專利名稱：用于放射治療的數(shù)字化射野適形鉛模制作技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于設(shè)計(jì)制造自動化領(lǐng)域，具體涉及一種用于放射治療中制作射野適形鉛模的技術(shù)。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)2000年全世界新發(fā)惡性腫瘤病例約1000萬，死亡620萬，現(xiàn)患病例2200萬。預(yù)計(jì)2020年癌癥新發(fā)病例將達(dá)到1500萬，死亡1000萬，因此癌癥正在成為新世紀(jì)人類的第一殺手。我國2000年癌癥發(fā)病人數(shù)約180-200萬，死亡140-150萬，在城鎮(zhèn)居民中，癌癥已占死因的首位。目前我國每死亡5人就有1人死于癌癥；而在0-64歲人口中，每死亡4人就有1人死于癌癥。每年用于癌癥病人的醫(yī)療費(fèi)用達(dá)數(shù)百億元。惡性腫瘤的治療方法主要有外科手術(shù)、放射治療和化學(xué)治療，還有生物治療、中醫(yī)藥治療、介入治療、加溫治療和綜合治療等。據(jù)WHO(世界衛(wèi)生組織)的統(tǒng)計(jì)，45％的惡性腫瘤可以治愈，其中22％為外科手術(shù)治療，18％為放射治療治愈，5％為化學(xué)藥物和其他方法治愈，可見放射治療在癌癥治療中占有重要地位。放射治療有體外和體內(nèi)兩種形式。體外放射，儀器位于人體外，直接把高能量射線照在腫瘤部位，大多數(shù)患者在醫(yī)院接受的都是體外放射。患者手術(shù)前，可以用放射治療來皺縮腫瘤，使之易于切除；手術(shù)后，用放射治療來抑制殘存癌細(xì)胞的生長。放射治療追求的目標(biāo)之一是提高放射治療的治療增益比，即最大限度將放射線的劑量集中到病變區(qū)——靶區(qū)，殺滅腫瘤細(xì)胞，而周圍正常組織和器官又少受或免受照射。在深部腫瘤的放射治療過程中，一些重要器官，如腦干、脊髓、腎、性腺等位于或接近于腫瘤(靶區(qū))，更需要特別保護(hù)。
為了實(shí)現(xiàn)理想的放射治療目標(biāo)，日本學(xué)者Takahashhi提出了“適形放療(canformalradiotherapy)”的概念。“適形”包括兩個方面的含義，一是射野形狀上的適形，即各照射角度上射野的形狀與靶區(qū)外輪廓投影適形；二是劑量分布上的適形，即靶區(qū)內(nèi)從空間三維方位觀察，所要求的處方等劑量面恰好包括靶區(qū)體積，而靶區(qū)外的鄰周正常組織和器官因劑量遞減特別快而免受照射損傷。射野適形技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了擋塊技術(shù)(Block)和多葉準(zhǔn)直器(multi leaf collimator，MLC)兩個階段。就擋塊技術(shù)而言，由于純鉛的密度高、防護(hù)性能好，因此被用來制作擋塊(擋鉛)。但是，純鉛的熔點(diǎn)比較高(327.4℃)，一般只作為射野標(biāo)準(zhǔn)擋塊使用，不宜為每位患者制作特定形狀的擋塊。在放射治療實(shí)踐中，通常是采用低熔點(diǎn)(如70℃)鉛，由模室技師為每一位患者澆鑄特定形狀的擋塊，即“適形鉛?！薄＿@種擋塊制作費(fèi)時費(fèi)力，精度較差，重復(fù)性差。更重要的是鉛在熔煉過程中產(chǎn)生對人體有害的氣體，嚴(yán)重威脅鉛模制作人員的健康，污染醫(yī)院環(huán)境。MLC的準(zhǔn)備工作相對比較簡單，可重復(fù)性高，沒有污染，但缺點(diǎn)也顯而易見。一方面射野邊緣呈鋸齒狀，適形精度隨MLC葉片厚度而變化。受工藝的限制，多數(shù)廠家生產(chǎn)的MLC葉片厚度為10mm，葉片寬度的限制使其對不規(guī)則靶區(qū)的幾何適形精度遠(yuǎn)不如擋塊；另一方面在葉片之間有不同程度的漏射線問題。針對上述兩種適形技術(shù)的缺點(diǎn)，研究開發(fā)新的射野適形鉛模設(shè)計(jì)制作方法，無論對提高放療質(zhì)量，還是凈化醫(yī)院環(huán)境，保護(hù)模室技師的健康都具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的射野適形鉛模設(shè)計(jì)制作方法，以提高鉛模設(shè)計(jì)制作速度和適形精度，同時使鉛模制作過程符合環(huán)保要求、無射線泄漏現(xiàn)象。
本發(fā)明的技術(shù)方案如圖1所示。醫(yī)生根據(jù)放療方案在X光片1上標(biāo)畫出放療射線保護(hù)區(qū)輪廓，然后用透射式掃描儀2對所述標(biāo)有保護(hù)區(qū)輪廓的X光片1進(jìn)行掃描，獲得待處理的計(jì)算機(jī)圖象；再應(yīng)用圖象識別技術(shù)和方法從該圖象中提取放療射線保護(hù)區(qū)的輪廓，對該輪廓做矢量化處理，獲得所述標(biāo)有保護(hù)區(qū)的數(shù)字適形輪廓；將數(shù)字適形輪廓導(dǎo)入裝有CAD/CAM系統(tǒng)的圖形設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)3；結(jié)合所使用放療設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如射線源到照射面的距離和射線源到鉛模托架的距離以及鉛坯純度指標(biāo)，確定鉛模上下表面的輪廓進(jìn)行幾何參數(shù)設(shè)計(jì)，得到鉛模的三維設(shè)計(jì)模型。利用該三維設(shè)計(jì)模型結(jié)合所使用的數(shù)控銑床在CAM(具有多坐標(biāo)編程功能)系統(tǒng)中生成相應(yīng)的數(shù)控加工程序，將預(yù)制鉛坯4裝夾于多坐標(biāo)數(shù)控銑床5，加工完成適形成品鉛模。
