CN100586507C - 三维适形近距离放射治疗集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是医疗设备领域中的三维适形近距离放射治疗集成系统，该系统由数字化近距离放射治疗机(1)、C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)、计划比较验证系统(8)组成，并通过近距离放射治疗网络和管理系统连接，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)采用全中文图形化用户操作界面(9)；为公众提供了一种全新的、个体化特征鲜明的全面解决方案和可行途径，以满足不同的临床要求。
Description
所属技术领域：
本发明涉及医疗设备领域，具体是一种三维适形近距离放射治疗集成系统。
背景技术：
1898年居里夫人发现了镭，并将其用于浅表肿瘤的治疗。其后，美国、法国、瑞典，英国等国家的许多治疗中心(医院)对这种治疗方法作了不断的改进和完善，形成了一套较为规范的肿瘤治疗方法，也从此开始了肿瘤的放射治疗学。所谓近距离治疗是源于希腊词汇brachytherapy，brachy在希腊语中是“近”或“短”的意思，而Teletherapy之意则是“远距离治疗”即我们现在称之为“(体)外放射治疗”，如深部X线机治疗，钴60机治疗、直线加速器治疗和重离子治疗机治疗等。近距离治疗主要有以下几种方式和技术：(1)腔内照射治疗；(2)管内照射治疗；(3)组织间照射治疗；(4)敷贴照射治疗；(5)术中照射治疗。腔内和管内照射治疗是将放射源通过施源器放入病人体内器官腔内(包括血管)进行放射治疗的一种技术方法，在临床应用非常广泛，如口腔、鼻咽腔、鼻腔、气管、支气管、食道、胆管、子宫腔、阴道、直肠，血管等。该方法适用于较小或浅表(1～1.5cm)的腔内或管内组织病灶。组织间照射治疗是采用一定的固定模式，通过模板式的定位器，将放射源直接插(植)入病人体内组织或器官，对肿瘤进行高剂量照射的一种技术方法，该方法应用也非常广泛，如头颈部肿瘤、前列腺肿瘤、膀胱癌、乳腺癌、脑瘤及软组织肉瘤等。敷贴照射治疗技术主要是将放射源放在不同的施源器中，按一定规律固定在不同的模板上，使之敷贴在肿瘤表面进行照射的一种方法，主要用于治疗极其浅表(5mm)以下的肿瘤，如表浅的颊黏膜瘤、表浅的硬腭肿瘤、眼眶或上颌窦术后腔内残留肿瘤等。这是一种因人和病变部位不同，个体化极强的照射技术。术中照射治疗是在外科手术时将施源器软管置留在无法切除的病灶处、瘤体附近或种植如I125和Pd103放射性核素粒子对肿瘤进行照射。该方法的优点是可以不受解剖位置限制，准确的将放射源置于肿瘤部位，而让正常组织和重要器官得到保护。是一种技术高、难度大，疗效极好的近距离治疗方法。在有条件的医院，也广泛的用于脑胶质瘤、脑转移瘤、鼻咽癌、口腔癌、肺癌、胰腺癌、直肠癌，前列腺癌等肿瘤的治疗。
近距离放射治疗有着与传统外放射治疗方法完全不同的独有的物理剂量学特点和放射生物学特点。因此，在治疗病人时采用的方法、手段、技术用语、甚至于临床医生的思维方式都和外照射治疗存在很大的区别。为了提示这种异同和帮助临床医生以及物理师更好的理解近距离放射治疗的特点，ICRU(国际辐射测量与单位委员会)分别于1985年和1997年发表了38号报告和58号报告，AAPM(美国医学物理学会)发表了TG-43号报告，分别就涉及近距离放射治疗的剂量学术语、临床剂量学概念进行了说明和解释，以求公众对近距离放射治疗有进一步的理解及厂家在产品设计时应当达到的规范与最低要求。
近距离放射治疗在我国已有50余年的历史，以往主要用于妇科肿瘤的治疗，放射源和治疗机器的使用比较单一，技术较为落后。近年来，随着放射源品种的不断增加，计算机和机电一体化技术的飞速发展，放射治疗计划系统的不断改进，我国的近距离治疗的范围已扩大到全身各种肿瘤的治疗：如鼻咽癌、口腔内各种癌、食道癌、前列腺癌、直肠癌、肺癌、支气管癌、胆管癌、胰腺癌、以及血管介入治疗等。治疗机器也迅速增加到500余台(套)。但是，这些系统大部份都是由一个主机(近距离放射源照射机器)，一个简单的二维计划系统和几种简易施源器组成。既无实时影像检查、定位和剂量验证系统，也无对病灶不同影像诊断(计算机断层影像技术CT、磁共振影像技术MRI、正电子断层扫描技术PET、彩色超声技术US、X-Sim)融合分析和三维重建功能，更无法进行动态三维适形治疗。甚至一直沿袭着上世纪30、40年代治疗时，采用的个别参考点和皮肤下几公分这种粗放模式计算剂量和进行评估。