CN109011209A - 一种基于四维单源γ刀的智能投照系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，包括放射治疗计划系统、智能追踪系统、自动协同治疗床、机器人系统、放射源、人机交互系统和集成控制系统，自动协同治疗床、机器人系统、智能追踪系统、放射源、人机交互系统均与集成控制系统相连；机器人系统对绑缚于自动协同治疗床上的患者进行焦点跟踪聚焦照射，本发明中通过γ源棒和准直器系统使γ源棒发出的射线治疗束非等中心适形调强、数字即时焦点跟踪激光聚焦的四维放射治疗计划投照，使得焦点获得数倍于其周围组织器官的辐射剂量而靶外剂量断崖式下降，焦点组织吸收剂量精准、剂量分布均匀，焦点组织细胞产生辐射生物效应而坏死，产生类似外科手术切除的放射治疗效果。

Description

一种基于四维单源γ刀的智能投照系统

技术领域

本发明属于放射治疗设备技术领域，具体涉及一种基于四维单源γ刀的智能投照系统。

背景技术

放射疗法是治疗癌症的主要疗法之一。现有放射治疗设备的最大问题是智能化程度低，一次治愈率低，一次更不能同时治愈原发癌和多个转移癌，焦皮剂量比小、严重不良反应和并发症多。现在用于临床的放射治疗设备:如医用电子直线加速器、质子重离子加速器、后装治疗机、X射线治疗机、⁶⁰Co治疗机、⁶⁰Co源立体定向治疗机（γ刀）等，上述设备的核心部件均为投照系统，而现有投照系统在使用时所存在的共同缺陷是：1.大照射野、单一平面内顺时针/逆时针旋转照射野、沿身体纵轴螺旋照射野；2.焦皮剂量比小，周围器官组织剂量高受损伤严重，全身副作用严重、严重并发症多；3.智能化程度低操作繁琐，并且其适用范围和治疗的精准度都有一定的缺陷，影响普及使用；4.价格都非常昂贵，也非常影响普及使用；5.γ射线外照射治疗的半影大，靶外损伤严重，严重并发症多发；故而研发一种对靶外灵敏细胞组织器官无损伤的智能投照系统是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，该智能投照系统通过设置在机器人系统自由端的γ源棒和准直器系统使γ源棒发出的射线治疗束非等中心适形调强、数字即时焦点跟踪激光聚焦的四维放射治疗计划投照，使得焦点获得数倍于其周围组织器官的辐射剂量而靶外剂量断崖式下降，焦点组织细胞产生辐射生物效应而坏死，产生类似外科手术切除的放射治疗效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，包括放射治疗计划系统、智能追踪系统、自动协同治疗床、机器人系统、放射源、人机交互系统和集成控制系统，其中，放射治疗计划系统通过网络分别与自动协同治疗床、智能追踪系统、机器人系统、放射源、人机交互系统和集成控制系统相连，机器人系统与放射源相连，自动协同治疗床、机器人系统、智能追踪系统、放射源、人机交互系统均与集成控制系统相连；机器人系统设置在自动协同治疗床的一侧；

放射源包括γ源棒和准直器系统，该准直器系统包括初级准直器、源闸次级准直器和光栅准直器，所述初级准直器的底部开设有安装槽Ⅰ，源闸次级准直器的顶部安装在安装槽Ⅰ内，源闸次级准直器的底部开设有安装槽Ⅱ，光栅准直器的顶部安装在安装槽Ⅱ内。

进一步的，所述智能追踪系统为放置在体表皮肤上的位置传感器，位置传感器直接与集成控制系统相连。

进一步的，所述机器人系统为三维五轴智能机器人臂，该三维五轴智能机器人臂设置在自动协同治疗床的前端，放射源安装在该三维五轴智能机器人臂的自由端。

进一步的，所述初级准直器包括源罐屏蔽外壳，源罐屏蔽外壳内沿中心轴线方向开设有用于放置γ源棒的γ源腔和用于放置光纤锥柱透镜的源罐开孔光纤锥腔，所述源闸次级准直器包括源闸屏蔽外壳，源闸屏蔽外壳内沿中心轴线方向开设有用于放置凸柱透镜的源闸开孔透镜腔，所述光栅准直器包括光栅屏蔽外壳和安装组架，所述源罐开孔光纤锥腔通过源闸开孔透镜腔与光栅准直器的内腔相连通。

进一步的，所述源罐屏蔽外壳的顶部沿周向设置有若干个用于安装该初级准直器的安装孔；源罐屏蔽外壳的外表面可以为凸凹散热结构并可设置散热风扇。

进一步的，所述源闸屏蔽外壳的顶部设置有与安装槽Ⅰ相匹配的环形凸起Ⅰ，该环形凸起Ⅰ与源闸屏蔽外壳一体设置，所述源闸屏蔽外壳的顶端沿中心轴线方向设置有梯台并在梯台处卡设有用于安装凸柱透镜的螺丝盖圈，凸柱透镜与螺丝盖圈连接，螺丝盖圈的顶端设置有弹簧圈，弹簧圈与光纤维柱透镜的底端紧密接触。

