CN107050666B - 一种kv级射线装置及放射治疗装置与控制方法 - Google Patents

一种kv级射线装置及放射治疗装置与控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种KV级射线装置及放射治疗装置，包括KV级射线发生装置、影像板，所述KV级射线装置还包括第一角度控制装置，用于控制所述KV级射线发生装置的KV级射线出射角度。采用角度控制装置，在成像时调整KV级射线发生装置的KV级射线出射角度，如，KV级射线出射的原始出射角度为零，在成像时将其角度在‑5°到5°之间做连续变化，同时完成成像的工作，因此就方便的扩大了KV级射线发生装置的射角，有效扩大了射野尺寸。

Description

一种KV级射线装置及放射治疗装置与控制方法
技术领域
本发明涉及一种医疗设备，特别涉及与加速器治疗仪配合使用的一种KV级射线装置及放射治疗装置与控制方法。
背景技术
在对肿瘤(靶区)进行放射治疗时，需要给肿瘤的精确定位。现有技术中，在采用KV级射线装置(如KV级X射线球管)对患者进行摆位时，KV级射线装置与影像板配合，分别置于同一圆形滑轨的同一直径的两端，X射线穿过病灶后在影像板上成像，从而确定病灶的立体坐标。现有技术中，受KV级射线装置本身的局限影响，其射野夹角较小，因此射野的大小不能满足所有的应用场景，为了提高射野尺寸，现有技术中有将影像板做上下平移的方案，但是其并未解决射野夹角过小的天然局限，未能从根本上解决问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以有效扩大KV级射线成像射野尺寸的技术方案。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种KV级射线装置，包括KV级射线发生装置、影像板，所述KV级射线装置还包括第一角度控制装置，用于控制所述KV级射线发生装置自转从而实现KV级射线出射角度调整。
采用角度控制装置，在成像时调整KV级射线发生装置的KV级射线出射角度，如，KV级射线出射的原始出射角度为零，在成像时将其角度在-5°到5°之间做连续变化，同时完成成像的工作，因此就方便的扩大了KV级射线发生装置的射角，有效扩大了射野尺寸。
进一步的，所述KV级射线装置还包括第一平移装置，用于控制KV级射线发生装置沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，并与第一角度控制装置共同作用，使KV级射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点。
为了便于定位计算及满足精度要求，在改变射角的同时，同步调整KV级射线发生装置的位置，使KV级射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点。
进一步的，所述KV级射线装置还包括第二角度控制装置，用于控制影像板通过自转从而实现其偏转角度调整，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与KV级射线轴线垂直，或成其它夹角。所谓的其它夹角为不等于90°的任意度数的夹角，当该夹角为90°时，按照常规的方式计算影像板上获得的影像信息，当该夹角不等于90°时，根据其具体度数，计算射线到影像板上每一点的距离(或射线到影像板上某一区域的距离平均值)与90°时距离的偏差，根据该偏差(偏移量)进行校正，从而获得正确的图像信息，
当KV级射线的出射角度发生变化时，进一步同步调整影像板的偏转角度，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与射线轴线垂直。满足统一的计算标准和保证成像的精度。
进一步的，所述第一角度控制装置包括：
电机与主动齿轮，用于提供控制所述KV级射线发生装置的KV级射线出射角度的驱动力矩；
正向旋转齿轮组，当其与主动齿轮啮合时，KV级射线发生装置正向转动；
反向旋转齿轮组，当其与主动齿轮啮合时，KV级射线发生装置反向转动；
自动离合器，与所述自动离合器设有扭力感应组件，当KV级射线发生装置正向或反向旋转到达设定的位置时，转动遇阻，扭力感应组件检测到扭矩的增加，自动离合器控制正向旋转齿轮组或反向旋转齿轮组与主动齿轮脱离，并使反向旋转齿轮组或正向旋转齿轮组与主动齿轮啮合。
进一步的，所述KV级射线装置还包括第二平移装置，用于控制影像板沿与射线轴线垂直的轨道来回移动；
或同时与第二角度控制装置共同作用，使KV级射线轴线始终穿过影像板的中心点。
为了减小影像板的尺寸，或者说保持影像板尺寸不变，同时满足射野扩大后的成像要求，因此设置第二平移装置，使影像板跟随KV级射线发生装置同步移动，使KV级射线轴线始终穿过影像板的中心点。