严重影响了医生、物理师应用近距离放射治疗技术的准确性和可靠性，也给病人的治疗效果带来诸多不确定因素，制约了我国近距离治疗技术水平的进一步提高和发展。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种三维适形近距离放射治疗集成系统，为近距离放射治疗三维立体定位和适形治疗提供一种全新的、个体化特征鲜明的全面解决方案和可行途径，并可以为不同的用户“量身定制”，满足不同的临床要求。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的三维适形近距离放射治疗集成系统由数字化近距离放射治疗机(1)、C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)、计划比较验证系统(8)组成，并通过近距离放射治疗网络和管理系统(SBNMiS)连接，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)采用全中文图形化用户操作界面(9)；其中，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)一方面接受病人(10)或人体模型(11)的数据，并接收虚拟模拟人治疗系统软件(7)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)的指令，另一方面向近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)输送数据，并向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；影像诊断单元(12)一方面接受病人(10)和医院数据库(13)或人体模型(11)和医院数据库(13)的数据，另一方面向C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)和医院数据库(13)输送诊断方案；近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)还向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放疗科数据库(14)或医院数据库(13)输送数据。
上述方案中，放疗科数据库(14)向医院数据库(13)输送数据并生成QA报告(15)。
上述方案中，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)由C-型臂X光机(16)和一套实时三维图像重建、校准、融合和分析计算机系统组成，C-型臂X光机(16)由可移动的具有数控精度的3个自由度机座和一个可以旋转360°和180°两个自由度的可拆卸的C-型臂组成，C-型臂的两端分别安装X线球管(17)和影像增强接受器(18)；X线球管(17)接受病人(10)或人体模型(11)的数据，并输送到影像增强接受器(18)；实时三维图像重建、校准、融合和分析的程序为；从影像增强接受器(18)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)和影像诊断单元(12)中取得信息，依次进行“图像配准”、“图像融合”、“图像分割”、“三维重构成像”步骤，然后进行判断：“治疗病人中吗？”，如果“是”，则进行“治疗信息与计划信息比较”，然后向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；如果“不是”，则进入近距离放射治疗计划软件(5)和三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)，再进入计划比较验证系统(8)进行病人计划与人体模型或虚拟模拟人计划的比较，然后向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令。
上述方案中，数字化近距离放射治疗机(1)为近距离后装治疗机，包括Co60机(19)、Ir192机(20)、I125机(21)、Pd103粒子(22)和血管介入(23)。
上述方案中，近距离放射治疗计划软件(5)由腔内照射治疗计划模块、管内照射治疗计划模块、组织间插植照射治疗计划模块、敷贴治疗计划模块、手术中照射治疗计划模块组成，运用蒙特卡洛算法精确计算体内剂量的分布和进行适形靶区的优化；并在不同影像学(CT、MRI、US、PET/CT)解剖结构上显示治疗计划三维等剂量线，对实时计划等剂量线和三维图像进行交互式实时显示和比较，进行内、外照射剂量合成和比较，提供体积直方图和经典近距离治疗的标准图谱。