进一步的，所述初级准直器、源闸次级准直器和适形光栅准直器从上到下依次设置且三者均安装在安装架上。

进一步的，所述源闸屏蔽外壳的内部沿水平方向设置有闸芯腔并在闸芯腔内滑动设置有闸芯块，所述闸芯腔与源罐开孔光纤维腔相连通，所述闸芯块上沿竖直方向开设有通孔Ⅰ。

进一步的，所述通孔Ⅰ的直径与光纤维柱透镜的直径相同。

进一步的，所述闸芯块的一端侧壁上固设有至少一根闸芯滑杆，闸芯块的另一端侧壁上固设有闸芯主传杆，所述闸芯滑杆和闸芯主传杆的自由端均贯穿源闸屏蔽外壳，其中，闸芯主传杆的自由端贯穿源闸屏蔽外壳后与闸芯驱动机构相连且闸芯主传杆的自由端在端部位置处设置有机械闭闸器。

进一步的，所述机械闭闸器包括焊接在闸芯主传杆的自由端上的限位板Ⅰ、套设在闸芯主传杆外侧的复位弹簧以及焊接在安装架上的限位板Ⅱ，复位弹簧的两端分别与限位板Ⅰ和限位板Ⅱ相连，限位板Ⅱ上开设有用于闸芯主传杆穿过的通孔Ⅱ。

进一步的，所述闸芯驱动机构包括闸芯伺服电机和与闸芯伺服电机通过皮带相连的驱动轮，闸芯主传杆的自由端上设置有与驱动轮相啮合的齿带Ⅰ，也可采用传力杆撬拨主传动杆。

进一步的，所述光栅准直器的内腔中从上到下依次设置有四组自主光栅，每一组自主光栅均包括两块平行设置的光栅板。

进一步的，所述的四组自主光栅分别为0°方向自主光栅、90°方向自主光栅、135°方向自主光栅和45°方向自主光栅，每一块光栅板均呈柱型且每一块光栅版的顶端均设置有用于驱动该光栅板的光栅驱动机构，其中，0°方向自主光栅中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系y轴方向平行，90°方向自主光栅中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴方向平行，135°方向自主光栅中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为135°，45°方向自主光栅中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为45°。

进一步的，所述安装槽Ⅰ呈环形，安装槽Ⅰ位于源罐屏蔽外壳的底部中心位置处。

进一步的，所述光栅屏蔽外壳的顶部设置有与安装槽Ⅱ相匹配的环形凸起Ⅱ，环形凸起Ⅱ与光栅屏蔽外壳一体设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的智能投照系统通过设置在机器人系统自由端的γ源棒和准直器系统使γ源棒发出的射线治疗束非等中心适形调强、数字即时焦点跟踪激光聚焦的四维放射治疗计划投照，使得焦点获得数倍于其周围组织器官的辐射剂量而靶外剂量断崖式下降，半影小，焦点剂量准确、剂量分布均匀，焦点组织细胞产生辐射生物效应而坏死，产生类似外科手术切除的放射治疗效果，具体来说，本发明的有益效果还包括以下几点：

1.只使用一个γ源，即可实现放射外科治疗的智能系统，适形调强、数字即时焦点跟踪，安全性得到提高；

2.适用于全身任何部位的、任何靶点的治疗，不论是静态的靶，还是随呼吸或心跳运动的靶，都适用四维单源γ刀的非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射；

3.无框架钢钉固定、无须植入金标，四维单源γ刀是使用由位置传感器组成的智能追踪系统，不再需要安装笨重的固定钉架，减轻了患者的痛苦，也消除了安装固定钉架时可能发生的失误；

4.治疗周期短，多数病例一次治愈，四维单源γ刀放射外科治疗系统仅需1-5次就可完成治疗，原因是四维单源γ刀的是全方向聚焦照射、各向不同剂量率照射、各向不同剂量照射、更加精准聚焦照射剂量和更加均匀靶剂量分布、各向适形即时精准聚焦照射，焦点剂量更集中，焦皮剂量比大，疗效更显著，可以一次多靶照射，自动移靶对焦，一次治疗原发癌和多处转移癌；

5.γ射线治疗束数字焦点跟踪即时、精准，准直器即时、适形精准，半影小，无靶外组织器官、敏感细胞损伤，无并发症；

6.智能追踪系统的焦点跟踪是连续的、微米级高精度的、无痛无害的。高性能组合式MEMS位置传感器三维数字坐标系统的数据无间断的传输到集成控制系统，在数学模型指引下可以进行预测控、前馈控、自适应等特殊控制算法，达到精确到微米级的位移焦点跟踪的聚焦控制；