本发明还提供一种放射治疗设备，包括机架、安装于所述机架上的加速器，以及安装于加速器下方的光栅，所述放射治疗设备还包括：
上述任一所述的KV级射线装置。
本放射治疗装置因此拥有了大射野的摆位校正装置，也可以同时满足实时大射野的跟踪成像的功能。
优选的，所述KV级射线装置还包括滑轨，所述KV级射线发生装置、影像板均安装在滑轨上，并可沿滑轨绕等中心来回滑动。
KV级射线发生装置、影像板均安装在滑轨上，使其可以独立于加速器单独旋转移动，围绕病患进行实时成像，克服了现有技术中，KV级射线发生装置、影像板只能跟随加速器一起旋转，使得二者在很多时候不能同时工作的弊端。
优选的，所述滑轨为一C型圆弧轨道，加速器位于圆弧轨道的C型开口处。
为了规避KV级射线发生装置、影像板与加速器在空间上的相互干涉问题，滑轨可以采用C型，即KV级射线发生装置、影像板的移动区位不涉及加速器对应的位置，这样做，KV级射线发生装置、影像板就只能在C型滑轨上来回移动，而不能做360°旋转，从而对其应用造成不利的影响。
优选的，所述滑轨为一闭合曲线轨道，所述闭合曲线轨道设置在加速器的下方，靠近加速器的部分滑轨的曲线曲率小于远离加速器的部分滑轨的曲线曲率，使得KV级射线发生装置、影像板沿滑轨运动时，与加速器之间始终保持距离。
为了克服上述弊端，满足KV级射线发生装置、影像板360°成像的要求，采用闭合曲线的滑轨，为了规避加速器的位置干涉，在加速器下方的滑轨部分的曲率减小，使滑轨与加速器之间的间距增加，从而使KV级射线发生装置、影像板可以顺利的通过加速器下方的空间，为了图像成像的便利，其余部分滑轨依然优选为圆弧，在曲率变化的部分滑轨对应的成像作业时，可以根据曲率的变化，KV级射线发生装置、影像板到等中心点距离的变化，使用对应的数学模型加以解决。
本发明还提供一种放射治疗装置的控制方法，包括以下步骤：同步调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与射线轴线始终保持垂直。
优选的，还包括以下步骤：在调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度的同时，同步控制KV级射线发生装置与影像板沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，使射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点，并使射线轴线始终穿过影像板的中心点。
附图说明
图1是本发明一种实施例的示意图；
图2是本发明另一种实施例的示意图；
图3是本发明一种实施例的示意图。
具体实施方式
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。
如图3所示，一种KV级射线装置，包括KV级射线发生装置31、影像板41，所述KV级射线装置31还包括第一角度控制装置32，用于控制所述KV级射线发生装置31的KV级射线出射角度。
采用第一角度控制装置32，在成像时调整KV级射线发生装置31的KV级射线出射角度，如，KV级射线出射的原始出射角度为零(如将射线轴线水平穿过等中心点6作为0°出射角)，在成像作业时将其角度在-5°到5°之间做连续变化(该角度变化区间根据需要可以任意设置)，同时完成成像的工作，因此就方便的扩大了KV级射线发生装置31的射角，这里相当于射线出射角扩大了10°，有效扩大了射野尺寸。
为了保证射线轴线始终穿越等中心点6，所述KV级射线装置还包括第一平移装置33，用于控制KV级射线发生装置31沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，并与第一角度控制装置32共同作用，使KV级射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点。例如，第一角度控制装置32驱动KV级射线发生装置31向上偏转时，此时射线轴线也会向上偏转偏离等中心点6，此时，第一平移装置33同步工作，使得KV级射线发生装置31向下方移动，抵消射线轴线偏离等中心点6的偏移量，使得射线轴线始终穿过等中心点，满足成像的精度及计算要求。
即在改变射角的同时，同步调整KV级射线发生装置31的位置，使KV级射线轴线始终穿过KV级射线装置或放射治疗装置的等中心点6。
在实际应用中，为了保证成像的精度和计算条件，需要保证影像板41的工作面始终与射线轴线相互垂直，因此，所述KV级射线装置还包括第二角度控制装置42，用于控制影像板41的偏转角度，使影像板41的工作平面或影像板41正投影的平面与KV级射线轴线垂直(由于有些影像板工作面为凹球面，此时相当于保证射线轴线与凹球面的投影平面相垂直)。
在一些实施例中，所述第一角度控制装置还可以包括：
电机与主动齿轮，用于提供控制所述KV级射线发生装置的KV级射线出射角度的驱动力矩；
