CN102233158A - 一种影像引导放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种影像引导放射治疗装置，包括：机架、加速管、准直器、治疗床、成像屏和计算机系统；其中，所述加速管和成像屏相对180度安装在机架上，所述准直器安装在加速管机头前端，所述治疗床安装在机架外部，所述计算机系统，用于控制加速管、准直器、治疗床和成像屏；所述加速管采用KV/MV同源双束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式产生用于成像的KV级射线，MV模式产生用于治疗的MV级射线。本发明用以实现高质量的影像引导放射治疗。

Description

一种影像引导放射治疗装置

技术领域

本发明涉及放射治疗技术领域，特别是涉及一种影像引导放射治疗装置。

背景技术

随着物理学与生物科学理论的不断完善及放射治疗技术的快速发展，放射治疗已成为肿瘤的三大主要治疗手段之一；其目的在于通过提高靶区剂量和减少靶区周围正常组织放射损伤来不断提高肿瘤的局部控制率，借助于计算机技术、影像学技术的进展和医学领域各学科的广泛协作，进一步提高患者生存率和改善其生存质量。

近年来，随着以精确定位、精确计划和精确治疗为核心的精确放疗技术的快速发展，放射治疗的整体疗效得到了提高；例如，影像引导放射治疗(IGRT，image-guided radiotherapy)将放射治疗机与成像设备结合在一起，在治疗时采集有关的图像信息，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行位置和剂量分布的校正；该IGRT技术可用在分次治疗摆位时和/或治疗中，用于采集图像和/或其他信号，并利用这些图像和/或信号，引导此次治疗和/或后续分次治疗。

目前，影像引导放射治疗装置通常包括放射治疗加速器，以及安装在其上的在线影像系统(On-board imaging system)，其中，在线影像系统可用于在每次治疗前采集病人体位的二维(例如，X线平片)或三维(例如，CBCT锥形束CT)影像，在比较所采集影像与治疗计划影像后，确定病人的体位误差或靶区与治疗射野之间的位置关系，并通过图像配准方法给出需要调整病人体位或者照射野的数据；所述在线影像系统的工作模式主要可以包括：

一、正交KV模式；

本模式一般是在加速器的机架上，沿治疗射线的正交(垂直)方向，加装一套KV级数字诊断X线影像系统来完成影像引导工作；其采用KV级诊断X线成像系统，可以得到清晰的解剖影像，具有诊断级X线影像的空间和密度分辨率，可以很好在完成对软组织靶区和器官的在线影像引导工作。

但是，对于这种KV级数字诊断X线影像系统，由于其成像射线与治疗射线成垂直正交方向，并不能反映治疗机头内部件在各治疗角度时由于重力或其他因素造成的射野改变或误差；而且，成像射线和治疗射线经过的准直器等部件和结构也不相同，虽然三维的在线影像可以较好地验证和比较每次治疗时的体位差别，但由于X线影像系统并不经过治疗机头的结构，无法验证治疗靶区及周围器官与实际治疗照射野的关系，从而影响影像引导放射治疗的效果。

二、同源MV模式。

本模式一般直接采用治疗用的MV级X射线及安装在治疗机头相对位置的数字影像板组成的在线影像验证系统；其优点是成像射线与治疗射线同源，因此也经过相同的机头结构，验证影像可以很好地反映病人的体位误差、靶区和周围器官与治疗照射野的关系等；但由于其使用的MV级射线在人体组织中的作用主要为康普顿散射效应，骨结构与软组织的吸收区别相对较小，影像的组织对比度和密度分辨率均比较差，因而其成像效果远比KV级X射线影像差，也就影响了影像引导放射治疗的质量。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够实现高质量的影像引导放射治疗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种影像引导放射治疗装置，用以实现高质量的影像引导放射治疗。

为了解决上述问题，本发明公开了一种影像引导放射治疗装置，包括：机架、加速管、准直器、治疗床、成像屏和计算机系统；

其中，所述加速管和成像屏相对180度安装在机架上，所述准直器安装在加速管机头前端，所述治疗床安装在机架外部，所述计算机系统，用于控制加速管、准直器、治疗床和成像屏；

