四維追蹤放療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種四維追蹤放療系統(tǒng)，屬于放療設(shè)備領(lǐng)域，包括腫瘤運動軌跡的提取系統(tǒng)，設(shè)有軌跡追蹤加速器，軌跡追蹤加速器設(shè)有治療頭，治療頭設(shè)有二級準(zhǔn)直器、兩維移動機(jī)構(gòu)與多葉準(zhǔn)直器，驅(qū)動電機(jī)水平安裝在二級準(zhǔn)直器側(cè)面，電機(jī)內(nèi)設(shè)有控制器，控制器信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)，信號發(fā)送端連接驅(qū)動電機(jī)，直線導(dǎo)軌水平安裝在二級準(zhǔn)直器側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)下方，設(shè)置聯(lián)袂塊，使聯(lián)袂塊底部與多葉準(zhǔn)直器連接，聯(lián)袂塊中部安裝在直線導(dǎo)軌內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子上設(shè)有滾珠絲杠，聯(lián)袂塊頂部與多葉準(zhǔn)直器相互配合，四維追蹤放療系統(tǒng)，精度高，不需要患者憋氣，腫瘤實際運動信息無偏差，治療時間短，不會造成患者恐慌。
【專利說明】四維追蹤放療系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型提供一種四維追蹤放療系統(tǒng)，屬于放療設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在對肺癌和肝癌進(jìn)行放射治療時，肺部器官的呼吸運動會造成靶區(qū)的移動，為了不遺漏腫瘤靶區(qū)，照射野必須擴(kuò)大。由此造成正常組織照射體積增加，發(fā)生放射性肺炎或放射性肝炎的可能性增大，從而限制了放療劑量的提高。為了克服呼吸運動對腫瘤放療產(chǎn)生不利的影響，呼吸控制技術(shù)在腫瘤放療領(lǐng)域中得到應(yīng)用和推廣，到目前為止，常用的呼吸控制技術(shù)有:被動加壓技術(shù)、主動呼吸控制技術(shù)、呼吸門控技術(shù)、實時跟蹤放射技術(shù)、呼吸運動補償技術(shù)等。
[0003]被動加壓技術(shù)是應(yīng)用各種裝置對體位進(jìn)行固定并對胸腹部采用加壓的方法，來限制肺部、膈肌等的運動幅度，從而減少肺部腫瘤的運動幅度。被動加壓技術(shù)簡單易行，不足之處是此方法精度較差。
[0004]主動呼吸控制技術(shù)(ABC)要求患者在治療前深吸氣，然后在加速器出束照射過程中屏氣，該技術(shù)能夠減小腫瘤運動幅度，并降低了肺組織密度，從而減少了高劑量曲線內(nèi)正常肺組織的受照射體積，降低正常組織并發(fā)癥。ABC裝置由呼吸流量監(jiān)測器和活瓣組成，可以持續(xù)監(jiān)控患者的呼吸信號并通過計算機(jī)數(shù)字化處理后在顯示屏上顯示，當(dāng)肺活量在吸氣或呼氣超過設(shè)定值的時候，兩對活瓣關(guān)閉從而制動患者呼吸，然后在此制動期進(jìn)行放療。應(yīng)用ABC技術(shù)也能有效減少正常肺組織照射體積，靶區(qū)中心位移亦能明顯減少。但本技術(shù)的缺點在于每次呼吸控制前，因患者的功能殘氣量不同、重復(fù)吸氣控制造成疲勞以及肺腫瘤患者多伴有呼吸系統(tǒng)癥狀而致耐受性較差。
[0005]呼吸門控系統(tǒng)(RGS)是患者在治療中可以自由呼吸，此技術(shù)監(jiān)測呼吸時相的方法是在患者的胸部或腹部放置反映性的標(biāo)記物，這些標(biāo)記物的運動過程就可以被安置在墻上的視頻攝像機(jī)記錄下來，攝像機(jī)再將圖像傳到計算機(jī)，然后軟件對標(biāo)記物運動進(jìn)行數(shù)字分析并儲存起來，標(biāo)記物到達(dá)某一位置其運動信號就成為觸發(fā)放療的“開關(guān)”。此技術(shù)的缺點在于對腫瘤的運動監(jiān)控采用的不是直接的方法，而是采用間接的手段，通過跟蹤患者體表所放置標(biāo)志物的運動情況來代替體內(nèi)腫瘤的實際運動狀況，鑒于呼吸運動的復(fù)雜性，腫瘤運動和外部監(jiān)控信號在時間、空間上很難保持一致，這樣會造成對獲取腫瘤實際運動信息產(chǎn)生一定的偏差。