正向旋转齿轮组，当其与主动齿轮啮合时，KV级射线发生装置正向转动；
反向旋转齿轮组，当其与主动齿轮啮合时，KV级射线发生装置反向转动；
自动离合器，与所述自动离合器设有扭力感应组件，当KV级射线发生装置正向或反向旋转到达设定的位置时，转动遇阻，扭力感应组件检测到扭矩的增加，自动离合器控制正向旋转齿轮组或反向旋转齿轮组与主动齿轮脱离，并使反向旋转齿轮组或正向旋转齿轮组与主动齿轮啮合。
这样，即可以在电机一直单向旋转的同时实现对KV级射线发生装置的正向或反向转动，从而实现对KV级射线的出射角度的调整。省去了电机正反转电控系统及电机正反转转换时带来的冲击。
当KV级射线的出射角度发生变化时，同步调整影像板41的偏转角度，使影像板41的工作平面或影像板正投影的平面与射线轴线垂直。满足统一的计算标准和保证成像的精度。
当然在实际应用中，可以采用程序自动跟踪影像板41工作平面与射线轴线之间的夹角变化，并将这一夹角数据纳入计算变量，进行实时矫正计算，获得正确的影像数据，因此，在这种情形下，可以不需要一定使得影像板41的工作平面与射线轴线垂直。所谓的其它夹角为不等于90°的任意度数的夹角，当该夹角为90°时，按照常规的方式计算影像板上获得的影像信息，当该夹角不等于90°时，根据其具体度数，计算射线到影像板上每一点的距离(或射线到影像板上某一区域的距离平均值)与90°时距离的偏差，根据该偏差(偏移量)进行校正，从而获得正确的图像信息。
在实际应用中，所述KV级射线装置还可以设置第二平移装置43，用于控制影像板41沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，并与第二角度控制装置42共同作用，使KV级射线轴线始终穿过影像板41的中心点。
在实际应用中，利用传感器或者摄像头对影像板41的坐标(如影像板41的中心点及四个边角的点中的一个或多个坐标)进行实时跟踪，并将该数据纳入计算变量，从而对成像进行实时修正，因此，也可以不需要一定使得KV级射线轴线始终穿过影像板41的中心点。
为了减小影像板的尺寸，或者说保持影像板尺寸不变，同时满足射野扩大后的成像要求，因此可设置第二平移装置43，使影像板41跟随KV级射线发生装置41同步移动，使KV级射线轴线始终穿过影像板的中心点。经过程序对应的算法和图像的融合，完成大射野的图形成像作业。
如图1所示，本发明还提供一种放射治疗设备(一般指MV级放射治疗设备)，包括机架2、安装于所述机架2上的加速器1(一般指MV级)，以及安装于加速器下方的光栅，所述放射治疗设备还包括：
上述任一所述的KV级射线装置。
本放射治疗装置因此拥有了大射野的摆位校正装置，也可以同时满足实时大射野的跟踪成像的功能。
除了前述的结构方案，在与放射治疗设备结合的实际应用中，所述KV级射线装置还可以增设滑轨5，所述KV级射线发生装置31、影像板41均安装在滑轨5上，并可沿滑轨5绕等中心点6来回滑动。
KV级射线发生装置31、影像板41均安装在滑轨5上，使其可以独立于加速器1单独旋转移动，围绕病患进行实时成像，克服了现有技术中，KV级射线发生装置31、影像板41均安装于主机架2上，只能跟随加速器1一起旋转，使得二者在很多时候不能同时工作的弊端。
需要注意的是，这个滑轨5是一个独立的滑轨5，安装在主机架上，并跟随主机架2旋转，而KV级射线发生装置31、影像板41可以沿该滑轨滑动，从而实现以下工作状态：1、KV级射线发生装置31、影像板41与加速器1之间的相对独立控制的运动。2、KV级射线发生装置31、影像板41与滑轨5之间相对静止，并跟随加速器1及主机架2一起旋转.3、KV级射线发生装置31、影像板41跟随主机架2及加速器1一起旋转的同时，沿滑轨5滑动。因此可以实现以往设备无法实现的很多作业需求。
在一些实施例中，如图1所示，所述滑轨5为一C型圆弧轨道，加速器位于圆弧轨道的C型开口处。
为了规避KV级射线发生装置、影像板与加速器在空间上的相互干涉问题，滑轨可以采用C型，即KV级射线发生装置、影像板的移动区位不涉及加速器对应的位置，这样做，KV级射线发生装置、影像板就只能在C型滑轨上来回移动，而不能做360°旋转，从而对其应用造成不利的影响。
在另外一些实施例中，如图2所示，所述滑轨5为一闭合曲线轨道，所述闭合曲线轨道设置在加速器1的下方，靠近加速器的部分滑轨的曲线曲率小于远离加速器1的部分滑轨的曲线曲率，使得KV级射线发生装置31、影像板41沿滑轨运动时，与加速器1之间始终保持距离，避免了相互干涉的问题。
