CN102430208B - 一种自动缩野的肿瘤放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能够按医嘱的照射剂量、射野大小对患者肿瘤进行常规或同时伴随自动缩野的放射治疗装置。本发明自动缩野的放射治疗装置包括放射治疗器、升降装置、治疗床与治疗床固定座，设于其中放射治疗器包括依次连接的放射治疗固定架、治疗头。所述升降装置内设有全野照射持续时间参数t₀，当单次全野照射持续时间为t₀时，按预先设置的移动速度自动使治疗床或治疗头上升或下降，致使放射治疗装置的源皮距及肿瘤靶区平面内有效射野面积缩小，实现在单次全野放射治疗的同时伴随自动缩野，克服了后期缩野时肿瘤病灶中心组织对射线产生的耐受性，提高了早期放射治疗中肿瘤病灶中心组织的放射剂量，有利于促进治疗肿瘤的效果。

Description

一种自动缩野的肿瘤放射治疗装置

技术领域

本发明涉及一种放射治疗的设备，特别涉及一种通过对治疗头或治疗床的移动速度、移动距离的控制，实现按医嘱的照射剂量、射野大小对患者肿瘤进行治疗的放射治疗装置。

背景技术

放射治疗是公知的，它利用高能量放射线照射肿瘤病灶区域来治疗疾病。放射治疗要求正常组织细胞接受照射的放射线剂量小，肿瘤病灶区域组织细胞接受照射的放射线剂量大。对于肿瘤病灶区域，通常都存在肿瘤组织受到放射线照射后的生物效应影响，其肿瘤体积逐渐变小，继而需要变更在肿瘤缩小后的下一（轮）次治疗计划，调整照射野区域边界。即在肿瘤体积变化后，需要医师对患者肿瘤靶区进行重新定位，确定肿瘤边界及其缩小后的照射野尺寸，调整治疗计划方案和单次照射放射剂量等，以达到最佳肿瘤治疗效果。

这种人工缩野的过程，存在如下问题：

①因医师（人为）判断患者肿瘤体积是否缩小的复检频率和时间具有人为不确定的随意性，导致制定缩野照射新计划的时刻具有不确定性。

②人工调整的方式使全野放射与下一（轮）次缩野放射之间存在较长的时间间隔，缩野前后肿瘤组织受放射性照射的剂量耐受性不同，缩野后的肿瘤组织对放射线的敏感性变差、耐受性变强。其肿瘤内部中心的组织受照效果不及首次治疗过程中伴随自动缩野，以增加肿瘤内部中心组织的放射剂量，其受照效果更优。

③全野放射治疗过程中，肿瘤病灶区面积将逐渐缩小，如不及时缩小照射野大小，正常组织细胞将会受到不必要的放射剂量，有悖于放射治疗原则。

为解决上述问题，现有技术中提供有如下方案：

日本专利JP2002-065876中公开了一种放射治疗的小野分割照射方法，它在由于整个肿瘤不能被同一次放射线照射而通过在照射场的预定宽度的方向上将照射截面分成许多截面来实现将照射分成几部分的情况下，防止在照射部分的边界区域上一部分被重叠的放射性剂量过分照射，而另一部分没有放射性剂量照射。所述放射治疗方法是一种包括下列步骤的治疗方法：通过准直装置在与预定方向的照射场的宽度平行的方向将照射截面分成几个部分；以及以相应的照射部分为单位用放射线照射肿瘤病灶区中的治疗区域。当所分割的照射部分的边界区域相互正对时，准直装置沿着与照射场宽度平行的方向上移动以便减少朝向照射部分正对侧的放射线剂量。

