CN104491987B - 一种放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射治疗系统的自适应靶区的方法及其放射治疗系统，该放射治疗系统自适应靶区的方法包括获取靶区标识位的位置变化量；采集靶区标识位当前时间的运动方向；读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量；以及控制放射治疗装置向当前时间的运动方向相反的方向移动。该放射治疗系统包括，用于获取靶区标识位的位置变化量；用于采集靶区标识位当前时间的运动方向的运动方向采集装置；用于读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量,并向放射治疗装置发出向当前时间的运动方向相反的方向移动的指令的处理装置；以及用于根据处理装置发出的指令，执行向当前时间的运动方向相反的方向移动的放射治疗装置。

Description

一种放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统

技术领域

本发明涉及放射治疗技术领域，具体涉及一种放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统。

背景技术

传统的放射治疗床是将患者病灶靶区的照射中心和直线加速器的等中心通过摆位重合，实施治疗。如果患者靶区位于肺等器官，那么其呼吸运动会导致靶区偏离照射中心，从而影响放射治疗的精确度。

为降低呼吸运动等导致的位移误差，传统的方法是增大靶区勾画体积或采用呼吸调控技术。增大靶区勾画体积会导致肿瘤靶区周围的正常组织受照射剂量增大，从而引发正常组织并发症。于是目前常用的呼吸调控技术分为ABC(Active Breath Control) 主动式和RPM(Real-Time Position Management Respiratory Gating System) 即时位置管理呼吸同步追踪调控式。

ABC 主动式呼吸调控技术的原理是将呼吸动作与放射治疗进行同步，需要患者事先进行多次呼吸训练，通过口含传感器，将呼吸频率转换为数字信号。由于ABC 主动式呼吸调控技术只在某一段呼吸相位或幅度上进行治疗，导致治疗时间延长2-4倍。RPM 式呼吸调控技术是利用CCD 摄像机采集到的呼吸信号来跟踪扫描肿瘤位置变化，并通过计算机处理后控制加速器照射光束的位置，从而使放射靶区跟踪肿瘤移动的方向。

然而，人体器官和肿瘤随呼吸运动是呈三维改变的，而放射靶区是两维改变的，因此采用RPM 式呼吸调控技术跟踪肿瘤位置的精度和速度不能完全自适应肿瘤位置改变，仍然会造成正常组织的损伤。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统能够实现靶区的照射中心始终与直线加速器的等中心重合。

为了达到上述发明目的，本发明的第一发明目的在于，提供一种放射治疗系统自适应靶区的方法，其包括以下步骤：

获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库；

采集靶区标识位当前时间的运动方向；

读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量；以及

控制放射治疗装置向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离。

本发明的第二发明目的在于，提供一种放射治疗系统，其包括：

位置变化量采集装置，用于获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库；

运动方向采集装置，用于采集靶区标识位当前时间的运动方向；

处理装置，用于读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量,并向放射治疗装置发出向当前时间的运动方向相反的方向移动的指令；以及

放射治疗装置，用于根据处理装置发出的指令，执行向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离。

本发明的有益效果为：通过该放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统能够首先得到患者呼吸时，靶区标识位相对各个方向运动的位置变化量，这样在患者进行放射治疗时，可以通过控制放射治疗装置向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离，来实现靶区的照射中心始终与直线加速器的等中心重合，最终以减小患者放射治疗时，正常组织受射线照射的剂量。

附图说明

图1为放射治疗系统自适应靶区的方法一个实施例的流程图；

图2为放射治疗系统的原理框图；

图3为放射治疗系统的放射治疗装置的立体图；

图4为放射治疗装置的第一安装板、升降机构和底座安装在一起后的立体图；

图5为Y轴移动机构安装在第二安装板的立体图；

图6为放射治疗装置的第一安装板和升降机构安装在一起的立体图；

图7为放射治疗装置的第一安装板、升降机构、底座和X轴移动机构安装在一起的立体图。

其中，1、第一安装板；2、X轴导轨；3、床板；4、X轴动力装置；5、Y轴动力装置；6、第二安装板；7、Z轴动力装置；8、底座；9、剪式升降架；10、电机；11、联轴器；12、轴承；13、滑块；14、传动螺母；15、Y轴导轨；16、丝杆；17、支撑板；18、横梁；19、支撑架；20、塑料垫；21、支撑块；22、连接轴承；23、连接轴。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了放射治疗系统自适应靶区的方法一个实施例的流程图；如图1所示，该自适应方法包括步骤101至步骤104，