为了克服上述弊端，满足KV级射线发生装置、影像板360°成像的要求，采用闭合曲线的滑轨，为了规避加速器的位置干涉，在加速器下方的滑轨部分的曲率减小，使滑轨与加速器之间的间距增加(该部分滑轨也称为变轨部分)，从而使KV级射线发生装置、影像板可以顺利的通过加速器下方的空间，为了图像成像的便利，其余部分滑轨依然优选为圆弧，在曲率变化的部分滑轨对应的成像作业时，可以根据曲率的变化，KV级射线发生装置、影像板到等中心点距离的变化，使用对应的数学模型加以解决。例如，实时采集KV级射线发生装置31的射线起始原点和影像板41工作平面中心点之间的距离，或KV级射线起始原点到影像板41之间的垂直距离，当二者都在圆弧上时，该距离是恒定不变的，因此无需加入变量进行图像修正。当二者中其中之一运行在曲率发生变化的变轨部分时，该距离值发生变化，传感器实时检测到该变量，将该变量纳入计算中，修正该距离变化对成像产生的影响，从而获得一致的图像。
在一些实施例中，所述滑轨为同心平行设置两条，KV级射线发生装置、影像板分别安装在这两条滑轨上。这样，即使滑轨为C形时，也可以实现KV级射线入射位置的大范围调整。在需要的时候，还可以将KV级射线发生装置、影像板归置到一个位置，如治疗床的下方一侧，减少其在不使用时对医生站位或观察的影响。
本发明创造性的在不增加影像板的体积的前提下，扩大了成像的射野，为快速准确摆位提供了更好的支持。同时独立滑轨的设置，使得可以在加速器进行治疗的同时，对病灶进行多角度的成像，验证治疗效果；还可以实时跟踪病灶的坐标，修正加速器治疗方案等。
本发明还提供一种放射治疗装置的控制方法，包括以下步骤：同步调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与射线轴线始终保持垂直。
优选的，还包括以下步骤：在调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度的同时，同步控制KV级射线发生装置与影像板沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，使射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点，并使射线轴线始终穿过影像板的中心点。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种KV级射线装置，包括KV级射线发生装置、影像板，其特征在于，所述KV级射线装置还包括第一角度控制装置，用于控制所述KV级射线发生装置的KV级射线出射角度；所述KV级射线装置还包括第一平移装置，用于控制KV级射线发生装置沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，并与第一角度控制装置共同作用，使KV级射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点。
2.根据权利要求1所述的KV级射线装置，其特征在于，所述KV级射线装置还包括第二角度控制装置，用于控制影像板的偏转角度，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与KV级射线轴线垂直或成其它夹角。
3.根据权利要求2所述的KV级射线装置，其特征在于，所述KV级射线装置还包括第二平移装置，用于控制影像板沿与KV级射线轴线垂直的轨道来回移动；
或同时与第二角度控制装置共同作用，使KV级射线轴线始终穿过影像板的中心点。
4.一种放射治疗设备，包括机架、安装于所述机架上的加速器，以及安装于加速器下方的光栅，其特征在于，所述放射治疗设备还包括：
权利要求1到3任一所述的KV级射线装置。
5.根据权利要求4所述的放射治疗设备，其特征在于，所述KV级射线装置还包括滑轨，所述KV级射线发生装置、影像板均安装在滑轨上，并可沿滑轨绕等中心来回滑动。
6.根据权利要求5所述的放射治疗设备，其特征在于，所述滑轨为一C型圆弧轨道，加速器位于圆弧轨道的C型开口处。
7.根据权利要求5所述的放射治疗设备，其特征在于，所述滑轨为一闭合曲线轨道，所述闭合曲线轨道设置在加速器的下方，靠近加速器的部分滑轨的曲线曲率小于远离加速器的部分滑轨的曲线曲率，使得KV级射线发生装置、影像板沿滑轨运动时，与加速器之间始终保持距离。
8.一种放射治疗装置的控制方法，其特征在于，用于对权利要求1-3任一所述的KV级射线装置，或权利要求4-7任一的放射治疗设备进行控制。
9.根据权利要求8所述的放射治疗装置的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：同步调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度，使影像板的工作平面或影像板正投影的平面与射线轴线始终保持垂直。
10.根据权利要求9所述的放射治疗装置的控制方法，还包括以下步骤：在调整KV级射线发生装置、影像板的偏转角度的同时，同步控制KV级射线发生装置与影像板沿与射线轴线垂直的轨道来回移动，使射线轴线始终穿过KV级射线装置的等中心点，并使射线轴线始终穿过影像板的中心点。
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