CN106110520A - 放射治疗模拟机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种放射治疗模拟机，包括病床、机架和数字化光野投影机构，该机架上设有机头，该数字化光野投影机构包括设于该机头之下的投影部件和位于该机架内的驱动单元，该投影部件在该驱动单元的驱动下向病床方向投射用来模拟计划射野形状的可见光光野。

Description

放射治疗模拟机
技术领域
本发明主要涉及医疗设备，尤其涉及一种放射治疗模拟机。
背景技术
放射治疗(后文简称放疗)模拟机是在使用放疗设备(如医用加速器)对患者进行放射治疗前，对患者进行校位、定位和验证医疗计划，对治疗过程进行模拟的放疗配套设备。模拟机使用时，主要采集各运动轴的位移，帮助技术员实现模拟定位以及模拟治疗过程。
模拟机的机架可旋转、机头可转动、治疗床各部分均可运动，限束器开闭、距离指示、照射野指示都与医用加速器保持一致，从而准确地模拟加速器的一切机械运动。此外，模拟机可以利用X线影像系统确定肿瘤的照射位置、面积、肿瘤深度以及等中心位置等几何参数。机架、机头的旋转角度，源瘤距、源皮距、射野形状等机械参数均可通过模拟机模拟获取，为治疗摆位提供了有力的依据，确保放疗的正确实施。
现有X线模拟机是使用一个多叶光栅(MLC)来模拟加速器的多叶光栅。不过，现有X线模拟机的多叶光栅类型单一，无法模拟不同机型的加速器；而且现有X线模拟机的多叶光栅精细度无法与实际放疗的加速器相比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种放射治疗模拟机，具有更好的射野模拟效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种放射治疗模拟机，包括病床、机架和数字化光野投影机构，该机架上设有机头，该数字化光野投影机构包括设于该机头之下的投影部件和位于该机架内的驱动单元，该投影部件在该驱动单元的驱动下向病床方向投射用来模拟计划射野形状的可见光光野。
在本发明的一实施例中，上述的放射治疗模拟机还包括扫描机构，其包括设于该机头内的CT球管、设于该机架上并与该机头相对设置的影像平板、设于该机架内的高压发生器以及数据采集单元，该高压发生器连接该CT球管，该数据采集单元连接该影像平板。
在本发明的一实施例中，该CT球管的辐射强度是KV级。
在本发明的一实施例中，该CT球管是锥形束CT球管。
在本发明的一实施例中，该扫描机构是4D扫描机构。
在本发明的一实施例中，该机架包括一高度调节机构，该机头设于该高度调节机构上。
在本发明的一实施例中，该机架是可旋转的。
在本发明的一实施例中，该机头是可伸缩的。
在本发明的一实施例中，上述的放射治疗模拟机还包括控制器，该控制器向该驱动单元提供从放射治疗计划数据中获得的数字化射野信息。
在本发明的一实施例中，上述的放射治疗模拟机还包括数据处理器和显示单元，该数据处理器连接该数据采集单元，执行数据处理以重建患者的成像区的图像，该显示单元显示该图像。
在本发明的一实施例中，该图像是包含患者器官运动的4D图像。
在本发明的一实施例中，该数据处理器还将从放射治疗计划数据中获得的数字化射野信息叠加在该图像上。
与现有技术相比，本发明使用数字化光野来模拟射野，相比使用多叶光栅，可以模拟多种不同型号的限束设备，并且数字化控制的精确性有利于射野模拟的精度。
附图说明
图1是本发明一实施例的放疗模拟机的机械结构图。
图2是本发明一实施例的放疗模拟机的侧视结构及组成框图。
图3是本发明一实施例的放疗模拟机的模拟光野叠加在X射线图像上的示意图。
图4是本发明一实施例的放疗模拟机的模拟光野示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1是本发明一实施例的放疗模拟机的机械结构图。参考图1所示，放疗模拟机主要包括机架100和病床200。机架100连接支撑臂110和机头120，机头120通过支撑臂110支撑在机架100上。机架100是可旋转的，例如绕图中方向A旋转，旋转角度例如是360°，从而带动机头120随之旋转。机架100上还可设置高度调节机构130，支撑臂110连接在高度调节机构130上。通过高度调节机构130的调节(例如按图中方向B调节)，机头120的高度可以被调节。另外，机头120设计为可伸缩(例如按图中方向C伸缩)，这样机头120的自身高度是可变化的，当然图1中方向B和方向C仅为示例，当机架100绕方向A旋转时，对应的方向B和方向C也会相应变化。机头自身高度的变化可以模拟不同厂家加速器的机头，真实反映治疗过程中是否有碰撞的可能。机头120上配置锥形束CT(CBCT)球管140和投影部件150。病床200可以六维运动，与医用加速器的病床实际运动行为一致。当患者躺在病床200上后，机头120上的CBCT球管140可以工作，向患者照射X射线。另一方面，投影部件150也可以工作，向患者投射光野。机架100上还设置影像平板160，该影像平板160设置在与机头120相对的一侧，用于接收穿过病床200的X射线。图2是放疗模拟机的侧视结构及组成框图。参考图2所示，机架100内设有数据采集单元170、驱动单元180和高压发生器190。这些部件与外部的操作控制台300连接，且基于从操作控制台300输出的控制信号，对患者210进行校位、定位，对治疗过程进行模拟从而验证医疗计划。
