CN105833430A - 基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置及其控制系统，该装置包括：透明软导管、光学探头、传导光纤、放射源探头、近距放疗仪和显示与存储单元；透明软导管包括管体前段和管体后段，所述管体前段的顶端用于容纳光学探头或放射源探头，管体前段的末端装设有锁定链接器，所述管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器或近距放疗仪内部的引导软管口的锁定链接器固定连接；光学探头通过传导光纤与显示与存储单元连接，近距放疗仪通过钢丝与放射源探头连接。本发明装置可进行人体内脏器官癌变的早期诊断发现和精确定位治疗，发现位置和最终定位完全一致，定位精度高，对其他器官的损伤小，且导管只需要进入一次，减少病人痛苦。

Description

基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置及其控制系统。

背景技术

胰腺癌是最致命的癌症之一。在2012年全球有338000 病人被诊断为胰腺癌。在2015年全美国将有48960人落难胰腺癌，5年存活率只有6%，中期生存率只有3到6个月，76%的病人会在诊断后1年内离世。大约95% 胰腺癌的发病源于胰管或胆管表层的外分泌细胞。胰腺和胆管的癌细胞生长，扩散迅速，并且在早期无任何症状，从而使得用传统的仪器很难做到早期探测和早期治疗。早期诊断和治疗是治愈或提高胰腺癌病人存活率的关键。

虽然胰腺癌细胞能在扩散到淋巴系统前被彻底手术切除可以使其生存率提高到20%，但是只有10%的患者在诊断出来的当时符合手术条件。即使是有些胰腺癌看起来是原位癌，但手术后的生存率仍然很低。所以，早期找到癌细胞是提高治愈或提高胰腺癌生存率的关键。切除术后的化疗或化放疗辅助治疗是公认提高长期生存率的重要手段。由于胰腺周围布满肝脏，肾脏，肠胃等正常器官，常规的外部放疗不得不让放射线穿过这些正常器官而达到胰腺肿瘤病灶，从而使这些正常器官受到过高的剂量而引发严重的副作用，例如引发癌症周围正常组织的溃疡和坏死。然而，在外部放疗中要使肿瘤细胞被杀死并使癌症的治疗达到好的效果，高剂量的使用是不可避免。近距放疗可以将放射源放置在肿瘤的附近从而避免放射线穿透那些正常器官而遭受高剂量辐射。

癌症的早期发现依赖于影像诊断技术。现代医学影像技术广泛地被用来诊断和设计治疗方案，但是，目前的成像设备，例如，超声波(US)， CT，MRI和PET的空间分辨率较低，在几个毫米以上，通常只能探测几个毫米以上大小的肿瘤，不足以在早期区分癌症组织和正常组织，尤其像胰腺癌。医学研究表明，类似如，食道癌，支气管癌，胰腺癌和直肠癌的病灶大多是从内壁黏膜层下往基层发展，进而浸入周围组织和血液或淋巴系统。近年来发展起来的，内窥镜超声成像仪（EUS）和内窥镜光学相干成像仪（EOCT）可以对人体的内脏器官实施高清晰度的快速三维成像诊断。EUS已经投放市场，EOCT正在临床阶段。内窥镜超声成像仪EUS具有成像深度大的优势，但空间分辨率的不足（毫米量级），仍然不能用来发现早期的癌变。内窥镜光学相干成像仪（EOCT）有几个微米的超高显微分辨率，是理想的早期癌变探测手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置及其控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，包括：透明软导管、光学探头、传导光纤、放射源探头、近距放疗仪、用于图像显示与保存的显示与存储单元；

所述透明软导管包括管体前段和管体后段，所述管体前段的顶端用于容纳光学探头或放射源探头，所述管体前段的末端装设有锁定链接器，所述管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器或近距放疗仪内部的引导软管口的锁定链接器相连接；

所述光学探头包括成像光学系统，用于驱动成像光学系统转动的软性驱动轴和用于水密封的透明保护套；所述光学探头通过传导光纤与显示与存储单元连接，所述近距放疗仪通过钢丝与放射源探头连接。

按上述方案，所述透明软导管的管体前段的长度为预设长度。

按上述方案，所述管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器为插入推拉式连接。

按上述方案，所述光学探头为EOCT光学探头。

按上述方案，所述透明软导管的管体前段为光学探头和放射源探头共享通道。

按上述方案，所述透明软导管为单通道或双通道导管。

一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置的控制系统，包括：

定位装置，用于根据三维影像设备配合常规内窥镜的方法将软透明导管和EOCT光学探头插入病灶所在位置，其中，EOCT光学探头置于管体前段的顶端；

采集装置，通过控制EOCT光学探头采集病灶所在位置的三维图像；

转换装置，根据设定的每幅二维图像的间距对采集到的三维图像定标，将定标后的三维图像格式转换为医学影像的通用格式DICOM；

驱动装置，用于根据管体前段的长度驱动放射源探头至管体前段的顶端。

按上述方案，所述采集装置工作的具体步骤如下：

软性驱动轴通过旋转驱动光学探头旋转360°，并通过轴向拖动功能按照设定的纵向分辨率拖动设定的距离覆盖怀疑的病灶区域，得到一系列的二维360°旋转图，最后由图像软件将其重新构成三维立体影像。

