CN108187241B - 放疗多角度自旋转多光谱成像装置 - Google Patents

放疗多角度自旋转多光谱成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种放疗多角度自旋转多光谱成像装置，包括与X射线发射装置相连接探测器，所述的探测器包括封装于外壳内用于采集切伦科夫光子的CCD，CCD上还设有滤波片。利用四个探测器自旋转90度，可采集360度图像，重建三维剂量成像。探测角度与治疗MV级射线角度成直角，且不随治疗角度改变而变化。多组CCD采用不同的滤波片，多光谱成像谱单一光谱成像更加准确。采用四个CCD+滤波片的硬件，放置于正交四个位置，在多角度连续治疗时(MV级)，四个探测器各自采集二维剂量成像，采用混合谱切伦科夫发光成像方法将多组二维图像重建为三维图像。

Description

放疗多角度自旋转多光谱成像装置
技术领域
本发明属于放射治疗设备技术领域，涉及一种放疗多角度自旋转多光谱 成像装置。
背景技术
目前，放射治疗已成为乳腺肿瘤保乳术后标准治疗手段之一。为了减小 放射治疗位置误差，图像引导放射治疗技术发展迅猛。
2006年，美国瓦里安公司和瑞典医科达公司开发出放射性成像系统，在 两个机械臂上分别安装KV－X线球管和一块大尺寸非晶硅平板探测器，同 时能够采集KV影像和MV影像。美国安科瑞公司研发的实时呼吸追踪系统， 由分布在室内的2个摄像头和非晶硅探测器组成，以2D或3D的形式与数字 重建影像DRR进行融合，从而以接近实时的速度判断患者的位置变化，并 在治疗过程中对患者的移动予以及时矫正。但以上方案均采用X射线辐射的 方式，使患者接收不必要的剂量照射，且无法做到验证肿瘤接收剂量的准确 性。
2014年，美国瓦里安公司和瑞典医科达公司开发出放射性成像系统成像 速度在分钟量级，而患者呼吸周期在毫秒量级，无法做到乳腺肿瘤的实时成 像。
2016年，美国DoseOptics公司生产的C-Dose是当前唯一开发的应用于 肿瘤放射治疗的切伦科夫发光成像(Cerenkov luminescence imaging，CLI)设 备，该技术具有成像时间短，灵敏度好，性价比高，无辐射等诸多优点，已 应用于乳腺肿瘤治疗的剂量成像研究中。但是，由于C-Dose推出时间较短， 其在应用过程中也暴露出一些突出问题。在乳腺癌治疗过程中，探测器置于 周围固定位置，探测范围受限，特别是多角度旋转治疗过程中，治疗角度多 且变化快，探测器受到加速器机架的影响，无法采集信号。与多角度旋转治 疗类似，在多角度的调强治疗中也存在类似的问题，以上因素限制了CLI在 复杂肿瘤放射治疗技术中的应用。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种放疗多角度自旋转多光谱成像装置，通 过采集放射治疗时产生的切伦科夫光子，对体表组织吸收剂量成像。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种放疗多角度自旋转多光谱成像装置，包括与X射线发射装置相连接 探测器；所述的探测器包括封装于外壳内用于采集切伦科夫光子的四组 CCD，每组CCD上还设有过滤波长不同的滤波片；
所述的探测器部件中间为空，可旋转的嵌套在X射线球管外侧，探测器 可顺时针绕中心轴360度旋转。
所述的探测器封装于X射线发射装置的KV级X射线球管前方，与MV 级机头正交。
所述的探测器的旋转速度可调节。
所述探测器的探测角度与MV级射线角度成直角，且不随MV级射线角 度改变而变化。
所述的每组CCD在跟随机头旋转照射时采集切伦科夫光子，综合四组 不同波长的采集信息用于多光谱成像。
所述的X射线发射装置的机头可旋转照射至少180°，在其进行多角度 旋转时，CCD跟随其旋转采集切伦科夫光子用于成像；
在其固定角度照射时，每组CCD可顺时针360度旋转成像，所述的CCD 所采用的滤波片的过滤波长分别为：515-575nm，575-650nm，695-770nm和 810-875nm，四组滤波片按照顺时针依次排布。
在多光谱成像时，对每组CCD的不同过滤波长所得信息组合叠加，四 个离散频谱515-575nm，575-650nm，695-770nm和810-875nm上的光学信号强 度占整个频谱的比例为0.572，0.276，0.124和0.028。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，在X射线治疗肿瘤的 同时，与人体体表相互作用。体表吸收X射线的同时，以60度的发散角， 发射切伦科夫光子。相机CCD可采集切伦科夫光子二维成像。因为切伦科 夫光子与体表组织吸收剂量成比例关系，切伦科夫光子二维图像可转换为二 维剂量成像。
本发明提供的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，在多角度X射线治疗 过程中，探测器采集信号，不受加速器机架的影响。探测器部件可旋转，可 在固定一个角度治疗时(MV级)，利用四个探测器自旋转90度，可采集360 度图像，重建三维剂量成像。探测角度与治疗MV级射线角度成直角，且不 随治疗角度改变而变化。多组CCD采用不同的滤波片，多光谱成像谱单一 光谱成像更加准确。
本发明提供的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，本项目采用CCD和 滤波片组合的硬件结构，采用四个CCD+滤波片的硬件，放置于正交四个位 置，在多角度连续治疗时(MV级)，四个探测器各自采集二维剂量成像，采 用混合谱切伦科夫发光成像方法将多组二维图像重建为三维图像。这种成像 方法具有快速的优点，三维图像可随时间运动，形成四维动态体表剂量成像。
