轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001]所屬技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)。
[0002]【背景技術(shù)】:
放射治療是進(jìn)行腫瘤治療的重要手段之一，對(duì)于改善人類健康和增益人類壽命有十分重大的意義。世界衛(wèi)生組織(WHO)提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在可治愈癌癥中，手術(shù)治愈率為22%，放療與手術(shù)結(jié)合的治愈率為6%，放療治愈率12%，化療僅為5%?？梢?，放射治療是癌癥治愈的重要技術(shù)手段。
[0003]放射治療是以放射物理、放射生物學(xué)、臨床放射治療學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合臨床腫瘤學(xué)、外科學(xué)、內(nèi)科學(xué)、影像學(xué)等知識(shí)，利用放射線治療疾病的手段，主要用來治療惡性腫瘤。近年來，放射治療技術(shù)發(fā)生了巨大變化。傳統(tǒng)的常規(guī)放療正向精確放射治療轉(zhuǎn)變。所謂精確放射治療技術(shù)主要包括三維適形放射治療(3D-CRT)技術(shù)、調(diào)強(qiáng)放射治療(MRT)技術(shù)、立體定向放射治療(SRT)技術(shù)、立體定向放射外科(SRS)、圖像引導(dǎo)的放射治療(IGRT)以及螺旋斷層掃描調(diào)強(qiáng)治療(TOMO)等。精確放射治療技術(shù)能明顯提高腫瘤的局部控制率，降低正常組織的并發(fā)癥，從而提高治療效果。然而，要達(dá)到精確放療，對(duì)于放療設(shè)備而言，就需要具有更高的精度、更靈活的機(jī)構(gòu)、更清晰的成像設(shè)備等。
[0004]隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，智能放射治療技術(shù)巳成為放射治療先進(jìn)和有效的手段之一，如美國Accurary公司的Cyberknife系統(tǒng)，它將機(jī)器人技術(shù)引入放療設(shè)備中，極大地增加了放射治療技術(shù)的靈活性。但是，Cyberknife系統(tǒng)只能通過雙束正交KV成像聚合出靶區(qū)的三維坐標(biāo)位置，而不能在一個(gè)位置得到三維的圖像數(shù)據(jù)，因此，成像系統(tǒng)反映的信息不足以描述腫瘤的真實(shí)三維物理形狀。此外，Cyberknife系統(tǒng)的成像系統(tǒng)中的X射線源和探測(cè)板只能在固定的位置和角度獲取靶區(qū)二維圖像，如果需要校正等中心位置，還需要對(duì)治療床進(jìn)行移動(dòng)，限制了成像的空間靈活性。同時(shí)，Cyberknife系統(tǒng)的常規(guī)治療床不能繞著等中心公轉(zhuǎn)，治療床與機(jī)器人方位相對(duì)固定，造成機(jī)器人手臂在患者兩側(cè)進(jìn)行治療時(shí)，只能在較小角度的范圍內(nèi)治療，對(duì)于脊椎腫瘤患者、背部腫瘤患者的適用性較差，腫瘤治療范圍較小。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有機(jī)器人放療系統(tǒng)中影像系統(tǒng)反映信息不足，治療范圍較小，治療空間受限等不足，提供一種可進(jìn)行大范圍腫瘤放療，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工的轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)由C臂影像系統(tǒng)(I)和轉(zhuǎn)盤(2)組成；C臂影像系統(tǒng)(I)由C臂基座(3)、C臂架(4)、X射線源(5)和探測(cè)板(6)組成；C臂基座(3)安裝在轉(zhuǎn)盤(2)的主軸(20)上，C臂架(4)安裝在C臂基座(3)上，X射線源
(5)和探測(cè)板(6)安裝在C臂架(4)內(nèi)壁上。
[0007]上述方案中，所述轉(zhuǎn)盤(2)的外緣安裝有治療床(7)，治療床(7)安裝于治療床公轉(zhuǎn)平臺(tái)(13)上，治療床公轉(zhuǎn)平臺(tái)(13)與主軸(20)之間通過連桿(19)連接，連桿(19)與主軸(20)之間為旋轉(zhuǎn)副連接，治療床公轉(zhuǎn)平臺(tái)(13)下方安裝有弧軌滑塊(15)，滑塊(15)與弧形軌道(18)配合，同時(shí)在治療床公轉(zhuǎn)平臺(tái)(13)下方安裝有主動(dòng)麥克納姆輪(16)和從動(dòng)麥克納姆輪(14)，主動(dòng)麥克納姆輪(16)的輪軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(17)連接。
