出，棒浸入的程度以及因此流体柱高度紧密限定调制辐射束60的强度剖面。

[0179] 图14为图12调制器的棒670的芯或者束的俯视图。该附图示出了在不同的棒670和螺杆头之间逐步移动高度调节装置630的螺杆驱动器635的原理。在该附图中存在比螺杆635更多的棒670，意味着每个螺杆635负责多根棒670的单元或者组675并对其进行操作。在图14中，该棒单元675包括4×4个棒670。但是应当仅仅将此看作示意性实例，并且可有其它单元尺寸。如果螺杆驱动器系统具有多行螺杆635，在图14中示出了其中一行，并且不同的行可相互对准，则螺杆驱动器系统可被看作是螺杆635的阵列。对于这样的应用，每个棒单元675优选包括2n×m根棒，这里n、m独立地为正整数。

[0180] 然后优选地沿单元675中的第一行棒670逐步移动螺杆驱动器635、继续沿第二棒行逐步移动等等直到螺杆驱动器635设置在其相关单元675中每根棒670上方。

[0181] 图15为图12辐射束调制器600可能应用的三维视图。该附图更清楚地示出了可使螺杆驱动器635系统移至所有的调制器600的螺杆头并对其进行操作的导轨系统631、633。

[0182] 图16示出了具有本发明的辐射束强度调制器1的辐射支架5。由束传输系统从辐射源(未示出)引导束10并将磁体20偏斜至靶30。可以为外部电子加速器或者设置在支架5静态或者可旋转部分上的加速器的辐射源通常产生能量范围例如为4-50MeV的电子束。束传输系统可包括不同的束处理单元，包括用于聚焦束10的四极。当加速器发出的电子撞击靶30时，其产生光子束60。该过程中，电子被转换为轫制辐射光子。支架5还可选地具有位于靶30下游的展平滤波器。但是，本发明的调制器1没有然后该展平滤波器也工作良好，从而形成了不太复杂且不太昂贵的辐射系统。限定束60和确定场尺寸的准直器40例如静态或者可调节钨准直器可设置在调制器1的上游或者下游。另外，当采用本发明利用的辐射衰减棒的调制器1时，优选在调制器1下游结合其设置薄的周向钨准直器以获得更清晰的半影。最后，支架5可包括较验精确剂量传输的可选的离子腔50。该离子腔50还可用于间接较验调制器1中辐射衰减流体的厚度剖面。

[0183] (强度)调制辐射束60然后被指向靶体(肿瘤)75，该靶体位于躺在和支架5相连的病床90上的患者70中。本发明的物理调制器1同时进行全场辐照，其产生了改进的光子经济性(更少的时间束)，这一点导致更低的积累全体泄漏剂量以及更短的治疗时间。因为在进行治疗时更好地平均误差，所以调制器1的固定注量将产生小剂量分布误差。

[0184] 支架5还可具有检测器85例如电子入口成像设备，以进一步核验精确的剂量传输。该检测器85可与离子腔50一起工作或者代替其工作，并且还可用于较验调制器1中的流体厚度剖面。

[0185] 图16中所示出的支架5仅仅应当看作是其中可设置本发明的调制器1的示意性的支架设计。因此，调制器1可设置在其它支架设计和辐射系统中。

[0186] 将本发明的强度调制器与现有技术强度调制放疗传输技术进行了比较，比较结果如下面的表2所示。

[0187] 表2

[0188]

[0189] Tu为沿一个束方向向靶体传输均匀剂量的标准治疗时间(1-2分钟)。

[0190] 图17为根据本发明的辐射束调制器操作的流程图。该方法在步骤S1开始，这里限定用于辐射束的靶传输剖面。通过例如采用在这里未更详细描述的诊断数据根据现有技术确定该靶传输剖面。基于该靶传输或者强度剖面限定将产生期望靶剖面的流体厚度分布。该厚度分布例如可表明调制器每个流体柱的流体柱高度。可选择地，其包括应如何调节调制器以获得期望的调制剖面的信息。因此，其可表明微型阀相应的打开时间或者对基于毛细管的调制器而言不同的泵应当泵送入毛细管或者泵送出毛细管多少流体。可选择地，棒的浸入程度可用作调节参数或者特别螺杆头应当旋转多少或者拉丝用电动机应当工作多长时间。

[0191] 在下一个步骤S2中，调节辐射调制流体的流体柱的高度以获得将产生靶传输剖面的限定调制剖面以及流体厚度分布。在下个可选步骤S3中，主动维持如此调节的柱高度从而辐射调制流体将不移动，并且在调制器移动或者旋转的情况下造成厚度分布的变化。最后，在步骤S4中通过将相关的辐射束(光子、中子、电子、离子、正电子、π+、π-、π0、光束等等)引导至调制器上以获得调制(强度调制、能量/射程调制、光调制)束。

