CN100512907C - Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治疗恶性肿瘤和颅脑疾病的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，旋转体结构筒为单层套筒形式，结构筒上安装有多个条形射线准直器，每个条形射线准直器中各自都装有多个射线准直器，子射线准直器上装有出源开关，出源开关由独立开关受控器分别控制，本发明能使用多个钴-60放射源体对同一病灶点照射，肿瘤的辐射剂量为单源辐射量的数倍，更有利于提高临床肿瘤致死剂量治疗的需要；而多个以不同平面且等中心安装的钴-60射线源，形成了一点或直线形的辐射锥剂量面。

Description

Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统

所属技术领域：

本发明涉及一种放射性综合医疗设备，确切地说是一种治疗恶性肿瘤和颅脑疾病的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统。

背景技术：

放射治疗作为癌症的主要治疗手段已有百年历史，其疗效已广为人知。放射治疗的目的是给肿瘤区域很高的治疗剂量，而给肿瘤周围的正常组织及要害器官以最少的剂量。全球近一百年来放疗技术和设备的不断改进和发展就是为了实现这个目的。

目前，放射治疗技术和治疗装置包括：1、常规放射治疗常用2—3个不同照射角度的辐射野(对野、交叉野或三野)和固定束进行照射，每次治疗所需时间短(1—2min)，操作摆位简单，是目前最常用的治疗方法。但由于其只有2—3个辐射束同时照射野只能是正方形或矩形，照射野的形成与肿瘤的形状差别很大，这将难以避免使射线伤害一些重要的器官和组织，增加发生放射性并发症的可能。因此，往往限制了靶区内治疗剂量的提高并直接影响到肿瘤的局部控制率。据说大约有25％的放射治疗病人，是因放疗的局部失控而死于肿瘤的远处转移。2、适形放射治疗是针对常规放射治疗的缺点，日本Takahashi提出了适形放射治疗原理，要求靶区形状与肿瘤的形状一致。比较有代表性的是用多叶光栅(MLC)调节辐射束截面形状为肿瘤的形状，从而有效地避免了射线对重要器官的损伤，提高肿瘤区域的照射剂量，也提高了肿瘤的局部控制率，然而，MLC只适用于凹形靶区截面，当肿瘤附近或内部有要害器官而需要产生凹形或环形剂量分布时它就不适用了。和常规放射治疗一样，MLC仍采用均匀分布辐射束照射。3、立体定向放射治疗(Stereotactic Radiotherapy-SRT)是由瑞典Leksell提出的，立体定向放射外科治疗主要用于神经外科治疗，以后又发展了伽玛刀和X-刀等SRT装置，目前SRT装置已逐渐由头部向体部发展。SRT的主要采用圆锥形束，其直径可通过更换限束来改变，在等中心处最大照射野直径约50mm。这种SRT由于束锥直径的限制，仅适合于体积较小、形状简单的肿瘤治疗。4、调强放射治疗，在实际的病例中，肿瘤的轮廓是不规则的，肿瘤的组织是不均匀的，要肿瘤组织内每一点都获得理想的均匀照射剂量分布，不仅要求各个辐射束截面要随肿瘤形状变化，其各入射束的剂量强度分布也应当是不均匀的，这种根据靶区内肿瘤形状预设剂量分布、强度分布的照射方法称为调强适形放疗(lntensity Modulation Conformal Radiotyerapy)。由于IMRT采用精确定位、精确计划、精确照射的方法和其它放射治疗相比，剂量精确度及合理性大为提高，虽然IMRT对肿瘤的局部控制率明显提高，但技术和装置愈来愈复杂，治疗时间也较长。

发明内容：

本发明目的提供一种治疗恶性肿瘤和颅脑疾病的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，这种放射治疗系统以一个全新的方式把更高强度射线精确地传输到肿瘤，同时又能将辐射损伤降低到几乎可忽略的程度；并有更小的散射半影和衔接边界，使放射“刀”更加锋利；同时完成对亚临床病灶的治疗，以杜绝放疗并发症和肿瘤复发的潜在影响；系统还安装有Co-60柔性随机载源装置，更保证了该设备在未开机时的辐射决对为零。

本发明具有的独特优势，其功能已含盖了立体定向、动态调束强、断层螺旋、三维适形、避免治疗、逆向计划、融合放疗等技术领域，一般医院仅需要这样一台设备就能完成对患者全身性各种肿瘤的放射治疗要求，并可广泛地应用于无创放射治疗。

本发明适合于全身性各部位和各种器官的原发性及转移恶性肿瘤；不能手术或不适合手术的恶性肿瘤；手术后复发、残留或未控的肿瘤；更能实现颅脑部良/恶性肿瘤、脑血管畴形、功能性疾病等治疗，能同时满足收入患者高的生存质量要求，也适用与患者的常规治疗。