病床200具有放置平面或表面，患者被置于放置表面上。病床200可受控于手控盒或者病床200上的按键，进行升降和旋转。作为替代，病床200可根据操作控制台300提供的控制信号，进行升降和旋转。同样地，机架100及机头120也根据操作控制台300提供的控制信号，进行升降、旋转或伸缩。高压发生器190、CBCT球管140、影像平板160和数据采集单元170组成扫描机构。高压发生器190根据操作控制台300提供的强度信号，产生高电压，让CBCT球管140发出X射线。CBCT球管140的辐射强度例如是KV级。同时影像平板160在操作控制台300提供的控制信号控制下，接收穿过患者的X射线，并转换为模拟信号提供给数据采集单元170，数据采集单元170基于操作控制台300输出的控制信号获取影像平板160接收的X射线信号。因此，数据采集单元170可采用A/D转换器(未显示)将模拟信号转换成数字信号并将其输出给操作控制台300。
驱动单元180和投影部件150组成数字化光野模拟投影机构。驱动单元180根据操作控制台300提供的数字化射野信号，产生驱动信号，让投影部件150在驱动信号的驱动下向病床200的方向投射用来模拟射野的可见光光野。在一实施例中，投影部件150例如是发光二极管阵列，驱动单元180例如是其驱动电路。使用数字化投影的光野相比使用多叶光栅具有许多优势。首先，数字化投影的光野可以模拟多种不同型号的限束设备，比如一家医院有几台不同的医用加速器，其限束设备有0.5cm叶片的和1cm叶片的。如果像传统上那样在模拟机上定位及安装物理形态的限束设备，无法模拟不同的医用加速器上的不同限束设备，而使用本实施例的数字化光野模拟投影机构则可以模拟不同的限束设备。其次，数字化投影的光野的精度并不受限于叶片的形态，因此其在模拟不同型号的限束设备时，精度可以显著提高。
如图2所示，操作控制台300具有控制器301、数据处理器302、操作单元303、显示单元304以及存储单元305。
控制器301能够控制数据处理器302、操作单元303、显示单元304以及存储单元305等各个部分的运作。具体地说，控制器301接收来自操作单元303的操作数据，并根据操作单元303输入的操作数据将控制信号分别输送给机架100、机头120、病床200进行机械控制。控制器301还将控制信号输送给数据采集单元170、驱动单元180和高压发生器190。同时，控制器301将控制信号输送到数据处理器302、显示单元304和存储单元305，从而对各部分进行控制。控制器301还控制机架100和病床200的运作。
数据处理器302执行预定的数据处理。数据处理器302根据控制器301提供的控制信号执行数据处理。
数据处理器302可将数据采集单元170得到的X射线图像信号作为数据源，据以重建患者的成像区的图像。接着，数据处理器302将产生的图像输出到显示单元304。在此，数据处理器302可通过普通CBCT或者4D-CBCT重建程序来完成重建。当使用4D-CBCT重建程序时，本实施例的扫描机构对应地为4D扫描机构。数据处理器302还可将来自控制器301的数字化射野信息叠加到患者成像区的图像上，从而在图像上显示射野的范围。
操作单元303由操作装置例如键盘、指针设备(如鼠标、触摸板)等构成。操作单元303输入操作者的操作数据并将其输出给控制器301。
显示单元304由显示器装置构成，并根据控制器301输出的控制信号在其显示屏上显示数据。例如，显示单元304以多种形式在显示屏上显示与操作者输入到操作单元303的操作数据相对应的输入项。此外，显示单元303接收关于根据来自数据处理器302的患者102的X射线图像信号而生成的患者102的每个图像的数据，并在显示屏上显示该图像。
存储单元305包括存储器并在其中存储各种数据，例如治疗计划数据，图像数据。在存储单元305中，如果需要，通过控制器301存取存储数据。
操作控制台300根据治疗计划数据进行治疗过程的模拟。治疗计划数据可以从外部导入，也可以预先存储于存储单元305。操作控制台300支持以DICOM格式导入治疗计划数据。
模拟治疗的过程中，操作控制台300调节到机头120相对于地面的高度和自身高度到合适值，以模拟对应医用加速器的机头参数，然后让患者躺在病床200上。
