CN107137826A - 磁共振引导的机器人放射治疗系统 - Google Patents

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汤卿
熊瑞平
黄春强
姚进
吴大可
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Abstract

本发明提供了一种磁共振引导的机器人放射治疗系统，包括磁共振成像设备、射线源和治疗床，磁共振成像设备包括第一磁体和第二磁体以及支座，第一磁体和第二磁体之间有治疗空间，第一磁体的中部有让平行于磁场线方向的通孔，治疗床呈垂直于磁场线方向布置，支座可以绕着垂直水平面且经过等中心点的轴线转动；治疗空间的中轴线经过等中心点且其初始方向与治疗床的中轴线平行；第一磁体和第二磁体可以绕着所述治疗空间的中轴线同步转动；射线源安装在机器人上，机器人携带射线源与第一磁体以及第二磁体同步转动。本发明的放射治疗系统能对病人实现等中心非共面治疗，焦皮比高，对病人损伤小。

Description

磁共振引导的机器人放射治疗系统
技术领域
本发明属医疗器械技术领域，具体涉及一种磁共振成像引导的机器人放疗系统。
背景技术
目前的放射治疗中，广泛使用的图像引导技术大多利用X射线进行图像引导，这会让病人受到额外较多的X射线剂量，对病人造成较大的伤害。磁共振成像引导技术，凭借对人体不造成额外损伤的优势得到了重视和发展。
此外，等中心非共面治疗已经成为重要的发展趋势，它可以使得病人在靶区受到较高的放射剂量，而在周围正常组织受到的放射剂量较低，从而尽可能地保护人体的正常组织。
然而，目前磁共振图像引导的放射治疗系统基本上都属于等中心共面治疗，焦皮比较低，在杀死肿瘤细胞的同时，给病人正常组织造成的损害较大。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述不足，提供一种能对病人实现等中心非共面治疗的磁共振引导的机器人放射治疗系统，放射治疗的焦皮比高，对病人损伤小。
本发明采用的技术方案是：一种磁共振引导的机器人放射治疗系统，包括磁共振成像设备、射线源和治疗床，所述磁共振成像设备包括沿着其中轴线同轴布置、通过超导线圈来产生磁场的第一磁体和第二磁体以及用于支撑第一磁体和第二磁体的支座，所述第一磁体和第二磁体之间有容纳病人的治疗空间，所述第一磁体的中部有让平行于磁场线方向的通孔，所述治疗床呈垂直于磁场线方向布置，其特征在于：所述支座可以绕着垂直水平面且经过放射治疗等中心点的轴线转动；所述治疗空间的中轴线经过等中心点且其初始方向与治疗床的中轴线平行；所述第一磁体和第二磁体可以绕着所述治疗空间的中轴线同步转动；所述射线源安装在机器人上，所述机器人携带射线源与第一磁体以及第二磁体同步转动，使得射线源发出的射线在任意时刻都可以从第一磁体的通孔射向等中心点。
上述方案中，射线源发出的射线与磁共振设备的主磁场方向相同。
上述方案中，射线源为直线加速器。
上述方案中，射线源发出的射线利用准直器进行限束后再射向等中心点。
上述方案中，机器人为具有6 个自由度的串联机械臂的结构。
上述方案中，射线源外面由一个磁屏蔽罩套住，所述磁屏蔽罩由软磁材料制成。
本发明的有益效果为：（1）利用机器人带动射线源运动，能够多角度、多方位、高精确地对靶区进行放射治疗；（2）利用磁共振来进行放射治疗过程的图像引导，相比利用X射线，具有对人体无害，软组织对比度高等优点；（3）利用机器人携带射线源配合磁共振成像设备在两个方向转动，实现对病人的等中心非共面治疗，对病人的损伤小。
附图说明
图1是本发明一个实施的结构示意图。
图2是本发明一种实施方式只包含底板和治疗床的俯视图。
图中，1射线源；2治疗床；3机器人；4第一磁体；5第二磁体；6底板；7支承件；8圆环；9弧形轨道；10通孔；11等中心点；12准直器；13治疗空间。
具体实施例
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1所示，一种磁共振引导的机器人放射治疗系统，包括磁共振成像设备、射线源1和治疗床2，所述磁共振成像设备包括沿着其中轴线C-C同轴布置、通过超导线圈来产生磁场的第一磁体4和第二磁体5以及用于支撑第一磁体4和第二磁体5的支座，所述第一磁体4和第二磁体5之间有容纳病人的治疗空间13，所述第一磁体4的中部有让平行于磁场线的通孔10，所述治疗床2呈垂直于磁场线布置，其特征在于：所述支座可以绕着垂直水平面且经过放射治疗等中心点11的轴线B-B转动；所述治疗空间13的中轴线C-C经过等中心点11且其初始方向与治疗床2的中轴线A-A平行；所述第一磁体4和第二磁体5可以绕着所述治疗空间13的中轴线C-C同步转动；所述射线源1安装在机器人3上，所述机器人3携带射线源1与第一磁体4以及第二磁体5同步转动，使得射线源1发出的射线在任意时刻都可以从第一磁体4的通孔10射向等中心点11。
因为X波段直线加速器体积小、质量轻，容易被机器人抓取，所以选用作为射线源1。射线源1发出的射线利用准直器12进行限束后再射向等中心点11，准直器12优先选择多叶准直器，当然也可以为圆形准直器、方形准直器等。机器人3底部可移动，可以根据需要定位在一个最适合放疗的位置，而且为具有6 个自由度的串联机械臂结构，更好的从多方位、多角度照射靶区。射线源外面由一个磁屏蔽罩套住，所述磁屏蔽罩由软磁材料制成，软磁材料可以是软铁、硅钢、坡莫合金或铁铝合金等，这里选择价格低廉的软铁。