在步骤101中，获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库。其中靶区标识位为患者需要进行放射治疗的部位。

在本发明的一个实施例中，优选获取靶区标识位的位置变化量包括以下步骤，首先获取靶区标识位的运动图像和静止图像；再通过运动图像和静止图像之间的对比，计算运动图像中靶区标识位相对于静止图像中靶区标识位的位置变化量。在实际应用时，优选位置变化量包括靶区标识位沿X轴方向的最大位置变化量、靶区标识位沿Y轴方向的最大位置变化量和靶区标识位沿Z轴方向的最大位置变化量。

上述计算位置变化量时，可以通过将采集的若干运动图像与静止图像进行重叠后进行测量，以得到患者呼吸时，靶区标识位向各个方向的运动量。

上述获取位置变化量也可以在模拟定位机上进行，模拟定位机能实时观察靶区的运动，首先在患者体表能反应靶区运动规律的部位贴上铅点，测量靶区运动的位移（位置变化量）与铅点运动位移建立模型，将患者靶区运动的位移和对应铅点运动位移记录下来，靶区运动的位移作为该患者治疗时床做逆向补偿运动的位移，铅点的位置作为运动方向采集装置检测患者靶区运动的标识位，其运动的方向作放射治疗装置逆向补偿运动的方向。

在步骤102中，采集靶区标识位的当前时间的运动方向；由于患者在呼吸时，靶区标识位每时每刻的运动方向是不定向的，此处的当前时间根据需要进行设定，可以是每隔几毫秒采集一次，也可以是根据患者每次呼吸的间隔时间进行设定。

在本发明的一个实施例中，采集靶区标识位的当前时间的运动方向时，可以采用位移传感装置采集靶区标识位的当前时间的运动方向。采集靶区标识位的当前时间的运动方向时，也可以采用以下步骤进行采集，首先获取靶区标识位当前时间的运动图像；通过比较当前时间的运动图像中靶区标识位和静止图像中靶区标识位，得到靶区标识位当前时间的运动方向。

在步骤103中，读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量。

在步骤104中，控制放射治疗装置向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离，最终实现靶区的照射中心始终与直线加速器的等中心重合。

参考图2，图2示出了放射治疗系统的原理框图；如图2所示，该放射治疗系统包括，用于获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库的位置变化量采集装置；用于采集靶区标识位的当前时间的运动方向的运动方向采集装置；用于读取数据库中当前时间的运动方向的位置变化量，并向放射治疗装置发出向当前时间的运动方向相反的方向移动的指令的处理装置；处理装置可以使处理器、微处理器或者服务器；以及用于根据处理装置发出的指令，执行向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离的放射治疗装置。

在本发明的一个实施例中，优选位置变化量采集装置包括用于获取靶区标识位的运动图像和静止图像的图像采集装置和用于计算运动图像中靶区标识位相对于静止图像中靶区标识位的位置变化量的计算模块。位置变化采集装置也可以采用模拟定位机。只要能够实现靶区标识位相对各个方向的运动量测量的装置均用于作为此处的位置变化采集装置。

在本发明的一个实施例中，优选运动方向采集装置可以包括位置变化量采集装置中的图像采集装置和用于比较运动图像中靶区标识位相对于静止图像中靶区标识位的运动方向比较模块。运动方向采集装置还可以为粘贴在靶区标识位上的位移传感装置，通过位移传感装置直接感知靶区标识位的当前时间的运动方向。