本发明的具体技术方案如下：

本发明由分别安装在专用的辐射隔离屏蔽治疗室和操纵控制室两个房间内的各系统部件构成，辐射隔离屏蔽治疗室中安装有治疗主机系统、螺旋三维治疗床系统、控制柜系统等，操纵控制室内安装有中央控制台和放射治疗计划系统等，其特征在于：治疗主机中的旋转体安装于底座支架上、两端由轴承固定，旋转体由驱动机构驱动，驱动机构由控制柜系统控制；旋转体结构筒为单层套筒形式，结构筒上安装有多个条形射线准直器，每个条形射线准直器中各自都装有多个射线准直器，子射线准直器上装有出源开关，出源开关由独立开关受控器分别控制，独立受控器由控制柜系统控制，形成棋盘格式的调束调强放射治疗的射线，条形射线准直器尾端与Co-60柔性随机载源管道相连接。

本发明所述的Co-60柔性随机载源管道与Co-60放射源铅屏蔽体相连，屏蔽铅罐中装置的多枚Co-60放射源，放射源与柔性钢丝的首端相连接，柔性钢丝的尾端与输送源驱动机构相连接，输送源驱动机构由控制柜系统控制，放射源的随机装卸。

本发明所述的螺旋三维治疗床为贯通型双边全数控同步结构，治疗床安装在治疗主机旋转体结构筒内的等中心轴线上，治疗床在X轴，Y轴，Z轴方向移动和转动，治疗床由前床系统支撑和驱动系统控制。

本发明所述的操纵控制室内安装有中央控制台，中央控制台由电缆与总控制柜系统相连接，放射治疗计划系统完成的治疗计划数据由通信线路与中央控制台相连接，中央控制台完成整个治疗所需的全部计划和控制。

本发明所述的结构筒上每间隔120度垂直安装有三个条形射线准直器。

上述结构系统与隔离屏蔽治疗室和独立的操纵控制室及其设备一起，构成了本发明的综合性医疗设备系统。

本系统的治疗过程是：

首先需要病人完成CT诊断的图像数据，数据由放射治疗计划系统完成图像的三维重建，以提出使医生和物理师感兴趣的区域并能完成自动最佳化分析，根据逆向迭代算发计算在送达的能量注量分布。医生根据患者诊断的资料，由三维放射治疗计划系统，事先计算好需要照射的临床灶和亚临床灶放射野的形状、射束权重、治疗时间、照射体积剂量、避免放疗区域、重要组织器官所受最大体积限制剂量等治疗参数和机器控制参数。第二步，系统除了每天要对设备是否处于正常工作状态进行常规的检测外，实际治疗的第一个步骤，是通过一个体模进行机械的定位和剂量控制方面的测量。病人在接受第一次处理时，X射线投射式成像便完成定位，同时完成基准标记。这个标记主要用于以后分次处理时的相对位置的确定，并对新的位置进行剂量计算。下一步将进行一个初步的扫描，以便获得一组投影数据或病人定位的参数。扫描的数据将作为以后处理时的参考位置被记录下来，并将头空间作为病人的定位依据，和作为以后的分次护理的位置基准。在输出探测器重得到的定位数据，和参考位置一起被计算机记录下来，以便用于确定病人的三维转动和移动数据，从而确定病人治疗时的三维轮廓线。一旦相对于参考系统的轮廓线被确定之后，这些修正过程并不需要最佳化搜索。因为最佳化搜索需要很长时间，而这种定位参数改变的计算只需几秒钟。第三步，放射治疗计划系统将通过数据网络，把上述参数传递到该治疗系统的中央控制台，中央控制台将自动控制治疗床，使患者的病灶区定位在治疗主机旋转体的等中心处，医生再退出治疗室并开动设备，

此时输送源机构驱动柔性钢丝将Co-60放射源输送到子射线准直器中，子射线准直器中的出源开关根据控制器的要求开关放射源，实现预期的治疗需要。治疗完成后，输送源机构驱动柔性钢丝将子射线准直器中的Co-60放射源退回Co-60放射源屏蔽铅罐中，使治疗主机在不治疗时，机器与放射源分离。