上述方案中，三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)首先由医生或物理师设定施源器的数量，分布位置，靶区肿瘤最大剂量，最小剂量，紧要器官的限制剂量以及每种要求的重要度(或适形指数)；再根据CT和C-型臂实时获取的真实治疗情况的图像信息，确定各施源器中不同位置上放射源的驻留时间，并通过调整重要度(适形指数)来进行自动适形；利用人体模型实验和虚拟模拟人实验软件，进行病人治疗方案的比较和选择；在CT图、DVH图上同时显示剂量分布及优化剂量分布。
上述方案中，虚拟模拟人治疗系统软件(7)通过输入CT图像和C-型臂三维重构图像，多窗口动态显示三维病人模型；提供近距离治疗模拟病人的解剖图形和施源器分布的几何参数；提供各种治疗选择方法的计算结果和三维剂量分布。
上述方案中，计划比较验证系统(8)由仿真人体模型验证系统和虚拟计划验证系统组成，其中，仿真人体模型验证系统由《成都剂量体模》和SCARTS放射治疗图像处理及计划验证系统组成，通过对实测胶片图像剂量分布和计划系统计划形成的剂量图像进行比较验证，对照射方案进行比较，并给出分析误差，供医生和物理师择优选取最好方案；虚拟计划验证系统由虚拟模拟人治疗系统软件(7)提供的软件获取分析数据和比较结果；两套系统可以独立运行，结果可以进行互动比较。
上述方案中，影像诊断单元(12)包括CT、MRI、PET、US、X-Sim。
本发明具有以下特点：
1.数字化近距离放射治疗机
本系统适用于各种高剂量率的近距离后型治疗机，如荷兰核通公司的Nueletron系列机型、Varian公司系列机型和我国威达、新华、恒嘉等近距离后装治疗机，这些机器的一个主要特点是全部工作过程都是由计算机控制的数字化系统，其主要特点是：
整个机器的控制程序是基于Windows操作系统，操作方便、简单、快捷；
微型铱192放射源和精细柔软导向线，可以通过1cm半径的曲线管道，做全身各个部位的治疗；
源进出次数超过25000次以上，并置有内置式的检测器提供较为可靠的保证放射源到位和回位；
施源系统能保证施源器和导管之间的安全连接，在系统不正常情况下，真源不会输出；
在每个驻留位置都设有2套独立的计时装置，核实治疗时间的准确性；
所有的通道都进行了数字编码，保证每个管道的正确使用和避免出错；
微机控制的高精度步进马达和光学编码器完全确保放射源和施源器的准确位置；
治疗病人时，整个机器运行过程和控制过程全部由计算机记录在案，以供检查和核实。
2.C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统：
本系统由一个可移动的、多维、高精度、可拆卸C-型臂的X光机和一套实时三维图像重建，校准、融合和分析计算机系统组成。
为了便于已有近距离后装机用户安装配套使用本系统和在特定外科手术室中对各类不同病人进行术中插植放射治疗用，特殊设计的C-型臂X光机由可移动的具有数控精度的3个自由度机座和一个可以旋转360°和180°两个自由度的可拆卸的C-型臂组成。C-型臂的两端分别安装X线球管和影像增强接受器，球管和增强接受器之间的距离可以任意的调整，最大可达990mm(670～990mm)，等中心旋转精度≤1mm。为用户提供了一个高精度和高可靠性的近距离立体定位治疗系统和近距离三维适形放射治疗的强有力的工具。其主要特点有：
整机运输安装容易，不受任何场地限制，对已有近距离治疗机的用户，不用新建或改建治疗室；
C-型臂的多维高精度旋转和移动系统确保了病人可不作任何调整和移动，获得任意角度的高质量实时影像，不再需要任何重建箱；
由于C-型臂和三维数字控制治疗床的配合使用，使得病人重建的图像极为方便用于TPS(正向、逆向)计划设计以及进行各种影像资料的融合比较；
实时验证，减少施源器放置错误造成医疗事故；
提高术中照射和插植的效率和质量；
可使治疗计划设计，施源器放置或(术中插植)，剂量优化与验证同时进行，大大节省了治疗时间，减少了医生、护士的工作量和病人的痛苦；
整个系统是无胶片的数字化系统，为医院和病人减少了治疗费用；
医疗过程和资料自动记录保存。
3.多功能三维治疗床