本发明产生的有益效果是：

1. 使用本发明装置可进行人体内脏器官癌变的早期发现和精确定位治疗，发现位置和最终定位完全一致，且导管只需要进入一次，减少病人痛苦,EOCT探头和放射源探头共享同样的导管作为通道。

2.使用本发明装置和系统来进行人体内脏器官癌变的早期发现和精确定位治疗，可以得到一个大范围的分辨率只有几个微米的显示癌症精确位置和大小的超高清晰度三维立体影像。该图像可以为内窥镜活体组织病理刷检，肿瘤切除术和放疗提供精确导航。从而可以提高活体组织刷检取样的准确性，减少取样次数，降低对病人的伤害。在切除术中做到安全，完整，尽可能少地切除健康组织，降低对病人的损伤，降低复发几率，提高治愈率，延长生存周期。

3. 使用本发明装置和系统可以进行局部近距放疗HDR_BRT使肿瘤获得足够剂量而达到最好的治疗效果，最大限度地减少对附近器官的因辐射带来的损伤。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的装置使用流程原理图；

图3是本发明实施例的控制系统结构示意图；

图4是本发明实施例中由本发明装置EOCT采集的胰腺和胰腺癌图像；

图5是本发明实施例的重构的三维食管的EOCT影像。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，包括：透明软导管、光学探头、传导光纤、放射源探头、近距放疗仪、用于图像显示与保存的显示与存储单元；

透明软导管包括管体前段303和管体后段301，管体前段的顶端用于容纳光学探头302或放射源探头305，管体前段的末端装设有锁定链接器401，管体前段的锁定链接器401与管体后段的锁定链接器401或近距放疗仪306内部的引导软管口的锁定链接器相连接；

光学探头包括成像光学系统，用于驱动成像光学系统转动的软性驱动轴和用于水密封的透明保护套；所述光学探头通过传导光纤304与显示与存储单元连接，近距放疗仪通过柔性钢丝307与放射源探头连接。

透明软导管的管体前段303的长度为预设长度。当采集EOCT图像时，软透明导管的管体前段303与管体后段301对接，并自动锁定，EOCT光学探头302被送到软透明导管的顶端。光学探头302焊接到光纤304再由此耦合到EOCT光学探头的外部提供照明用的和接受图像信号的设备。图1中所示的光纤长度，软透明导管的大小只是示意，并没有按比例绘制。软透明导管的大小(在本实施例中取：内径 1 mm, 外径 2.5 mm)长度按照肿瘤的位置需要制成相应的尺寸。在整个治疗过程中自动锁定链接器401和固定软透明导管301 留在病人体外。管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器为插入推拉式连接。锁定连接器401的内孔径的大小可以是EOCT的光学探头302和辐射源305和辐射源输送钢丝307都能通过，并到达病灶点。

图1中，软透明导管分别与EOCT和HDR-BRT对接，在本发明中软透明导管303既是EOCT光学探头的软透明导管，也是辐射源的软透明导管。在HDR-BRT系统中，303的长度是设定的，以确保放射源送出能精准地定位在软透明导管的端点。EOCT中固定软透明导管301的长度必须是使EOCT的光学探头到达软透明导管的顶端与辐射源精确重叠。为了方便软透明导管从EOCT切换到HDR-BRT, 开口的一端所装的锁定链接器401同时与BRT 306和 EOCT 的固定软透明导管301上的另一半锁定连接器配套。

图2是使用本装置的流程原理图。首先，软透明导管和EOCT的光学探头一起在常规内窥镜的帮助下插入病灶所在的位置，并采集原始图像。原始图像的光信号经由光纤传输到光电转换装置将转换设备输出的数字电信号制作成三维图像由显示单元显示，并将原始数据和图像储存在储存器中；第二步是定标，由计算机设定的每幅二维图像的间距对采集到的三维图像定标；第三步是将定标的三维图像转换为医学影像的通用格式DICOM；第四步程序将DICOM图像发送到医生终端进行诊断，标定肿瘤的中心位置、大小；第五步程序对诊断结果进行判断病人是否需要作放疗。这个过程中，软透明导管被留在病人体内原位；如果诊断结果不需要放疗，则将软管抽出；如果诊断需要放疗，则利用所已获得的三维图像在计算机上首先执行治疗计划(治疗模拟), 然后控制系统通知HDR-BRT以治疗计划为依据通过留置的软透明导管放置放射源，设定照射时间，实施近距放疗。