本發(fā)明的有益效果在于射野適形精度高于現(xiàn)行方法，無毒氣釋放，不污染環(huán)境，自動化程度高，操作方便。


圖1為本發(fā)明技術(shù)過程原理示意圖。
圖2畫有射線保護(hù)區(qū)輪廓的X光片。
圖3射野適形輪廓。
圖4鉛模計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模型。
圖5實(shí)現(xiàn)圖形輪廓識別功能的軟件框圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。取某患者胸片并設(shè)定放療射線保護(hù)區(qū)；由醫(yī)生用彩色筆在該片上勾畫出保護(hù)區(qū)外輪廓如附圖2所示。用9800MS專業(yè)醫(yī)用透射式掃描儀將其掃描到計(jì)算機(jī)內(nèi)，用圖形輪廓識別軟件系統(tǒng)進(jìn)行圖象識別與處理(系統(tǒng)中圖形輪廓識別功能實(shí)現(xiàn)的框圖如圖5所示)，獲得鉛模設(shè)計(jì)所需要的數(shù)字化射野適形輪廓，如附圖3所示；將該射野適形輪廓導(dǎo)入UG系統(tǒng)，在該CAD/CAM系統(tǒng)中，根據(jù)本實(shí)施例所使用的Clinac 6/100-4/100型加速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(射線源到照射面的距離1000毫米、射線源到鉛模托架的距離400毫米)，取純鉛鉛坯厚度60毫米，按比例設(shè)計(jì)鉛模上下表面輪廓，而后根據(jù)照射角度通過連接上下表面對應(yīng)點(diǎn)的方法形成直紋面，即鉛模側(cè)面，從而完成射野適形鉛模整體設(shè)計(jì)如附圖4所示；針對設(shè)計(jì)好的鉛模模型，按照側(cè)銑加工工藝編制鉛模側(cè)面數(shù)控加工程序；將編制好的數(shù)控加工程序傳入五軸數(shù)控銑床，加工直徑為40毫米、厚度為60毫米的純鉛毛坯，加工出成品鉛模，完成本實(shí)施例鉛模的設(shè)計(jì)制作過程。
權(quán)利要求
1.用于放射治療的數(shù)字化射野適形鉛模制作技術(shù)，其特征是在X光片(1)上標(biāo)畫出放療射線保護(hù)區(qū)輪廓，用透射式掃描儀(2)對所述標(biāo)有保護(hù)區(qū)輪廓的X光片進(jìn)行掃描，經(jīng)矢量化處理，獲得所述標(biāo)有保護(hù)區(qū)的數(shù)字適形輪廓；將數(shù)字適形輪廓導(dǎo)入裝有CAD/CAM系統(tǒng)的圖形設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)(3)，依據(jù)射線源到照射面的距離和射線源到鉛模托架的距離以及鉛坯純度指標(biāo)，確定鉛模上下表面的輪廓進(jìn)行幾何參數(shù)設(shè)計(jì)，得到鉛模的三維設(shè)計(jì)模型，在數(shù)控銑床CAM系統(tǒng)中生成相應(yīng)的數(shù)控加工程序，將預(yù)制鉛坯(4)裝夾于多坐標(biāo)數(shù)控銑床(5)，加工完成適形成品鉛模。
全文摘要
放射治療數(shù)字化射野適形鉛模技術(shù)，在X光片上標(biāo)畫出放療射線保護(hù)區(qū)輪廓，用透射式掃描儀對該X光片進(jìn)行掃描，應(yīng)用圖象識別技術(shù)和方法從該圖象中提取放療射線保護(hù)區(qū)的輪廓并對做矢量化處理，獲得所述標(biāo)有保護(hù)區(qū)的數(shù)字適形輪廓。將此信息導(dǎo)入裝有CAD/CAM系統(tǒng)的圖形設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)3，結(jié)合所使用放療設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定鉛模上下表面的輪廓進(jìn)行幾何參數(shù)設(shè)計(jì)，得到鉛模的三維設(shè)計(jì)模型。用數(shù)控銑床在CAM系統(tǒng)中生成相應(yīng)的數(shù)控加工程序，將預(yù)制鉛坯裝夾于多坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工完成適形的成品鉛模。本發(fā)明使射野適形鉛模設(shè)計(jì)制作的一體化，完全避免了鉛在熔煉中揮發(fā)的毒氣，而且極大地提高了射野適形精度。
文檔編號B23C3/00GK1733336SQ200510013909
公開日2006年2月15日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者李佳, 劉福聰 申請人:天津大學(xué)