参考图3，图3示出了放射治疗系统的放射治疗装置的立体图；如图3所示，在本发明的一个实施例中，该放射治疗装置可以包括底座8、床板3、第一安装板1和第二安装板6。如图4所示，底座8和第一安装板1之间安装有控制床板3上下运动的升降机构；如图6所示，升降机构可以包括下端固定安装在底座8上，上端固定安装在第一安装板1上的剪式升降架和一端安装在底座8上，另一端固定安装在剪式升降架的横梁18上的Z轴动力装置7。优选Z轴动力装置7为一个液压缸，液压缸缸体的底部固定安装在底座8上，液压缸的活塞固定安装在剪式升降架的横梁18上。

如图6所示，剪式升降架包括四根支撑架19，两根支撑架19作为一组，其中部通过销轴活动的安装在一起，两组支撑架19通过连接轴23安装在一起形成剪式支架。在连接轴23的两端安装有连接轴承22，剪式支架一侧的上端固定安装在第一安装板1下表面上设置的两个支撑板17上，同一侧的下端固定安装在底座8上的两个支撑板17上。

剪式支架另一侧的上端通过连接轴承22设置在第一安装板1下表面上设置的两个支撑块21上，同一侧的下端通过连接轴承22设置在固定安装在底座8上的两个支撑块21上。

如图7所示，在第一安装板1与第二安装板6之间安装有控制床板3沿X轴移动的X轴移动机构；X轴移动机构可以包括固定在第一安装板1的两端、用于安放第二安装板6的X轴导轨2和一侧安装在第一安装板1上，另一侧安装在第二安装板6上的X轴动力装置4。

如图5所示，第二安装板6与床板3之间安装有控制床板3沿Y轴移动的Y轴移动机构。其中，Y轴移动机构包括固定在第二安装板6的两侧、用于安放床板3的Y轴导轨15和一侧安装在第二安装板6上，另一侧安装在床板3上的Y轴动力装置5。

上述的X轴动力装置4和Y轴动力装置5均可以包括电机10，电机10的输出轴通过联轴器11与安装在轴承12上的丝杆16连接；X轴动力装置4的电机10和轴承12固定安装在第一安装板1上，X轴动力装置4的丝杆16上的传动螺母14固定在第二安装板6上；Y轴动力装置5的电机10和轴承12固定安装在第二安装板6上，Y轴动力装置5的丝杆16上的传动螺母14固定在床板3上。优选，电机10采用步进电机。

下面以一个实例对放射治疗系统自适应靶区的方法及其放射治疗系统的工作过程进行描述：

进行放射治疗前，需要首先采用图像采集装置对患者靶区标识位的运动图像和静止图像进行采集，并通过计算模块计算出运动图像中靶区标识位相对于静止图像中靶区标识位相对X轴、Y轴和Z轴方向的最大位置变化量，并将三个方向的最大位置变化信息进行存储。

进行放射治疗时，运动方向采集装置采集靶区标识位当前时间的运动方向。处理装置便根据运动方向采集装置上传的移动方位信号读取当前时间的运动方向读取上述存储的最大位置变化信息；若是当前时间的运动方向是沿Y轴的，就读取相对Y轴的最大位置变化信息；若是当前时间的运动方向是沿X轴的，就读取相对X轴的最大位置变化信息。

处理装置便将读取的相应的最大位置变化信息转换为电机控制信号或者液压缸控制信号，分别控制Y轴动力装置5、X轴动力装置4或Z轴动力装置做反向补偿运动（即使床板3的运动方向和患者靶区标识位运动方向相反，从而使患者保持运动靶区和照射中心保持相对静止。），通过处理装置的显示，技术人员能实时了解床板3的位置情况；电机10和液压缸作为处理器的执行单元，受控于处理器输出的脉冲信号。电机选用的步进电机配有专门的驱动装置，保证电机运动的速度和到位的精度。液压缸控制油路采用比例电磁阀控制，保证液压缸的运动精度。