所述加速管采用KV/MV同源双束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式产生用于成像的KV级射线，MV模式产生用于治疗的MV级射线。

优选的，所述加速管在KV模式和MV模式之间的切换时间为秒级。

优选的，所述成像屏跟随加速管机头同步进行360度内任意角度旋转。

优选的，所述成像屏为伸缩结构。

优选的，所述KV级射线的能量范围为从1000V到999KV，MV级射线的能量范围为从3MV到20MV。

优选的，在伸出状态下，所述成像屏，用于在治疗前或治疗过程中采集病人的图像数据。

优选的，所述计算机系统包括：

三维重建模块，用于基于所述图像数据进行三维重建，获得三维图像。

优选的，所述计算机系统还包括：

配准模块，用于将病人的放射治疗计划图像与所述成像屏生成的二维图像或所述三维图像进行配准，得到病人体位信息，并根据所述病人体位信息进行摆位。

优选的，所述计算机系统还包括：

实施治疗模块，用于在所述病人体位信息符合临床要求时，利用MV级射线对病人按照所述放射治疗计划实施治疗。

优选的，所述治疗床的自由度包括上下、左右和旋转自由度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用KV/MV同源双束加速管，该加速管能够产生KV级射线和MV级射线，其中，KV级射线用于成像，MV级射线用于治疗；由于成像射线和治疗射线是同一个加速管出束的，它们经过相同的机头结构，验证影像可以很好地反映病人的体位误差、靶区和周围器官与治疗照射野的关系，这样从根本上解决了不同源的问题，有利于准确快捷地比较和确定病人体位信息、靶区位置信息等治疗信息；而且，基于KV级射线能够得到清晰的在线影像；

再者，由于在治疗过程中也可以通过切换加速管的工作模式，来成像配准定位达到实时定位要求，因而能够实现真正的影像引导的放射治疗。

附图说明

图1是本发明一种影像引导放射治疗装置实施例的结构图；

图2是本发明一种影像引导放射治疗装置的结构示意；

图3是本发明一种二维图像数据的采集示意图；

图4是本发明一种特定角度二维图像数据的采集示意图；

图5是本发明一种三维投影数据的采集示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的核心构思之一在于，在影像引导放射治疗装置中采用KV/MV同源双束加速管，该加速管能够产生KV级射线和MV级射线，其中，KV级射线用于成像，MV级射线用于治疗；由于成像射线和治疗射线是同一个加速管出束的，它们经过相同的机头结构，验证影像可以很好地反映病人的体位误差、靶区和周围器官与治疗照射野的关系，能够从根本上解决不同源的问题，解决机械结构上带来的定位误差，有利于准确快捷地比较和确定病人体位信息、靶区位置信息等治疗信息；而且，基于KV级射线能够得到清晰的在线影像。

参照图1，示出了本发明一种影像引导放射治疗装置实施例的结构图，具体可以包括：机架101、加速管102、准直器103、治疗床104、成像屏105和计算机系统106；

其中，所述加速管102和成像屏105相对180度安装在机架上，所述准直器103安装在加速管机头前端，所述治疗床104安装在机架外部，所述计算机系统106，则用于控制加速管102、准直器103、治疗床104和成像屏105；

并且，所述加速管102采用KV/MV同源双束加速管，其工作模式可以包括KV模式和MV模式，其中，KV模式可产生用于成像的KV级射线，可MV模式产生用于治疗的MV级射线；在实际中，所述KV级射线的能量范围可以为从1000V到999KV，而MV级射线的能量范围可以为从3MV到20MV。

另外，所述加速管102可在KV模式和MV模式之间的切换时间可以达到秒级，能够实现工作模式的快速切换；在具体实现中，可以在所述计算机系统106中设置一功能模块，来实现加速管102的模式切换功能，从而，本领域技术人员可以根据实际需要，交替产生KV级射线和MV级射线；也即，本发明的成像既可以在治疗前，又可以在治疗过程中，或者治疗后。