美国专利US5,442,675公开了一种用于放射线治疗的动态准直仪。放射线治疗机具有用来引导放射线束沿着射束平面照向患者的治疗体积(treatment volume)的放射源，治疗机包括布置在放射源和患者之间的准直仪，用来控制正交于射束平面的射束宽度，所述治疗机包括用来沿着传输轴相对于射束平面支撑和移动患者的装置，其中治疗体积包括许多毗邻薄片，每一薄片同窦腔X线照相关联，指示期望的积分通量曲线引向一个关联的薄片，所述治疗机包括：比较装置，用于比较毗邻薄片的窦腔X线照相来产生差值；控制信号装置，从比较装置接收差值，利用对比信号指示差值是否在预定限值的范围内；以及准直仪控制装置，从控制信号装置接收对比信号，用来控制准直仪来调节射束宽度，以当对比信号指示差值在预定限值的范围内时同时照射治疗体积的毗邻薄片，以利于实现更加精确的小野分割照射治疗。

中国专利CN2539542公开了一种钴－60放射治疗机，它包括机座、机架、治疗头和治疗床，治疗头内装有钴源，机架为框体结构，机架的一端安装治疗头，另一端为配重块，机架中部与机座之间轴承连接，治疗头端面上安装有多叶准直器，由于在治疗头上配置全自动多叶准直器，实现了适形调强放射治疗，使钴－60机的传统放疗进入精确放疗阶段。实现了一种使肿瘤靶区形状与射野形状一致的不缩野放射治疗方式。

中国专利CN1348826公开了一种放射线平移治疗装置，它包含一个平移治疗床, 该床含有以滚柱导轨机构连接的床体和床座、能使床体在床座上移动的往复运动机构、能驱动往复运动机构的步进电机，以及一套能按医嘱设定的照射剂量启闭步进电机的控制系统，该系统含有微机、光电耦合器、步进电机控制电路、报警及安全联锁器。是实现小野分割放射治疗的另一种装置。

日本专利JP2002-065876、美国专利US5,442,675、中国专利CN2539542都是通过准直器或准直仪的动态调整放射线线束角度或宽度的方式来调整照射野，避免正常细胞的过量照射，且自动调整的方式有效防止了人为调整所带来的不利影响。中国专利CN1348826通过对治疗床的平移控制实现对T形或L形不规则病灶无法单野一次照射且剂量分布不匀甚至引起病症复发或伤及无病区域等问题，虽然这些专利实现了小野分割照射治疗，然而这些方法都不具有伴随性自动缩野照射的功能，并没有解决肿瘤病灶区组织对放射剂量的耐受性和正常组织受照剂量最小化的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在单次全野放射治疗的同时伴随自动缩野的放射治疗装置，能克服了人工缩野时刻的不确定性、改善肿瘤病灶区组织对放射线的敏感性、减少正常组织的受照剂量，增大肿瘤组织中心部分在单次放射治疗过程中的受照剂量。 

为解决上述问题的技术方案是，本发明提供如下技术方案：

一种自动缩野的肿瘤放射治疗装置，包括放射治疗器、升降装置、治疗床与治疗床固定座，设于其中放射治疗器包括依次连接的放射治疗固定架、治疗头，所述治疗床位于治疗头所确定的射线中心轴方向上；

所述升降装置包括依次电路连接的主控制器、升降控制电路与电触发升降机械执行机构，所述主控制器内设有用于表征人为设定的单次全野照射持续时间参数t₀，而且主控制器以单次全野照射持续时间满足人为设定的t₀值作为与电触发升降机械执行机构相对应的电触发条件，所述放射治疗固定架与治疗头之间、治疗床与治疗床固定座之间两者至少有一处设有所述的电触发升降机械执行机构；

电触发升降机械执行机构设于治疗床与治疗床固定座之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向垂直于治疗床床面；电触发升降机械执行机构设于放射治疗固定架与治疗头之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向平行于射线中心轴。

本发明中照射野是指射线束经过准直器后通过人体的范围，用人体表面的截面大小表示照射野的面积；源皮距是指放射源到人体表面照射野中心的距离。

使用本发明自动缩野的肿瘤放射治疗装置，具有如下技术效果：

1、通过增设升降装置可以减小治疗头与治疗床之间的相对距离，更具体地，是在放疗过程中通过动态调整源皮距来改变照射野面积，从而实现单次全野放射治疗的同时伴随缩野放射治疗功能；