本治疗床是一种组合式的多功能治疗床。用户可以根据自己医院治疗病人或病种的需要加以选择定购。治疗床由可三维微调的固定床座，可拆卸的组合床板和各种专用特殊支撑和固定装置组成，以满足妇科肿瘤治疗病人、口腔肿瘤治疗病人、头颈肿瘤治疗病人、胸部肿瘤治疗病人、腹部肿瘤治疗病人以及身体其它部位肿瘤治疗病人的不同要求。治疗床上配有三维激光定位装置，以满足和C-型臂等中心定位时配准需要。为了减少床面对X线影像的影响床面板选用碳素纤维板。
主要特点：多功能、多用途，可三维移动。
4.多种规格的专用施源器及模板
本系统提供由中国医生结合中国人体解剖结构和病种研制开发的多种高精度、多用途、适用各种腔穴和管道的施源器，以及不同部位而设计的模板和插植针管，并为用户即时加工定制特殊要求的施源器，以保证治疗的需要。
所有的施源器和模板都留有特别标记，以帮助医生和物理师定位和作计划时识别和准确定位。
5.近距离放射治疗计划软件
本计划系统完全建立在现代医学影像基础之上，充分利用病人已有的各种医学影像学信息，加上高精度C-型臂X光机获取的各种体位的单幅、多幅影像资料及三维重建医学影像资料。根据影像学反映的肿瘤部位的大小，功能代谢情况、浸润范围，周围正常组织的解剖位置来确定靶区，制定计划方案。运用蒙特卡洛算法精确计箕体内剂量的分布和进行适形靶区的优化。该计划系统包括腔内照射治疗计划模块、管内照射治疗计划模块、组织间插植照射治疗计划模块、敷贴治疗计划模块、手术中照射治疗计划模块。适合全部近距离照射治疗。
主要特点有：
根据病人提供的医学诊断影像资料或C-型臂获取的病灶靶区影像资料，快速完成放射治疗计划设计；
自动优化靶区剂量；
治疗计划三维等剂量线，可在不同影像学(CT、MRI、US、PET/CT)解剖结构上显示；
计划评估和分析软件可对实时计划等剂量线和三维图像进行交互式实时显示和比较；
提供体积直方图；
可进行内、外照射剂量合成和比较；
提供经典近距离治疗的标准图谱。
6.三维逆向近距离放射治疗计划软件
三维逆向运算软件用来快速优化常规近距离治疗计划。医生或物理师首先设定施源器的数量，分布位置，靶区肿瘤最大剂量，最小剂量，紧要器官的限制剂量以及每种要求的重要度(或适形指数)。软件将根据CT和C-型臂实时获取的真实治疗情况的图像信息，确定各施源器中不同位置上放射源的驻留时间，并可以通过调整重要度(适形指数)来进行自动适形。
主要特点：
可以利用体模实验和虚拟人实验软件，进行病人治疗方案的比较和选择；
通过键盘或图像勾画靶区和重要器官轮廓，输入最大、最小剂量和限制指数；
自由选择肿瘤靶区和附近紧要器官受照射的重要度(适形指数)，快速优化；
在CT图、DVH图上同时显示剂量分布及优化剂量分布。
7.虚拟模拟人治疗系统软件
采用CT图像为基础的数字化虚拟人计算机技术，提供近距离放射治疗的模拟所需要确定的患者不同组织器官的解剖形态、施源器、放射源分布几何参数、计算结果和三维剂量分布图像，以及各种优化设计方案的比较，并可与C-型臂实时三维成像结果进行多窗口或单窗口对照比较。帮助医生选择、确定和执行最佳治疗方案。
主要特点：
提供近距离治疗模拟病人的解剖图形和施源器分布的几何参数；
三维病人模型来自CT图像和C-型臂三维重构图像，可多窗口动态显示；
提供各种治疗选择方法的计算结果和三维剂量分布。
8.近距离放射治疗计划比较验证系统
本系统提供两种可以相互比较验证系统：仿真人体模型验证系统和虚拟计划验证系统。仿真人体模型验证系统由《成都剂量体模》和SCARTS放射治疗图像处理及计划验证系统组成，通过对实测胶片图像剂量分布和计划系统计划形成的剂量图像进行比较验证，对照射方案进行比较，并给出分析误差，供医生和物理师择优选取最好方案。虚拟计划验证系统由(7)提供的软件获取分析数据和比较结果。两套系统可以独立运行，结果可以进行互动比较。
主要特点：
采用ICRU 48号报告推荐的《成都剂量体模》。该体模具有标准中国人体参数、外形结构和对X(γ)射线组织等效的脏器和腔道；
SCARTS放射治疗图像处理及计划验证系统具有多种图像处理功能并能进行绝对剂量测量；
体模验证准确可靠，但费时较多。虚拟验证快速、直观，但准确性往往稍差；
每次治疗时，都要向病人提供一种方式的近距离放射治疗系统剂量验证报告，同时自动记入病历档案。
9.近距离放射治疗网络和管理系统(SBNMiS)
在信息医学时代，掌握病人的医疗信息资料越多，对疾病治疗的准确性和效果就会越好。SBNMiS(Super Brachytherapy Network andManagement Information System)是一条专用于肿瘤近距离放射治疗的局部网络。它将病人和医生、物理师、技术员、护士、和医院管理有机联系在一起。把病人所有的病历资料信息(包括文字的和图像的)与治疗过程(模拟定位、计划设计、计划优化、验证和计划执行)集合为一个整体，实现了无缝连接，大大提高了工作效率和放射治疗的质量。