本发明的特点是用同一个系统，可以得到治疗前、治疗后和治疗中的投射图像。这些数据可以被用于确认病人的定位并解释治疗效果，如果必要，还可以重建剂量分布。另外一个重要的功能是确认直俩计划中的剂量分布。这种确认提供病人实际所受照射的剂量分布，从而可以比较计划剂量和治疗剂量。如果在治疗中发现剂量送达有错误，可以立即停止治疗。治疗的最后一步是实施治疗计划。在治疗前的准备工作一切都准确无误后，所有这些信息都被送到控制台和同步控制系统。在实施治疗阶段，同步控制、治疗扫描支架控制、准直器光阑控制和病人床运动控制都同步动作。这里和每一个系统都有确认步骤并把信息送到安全系统。安全系统监督超剂量过程，必要时把放射源关闭。在上述步骤的每一步，都把信息留在探测器连接在一起的数据采集系统中，这些数据用于后处理。螺旋断层调强放射治疗系统按预定程序自动启动治疗主机旋转体，并同时动态调制多个源的光阑准直器及圆柱准直器，使辐射野的强度、位置与不同剂量照射区的形状相近似；并依据适形避免放疗原则，用气动方式对多个射线源的开和关状态进行动态调制，寻求对相邻器官及正常组织的最小剂量保护，在多个射线源以病人为中心的连续旋转治疗同时，三维轨道治疗床承载病人，受程序控制在治疗设备中步进穿越，实现多锥面、共焦点的螺旋断层调强放疗过程，医生在可视影像的监控下，采集并存储重要图像数据以备下次治疗复核重建。后处理以探测器收集到的实时数据为基础，进行进一步的数据处理和分析。在此期间，系统分析主要判断收否需要进行修正。除了每日例行的验证、检查和修正外，如果需要的话，治疗计划可以在下次治疗前修改。在这种情况下，分次治疗之间的适应性放疗就有可能。因此，物理师能够根据实际情况，处理有关问题。在完成这些步骤之后，在下次治疗前，就可以作出判断和进行必要的修正。所有参数，诸如调强放疗中的高梯度剂量分布、病人的位置和治疗计划的确认，都是放疗中的重要内容。投影图像对验证病人的体内结构和定位是非常重要的。完成一个治疗计划系统的剂量计算需要使病人在治疗前、治疗后和治疗中间都做投影像。尤其是分次治疗之间肿瘤的解剖学接哦鼓有变化的病例。因此，把投影成像和治疗机结合在一个机器内是非常重要的。在适形端层放疗中，MV量级的CT成像是可能的，因为探测器效率虽然低了，但是治疗时的总剂量比较大，总的统计误差并不在KV量级的图像差多少。然而MV量级的图像重建技术仍在开发之中。本发明集中体现了近几年世界放射肿瘤及神经外科医学领域中出现的最新思想与最新技术。由于本装置具有放射直俩计划系统，可以设计治疗计划及优化涉及治疗方案，主机上具有定位系统如X-光机和影像增强或激光定位系统可以实现自动定位，而等中心非共面、共焦点多个具有多叶光栅准直器和系列化圆柱状准直器的钴-60放射源，以及同步调整的治疗床可以实现螺旋端层适形与大野补充病灶照射，具有的验证CT成像的高能射线固定光电转换漂移探测器矩阵装置，通过它采集的数据用于计算病人实际吸收的剂量，以达到对治疗计划的验证与修改。而低能电离室辐射探测器可以完成对剂量的监测确保安全。

本发明的突出优点在于：由于本设备能实施多断层螺旋调强放射治疗这以最新放疗方法：在实施对患者的治疗中，使用多个钴-60放射源体对同一病灶点照射，肿瘤的辐射剂量为单源辐射量的数倍，更有利于提高临床肿瘤致死剂量治疗的需要；而多个以不同平面且等中心安装的钴-60射线源，形成了一点或直线形的辐射锥剂量面。

附图及图面说明：

图1本发明具有旋转体的治疗主机及辅助设备平面结构示意图

具体实施方式：

实施例1：

本发明由分别安装在专用的辐射隔离屏蔽治疗室1和操纵控制室2两个房间内的各系统部件构成，辐射隔离屏蔽治疗室1中安装有治疗主机3系统、螺旋三维治疗床4系统、控制柜5系统等，操纵控制室2内安装有中央控制台6和放射治疗计划系统7等，其特征在于：治疗主机中的旋转体8安装于底座支架9上、两端由轴承10固定，旋转体8由驱动机构11驱动，驱动机构由控制柜5系统控制；旋转体结构筒12为单层套筒形式，结构筒12上安装有多个条形射线准直器13，每个条形射线准直器13中各自都装有多个射线准直器14，子射线准直器上装有出源开关15，出源开关由独立开关受控器16分别控制，独立受控器由控制柜5系统控制，形成棋盘格式的调束调强放射治疗的射线，条形射线准直器13尾端与Co-60柔性随机载源管道17相连接。

本发明所述的Co-60柔性随机载源管道17与Co-60放射源铅屏蔽体18相连，屏蔽铅罐中装置的多枚Co-60放射源19，放射源与柔性钢丝20的首端相连接，柔性钢丝20的尾端与输送源驱动机构21相连接，输送源驱动机构21由控制柜5系统控制，放射源19的随机装卸。