[0006]實時跟蹤放射技術(shù)治療是將金粒等標(biāo)記物植入患者腫瘤內(nèi)或附近，用X線機(jī)等進(jìn)行實時跟蹤放療，再由腫瘤放療醫(yī)生根據(jù)正常危及器官與腫瘤的距離和劑量體積直方圖所確定的金粒允許偏離范圍來確定是否出束照射，治療時診斷用X線系統(tǒng)以每秒30幀圖像的速度進(jìn)行監(jiān)控，并與模板圖像進(jìn)行配準(zhǔn)比較，若金粒偏離在允許范圍之內(nèi)，則予以照射，否則切斷照射。此方法照射過程斷斷續(xù)續(xù)，由此延長了整個治療時間。
[0007]呼吸運動誤差補償法是要靠硬件技術(shù)來實現(xiàn)對肺部腫瘤呼吸運動的補償。它主要是通過設(shè)計一套可以在二維平面上做自由運動的活動平臺，將此平臺疊加在加速器治療床上與治療床一體化，平臺可以在治療床上自由滑動。此平臺在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下有規(guī)律的運動，整個運動過程與步進(jìn)電機(jī)保持同步?；颊咴趯嵤┲委煏r被擺放到可移動平臺的上面，可移動平臺的運動方式根據(jù)患者體內(nèi)腫瘤的實時運動情況來確定，平臺的運動方向始終保持與腫瘤的運動方向相反，在每一時刻的運動速率大小又盡量保持相同，這樣當(dāng)腫瘤由于呼吸運動而偏離初始時刻照射野中心位置時，平臺在同一時刻由于反向運動又會相應(yīng)帶動腫瘤回到原來的初始位置。目前此技術(shù)尚不夠完善，床板運動會引起患者的恐慌，并且運動過程中患者會產(chǎn)生附帶的變化，運動控制復(fù)雜，因此應(yīng)用的很少。此技術(shù)的最大優(yōu)點是患者可以在治療中自由呼吸。
[0008]目前此技術(shù)缺陷在于:其一，被動加壓技術(shù)精度較差；其二，主動呼吸控制技術(shù)，每次呼吸控制前，因患者的功能殘氣量不同、重復(fù)吸氣控制造成疲勞以及肺腫瘤患者多伴有呼吸系統(tǒng)癥狀而致耐受性較差；其三，呼吸門控系統(tǒng)腫瘤運動和外部監(jiān)控信號在時間、空間上很難保持一致，這樣會造成對獲取腫瘤實際運動信息產(chǎn)生一定的偏差；其四，實時跟蹤放射技術(shù)照射過程斷斷續(xù)續(xù)，由此延長了整個治療時間；其五，呼吸運動誤差補償法床板運動會引起患者的恐慌，并且運動過程中患者會產(chǎn)生附帶的變化，運動控制復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型目的在于提供一種四維追蹤放療系統(tǒng)，精度高，不需要患者憋氣，腫瘤實際運動信息無偏差，治療時間短，不會造成患者恐慌。
[0010]本實用新型所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，包括腫瘤運動軌跡的提取系統(tǒng)，設(shè)有軌跡追蹤加速器，軌跡追蹤加速器設(shè)有治療頭，治療頭設(shè)有二級準(zhǔn)直器、兩維移動機(jī)構(gòu)與多葉準(zhǔn)直器，兩維移動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠和聯(lián)袂塊，驅(qū)動電機(jī)水平安裝在二級準(zhǔn)直器側(cè)面，電機(jī)內(nèi)設(shè)有控制器，控制器信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)，信號發(fā)送端連接驅(qū)動電機(jī)，直線導(dǎo)軌水平安裝在二級準(zhǔn)直器側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)下方，設(shè)置聯(lián)袂塊，使聯(lián)袂塊底部與多葉準(zhǔn)直器連接，聯(lián)袂塊中部安裝在直線導(dǎo)軌內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子上設(shè)有滾珠絲杠，聯(lián)袂塊頂部與多葉準(zhǔn)直器相互配合。
[0011]所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，多葉準(zhǔn)直器設(shè)有葉片組A與葉片組B，多葉準(zhǔn)直器設(shè)有葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)，葉片組A與葉片組B分別連接一個葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)，多葉準(zhǔn)直器設(shè)有控制芯片，控制芯片信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)，信