[0192] 本发明调制器的一个主要优点在于在运行中可实时动态调节其调制剖面而不必将调制器从支架移出(在采用金属立方体的调制器和在[1]中所描述的调制器中需要移出)或者替换调制器(在固定传输块中需要)。这表示可如线L1所示快速(不足一秒至几秒)调节新靶传输剖面。该快速柱高度调节例如可以在旋转支架和调制器至新的辐照位置或者角度的同时进行。这一点意味着和现有技术方案比较可明显减小总的治疗时间。

[0193] 图18为对在图1和图6所示出的调制器实施例更详细描述图17的调节和维持步骤的流程图。该方法从图17中的步骤S1继续。在下个步骤S10中，确定对抗加压装置的压力(PLq)是否大于流体加压装置所施加的压力(PHg)，或者反之亦然。如果PLq＞PHg，则该方法继续到步骤S11，在这里打开与毛细管的辐射调制流体液位应当下降的毛细管相关的阀。这一点造成在阀打开时对抗流体被推进毛细管，并且又将衰减流体部分推出毛细管并且推入流体箱(或多个流体箱)。一旦对这些毛细管获得适当的流体柱高度，则在步骤S12关闭阀。

[0194] 在下个步骤S13，施加至辐射衰减流体的压力增加和/或对抗流体的流体压力下降直到PHg＞PLq。如果应增加任何流体柱高度，则在步骤S14打开与这些柱和毛细管相关的阀，使得辐射衰减流体进入毛细管并且推出对抗流体。一旦对这些毛细管获得适当的流体柱高度，则在步骤S15关闭阀。

[0195] 但是，如果如在步骤S10所确定的PLq＜PHg，则当阀在步骤S16打开时，辐射衰减流体柱的高度将增加。一旦获得适当的柱高度，则阀在步骤S17关闭，并且在步骤S18调节压力水平直到PLq＞PHg。在步骤S19中打开阀将造成对抗流体注入打开的毛细管中以及衰减流体流出。然后在步骤S15中关闭打开的阀。

[0196] 通过这些操作获得对应于靶传输剖面的辐射束调制剖面。通过利用对抗流体和高度调节装置，在两次调节时机之间主动维持(锁定在合适位置)柱高度，从而防止任何在辐照或者调制器移动/旋转时不希望的剖面变化。该方法然后继续到图17的步骤S4。

[0197] 本发明期望如果不需要增加(减小)柱高度，则可省略或者跳过操作步骤S13-S15或者S16-S17(S11-S12或者S18-S15)。

[0198] 图19为对图7和8所描述的调制器实施例更详细描述图17的调节和维持步骤的流程图。该方法从图17中的步骤S1继续。在下个步骤S20中，启动泵以将对抗流体(图7)或者辐射调制流体(图8)泵入毛细管或者从毛细管泵出。泵送的方向以及总的泵送时间限定所产生的柱高度。当泵停止时，将柱高度锁定在对抗流体(其又由泵或者加压装置锁定)和加压装置或者泵之间的位置。该方法然后继续到图17中的步骤S4。

[0199] 图20为对于图12中所示出的调制器实施例更详细描述图17的调节和维持步骤的流程图。该方法从图17中的步骤S1继续。在下个步骤S30，将螺杆驱动器系统从辐射束区域外部的辐照位置移动至和螺杆头对准的旋转位置。然后在步骤31启动螺杆驱动器并旋转螺杆头以将棒进一步浸入辐射衰减流体/从其拉回。如果该螺杆驱动器系统必须在棒间(棒单元内)移动以调节所有的柱高度，则可多次进行该旋转步骤。一旦可获得适当的辐射调节剖面，则在步骤S32中将螺杆驱动器系统移回至辐射位置。该方法然后继续到图17的步骤S4。

[0200] 在本发明的另一个方面中，提供了使用根据本发明的辐射束调制器调制辐射束。

[0201] 本领域技术人员将理解可对本发明进行各种更改和变化而不偏离其范围，该范围由所附的权利要求书限定。

[0202] 参考文献

[0203] Xu T，Shikhaliev PM，Al-Ghazi M and Molloi S，Reshapablephysical modulator for intensity modulated radiation therapy，MedicalPhysics，29(10)：2222-2229，2002[0204] 美国专利5,596,619

[0205] Watanabe T and Kuwano H，A Microvalve matrix usingpiezoelectric actuators，Microsystem Technologies，107-111，1997