主要特点：
可连接各个不同厂家生产的各型近距离治疗机；
可连接各型数字影像诊断设备，如X光机、CT、MRI、PET/CT、US，当然也包括本系统的C-型臂X光机；
可连接各个厂家提供的TPS；
治疗方案的分析与评估；
提供相关肿瘤与体外放疗、化疗、生物治疗、热疗联合治疗的参考方案；
病人病历档案资料管理；
放疗科室行政、业务和经济管理；
可通过PACS与全球各大肿瘤中心联网，共享诊断和治疗资源。
10.全中文图形化用户操作界面
本系统采用大屏幕全中文图形化操作界面。应用多种功能窗口显示和互动技术，让操作人员对整体治疗、定位、计划、实时验证及执行过程一目了然。界面采用三维动化方式提供治疗机、C-型臂、治疗床的运动方位和几何参数值，使医生和物理师更直观、实时、动态掌握治疗时瞬间出现情况，以便即时解决与处理。它将SBNMiS数据库和3D-CBIS系统紧密结合在一起。应用三维图像显示，多种评估、虚拟实时验证以及友好互动交流，使整个治疗过程更加直观化、个性化和科学化。
11.近距离放射治疗个体化的全面解决方案
本系统利用SBNMiS网络系统，把整个近距离放射治疗过程，全部集成在一个高度数字化的系统的掌控之下。使得近距离放射治疗技术变得更加方便、快捷、精准和安全可靠。为用户提供了近距放射治疗个体化的全面解决方案的技术支撑平台。医生根据每个来做近距离放射治疗病人肿瘤的实际情况，应用已有的近距离经典治疗原则和临床实践经验，从诊断、定位、计划、施源器放置、验证到计划执行，可以为每位病人量身定做一套个体化的治疗方案，以达到最好的治疗目的。
主要特点：
利用现代医学网络技术，共享所有医疗信息；
治疗临床处理、设计和方案个体化；
治疗计划、验证和执行个体化；
联合治疗方案个体化。
综上所述，本发明的三维适形近距离放射治疗集成系统(3D-Conformal Brachytherapy Integrated System)或简称3D-CBIS系统，提出了一种利用以C-型臂X光机实时三维图像模拟定位为基础，以及用病人已有的肿瘤影像诊断资料(包括X-线、CT、MRI、SPECT、PET/CT、US等)，采用蒙特卡洛算法进行各种近距离放射治疗(腔内、管内、组织间插植、敷贴、术中照射)剂量分布计算，三维放射治疗计划的设计。用三维逆向放射治疗计划和体模与数字化虚拟人相结合的重建技术，进行计划的优化和验证。在与体模或虚拟设计的“理想”放疗计划比较、优选确认后，给出医生和物理师共同认可的最佳治疗的处方剂量和治疗机执行方案指令，进行近距离放射治疗的一体化集成系统。整个系统在一个SBNMiS网络中快捷、安全、可靠的运行。为近距离放射治疗三维立体定位和适形治疗提供了一种全新的、个体化特征鲜明的全面解决方案和可行的途径。本系统的一个最大的特点，还在于可以为不同的用户“量身定制”满足不同临床要求的三维近距离放射治疗系统。特别是那些已经拥有了各种不同型号近距离治疗机的用户，可以根据自己医疗专业特点和经济能力，选择本系统的部分配置和软件，将原系统升级成为功能多样的、崭新的三维适形放射治疗系统。
附图说明：
图1是本发明的示意图。
图2是本发明实施例的示意图。
图3是本发明C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
图1、图2和图3中，各数字的含义为：1：三维适形近距离放射治疗集成系统由数字化近距离放射治疗机；2：C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统；3：多功能三维治疗床；4：专用施源器及模板；5：近距离放射治疗计划软件；6：三维逆向近距离放射治疗计划软件；7：虚拟模拟人治疗系统软件；8：计划比较验证系统；9：全中文图形化用户操作界面；10：病人；11：人体模型；12：影像诊断单元；13：医院数据库；14：放疗科数据库；15：QA报告；16：C-型臂X光机；17：X线球管；18：影像增强接受器；19：Co60机；20：Ir192机；21：I125机；22：Pd103粒子：23：血管介入；24：C型臂手控盒；25：X线影像；26：引导管；27：三维重建剂量图；28：防护墙；29：铅玻璃；30：治疗机控制台；31：TBS设计台；32：LBS图像处理工作站；33：C型臂控制台。