本发明所述的螺旋三维治疗床4为贯通型双边全数控同步结构，治疗床安装在治疗主机旋转体结构筒12内的等中心轴线上，治疗床在X轴，Y轴，Z轴方向移动和转动，治疗床由前床系统22支撑和驱动系统24控制。

本发明所述的操纵控制室2内安装有中央控制台6，中央控制台由电缆与总控制柜系统相连接，放射治疗计划系统完成的治疗计划数据由通信线路与中央控制台相连接，中央控制台完成整个治疗所需的全部计划和控制。

本发明所述的结构筒12上每间隔120度垂直安装有三个条形射线准直器13。

上述结构系统与隔离屏蔽治疗室和独立的操纵控制室及其设备一起，构成了本发明的综合性医疗设备系统。

实施例2：

如图1由治疗主机、螺旋三维治疗床、放射治疗计划系统和中央控制组成。治疗主机包括有：

同轴心旋转捅构成的旋转体，内层为支撑层转筒，外层为结构层转筒，通过装在支撑层转筒两端的轴承将旋转体安装在底座主支架上，结构层转筒上装有多个非共面共焦点的钴-60放射源屏蔽体及内装放射源，放射源屏蔽体在旋转体XZ剖面内呈60°～120°角布置，在Y轴方向，每相邻两源屏蔽体可错位0°～12°角，每源最大容量3000居里，每送源置装有气动驱动放射源开关的液压送源抽屉，以及可进行辐射野调制的圆柱状准直气，和多叶光栅准直器，及可同时实现定位重建用的X射线发生器，和图像采集转换影像增强系统，以及用以剂量验证系统的高能射线固体光电转换漂移探测器矩阵装置，和标定与按检用石墨电离室探测器；旋转体通过其支撑层转筒一端的转齿组件与减速机的输出轴齿相匹配，来驱动治疗主机的旋转体转动；装在治疗主机旋转体内支撑转筒中的治疗床后导轨、治疗床前导轨上的治疗床，由后床身X、Z轴驱动系统、前床身X、Y、Z轴驱动系统驱动控制。

实施例3：

与实施例1不同之处在于：治疗主机旋转体由内、中、外三层同轴心转筒构成一体，内层转筒位支撑筒，中层转筒位结构筒，外层转筒位驱动转筒，其上装有转齿，与减速机输出轴上的转齿相匹配；其钴源、定位系统、安检系统、验证系统均如实施例1布置在结构筒上。

Claims (5)

1、Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，由分别安装在专用的辐射隔离屏蔽治疗室(1)和操纵控制室(2)两个房间内的各系统部件构成，辐射隔离屏蔽治疗室(1)中安装有治疗主机(3)系统、螺旋三维治疗床(4)系统、控制柜(5)系统，操纵控制室(2)内安装有中央控制台(6)和放射治疗计划系统(7)，其特征在于：

治疗主机系统中的旋转体(8)安装于底座支架(9)上、两端由轴承(10)固定，旋转体(8)由驱动机构(11)驱动，驱动机构由控制柜(5)系统控制，旋转体结构筒(12)为单层套筒形式，结构筒(12)上安装有多个条形射线准直器(13)，每个条形射线准直器(13)中各自都装有多个子射线准直器(14)，子射线准直器上装有出源开关(15)，出源开关由独立开关受控器(16)分别控制，独立受控器由控制柜(5)系统控制，形成棋盘格式的调束调强放射治疗的射线，条形射线准直器(13)尾端与Co-60柔性随机载源管道(17)相连接。

2、根据权利要求1所述的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，其特征在于：所述的Co-60柔性随机载源管道(17)与Co-60放射源铅屏蔽体(18)相连，铅屏蔽体中装置有多枚Co-60放射源(19)，放射源与柔性钢丝(20)的首端相连接，柔性钢丝(20)的尾端与输送源驱动机构(21)相连接，输送源驱动机构(21)由控制柜(5)系统控制实现放射源(19)的随机装卸。

3、根据权利要求1所述的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，其特征在于：所述的螺旋三维治疗床(4)为贯通型双边全数控同步结构，治疗床安装在治疗主机旋转体结构筒(12)内的等中心轴线上，治疗床在X轴，Y轴，Z轴方向移动和转动，治疗床由前床系统(22)支撑和驱动系统(24)控制。

4、根据权利要求1所述的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，其特征在于：所述的操纵控制室(2)内安装有中央控制台(6)，中央控制台由电缆与总控制柜系统相连接，放射治疗计划系统完成的治疗计划数据由通信线路与中央控制台相连接。

5、根据权利要求1所述的Co-60动态复眼螺旋断层放射治疗系统，其特征在于：所述的结构筒(12)上每间隔120度垂直安装有三个条形射线准直器(13)。