用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統。所述水箱測量系統包括箱體、探測器、探測器運動引導架，以及驅動裝置，其中所述驅動裝置與所述探測器傳動連接，以驅使所述探測器在所述探測器運動引導架的引導下相對于所述箱體運動。本發明的水箱測量系統具有成本低，通用性好，運動精度高，響應速度快，易于維護等特點，并能精確地模擬研究各種器官的三維運動對劑量的影響，也可以用來修正計劃靶區和放射治療計劃，提高腫瘤放射治療的精確度。
【專利說明】用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及腫瘤精確放射治療領域，特別是涉及用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量方法和系統。
【背景技術】
[0002]精確放射治療是基于高質量的CT、MRI或正電子發射計算機斷層顯像圖像，將放療醫學與計算機技術、物理學等相結合所進行的腫瘤治療方式，整個放療過程由計算機控制完成，它是具有精確定位、精確計劃、精確擺位、精確治療等特點的一體化治療技術。精確放療的應用可以提高腫瘤照射劑量同時減少周圍正常組織受量，從而提高腫瘤控制率，降低放射治療副反應。
[0003]然而胸腹部的腫瘤和一些正常組織結構會隨著人體的呼吸運動、內臟器官的蠕動而移動。而由計劃系統優化得到的照射野是相對靜止的，這就造成靶區和周圍重要組織器官的受照劑量與計劃制定有區別，影響了放射治療的精度。有研究發現，當呼吸運動使胸部腫瘤在頭腳方向位移12mm，在前后方向位移5mm，在左右方向位移2mm時，這些位移會導致靶區實際接受的照射劑量與計劃預期差異較大，甚至可達10%以上。因而在胸腹部腫瘤的精確放療中，器官運動對劑量分布的影響受到廣泛的關注和研究。
[0004]現在臨床上實行的胸腹部腫瘤的放射治療，最常使用外擴照射范圍的方法來降低器官形狀和位置變化對精確放療的影響，但不同患者體內器官和腫瘤運動形式與幅度均有差異，這種方法可能造成靶區漏照或正常組織受到不必要照射。目前，急需就器官運動對劑量影響的規律進行詳細的 研究，以便最終發展可以進一步提高放療精度的技術。
[0005]現在，有關器官運動對劑量影響的研究主要是利用運動平臺和運動體模。運動平臺一般只能在一維或二維方向上運動，而實際大部分的器官運動都是三維方向，這在一定程度上限制了其在很多模擬測量上的使用。同時，它的響應時間長，運動速度慢，很難準確模擬測量一些快速變化的器官運動對劑量的影響。運動體模可以較好的模擬特定部位器官運動所受的照射劑量，但是它一般成本較高，而且一個體模只能模擬特定部位，使用模式較為單一，不夠靈活。
[0006]因此希望有一種新的方法或裝置來模擬器官運動對放射劑量的影響。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量方法和系統。
[0008]為實現上述發明目的，本發明提供一種用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述水箱測量系統包括箱體、探測器、探測器運動引導架，以及驅動裝置，其中所述驅動裝置與所述探測器傳動連接，以驅使所述探測器在所述探測器運動引導架的引導下相對于所述箱體運動，如圖1所示。
[0009]優選地，所述探測器設置成能夠相對于所述箱體在三維方向上運動。[0010]優選地，所述探測器運動引導架包括水平縱向導軌、水平橫向導軌以及豎直導軌，所述驅動裝置包括三個步進電機，分別用于驅使所述探測器沿著所述水平縱向導軌、水平橫向導軌以及豎直導軌運動。
[0011]優選地，所述水箱測量系統進一步包括控制裝置，所述控制裝置與所述驅動裝置電連接，以使得所述探測器以設定的運動參數運動。
[0012]優選地，所述控制裝置包括運動參數輸入裝置。
[0013]優選地，所述運動參數輸入裝置包括鍵盤、鼠標、操縱桿、USB接口和/或網絡接合。
[0014]優選地，所述探測器的數量為一個。
[0015]優選地，在水箱中裝有水或體液模擬液體。
[0016]該系統的工作原理如圖2所示，在軟件中可以根據需要選擇不同的工作模式，首先在上位機軟件中設置步進電機控制的目標位置、加速度、速度等參數，單片機接收該信息后通過控制輸出脈沖來實現實時的運動規劃。其中通過控制脈沖的數量來控制步進電機轉動的角位移、控制輸出脈沖的頻率來控制步進電機轉動的速度和加速度。驅動電路接收脈沖信號放大以驅動步進電機運轉。使探測器可以在x、y、z三個維度上以不同的頻率、不同的幅度做勻速或變速運動，來模擬器官運動。探測器可以測得在運動過程中所接受的照射劑量，將測得的數值傳送給計算機。
[0017]本裝置將虛擬儀器技術的可視化操作和控制應用到步進電機控制系統中，實現了動態改變脈沖頻率、方向信號和實時控制探測器位置、速度的功能，保證了系統技術的實時準確性以及性能的靈活性。使其可以模擬探測不同運動維度、幅度、頻率、速度的器官的吸收劑量。