如图1所示，本发明的三维适形近距离放射治疗集成系统由数字化近距离放射治疗机(1)、C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)、计划比较验证系统(8)组成，并通过近距离放射治疗网络和管理系统(SBNMiS)连接，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)采用全中文图形化用户操作界面(9)；其中，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)一方面接受病人(10)或人体模型(11)的数据，并接收虚拟模拟人治疗系统软件(7)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)的指令，另一方面向近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)输送数据，并向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；影像诊断单元(12)一方面接受病人(10)或人体模型(11)和医院数据库(13)的数据，另一方面向C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)和医院数据库(13)输送诊断方案；近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)还向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放疗科数据库(14)或医院数据库(13)输送数据。放疗科数据库(14)向医院数据库(13)输送数据并生成QA报告(15)。数字化近距离放射治疗机(1)为近距离后装治疗机，包括Co60机(19)、Ir192机(20)、I125机(21)、Pd103粒子(22)、血管介入(23)。
当对病人进行近距离放射治疗之前，获取的病人、体模的影像诊断图像，或从“虚拟模拟人治疗系统软件(7)”获取的虚拟人图像输入到“C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)”。
未对病人实施治疗时，经该系统获取并处理的数据输入到“近距离放射治疗软件(5)”或“三维逆向近距离放射治疗软件(6)”，设计的放射治疗计划再输入到“C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)”，经过适当的交互，确定病人的放射治疗计划；
按照确定的治疗计划通过“近距离治疗机(1)”、“专用施用器及模板(4)”和“多功能三维治疗床(3)”对病人实施治疗。在治疗过程中，由“C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)”获取并处理数据，通过这些数据，及时地通过对“近距离治疗机(1)”、“专用施用器及模板(4)”和“多功能三维治疗床(3)”来调整对病人的治疗。
该系统通过“SBNMiS网络(10)”进行集成，并通过该网络与系统外部的系统进行连接。
通过“全中文的图形化用户操作界面(9)”来对整个系统运行的过程进行方便、实时的监控和操作。
如图2和图3所示，本发明中的C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)由C-型臂X光机(16)和一套实时三维图像重建、校准、融合和分析计算机系统组成，C-型臂X光机(16)由可移动的具有数控精度的3个自由度机座和一个可以旋转360°和180°两个自由度的可拆卸的C-型臂组成，C-型臂的两端分别安装X线球管(17)和影像增强接受器(18)；X线球管(17)接受病人(10)或人体模型
(11)的数据，并输送到影像增强接受器(18)；实时三维图像重建、校准、融合和分析的程序为：从影像增强接受器(18)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)和影像诊断单元(12)中取得信息，依次进行“图像配准”、“图像融合”、“图像分割”、“三维重构成像”步骤，然后进行判断：“治疗病人中吗？”，如果“是”，则进行“治疗信息与计划信息比较”，然后向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；如果“不是”，则进入近距离放射治疗计划软件(5)和三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)，再进入计划比较验证系统(8)进行病人计划与人体模型或虚拟模拟人计划的比较，然后向近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令。近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)向病人(10)施治。