可以理解，本领域技术人员可以根据需要，采用任意种类的准直器103，例如，多叶准直器(MLC，multi-leaf collimator)等，本发明对此不加以限制。

参照图2，在本发明的一种应用示例中，所述影像引导放射治疗装置可以包括机架201、KV/MV同源双束加速管202、多叶准直器203、治疗床204、成像屏205和计算机系统206；

其中，所述治疗床204的自由度可以包括上下、左右和旋转等6个自由度；以图中的O-XYZ坐标系为例，所述治疗床204可以在XOY平面内进行任意的平移运动和/或旋转运动，还可以进行Z方向的平移运动，以及，XOY平面沿X方向和/或Y方向的旋转；而且，所述计算机系统206可以显示治疗床204的坐标信息，以方便指导病人摆位；

另外，所述成像屏205可设置为伸缩结构，在实际中可以根据工作状态需要伸出或者缩进；例如，其工作状态可以包括：KV模式下的伸出状态和MV模式下的缩进状态；也即，在KV模式下，可将所述成像屏205伸出进行成像操作，而在MV模式下，可将所述成像屏205缩进，避免其妨碍正常的治疗工作；在具体实现中，可在计算机系统206中设置一专门的模块来所述伸出状态和缩进状态，本发明对此不加以限制。

可以理解，本领域技术人员可以根据实际需要，设置所述成像屏205的其它工作状态，例如，在KV模式下缩进，或者，在MV模式下伸出等等，本发明对此不加以限制。

首先，由于传统放射治疗，通常依据放射治疗计划采用的图像和放射治疗实施过程中获得的图像进行配准来指导摆位，而本发明治疗过程中以及治疗前后的成像射线和治疗射线是同一个加速管出束的，它们经过相同的机头结构，验证影像可以很好地反映病人的体位误差、靶区和周围器官与治疗照射野的关系，因而，能够从根本上解决不同源的问题；

再者，由于在治疗过程中也可以通过切换加速管102的工作模式，来成像配准定位达到实时定位要求，因而能够实现真正的影像引导的放射治疗。

由于KV模式产生的KV级射线用于成像，下面对本发明的成像过程进行详细介绍。

在实际中，所采集的图像可以是二维X射线透射图像或三维重建图像，或有时间标记的四维图像，这些图像的作用在于解决运动靶区的准确适形治疗问题；所述成像过程具体可以包括：

步骤S1、在KV模式下的伸出状态下，所述成像屏105在治疗前或治疗过程中采集病人的图像数据，具体可以包括以下情形：

情形一、二维图像；

参照图3，示出了本发明一种二维图像数据的采集示意图，治疗前或治疗过程中，病人躺在治疗床104上，成像屏105伸出，利用加速管102产生的KV级X射线采集病人的二维图像数据。

或者，参照图4，示出了本发明一种特定角度二维图像数据的采集示意图，其中，所述角度可以为360度内正交或非正交的任意角度；所述特定角度采集可以得到二幅或多幅二维图像。

情形二、三维图像。

由于三维图像要求病人在不同角度的投影数据，针对此要求，在本发明的一种优选实施例中，可设置所述成像屏105，使其可以跟随加速管102机头同步进行360度内任意角度旋转。

参照图5，在本发明的一种应用示例中，治疗前或治疗过程中，病人躺在治疗床104上，成像屏105伸出，加速管102机头在360度范围内旋转，成像屏105利用加速管102产生的KV级X射线采集任意角度的图像，可以在圆扫描轨道内进行投影数据的采集。