2、所述主控制器内设有用于表征人为设定的单次全野照射持续时间参数t₀，而且主控制器以单次全野照射持续时间满足人为设定的t₀值作为与电触发升降机械执行机构相对应的电触发条件。即是当单次全野放射过程中放射持续时间刚好为t₀的同时，主控制器即刻通过相应的升降控制电路启动电触发升降机械执行机构，以t₀这个人为设定的时间值作为判断条件完成全缩野照射、部分缩野照射和不缩野照射的方式选择，克服了人工缩野时刻的不确定性；

3、由于t₀是单次全野放射过程中放射持续时间值，则所述缩野是在单次放射过程中同步伴随的，在单次全野照射持续时间满足t₀值之后自动伴随有照射野面积的减小，这样就能减少正常组织总的受照剂量，同时缩野后照射剂量会集中在缩野后面积较小的照射野内，对于等中心照射而言，缩野后的照射野恰恰是肿瘤中心，从而增大了肿瘤组织中心部分在单次放射治疗过程中的受照剂量；

4、本发明自动缩野的肿瘤放射治疗装置能够在治疗过程中每次自动缩野，与现有的分阶段缩野照射相比，改善了肿瘤靶区组织对放射线的敏感性；

5、本发明自动缩野的肿瘤放射治疗装置通过改变治疗头与治疗床的相对位置来实现自动缩野的目的，对现有放射治疗装置的硬件变换较小，易于实现，且能与现有装置作到良性的结合，是一种全新的自动缩野治疗技术方法。

进一步，所述放射治疗固定架包括相互连接的放射治疗固定座与旋转机架，所述治疗头通过电触发升降机械执行机构定位在旋转机架上。

进一步，所述主控制器内设有与电触发升降机械执行机构相对应的升降运行参数即升降速度V，其求解函数为：                                                

式中参数D₀（MU）表示单次全野照射总剂量、DR (MU/min)表示治疗头出束剂量率、60D₀/DR (s)表示完成单次全野照射总剂量D₀所需时间、t₀∈[0，60D₀/DR]、其中S₁、S₀均是照射野归一化成正方形后该正方形的边长值（而不是面积），S₀表示进行单次全野照射时的照射野边长值、S₁表示缩野照射完成时的照射野边长值，X₀为全野照射时的源皮距值。

缩野前后治疗床或治疗头的移动距离：

根据几何相似性有：(X₀-△X)/ X₀= S₁/S₀，

所以：△X=X₀(S₀-S₁）/S₀ (cm) , △X为正数值（缩野治疗），由于本发明的操作, 治疗床与治疗头之间的距离必然减小，所以用X₀-△X表示缩野完成时的源皮距值。

其中： t₀∈[0，60D₀/DR] （s）。

设t₀=0的，治疗状态为全缩野治疗方式，其治疗床或治疗头升降速度V=△X/（60D₀/DR）（cm/s）。 

设t₀在（0，60D₀/DR）区间，治疗状态为部分缩野治疗方式，其治疗床或治疗头升降速度V=△X/（60D₀/DR-t₀） （cm/s）。

设t₀=60D₀/DR （s）的，治疗状态为不缩野治疗方式，其治疗床或治疗头升降速度V=0（cm/s）。

故运动函数：

医师只要根据放疗需要来确定单次全野照射时的照射野边长值S₀、缩野照射完成时的照射野边长值S₁，就能根据机器出束剂量率DR、全野照射时的源皮距值X₀和全野照射持续时间t₀，获得运动函数F（X，t）。治疗时将由F(X,t)来确定的治疗状态，并通过相应执行机构使治疗床或治疗头上升或下降，致使源皮距变小，从而使肿瘤靶区平面有效射野区缩小。

本发明不排除在治疗头与治疗床上均设置电触发升降机械执行机构，从而实现治疗过程中缩小源皮距的功能。

进一步，所述主控制器还连接有用于输入所述各参数的输入端口。

所述各参数可以通过所增设的输入端口预置相应数据在控制器内。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