如图3所示，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统的流程可以描述为：在“多功能三维治疗床”上的“病人”和“体模”经过“X线球管”发射的X线照射后，“影像增强器”接收到射线信号，信号经过模数转换为图像后输入到计算机中，对C-型臂旋转采集的多幅图像进行“图像配准”，并可与CT或MRI的图像进行“图像融合”，可以采用手动或自动分割技术进行“图像分割”，进行“三维重构成像”；
在未对病人进行治疗时，将图像信息输入到“近距离放射治疗软件”或“三维逆向近距离放射治疗软件”中，将对“体模”或由“虚拟模拟人治疗系统软件”获取的虚拟人信息和“病人”进行放射治疗计划的设计，将“病人计划与体模或虚拟人计划进行比较”并最终确定最佳的治疗计划，使用该治疗计划，然后通过“近距离治疗机”、“专用施用器及模板”和“多功能三维治疗床”对病人治疗；
在对病人治疗中，将“治疗信息与计划信息比较”，并控制“近距离治疗机”、“专用施用器及模板”和“多功能治疗床”实时调整对病人的治疗。
如图2所示，本发明实施例中，由带有铅玻璃(29)的防护墙(28)将治疗室和控制室分开，治疗室中放有多功能三维治疗床(3)，C-型臂X光机(16)上的可以旋转360°和180°两个自由度的可拆卸的C-型臂两端分别装有X线球管(17)和影像增强接受器(18)，X线球管(17)和影像增强接受器(18)分别置于多功能三维治疗床(3)的上下两侧，病人(10)置于多功能三维治疗床(3)的上面，近距离放射治疗机(1)通过引导管(26)向病人(10)施治；C型臂手控盒(24)和控制室内的C型臂控制台(33)控制C-型臂X光机(16)；影像增强接受器(18)产生X线影像(25)；控制室内的TBS设计台(31)产生三维重建剂量图(27)，并输入给控制室内的治疗机控制台(30)和IBS图像处理工作站(32)；IBS图像处理工作站(32)接收影像增强接受器(18)的信息，并输入给TBS设计台(31)。
图2中，C-型臂电动行走；臂部可拆卸；室内外两种控制方式；安置定位后固定在地面。手术床推动；液压三维坐标仪；碳素纤维床板；不同病种结构不一样。TPS功能为常规近距离计划设计、逆向近距离计划设计、虚拟理想模拟计划、优化软件。3D-CBIS图像采集与处理系统具有病灶及定位显示、3D重建、图像输出、SBNMiS网络连接全系统、C-型臂旋转中心与床等中心自动跟踪等功能。
Claims (8)
1.一种三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于该系统由数字化近距离放射治疗机(1)、C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)、计划比较验证系统(8)组成，并通过近距离放射治疗网络和管理系统连接，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)采用全中文图形化用户操作界面(9)；其中，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)一方面接受病人(10)或人体模型(11)的数据，并接收虚拟模拟人治疗系统软件(7)、近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)的指令，另一方面向近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)输送数据，并向数字化近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；影像诊断单元(12)一方面接受病人(10)和医院数据库(13)或人体模型(11)和医院数据库(13)的数据，另一方面向C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)和医院数据库(13)输送诊断方案；近距离放射治疗计划软件(5)、三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)还向数字化近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