[0008]上述方案中，所述治療床(7)設(shè)置有故障安全裝置，在工作中出現(xiàn)斷電、事故等意外情況時(shí)，治療床迅速降至安全高度鎖死。
[0009]上述方案中，所述轉(zhuǎn)盤(2 )外緣上設(shè)置有指示刻度(8 )，治療床(7 )繞轉(zhuǎn)盤(2 )的主軸(20)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以進(jìn)行位置精度標(biāo)記和校準(zhǔn)。
[0010]上述方案中，所述轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)與治療床(7)、治療系統(tǒng)、呼吸追蹤器(9)、治療計(jì)劃系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)一起構(gòu)成轉(zhuǎn)盤式放射治療系統(tǒng)，其中，治療系統(tǒng)由緊湊型電子直線加速器(10)、二級(jí)準(zhǔn)直器(11)和機(jī)器人(12)組成，緊湊型直線電子加速器(10)安裝于機(jī)器人(12)機(jī)械臂的末端，二級(jí)準(zhǔn)直器(11)安裝于緊湊型直線電子加速器(10)末端；機(jī)器人(12 )、治療床(7 )、C臂影像系統(tǒng)(I)、轉(zhuǎn)盤(2 )和呼吸追蹤器(9 )通過工業(yè)總線與集成控制系統(tǒng)連接；集成控制系統(tǒng)與治療計(jì)劃系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。
[0011]上述方案中，所述X射線源(5)和探測(cè)板(6)為一套kV級(jí)X射線源(5)和探測(cè)板(6 )或兩套kV級(jí)X射線源(5 )和探測(cè)板(6 );—套kV級(jí)X射線源(5 )和探測(cè)板(6 )時(shí)，X射線源(5)和探測(cè)板(6)可繞著C臂成像中心自轉(zhuǎn)，進(jìn)行錐束斷層成像(CBCT)，得到治療靶區(qū)的三維圖像，用于治療初的圖像配準(zhǔn)和患者擺位；兩套kV級(jí)X射線源(5)和探測(cè)板(6)時(shí)，兩套成像方向夾角90度，并可繞著C臂成像中心自轉(zhuǎn)，在治療初始時(shí)可利用任意一套X射線源和探測(cè)板獲得的信息進(jìn)行CBCT成像，獲得三維圖像進(jìn)行患者擺位，在治療過程中，可以進(jìn)行雙束X光正交成像，得到靶區(qū)的三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)快速定位和實(shí)時(shí)跟蹤。
[0012]上述方案中，所述二級(jí)準(zhǔn)直器(11)為固定圓形準(zhǔn)直器、可變野圓形準(zhǔn)直器、可變野矩形準(zhǔn)直器、精細(xì)射線準(zhǔn)直器、多葉準(zhǔn)直器的一種或其組合。
[0013]上述方案中，所述呼吸追蹤器(9)為紅外線引導(dǎo)呼吸調(diào)節(jié)裝置和聲音引導(dǎo)呼吸調(diào)節(jié)裝置。
[0014]上述方案中，所述治療計(jì)劃系統(tǒng)為一種4維治療計(jì)劃，由劑量計(jì)算模塊、治療計(jì)劃優(yōu)化模塊、劑量驗(yàn)證模塊和自適應(yīng)放療計(jì)劃模塊組成。
[0015]本發(fā)明中，所述CBCT成像進(jìn)行擺位的方法為:
A.直接控制治療床，進(jìn)行初步擺位；
B.利用C臂旋轉(zhuǎn)(掃描時(shí)間±30秒，旋轉(zhuǎn)范圍±110°，I分鐘內(nèi)完成整個(gè)220°)均勻間隔采集圖像；
(a)C臂首先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加速，當(dāng)速度穩(wěn)定后向影像跟蹤系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)前角度(初穩(wěn)角度)、速度和備妥信號(hào)，影像跟蹤系統(tǒng)即可采集到一系列間隔相同角度的確切度數(shù)點(diǎn)的圖像(放射治療計(jì)劃(TPS)采集圖像的間隔時(shí)間是一定的，那么以后每一次采集圖像的角度即可通過初穩(wěn)角度、速度和時(shí)間計(jì)算而得);
(b)影像系統(tǒng)利用采集到的一系列不同角度對(duì)應(yīng)的圖像重建三維模型，與治療前CT定位數(shù)字重建影像(DRR)進(jìn)行圖像融合配準(zhǔn)比對(duì)；
(c)圖像融合配準(zhǔn)比對(duì)后若未達(dá)到要求，存在較大偏差時(shí)，由醫(yī)技人員進(jìn)入治療室調(diào)整；小偏差則由TPS向集成控制系統(tǒng)發(fā)送六維治療床微調(diào)參數(shù)(包括:床在X，Y, Z方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))或加速器治療頭微調(diào)參數(shù)(治療頭在X，Y, Z方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))，當(dāng)擺位達(dá)到TPS治療要求后，整個(gè)擺位過程自動(dòng)完成。