放疗模拟机可以使用扫描机构来产生患者的成像区的图像，用来验证治疗计划。具体来说，控制器301产生强度信号给高压发生器190。高压发生器190产生高电压，让CBCT球管140发出X射线。同时影像平板160接收穿过患者的X射线，并转换为模拟信号提供给数据采集单元170。在此过程，控制器301可控制机架100进行旋转以获取患者的图像。数据采集单元170获取影像平板160接收的X射线信号并转换成数字信号提供给数据处理器302。数据处理器302以此数据源重建患者的成像区的图像，并提供给显示单元304显示。这些图像可以引导对患者位置的微调。另外，这些图像可用来判断是否需要进行疗前再计划，若需要再计划可获取患者的CT图像以用来进行更精确的计划。控制器301进一步根据治疗计划数据中的计划射野形状产生数字化射野信息，将数字化射野信息提供给数据处理器302，数据处理器302将数字化射野信息叠加在成像区的图像上，从而在显示单元304所显示的图像上叠加显示射野的范围。图3是本发明一实施例的放疗模拟机的数字化射野叠加在X射线图像上的示意图。参考图3所示，在实时获取的影像30上叠加了数字化射野31。据此，操作者可以判断成像区的图像上肿瘤的位置与所叠加的射野是否相符，从而确定摆位是否准确，是否需要重新制定计划。如果需要，可以利用获取的图像进行疗前再计划。根据较佳实施例，如果是扫描机构是4D扫描机构，则所获得的图像是包含器官运动的4D图像。那么在显示单元304上可以观察到由于患者的器官运动(例如呼吸引起的器官运动)，病灶是否还在射野范围内。因此使用4D影像获取技术，再通过模拟计划射野形状，可以更加真实的模拟呼吸运动对治疗计划的影响，并以此来指导门控治疗的出束范围划分，例如可以根据上述数字化射野与病灶在图像上的相对位置变化关系确定实际放射治疗时的出束时间，从而更准确地辐射病灶，减少周围正常组织的伤害，提高放射治疗效率。
放疗模拟机还可以模拟治疗过程，并通过投影的方式用可见光在患者身体上呈现光野。具体地说，控制器301可以解析DICOM格式治疗计划数据，根据治疗计划数据中的计划射野形状产生数字化射野信息，然后提供给驱动单元180。驱动单元180驱动投影部件150向病床200上的患者投射用来模拟射野的可见光，可见光在患者身上形成光野，这一光野代表计划射野形状中射野的范围。如图4所示，在患者身上投射了光野41。观察者可以直观地观察光野41所代表射野的位置与大小是否与放疗计划的信息相符，从而直观地了解摆位误差或器官运动等因素对治疗的影响。在模拟治疗过程中，按照治疗计划数据旋转机架100，可以判断在治疗过程中是否会发生碰撞，提高安全性能。因此，本发明实施例中的放疗模拟机可以最大程度的真实模拟治疗过程，使医生直观的了解到患者在治疗中一些不确定因素(如摆位误差，器官运动等)对治疗的影响，从而对计划制定与调整起到引导作用。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种放射治疗模拟机，包括病床、机架和数字化光野投影机构，该机架上设有机头，该数字化光野投影机构包括设于该机头之下的投影部件和位于该机架内的驱动单元，该投影部件在该驱动单元的驱动下向病床方向投射用来模拟计划射野形状的可见光光野。
2.如权利要求1所述的放射治疗模拟机，其特征在于，还包括扫描机构，其包括设于该机头内的CT球管、设于该机架上并与该机头相对设置的影像平板、设于该机架内的高压发生器以及数据采集单元，该高压发生器连接该CT球管，该数据采集单元连接该影像平板。
3.如权利要求2所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该CT球管的辐射强度是KV级。
4.如权利要求2所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该CT球管是锥形束CT球管。
5.如权利要求2所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该扫描机构是4D扫描机构。
6.如权利要求1所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该机架包括一高度调节机构，该机头设于该高度调节机构上。
7.如权利要求1所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该机架是可旋转的。
8.如权利要求1所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该机头是可伸缩的。
9.如权利要求1所述的放射治疗模拟机，其特征在于，还包括控制器，该控制器向该驱动单元提供从放射治疗计划数据中获得的数字化射野信息。
10.如权利要求2所述的放射治疗模拟机，其特征在于，还包括数据处理器和显示单元，该数据处理器连接该数据采集单元，执行数据处理以重建患者的成像区的图像，该显示单元显示该图像。
11.如权利要求10所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该图像是包含患者器官运动的4D图像。
12.如权利要求10所述的放射治疗模拟机，其特征在于，该数据处理器还将从放射治疗计划数据中获得的数字化射野信息叠加在该图像上。
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