號發(fā)送端連接葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0012]所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，腫瘤運動軌跡的提取系統(tǒng)，可以是基于四維CT患者呼吸周期不同時相影像的獲取腫瘤運動軌跡方式，也可以是基于腫瘤靶區(qū)植入金標(biāo)、磁應(yīng)答器等方式監(jiān)視腫瘤運動并獲取腫瘤運動軌跡方式，可以實時獲得腫瘤位置，解決了實際運動位置出現(xiàn)偏差的問題，由于臨床腫瘤運動沿人體頭腳方向的腫瘤運動最大，其他左右、前后兩方向較小?，F(xiàn)代醫(yī)用加速器采用等中心機(jī)架設(shè)計，患者治療時，射束可以從不同的機(jī)架角進(jìn)行投照，患者腫瘤的三維空間的運動，可以非常方便的轉(zhuǎn)換為基于治療頭坐標(biāo)系的三個方向的運動矢量，由于沿治療頭軸線方向運動主要影響腫瘤接受的劑量，通常腫瘤在該方向的運動對劑量的影響較小。因此本實用新型主要對其他兩個方向進(jìn)行照射位置跟蹤補償，驅(qū)動電機(jī)與聯(lián)袂塊配合和葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別使兩維的運動完全可以適應(yīng)加速器機(jī)架在不同角位照射的補償需要。由于葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)和二維運動補償機(jī)構(gòu)分別由不同的控制器管理，移動過程十分清晰，并且治療計劃只需要完成某一呼吸相位的靜態(tài)計劃，不需要按照復(fù)雜的動態(tài)腫瘤進(jìn)行分時相的計劃和疊加，非常簡單，并且與臨床的符合性更好，由于采用連續(xù)照射技術(shù)，多葉準(zhǔn)直器的運動和二維運動補償機(jī)構(gòu)作為兩個獨立的控制單元分別同時完成各自的任務(wù)，數(shù)據(jù)處理簡單，傳輸速度快。具有與靜態(tài)腫瘤照射的主要特征，因此工作效率高。
[0013]所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，二級準(zhǔn)直器上對應(yīng)安裝直線導(dǎo)軌的相反側(cè)水平安裝直線導(dǎo)軌，兩條直線導(dǎo)軌安裝在同一水平線上。使多葉準(zhǔn)直器固定更為牢穩(wěn)。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為:所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，腫瘤運動軌跡的提取系統(tǒng)，可以是基于四維CT患者呼吸周期不同時相影像的獲取腫瘤運動軌跡方式，也可以是基于腫瘤靶區(qū)植入金標(biāo)、磁應(yīng)答器等方式監(jiān)視腫瘤運動并獲取腫瘤運動軌跡方式，可以實時獲得腫瘤位置，解決了實際運動位置出現(xiàn)偏差的問題，由于臨床腫瘤運動沿人體頭腳方向的腫瘤運動最大，其他左右、前后兩方向較小?，F(xiàn)代醫(yī)用加速器采用等中心機(jī)架設(shè)計，患者治療時，射束可以從不同的機(jī)架角進(jìn)行投照，患者腫瘤的三維空間的運動，可以非常方便的轉(zhuǎn)換為基于治療頭坐標(biāo)系的三個方向的運動矢量，由于沿治療頭軸線方向運動主要影響腫瘤接受的劑量，通常腫瘤在該方向的運動對劑量的影響較小。因此本實用新型主要對其他兩個方向進(jìn)行照射位置跟蹤補償，驅(qū)動電機(jī)與聯(lián)袂塊配合和葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別使兩維的運動完全可以適應(yīng)加速器機(jī)架在不同角位照射的補償需要。由于葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)和二維運動補償機(jī)構(gòu)分別由不同的控制器管理，移動過程十分清晰，并且治療計劃只需要完成某一呼吸相位的靜態(tài)計劃，不需要按照復(fù)雜的動態(tài)腫瘤進(jìn)行分時相的計劃和疊加，非常簡單，并且與臨床的符合性更好，由于采用連續(xù)照射技術(shù)，多葉準(zhǔn)直器的運動和二維運動補償機(jī)構(gòu)作為兩個獨立的控制單元分別同時完成各自的任務(wù)，數(shù)據(jù)處理簡單，傳輸速度快。具有與靜態(tài)腫瘤照射的主要特征，因此工作效率高。