[0016]治療過程中的快速定位方法為:
A.在治療過程中，集成控制系統(tǒng)控制C臂，并向影像系統(tǒng)發(fā)送備妥信號(hào)，進(jìn)行兩套X射線成像系統(tǒng)的圖像采集；
B.探測(cè)板獲取患者靶區(qū)兩幅正交二維圖像，由二維圖像坐標(biāo)計(jì)算出靶區(qū)標(biāo)志的三維坐標(biāo)，并與治療初始時(shí)的CBCT三維圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；
C.若配準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)靶區(qū)有小范圍偏移，則將機(jī)械手做相應(yīng)X、Y、Z方向的移動(dòng)調(diào)整(不含三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng))；若偏移范圍較大，則立即存儲(chǔ)治療相關(guān)數(shù)據(jù)(例如機(jī)器人治療到了第幾個(gè)點(diǎn)、已照射多少劑量等)并停止治療，由醫(yī)技人員重新回到治療室調(diào)整，即重復(fù)病人剛進(jìn)治療時(shí)的擺位，待擺位完成后，取出停止前存儲(chǔ)的治療相關(guān)數(shù)據(jù)，繼續(xù)治療。
[0017]本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤式放射治療系統(tǒng)，通過靈活的6自由度機(jī)器人抓舉緊湊型電子直線加速器治療頭，可以構(gòu)成非等中心、非共面的半球面治療空間；通過C臂影像系統(tǒng)追蹤腫瘤的運(yùn)動(dòng)，控制機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的追蹤放射治療，從根本上提升對(duì)運(yùn)動(dòng)腫瘤的治療精度，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的低分割、大劑量的精確放射治療，為立體定向的調(diào)強(qiáng)放射治療提供了硬件保障。
[0018]本發(fā)明所述方案的有益效果為:
1.C臂影像系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求配備1-2套X射線源和探測(cè)板，增加了 C臂的靈活性；同時(shí)，C臂的自由度相對(duì)于現(xiàn)有自由度只保留至多2個(gè)自由度，即C臂架繞C臂基座軸線旋轉(zhuǎn)、C臂架內(nèi)壁繞C臂成像中心自轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單、容易加工。
[0019]2.C臂影像系統(tǒng)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)三維成像和二維定位的功能，增強(qiáng)了 C臂的功能，擴(kuò)大其適用范圍，在治療過程中都以C臂圖像作為配準(zhǔn)基準(zhǔn)，可以減小累計(jì)誤差。
[0020]3.采用轉(zhuǎn)盤方案，治療床可以繞著等中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，改變了治療床、C臂影像系統(tǒng)和治療機(jī)器人之間的方位，使得機(jī)器人帶動(dòng)加速器能夠達(dá)到的治療空間更大，尤其是能夠達(dá)到人體兩側(cè)，可以更加容易進(jìn)行脊椎腫瘤、背部腫瘤治療。
[0021]4.去掉硬件劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，采用軟件劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，減少了成本，提高了劑量驗(yàn)證可靠性和壽命。
[0022]5.采用多種準(zhǔn)直器系統(tǒng)，可以更好地適應(yīng)不同腫瘤的治療，比如較大腫瘤治療采用多葉準(zhǔn)直器、較小規(guī)則腫瘤可采用圓形固定準(zhǔn)直器，擴(kuò)大了本發(fā)明所述系統(tǒng)適用范圍。
[0023]綜上所述，本發(fā)明克服了現(xiàn)有機(jī)器人放療系統(tǒng)中影像系統(tǒng)反映信息不足，治療范圍較小，治療空間受限等不足，提供的轉(zhuǎn)盤式影像系統(tǒng)可進(jìn)行大范圍腫瘤放療，結(jié)構(gòu)簡單，容易加工。
[0024]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的