支座包括底板6，支承件7和圆环8，底板6可以绕着过等中心点11并垂直于水平面的轴线B-B转动，支承件7安装在底板6上，有开口向上的弧形轨道9，圆环8与弧形轨道9连接并可以沿着弧形轨道9转动，第一磁体4和第二磁5固连在两个圆环8上，并可以与之绕着两个圆环8的轴线C-C同步转动。其中，两个圆环8、弧形轨道9、放疗空间同轴，并且共同的轴线C-C经过等中心点11。
如图2（a）所示，初始状态下，磁共振设备的底板与治疗床对齐，治疗床的轴线A-A和圆环的轴线C-C在俯视图方向重合，射线源在平面a内转动对病人进行了放射治疗后，底板承载着整个磁共振成像设备绕着垂直于地面的轴线B-B转动一定角度θ后，射线源在平面b继续进行放射治疗，可以根据实际来选取治疗平面，根据从而达到非共面治疗的目的。
本发明中，达到非共面等中心治疗的目的，治疗床2与病人（图中未示出）固定，磁共振成像设备转动，机器人3携带射线源1同步转动，这样做主要是为了不给病人带来不舒适感和恐惧，同时也避免病人在转动时器官之间的互相压缩而变形而影响放疗效果。当然，假如不想沉重的磁共振成像设备转动，可以根据相对运动的知识，设计成治疗床2与病人转动，而磁共振成像设备固定的形式，也可以达到相同的目的。
此外，为了支撑第一磁体4和第二磁体5并可以相对转动，这里利用支承件7的弧形轨道9，当然还可以有其他形式，如可以将两个磁体固定在支架上的左右两个滚动轴承上。
此外，为了实现非共面治疗，需要两个磁体相对治疗床转动。两个磁体相对治疗床的转动有三种形式：（1）以过等中心点11与治疗床中轴线A-A平行的轴线转动；（2）以过等中心点11且垂直于地面的轴线B-B转动；（3）以过等中心点11且平行于地面且与治疗床中轴线A-A垂直的轴线转动，考虑到为了实现相对简单已降低整个系统的复杂性，同时又不用移动治疗床而给病人带来不便，这里选择了（1）和（2）的组合，而且均是治疗床固定。当然，可以想象到的是，三种相对转动中的两种或者三种结合，均可以实现非共面治疗。
本实施例的工作原理为：放疗前，治疗床2将病人移送至恰当的位置，使得病人的靶区大致位于该放疗系统的等中心点11后，磁共振成像设备开启，确定靶区在三维空间中的位置，接着利用治疗床2对病人进行摆位，使病人的靶区精确地位于该放疗系统的等中心点11。然后，圆环8带着第一磁体4和第二磁体5转动，机器人3携带射线源1与其同步转动，射线源1发出射线经过准直器12限束后射向位于等中心点11的靶区。圆环8来回转动一定角度，射线源1跟着照射靶区，便实现了对靶区的共面治疗。然后，支座6绕着轴线B-B转动一定角度后停住，圆环8继续来回转动，射线源1同步照射，便实现了射线源1在另一个平面上对靶区的共面治疗。根据实际情况，选择两个或者多个射线源照射平面，便实现了对靶区的非共面治疗。可以想到的是，这里射线源1发出射线对靶区的治疗可以是拉弧式治疗，也可以是间断打点式治疗，为了提高效率，这里优先选择前者。在治疗过程中，利用磁共振成像设备对靶区进行实时成像，尤其是对随呼吸移动的靶区，并实时观察靶区的治疗情况，以便于根据治疗情况判断是否需要更改治疗计划。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种磁共振引导的机器人放射治疗系统，包括磁共振成像设备、射线源和治疗床，所述磁共振成像设备包括沿着其中轴线同轴布置、通过超导线圈来产生磁场的第一磁体和第二磁体以及用于支撑第一磁体和第二磁体的支座，所述第一磁体和第二磁体之间有容纳病人的治疗空间，所述第一磁体的中部有让平行于磁场线方向的通孔，所述治疗床呈垂直于磁场线方向布置，其特征在于：所述支座可以绕着垂直水平面且经过放射治疗等中心点的轴线转动；所述治疗空间的中轴线经过等中心点且其初始方向与治疗床的中轴线平行；所述第一磁体和第二磁体可以绕着所述治疗空间的中轴线同步转动；所述射线源安装在机器人上，所述机器人携带射线源与第一磁体以及第二磁体同步转动，使得射线源发出的射线在任意时刻都可以从第一磁体的通孔射向等中心点。
2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述射线源发出的射线与磁共振设备的主磁场方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的放射治疗系统，其特征在于：所述射线源为直线加速器。
4.根据权利要求1、2或3所述的放射治疗系统，其特征在于：所述射线源发出的射线利用准直器进行限束后再射向等中心点。
5.根据权利要求1所述的射治疗系统，其特征在于：所述机器人为底部可移动，具有6个自由度的串联机械臂结构。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的射治疗系统，其特征在于：射线源外面由一个磁屏蔽罩套住，所述磁屏蔽罩由软磁材料制成。
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