[0018]針對現有技術的缺陷，本發明利用放療中常用的水箱測量系統提供一種能模擬器官運動對劑量影響的測量方法和裝置。水箱測量系統是由計算機控制的自動快速掃描系統，能對射線在水模中相對劑量分布進行測量，得出射線的半高寬、半影、對稱性、平坦度、最大劑量點深度等參數。是醫院放療設備的日常質量保證、安裝驗收、大修檢測過程中的常用設備。本發明在水箱中加水，探測器可以在水中自由運動，能夠比較準確的模擬在人體內環境下運動器官所受的劑量。
[0019]本發明與現有的方法相比，具有成本較低，通用靈活，運動精度高，響應速度快，易于維護等特點。可以模擬研究各種器官的三維運動對劑量的影響，也可以用來修正計劃靶區和放射治療計劃，提高腫瘤放射治療的精確度。本發明能夠系統地模擬人體各種器官的運動，為臨床放射治療的質量保證和質量控制提供了有效手段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為根據本發明一實施例的水箱測量系統的結構示意圖。
[0021]圖2為根據本發明一實施例的水箱測量系統的電控系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步的描述。
[0023]該系統由主體水箱部分和操作控制部分構成。[0024]其中主體水箱部分主要包括有機玻璃箱體1、探測器2、步進電機3、導軌4和托架5 ；
[0025]所述有機玻璃箱體使用材料為透明的有機玻璃。系統在使用過程中，有機玻璃箱體內根據需要注入一定量的水，使探測器周圍的CT電子密度與人體內的環境更加接近。
[0026]根據需要可以選為點、線、面、體探測器，可以分別研究要測量器官內的點、線、面、體的運動對劑量的影響。
[0027]所述步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它將驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為步距角，其可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度。步進電機通過同步帶控制探測器的運動。
[0028]操作控制部分由單片機、驅動電路、上位機(PC機)、軟件，數據連接線等組成。
[0029]要使探測器同時在X、y、z三個維度上運動，需要使用三個步進電機，同時要有三個步進電機的驅動電路。驅動電路外接220v的交流電，受單片機脈沖信號的控制。
[0030]單片機選用常用的AT89S52，用以接收LABVIEW控制輸出的信號。單片機運行后，對中斷口進行監視，當接受到控制信號時，單片機主程序根據所讀取信息發送相應頻率和次數的脈沖信號，達到控制轉速和轉角的目的。
[0031]上位機程序采用美國NI公司的圖形化編程語言LabVIEW編寫。按照功能模塊劃分為:通信模塊、數據顯示和存儲模塊、參數設定模塊、步進電機控制模塊等。通過控制探測器以不同的速度、頻率和幅度做一維、二維或三維運動，即可以模擬各種不同復雜程度的器官運動。例如，模擬呼吸運動時，可以按照呼吸運動的規律，設定探測器在三個方向上運動分別為
【權利要求】
1.一種用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述水箱測量系統包括箱體、探測器、探測器運動引導架，以及驅動裝置。其中所述驅動裝置與所述探測器傳動連接，以驅使所述探測器在所述探測器運動引導架的引導下相對于所述箱體運動。
2.根據權利要求1所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述探測器設置成能夠相對于所述箱體在三維方向上運動。
3.根據權利要求2所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述探測器運動引導架包括水平縱向導軌、水平橫向導軌以及豎直導軌，所述驅動裝置包括三個步進電機，分別用于驅使所述探測器沿著所述水平縱向導軌、水平橫向導軌以及豎直導軌運動。
4.根據權利要求3所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，進一步包括控制裝置，所述控制裝置與所述驅動裝置電連接，以使得所述探測器以設定的運動參數運動。
5.根據權利要求4所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述控制裝置包括運動參數輸入裝置。
6.根據權利要求5所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述運動參數輸入裝置包括鍵盤、鼠標、操縱桿、USB接口和/或網絡接口。
7.根據權利要求1所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，所述探測器的數量 為一個。
8.根據權利要求1所述的用于模擬器官運動對放射劑量影響的水箱測量系統，其特征在于，在水箱中裝有水或體液模擬液體。
【文檔編號】A61N5/00GK103785111SQ201310360895
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】戴建榮, 苗俊杰 申請人:戴建榮, 苗俊杰