本发明装置的诊断治疗流程控制，包括EOCT成像，确定肿瘤的位置和大小，制定治疗方案和放置放射源可以完全由计算机控制完成。

一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置的控制系统，如图3所示，包括：

定位装置，用于根据常规内窥镜的结果将软透明导管和EOCT光学探头插入病灶所在位置，其中，EOCT光学探头置于管体前段的顶端；

采集装置，通过控制EOCT光学探头采集病灶所在位置的三维图像；采集装置工作的具体步骤如下：

软性驱动轴通过旋转驱动光学探头旋转360°，并通过轴向拖动功能按照设定的纵向分辨率拖动设定的距离覆盖怀疑的病灶区域，得到一系列的二维360°旋转图，最后由图像软件将其重新构成三维立体影像；

转换装置，根据设定的每幅二维图像的间距对采集到的三维图像定标，将定标后的三维图像格式转换为医学影像的通用格式DICOM；

驱动装置，用于根据管体前段的长度驱动放射源探头至管体前段的顶端。

本发明装置采用设计原理是EOCT先成像，将光学探头抽出，软透明导管留在病人体内，再将放射源通过停留体内的保护套送达到指定的位置，进行放疗。这种设计的优点是以最小的成本整合现有的EOCT系统和HDR-BRT放疗仪,EOCT探头和放射源探头共享同样的导管作为通道, 在临床应用上简洁明确, 不容易出错。另一个优化的设计是利用一个单通道或双通道软管将EOCT光学探头，光纤，放射源和放射源输送钢丝整合在一起，从而可以简化系统，缩短治疗时间，提高诊断的精确度和放疗效果。

图4是由本发明装置EOCT采集的胰腺和胰腺癌图像。上方的两幅是正常胰腺管的EOCT，下方的两幅图是胰腺癌图像。对比上下两组图可以看出，OCT影像具备足够的能区分肿瘤与正常组织所需的分辨率，以探测早期的癌变病灶。对于较晚期的肿瘤，由于体积较大，容易被常规的CT， MRI，或较低分辨率的内窥镜超声成像诊断。

图5显示了重构的三维食管的EOCT影像，并描叙了食管的多层结构和血管分布，分析类似的结构分布特征即为通过OCT影像找癌的依据。

上述的讨论证实内窥镜光学相干成像仪EOCT具有超高的空间分辨率的能用于内窥镜的探测早期癌变组织的并能直接辅助临床手术的独特的技术，例如，早期胰腺癌的探测。另外，EOCT的超高分辨率以及在本发明中可以将放射源放置在最靠近病灶的位置，从而使病灶得到处方剂量，而其他附近的健康器官受到最小剂量的辐射，在保证治疗效果的同时将对附近健康器官和组织的损伤减小到最低。

模拟近距放疗（HDR-BRT）和加速器外部放疗（EBRT）对不同正常器官所受辐射的剂量-体积比较。在保证胰腺肿瘤受到治疗计划所需的照射剂量的同时，使用近距放疗（HDR-BRT）治疗时，上述的四种主要正常器官所受到的辐射剂量比使用加速器外部放疗（EBRT）时少许多。可以获得以下结论：本发明的使用能降低病灶附近器官被辐射照射的危险性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，包括：透明软导管、光学探头、传导光纤、放射源探头、近距放疗仪和显示与存储单元；

所述透明软导管包括管体前段和管体后段，所述管体前段的顶端用于容纳光学探头或放射源探头，所述管体前段的末端装设有锁定链接器，所述管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器或近距放疗仪内部的引导软管口的锁定链接器相连接；

所述光学探头包括成像光学系统，用于驱动成像光学系统转动的软性驱动轴和用于水密封的透明保护套；所述光学探头通过传导光纤与显示与存储单元连接，所述近距放疗仪通过钢丝与放射源探头连接。

2.根据权利要求1所述的基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，所述透明软导管的管体前段的长度为预设长度。

3.根据权利要求1所述的基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，所述管体前段的锁定链接器与管体后段的锁定链接器为插入推拉式连接。

4.根据权利要求1所述的基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，所述光学探头为EOCT光学探头。

5.根据权利要求1所述的基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，所述透明软导管的管体前段为光学探头和放射源探头共享通道。

6.根据权利要求1所述的基于内窥镜影像精确导航的近距放疗装置，其特征在于，所述透明软导管为单通道或双通道导管。

7.基于权利要求1至5所述的任一近距放疗装置的控制系统，其特征在于，包括：

定位装置，用于根据三维影像设备配合常规内窥镜的方法将软透明导管和EOCT光学探头插入病灶所在位置，其中，EOCT光学探头置于管体前段的顶端；

采集装置，通过控制EOCT光学探头采集病灶所在位置的三维图像；

转换装置，根据设定的每幅二维图像的间距对采集到的三维图像定标，将定标后的三维图像格式转换为医学影像的通用格式DICOM；

驱动装置，用于根据管体前段的长度驱动放射源探头至管体前段的顶端。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述采集装置工作的具体步骤如下：

软性驱动轴通过旋转驱动光学探头旋转360°，并通过轴向拖动功能按照设定的纵向分辨率拖动设定的距离覆盖怀疑的病灶区域，得到一系列的二维360°旋转图，最后由图像软件将其重新构成三维立体影像。