下面对Z轴动力装置、X轴动力装置4和Y轴动力装置5的运动进行说明：液压缸通过推动支撑架19上安装的横梁18，实现放射治疗装置的Z方向运动。X轴动力装置4的电机10通过丝杆16上的传动螺母14带动床板3沿着X轴导轨2运动，Y轴动力装置5的电机10同样通过传动螺母14带动床板3沿着Y轴导轨15运动。

Claims (7)

1.一种放射治疗系统自适应靶区的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库；

采集所述靶区标识位当前时间的运动方向；

读取所述数据库中当前时间的运动方向的位置变化量；以及

控制放射治疗装置的床板向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离；

所述获取靶区标识位的位置变化量进一步包括：

获取所述靶区标识位的运动图像和静止图像；

计算所述运动图像中所述靶区标识位相对于所述静止图像中所述靶区标识位的位置变化量；

计算位置变化量时，通过将采集的若干运动图像与静止图像进行重叠后进行测量，以得到患者呼吸时，靶区标识位向各个方向的运动量；

所述位置变化量包括所述靶区标识位沿X轴方向的最大位置变化量、所述靶区标识位沿Y轴方向的最大位置变化量和所述靶区标识位沿Z轴方向的最大位置变化量；

所述采集所述靶区标识位的当前时间的运动方向进一步包括：

获取所述靶区标识位当前时间的运动图像；

比较当前时间的运动图像中所述靶区标识位和所述静止图像中所述靶区标识位，得到靶区标识位当前时间的运动方向。

2.根据权利要求1所述的放射治疗系统自适应靶区的方法，其特征在于，采用位移传感装置采集所述靶区标识位的当前时间的运动方向。

3.一种应用于权利要求1或2所述的放射治疗系统自适应靶区的方法的放射治疗系统，其特征在于，包括：

位置变化量采集装置，用于获取靶区标识位的位置变化量，并将其存储至数据库；

运动方向采集装置，用于采集所述靶区标识位当前时间的运动方向；

处理装置，用于读取所述数据库中当前时间的运动方向的位置变化量，并向放射治疗装置发出向当前时间的运动方向相反的方向移动的指令；以及

放射治疗装置，用于根据处理装置发出的指令，控制其内部的床板向当前时间的运动方向相反的方向移动与读取的位置变化量相等的距离。

4.根据权利要求3所述的放射治疗系统，其特征在于：所述放射治疗装置包括底座、床板、第一安装板和第二安装板；所述底座和所述第一安装板之间安装有控制所述床板上下运动的升降机构；所述第一安装板与所述第二安装板之间安装有控制所述床板沿X轴移动的X轴移动机构；所述第二安装板与所述床板之间安装有控制所述床板沿Y轴移动的Y轴移动机构。

5.根据权利要求 4所述的放射治疗系统，其特征在于：所述升降机构包括下端固定安装在所述底座上，上端固定安装在所述第一安装板上的剪式升降架和一端安装在所述底座上，另一端固定安装在所述剪式升降架的横梁上的Z轴动力装置。

6.根据权利要求 4所述的放射治疗系统，其特征在于：所述X轴移动机构包括固定在所述第一安装板的两端、用于安放第二安装板的X轴导轨和一侧安装在所述第一安装板上，另一侧安装在所述第二安装板上的X轴动力装置；所述Y轴移动机构包括固定在所述第二安装板的两侧、用于安放床板的Y轴导轨和一侧安装在所述第二安装板上，另一侧安装在所述床板上的Y轴动力装置。

7.根据权利要求6所述的放射治疗系统，其特征在于：所述X轴动力装置和所述Y轴动力装置均包括电机，所述电机的输出轴通过联轴器与安装在轴承上的丝杆连接；所述X轴动力装置的电机和轴承固定安装在第一安装板上，X轴动力装置的丝杆上的传动螺母固定在所述第二安装板上；所述Y轴动力装置的电机和轴承固定安装在第二安装板上，Y轴动力装置的丝杆上的传动螺母固定在所述床板上。