[0015]所述的直線導(dǎo)軌，使多葉準(zhǔn)直器固定更為牢穩(wěn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是新型四維追蹤放療系統(tǒng)圖；
[0017]圖2是新型四維追蹤放療系統(tǒng)治療頭示意圖；
[0018]圖3是新型四維追蹤放療系統(tǒng)治療頭的剖面圖；
[0019]圖4是治療頭對準(zhǔn)腫瘤狀態(tài)示意圖；
[0020]圖5是腫瘤Y軸方向運動偏離示意圖；
[0021]圖6是腫瘤X軸方向運動偏離示意圖；
[0022]圖7是腫瘤X軸方向與Y方向均運動偏離示意圖。
[0023]圖中:1、腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)；2、軌跡追蹤加速器；3、多葉準(zhǔn)直器；4、兩維移動機(jī)構(gòu)；5、二級準(zhǔn)直器；6、驅(qū)動電機(jī)；7、滾珠絲杠；8、聯(lián)接塊；9、直線導(dǎo)軌；10、葉片組A ;11、葉片組B ;12、葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0024]下面根據(jù)本實用新型對本實用新型實施例做進(jìn)一步說明:
[0025]實施例1:本實用新型所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，包括腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)1，設(shè)有軌跡追蹤加速器2，軌跡追蹤加速器2設(shè)有治療頭，治療頭設(shè)有二級準(zhǔn)直器5、兩維移動機(jī)構(gòu)4與多葉準(zhǔn)直器3，兩維移動機(jī)構(gòu)4包括驅(qū)動電機(jī)6、直線導(dǎo)軌9、滾珠絲杠7和聯(lián)袂塊8，驅(qū)動電機(jī)6水平安裝在二級準(zhǔn)直器5側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)6內(nèi)設(shè)有控制器，控制器信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)，信號發(fā)送端連接驅(qū)動電機(jī)6，滾珠絲杠7位于驅(qū)動電機(jī)6側(cè)面，直線導(dǎo)軌9水平安裝在二級準(zhǔn)直器5側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)6下方，設(shè)置聯(lián)袂塊8，使聯(lián)袂塊8底部與多葉準(zhǔn)直器3連接，聯(lián)袂塊8中部安裝在直線導(dǎo)軌9內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)6轉(zhuǎn)子上設(shè)有滾珠絲杠
7,聯(lián)袂塊8頂部與多葉準(zhǔn)直器3相互配合，
[0026]實施例2:在實施例1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，多葉準(zhǔn)直器3設(shè)有葉片組AlO與葉片組B11，多葉準(zhǔn)直器3設(shè)有葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)12，葉片組AlO與葉片組Bll分別連接一個葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)12，多葉準(zhǔn)直器3設(shè)有控制芯片，控制芯片信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)，信號發(fā)送端連接葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)12。
[0027]實施例3:在實施例2的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，二級準(zhǔn)直器5上對應(yīng)安裝直線導(dǎo)軌9的相反側(cè)水平安裝直線導(dǎo)軌9，兩條直線導(dǎo)軌9安裝在同一水平線上。
[0028]操作步驟與工作原理:
[0029]1、使用呼吸周期的某一時相，作為初始相位，并制定一個基于該相位靜態(tài)靶區(qū)的治療計劃，確定加速器照射參數(shù)和對應(yīng)的MLC照射孔徑；
[0030]2、腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)I實時監(jiān)控患者腫瘤運動，獲取腫瘤運動軌跡和規(guī)律；