图1是本发明自动缩野的肿瘤放射治疗装置一种实施例的部分结构示意图。

图2是本发明自动缩野的肿瘤放射治疗装置另一种实施例的工作状态示意图。

图中箭头表示控制命令传递方向。

具体实施方式   

实施例一

如图1所示，一种自动缩野的肿瘤放射治疗装置，包括放射治疗器、升降装置、治疗床5与治疗床固定座，设于其中放射治疗器包括依次连接的放射治疗固定架、治疗头8，所述治疗床5位于治疗头8的正下方，治疗头8所确定的射线中心轴垂直于治疗床5所确定的平面；

所述升降装置包括依次电路连接的主控制器4、升降控制电路与电触发升降机械执行机构，所述主控制器4内设有用于表征人为设定的单次全野照射持续时间参数t₀，而且主控制器4以单次全野照射持续时间满足人为设定的t₀值作为与电触发升降机械执行机构相对应的电触发条件；所述放射治疗固定架与治疗头8之间、治疗床5与治疗床固定座之间均设有所述的电触发升降机械执行机构，所述升降控制电路包括治疗床升降控制电路2与治疗头升降控制电路3；

如图1所示，升降装置将控制命令发送到放射治疗固定架与治疗头8之间、治疗床5与治疗床固定座之间均设有所述的电触发升降机械执行机构，由电触发升降机械执行机构负责升降操作。

电触发升降机械执行机构设于治疗床5与治疗床固定座之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向垂直于治疗床5床面；电触发升降机械执行机构设于放射治疗固定架与治疗头8之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向平行于射线中心轴。

所述放射治疗固定架包括相互连接的放射治疗固定座10与旋转机架9，所述治疗头8通过电触发升降机械执行机构定位在旋转机架上。

所述主控制器4内设有与电触发升降机械执行机构相对应的升降运行参数即升降速度V，其求解函数为：

式中参数D₀（MU）表示单次全野照射总剂量、DR (MU/min)表示治疗头出束剂量率、60D₀/DR (s)表示完成单次全野照射总剂量D₀所需时间、t₀∈[0，60D₀/DR]、其中S₁、S₀均是照射野7归一化成正方形后该正方形的边长值（而不是面积），S₀表示进行单次全野照射时的照射野7边长值、S₁表示缩野照射完成时的照射野7边长值，X₀为全野照射时的源皮距值。

由于放射治疗固定架与治疗头8之间、治疗床5与治疗床固定座之间均设有所述的电触发升降机械执行机构，具有两种缩野控制方式：治疗床5升降和治疗头8升降，且两种方式不同时使用，使用时只根据需要选用其中任一种即可（主控制器4根据人为设定，选择性地向疗床升降控制电路2或治疗头升降控制电路3发送相应控制命令）。

所述主控制器4还连接有用于输入所述各参数的输入端口，该输入端口可以是键盘也可以是触摸屏。作为优选实施例，将升降装置的电路部分集装制作成专用控制单元，当然升降装置的电路部分还应包括一定的数据储存器、分立元件、计时电路等，这些均属于机电领域的公知常识，亦不属于本专利的保护重点，此处不再赘述。

治疗床5或治疗头8的电触发升降机械执行机构属于放射治疗装置的现有应用技术，在具体实施例中包括可控速动力装置动力装置及相应的相应升降执行机构，如步进电机与相应升降机构的组合，其中步进电机与治疗床升降控制电路2或治疗头升降控制电路3相连，机械传动机构用于直接驱动治疗床5与治疗头8之间的相对运动；还可以是依次连接的变频器、驱动电机及相应升降机构，变频器与治疗床升降控制电路2或治疗头升降控制电路3相连，主控制器通过对变频器的调控，实现对驱动电机的变速调控。其中升降机构的实现方式多样，当电触发升降机械执行机构设于放射治疗固定架与治疗头8之间，升降机构是包括固定在治疗头8上并与旋转机架9上增设的导轨相对应的行走机构，其中导轨走向为射线中心轴方向平行；可以是固定在旋转机架9上伸缩机构，其中治疗头8通过一销杆固定在所述伸缩机构的自由端上，伸缩机构其伸缩方向为射线中心轴方向平行；还可以是分别设在旋转机架9、治疗头8上的两个套接件，套接件之间为设有螺纹，通过某一套接件的旋转就能实现两套接件之间的连续高度变化，两套接件的高度方向与射线中心轴方向平行。当然电触发升降机械执行机构设于治疗床5与治疗床固定座之间的实现形式更为多样。且可控速动力装置与升降执行机构之间设置必要的传动机构属于公知常识。这些实现方式属于机电领域常规技术手段，此处不作具体限定。