本发明收集肿瘤放射治疗过程自身产生的切伦科夫光子成像，未利用额 外的射线照射患者，未对患者的治疗产生干扰，做到无辐射、无创剂量成像。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的探测器结构示意图；
图3为肿瘤放射成像结果。
其中，1为出射MV级X射线机头CCD；2为出射KV级X射线球管； 3为探测器；4为CCD；5为滤波片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明 的解释而不是限定。
如图1、图2所示，一种放疗多角度自旋转多光谱成像装置，包括与X 射线发射装置相连接探测器；所述的探测器包括封装于外壳内用于采集切伦 科夫光子的四组CCD，每组CCD上还设有过滤波长不同的滤波片；
所述的探测器部件中间为空，可旋转的嵌套在X射线球管外侧，探测器 可顺时针绕中心轴360°旋转。
所述的探测器封装于X射线发射装置的KV级X射线球管前方，与MV 级机头正交。
所述的探测器的旋转速度可调节。
所述探测器的探测角度与MV级射线角度成直角，且不随MV级射线角 度改变而变化。
所述的每组CCD在跟随机头旋转照射时采集切伦科夫光子，综合四组 不同波长的采集信息用于多光谱成像。
所述的X射线发射装置的机头可旋转照射至少180度，在其进行多角度 旋转时，CCD跟随其旋转采集切伦科夫光子用于成像；
在其固定角度照射时，每组CCD可顺时针90度旋转成像，所述的CCD 所采用的滤波片的过滤波长分别为：515-575nm，575-650nm，695-770nm和 810-875nm，四组滤波片按照顺时针依次排布。
在多光谱成像时，对每组CCD的不同过滤波长所得信息组合叠加，四 个离散频谱515-575nm，575-650nm，695-770nm和810-875nm上的光学信号强 度占整个频谱的比例为0.572，0.276，0.124和0.028。
具体的，将探测器部件封装于KV级X射线球管前方，与MV级机头正 交。MV级机头出X射线治疗，X射线照射人体体表时，产生切伦科夫辐射， 探测器采集切伦科夫光子，对体表吸收X射线剂量成像。
探测器部件中间为空，不影响X射线球管发射X射线。同时探测器壁材 料为合金材料，屏蔽X射线，消除KV级和MV级射线的影响。探测器部件 可旋转，旋转速度可调节，一般默认为1度/秒。设置每个探测器开关，可任 意组合选择探测器成像。
如图2所示，探测器部件中间为空，不影响X射线球管发射X射线。同 时探测器壁材料为合金材料，屏蔽X射线，消除KV级和MV级射线的影响； 探测器的CCD采集放射治疗时人体产生的切伦科夫光子，对体表组织吸收 剂量成像；CCD成像需要导入到计算机上，由CCD自带的软件LightField(普 林斯顿大学仪器，特伦顿，美国新泽西)显示。
下面给出CCD的一些具体参数。
下面给出具体的使用方式：
1、在肿瘤放射治疗开始前，选择探测器的组合，选择成像模式。
2、在软件中打开探测器开关，待机。
3、肿瘤放射治疗开始，软件中可显示体表照射剂量成像，成像结果如图 3所示。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。 本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添 加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，包括与X射线发射装置相连接的探测器；
所述的X射线发射装置包括MV级X射线出射机头和KV级X射线球管；
所述的探测器封装于X射线发射装置的KV级X射线球管前方，与MV级X射线出射机头正交；
所述的探测器包括封装于外壳内用于采集切伦科夫光子的四组CCD，每组CCD上还设有过滤波长不同的滤波片；
所述的探测器部件中间为空，探测器壁材料为合金材料，屏蔽X射线，消除KV级和MV级射线的影响，可旋转的嵌套在X射线球管外侧，探测器可顺时针绕中心轴360°旋转。
2.如权利要求1所述的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，所述的探测器的旋转速度可调节。
3.如权利要求2所述的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，所述探测器的探测角度与MV级射线角度成直角，且不随MV级射线角度改变而变化。
4.如权利要求3所述的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，所述的每组CCD在跟随机头旋转照射时采集切伦科夫光子，综合四组不同波长的采集信息用于多光谱成像。
5.如权利要求1所述的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，所述的X射线发射装置的机头可旋转照射至少180度，在其进行多角度旋转时，CCD跟随其旋转采集切伦科夫光子用于成像；
在其固定角度照射时，每组CCD可顺时针90度旋转成像，所述的CCD所采用的滤波片的过滤波长分别为：515-575nm,575-650nm,695-770nm和810-875nm，四组滤波片按照顺时针依次排布。
6.如权利要求3所述的放疗多角度自旋转多光谱成像装置，其特征在于，在多光谱成像时，对每组CCD的不同过滤波长所得信息组合叠加，四个离散频谱515-575nm,575-650nm,695-770nm和810-875nm上的光学信号强度占整个频谱的比例为0.572，0.276，0.124和0.028。
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