步骤S2、根据所述图像数据生成图像。

对于二维图像，本步骤则是由所述成像屏105根据所述图像数据生成二维图像。

对于三维图像，可以在所述计算机系统106中设置：

三维重建模块M1，用于基于所述图像数据(投影数据)进行三维重建，获得三维图像。

进一步，在得到所述二维或三维图像后，还需要根据所述图像，比较和确定病人体位信息、靶区位置信息等治疗信息。

以病人体位信息为例，还可以在所述计算机系统106中设置如下模块：

配准模块M2，用于将病人的放射治疗计划图像与所述二维图像或三维图像进行配准，得到病人体位信息，并根据所述病人体位信息进行摆位。

更进一步，为更好地控制所述装置，还可以在所述计算机系统106中设置：

实施治疗模块M3，用于在所述病人体位信息符合临床要求时，利用MV级射线对病人按照所述放射治疗计划实施治疗。

可以理解，本领域技术人员可以根据需要，设置专门的功能模块确定靶区位置信息等其它治疗信息，或者，设置实施治疗模块M3根据其它治疗信息来实施治疗，本发明对此不加以限制。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面以利用所述影像引导放射治疗装置进行放射治疗的过程为例进行说明。

步骤T1、放射治疗前，获得其他厂商放射治疗计划系统(TPS，TreatmentPlanning system)生成的病人放射治疗计划，以及其他医学成像设备(如CT模拟机)获得的病人图像信息；

步骤T2、放射治疗前，利用KV级能量的X射线对病人进行成像，得到病人二维或者三维图像信息，并与放射治疗计划用病人图像进行配准，从而得到病人位置信息进行精确摆位，直至符合临床要求；

步骤T3、解析病人放射治疗计划，利用MV级能量的X射线对病人按照放射治疗计划实施治疗；

步骤T4、在放射治疗计划实施过程中，可以根据需求，在特定射野将加速管能量切换到KV级，对病人进行二维或三维成像，并与放射治疗计划用病人图像或者放射治疗前获得的病人图像进行配准，验证病人摆位精度和放射治疗实施精度，并可再次进行精确摆位。

可以理解，所述计算机系统106能够保存病人治疗过程中的所有信息。

本发明可用于对恶性肿瘤的放射治疗，既可以得到清晰的在线X线影像，又可以准确快捷地比较和确定包括病人体位信息，靶区位移或形变、治疗射野在不同治疗角度时的实际设置，如多叶准直器各叶片在实际治疗时的到位精度和误差等信息，从而真正实现高质量的影像引导治疗。

以上对本发明所提供的一种影像引导放射治疗装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种影像引导放射治疗装置，包括：机架、加速管、准直器、治疗床、成像屏和计算机系统；

其中，所述加速管和成像屏相对180度安装在机架上，所述准直器安装在加速管机头前端，所述治疗床安装在机架外部，所述计算机系统，用于控制加速管、准直器、治疗床和成像屏；

其特征在于，所述加速管采用KV/MV同源双束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式产生用于成像的KV级射线，MV模式产生用于治疗的MV级射线。

2.如权利要求1所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述加速管在KV模式和MV模式之间的切换时间为秒级。

3.如权利要求1所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述成像屏跟随加速管机头同步进行360度内任意角度旋转。

4.如权利要求1所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述成像屏为伸缩结构。

5.如权利要求1所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述KV级射线的能量范围为从1000V到999KV，MV级射线的能量范围为从3MV到20MV。

6.如权利要求4所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，在伸出状态下，所述成像屏，用于在治疗前或治疗过程中采集病人的图像数据。

7.如权利要求6所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述计算机系统包括：

三维重建模块，用于基于所述图像数据进行三维重建，获得三维图像。

8.如权利要求7所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述计算机系统还包括：

配准模块，用于将病人的放射治疗计划图像与所述成像屏生成的二维图像或所述三维图像进行配准，得到病人体位信息，并根据所述病人体位信息进行摆位。

9.如权利要求8所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述计算机系统还包括：

实施治疗模块，用于在所述病人体位信息符合临床要求时，利用MV级射线对病人按照所述放射治疗计划实施治疗。

10.如权利要求1所述的影像引导放射治疗装置，其特征在于，所述治疗床的自由度包括上下、左右和旋转自由度。

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