；数字化近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放疗科数据库(14)或医院数据库(13)输送数据，C-型臂X光机实时三维图像模拟定位与验证系统(2)由C-型臂X光机(16)和一套实时三维图像重建、校准、融合和分析计算机系统组成，C-型臂X光机(16)由可移动的具有数控精度的3个自由度机座和一个可以旋转360°和180°两个自由度的可拆卸的C-型臂组成，C-型臂的两端分别安装X线球管(17)和影像增强接受器(18)；X线球管(17)接受病人(10)或人体模型(11)的数据，并输送到影像增强接受器(18)；实时三维图像重建、校准、融合和分析的程序为：从影像增强接受器(18)、虚拟模拟人治疗系统软件(7)和影像诊断单元(12)中取得信息，依次进行“图像配准”、“图像融合”、“图像分割”、“三维重构成像”步骤，然后进行判断：“治疗病人中吗？”，如果“是”，则进行“治疗信息与计划信息比较”，然后向数字化近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令；如果“不是”，则进入近距离放射治疗计划软件(5)和三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)，再进入计划比较验证系统(8)进行病人计划与人体模型或虚拟模拟人计划的比较，然后向数字化近距离放射治疗机(1)、多功能三维治疗床(3)、专用施源器及模板(4)发送指令。
2.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于放疗科数据库(14)向医院数据库(13)输送数据并生成QA报告(15)。
3.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于数字化近距离放射治疗机(1)为近距离后装治疗机，包括Co60机(19)、Ir192机(20)、I125机(21)、Pd103粒子(22)和血管介入(23)。
4.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于近距离放射治疗计划软件(5)由腔内照射治疗计划模块、管内照射治疗计划模块、组织间插植照射治疗计划模块、敷贴治疗计划模块、手术中照射治疗计划模块组成，运用蒙特卡洛算法精确计算体内剂量的分布和进行适形靶区的优化；并在不同影像学解剖结构上显示治疗计划三维等剂量线，对实时计划等剂量线和三维图像进行交互式实时显示和比较，进行内、外照射剂量合成和比较，提供体积直方图和经典近距离治疗的标准图谱。
5.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于三维逆向近距离放射治疗计划软件(6)首先由医生或物理师设定施源器的数量，分布位置，靶区肿瘤最大剂量，最小剂量，紧要器官的限制剂量以及每种要求的重要度；再根据CT和C-型臂实时获取的真实治疗情况的图像信息，确定各施源器中不同位置上放射源的驻留时间，并通过调整重要度来进行自动适形；利用人体模型实验和虚拟模拟人实验软件，进行病人治疗方案的比较和选择；在CT图、DVH图上同时显示剂量分布及优化剂量分布。
6.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于虚拟模拟人治疗系统软件(7)通过输入CT图像和C-型臂三维重构图像，多窗口动态显示三维病人模型；提供近距离治疗模拟病人的解剖图形和施源器分布的几何参数；提供各种治疗选择方法的计算结果和三维剂量分布。
7.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于计划比较验证系统(8)由仿真人体模型验证系统和虚拟计划验证系统组成，其中，仿真人体模型验证系统由《成都剂量体模》和SCARTS放射治疗图像处理及计划验证系统组成，通过对实测胶片图像剂量分布和计划系统计划形成的剂量图像进行比较验证，对照射方案进行比较，并给出分析误差，供医生和物理师择优选取最好方案；虚拟计划验证系统由虚拟模拟人治疗系统软件(7)提供的软件获取分析数据和比较结果；两套系统可以独立运行，结果可以进行互动比较。
8.根据权利要求1所述的三维适形近距离放射治疗集成系统，其特征在于影像诊断单元(12)包括CT、MRI、PET、US或X-Sim。
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