[0031]3、加速器2實時接收腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)I產(chǎn)生的腫瘤運動軌跡，使用位置預(yù)測算法估算上述靶區(qū)的未來位置，并將運動軌跡矢量分解為對應(yīng)多葉準(zhǔn)直器3兩個方向的整體運動矢量；多葉準(zhǔn)直器3兩維移動機(jī)構(gòu)4分別執(zhí)行兩個方向腫瘤位置的追蹤運動補償；
[0032]4、同時，多葉準(zhǔn)直器3根據(jù)患者治療計劃完成射束成型。
[0033]如圖4、圖5、圖6和圖7所示，當(dāng)腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)I實時監(jiān)控到的腫瘤與初始時相位置發(fā)生偏移，如圖5時，葉片組AlO和葉片組Bll同時向Y方向移動相應(yīng)距離，使之回到圖4狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)圖6狀態(tài)時，兩維移動機(jī)構(gòu)4驅(qū)動電機(jī)6經(jīng)由滾珠絲杠7和聯(lián)接塊8帶動多葉準(zhǔn)直器3整體沿直線導(dǎo)軌9在X方向上移動相應(yīng)距離，使之回到圖4狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)圖7狀態(tài)時，上述兩種情況同時動作。
【權(quán)利要求】
1.一種四維追蹤放療系統(tǒng)，包括腫瘤運動軌跡的提取系統(tǒng)(1)，其特征在于，設(shè)有軌跡追蹤加速器(2)，軌跡追蹤加速器(2)設(shè)有治療頭，治療頭設(shè)有二級準(zhǔn)直器(5)、兩維移動機(jī)構(gòu)(4)與多葉準(zhǔn)直器(3)，兩維移動機(jī)構(gòu)(4)包括驅(qū)動電機(jī)(6)、直線導(dǎo)軌(9)、滾珠絲杠(7)和聯(lián)袂塊(8)，驅(qū)動電機(jī)(6)水平安裝在二級準(zhǔn)直器(5)側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)(6)內(nèi)設(shè)有控制器，控制器信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)(I )，信號發(fā)送端連接驅(qū)動電機(jī)(6)，直線導(dǎo)軌(9)水平安裝在二級準(zhǔn)直器(5)側(cè)面，驅(qū)動電機(jī)(6)下方，設(shè)置聯(lián)袂塊(8)，使聯(lián)袂塊(8)底部與多葉準(zhǔn)直器(3)連接，聯(lián)袂塊(8)中部安裝在直線導(dǎo)軌(9)內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)(6)轉(zhuǎn)子上設(shè)有滾珠絲杠(7 )，聯(lián)袂塊(8 )頂部與多葉準(zhǔn)直器(3 )相互配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，其特征在于，所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，多葉準(zhǔn)直器(3)設(shè)有葉片組A (10)與葉片組B (11)，多葉準(zhǔn)直器(3)設(shè)有葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)(12)，葉片組A (10)與葉片組B (11)分別連接一個葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)(12)，多葉準(zhǔn)直器(3)設(shè)有控制芯片，控制芯片信號接收端連接腫瘤運動軌跡提取系統(tǒng)(I )，信號發(fā)送端連接葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維追蹤放療系統(tǒng)，其特征在于，二級準(zhǔn)直器(5)上對應(yīng)安裝直線導(dǎo)軌(9)的相反側(cè)水平安裝直線導(dǎo)軌(9)，兩條直線導(dǎo)軌(9)安裝在同一水平線上。
【文檔編號】A61N5/00GK203556067SQ201320717846
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】車永新, 成希革 申請人:山東新華醫(yī)療器械股份有限公司