实施例二

如图2所示，本实例与实施例一的不同之处在于：旋转机架9转动了一定的角度，治疗头8所确定的射线中心轴与治疗床5所确定的平面成一定的角度。电触发升降机械执行机构仅设于放射治疗固定架与治疗头8之间，相应的，所述升降控制电路包括治疗头升降控制电路3。由治疗头8的升降来实现相对运动，即能实现与实施例一同样的治疗技术效果。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，如X₀也可以是全野照射时的源轴距值，相应的，S₁、S₀表示对应深度的照射截面经归一化成正方形后该正方形的边长值（而不是面积），S₀表示进行单次全野照射时的射野边长值、S₁表示缩野照射完成时的射野边长值，X₀表示全野照射时的源轴距值的，即便旋转机架9在缩野过程中进行动态旋转，对照射野7的影响也较小，基本能够解决本发明的技术问题；同样X₀还可以是射线源到中心轴上任一点的距离，S₁、S₀表示由所述任一点所确定的平面射野归一化后的边长值。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种自动缩野的肿瘤放射治疗装置，其特征在于：包括放射治疗器、升降装置、治疗床与治疗床固定座，其中放射治疗器包括依次连接的放射治疗固定架、治疗头，所述治疗床位于治疗头所确定的射线中心轴方向上； 

所述升降装置包括依次电路连接的主控制器、升降控制电路与电触发升降机械执行机构，所述主控制器内设有用于表征人为设定的单次等中心全野照射持续时间参数t₀，而且主控制器以单次等中心全野照射持续时间满足人为设定的t₀值作为与电触发升降机械执行机构相对应的电触发条件，所述放射治疗固定架与治疗头之间、治疗床与治疗床固定座之间两者至少有一处设有所述的电触发升降机械执行机构；

电触发升降机械执行机构设于治疗床与治疗床固定座之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向垂直于治疗床床面；电触发升降机械执行机构设于放射治疗固定架与治疗头之间的，电触发升降机械执行机构其升降方向平行于射线中心轴。

2.如权利要求1所述自动缩野的肿瘤放射治疗装置，所述放射治疗固定架包括相互连接的放射治疗固定座与旋转机架，其特征在于：所述治疗头通过电触发升降机械执行机构定位在旋转机架上。

3.如权利要求1所述自动缩野的肿瘤放射治疗装置，其特征在于：所述主控制器内设有与电触发升降机械执行机构相对应的升降运行参数即升降速度V，其求解函数为

式中参数D₀（MU）表示单次全野照射总剂量、DR (MU/min)表示治疗头出束剂量率、60D₀/DR (s)表示完成单次全野照射总剂量D₀所需时间、t₀∈[0，60D₀/DR]、其中S₁、S₀均是照射野归一化成正方形后该正方形的边长值，S₀表示进行单次全野照射时的照射野边长值、S₁表示缩野照射完成时的照射野边长值，X₀为全野照射时的源皮距值。

4.如权利要求1或3所述自动缩野的肿瘤放射治疗装置，其特征在于：所述主控制器还连接有用于输入所述各参数的输入终端。

5.如权利要求1或3所述自动缩野的肿瘤放射治疗装置，其特征在于：所述电触发升降机械执行机构包括与升降控制电路相连的可控速动力装置，以及与所述可控速动力装置对应连接的升降执行机构。