7.智能追踪系统不在放射治疗过程中使用X射线，避免辐射危害和干扰激光定位；

8.高度智能化，集成控制系统能智能分析影像数据，智能刻画器官组织灵敏细胞特征数据，智能建立焦点位移跟踪数学模型，智能制定放射治疗计划，智能控制机械臂空间位置、运动速度和加速度聚焦投照，智能调节自动光栅准直器适形投照，智能移靶对焦一次多靶治疗，智能进行系统自测自评，智能安全保障系统；

9.患者无术前术后禁忌或特殊准备，无创、无痛、无麻醉；

10.优选的⁶⁰Coγ射线与一般深部X射线治疗相比，具有优点：穿透力强、保护皮肤、旁向散射小、骨和软组织有相同吸收剂量等。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明中的自动协同治疗床、位置传感器以及两个机器人系统的位置关系示意图；

图3是本发明中准直器系统的结构示意图；

图4是本发明中初级准直器的结构示意图；

图5是本发明中初级准直器的剖视图；

图6是本发明中源闸次级准直器的结构示意图；

图7是本发明中初级准直器和源闸次级准直器的连接关系示意图；

图8是本发明中闸芯块、闸芯滑杆和闸芯主传杆的连接关系示意图；

图9是本发明中光栅准直器的结构示意图；

图10是本发明中闸芯主传杆、机械闭闸器以及闸芯驱动机构的连接关系示意图；

图11是实施例1中光栅板和与其所对应的光栅驱动机构的连接关系示意图；

图12是实施例2中光栅板和与其所对应的光栅驱动机构的连接关系示意图；

图13是实施例3中光栅板和与其所对应的光栅驱动机构的连接关系示意图；

图中标记：1、初级准直器，101、源罐屏蔽外壳，102、γ源棒，103、γ源腔，104、光纤锥柱透镜，105、源罐开孔光纤锥腔，106、安装孔，2、源闸次级准直器，201、源闸屏蔽外壳，202、凸柱透镜，203、源闸开孔透镜腔，204、环形凸起Ⅰ，205、螺丝盖圈，206、弹簧圈，207、闸芯腔，208、闸芯块，2081、通孔Ⅰ，2082、闸芯滑杆，2083、闸芯主传杆，3、光栅准直器，301、光栅屏蔽外壳，302、90°方向自主光栅，303、135°方向自主光栅，304、45°方向自主光栅，305、光栅驱动机构，3051、牵引板，3052、传动带，3053、主动轮Ⅰ，3054、主动轮Ⅱ，3055、光栅同步伺服电机，3056、光栅滑道，3057、齿带Ⅱ，306、环形凸起Ⅱ，307、0°方向自主光栅，4、安装槽Ⅰ，5、安装槽Ⅱ，6、安装架，7、机械闭闸器，701、限位板Ⅰ，702、复位弹簧，703、限位板Ⅱ，704、通孔Ⅱ，8、闸芯驱动机构，801、闸芯伺服电机，802、驱动轮，803、齿带Ⅰ；11、放射治疗计划系统，12、智能追踪系统，13、自动协同治疗床，14、机器人系统，15、放射源，16、人机交互系统，17、集成控制系统，18、准直器系统，19、位置传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，如图1所示，包括放射治疗计划系统11、智能追踪系统12、自动协同治疗床13、机器人系统14、放射源15、人机交互系统16和集成控制系统17，其中，放射治疗计划系统11通过网络分别与自动协同治疗床13、智能追踪系统12、机器人系统14、放射源15、人机交互系统16和集成控制系统17相连，机器人系统14与放射源15相连，自动协同治疗床13、机器人系统14、智能追踪系统12、放射源15、人机交互系统16均与集成控制系统17相连；如图2所示，机器人系统14设置在自动协同治疗床13的一侧，进一步的，机器人系统14设置在自动协同治疗床13的前端对绑缚于自动协同治疗床13上的患者设施360°非等中心适形调强焦点跟踪聚焦照射治疗，进一步优化本方案，机器人系统14也可设置在天花板上；放射源15包括γ源棒102和准直器系统18，γ源棒102发出的γ射线在该准直器系统中经过系统腔隙约束、光纤传导、腔壁反射、凸透镜折射聚焦、栅板边界和照射野形状调节等准直机制和各向精准聚焦，最终实现照射野精准适形、半影极小的准直目标。所述智能追踪系统12为放置在体表皮肤上的位置传感器19，位置传感器19直接与集成控制系统17相连，位置传感器19的典型特征数据和靶（焦点）的位移典型特征数据同时采集关联建立位移焦点跟踪数学模型，数学模型嵌入静态的三维非等中心适形调强聚焦照射治疗计划中后在即时的位置传感器19的数据引导下和强大的计算控制算法控制下实现即时焦点跟踪。所述机器人系统14优选的为三维五轴智能机器人臂，该三维五轴智能机器人臂优选的设置在自动协同治疗床13的前端可以对绑缚于自动协同治疗床13上的患者的治疗焦点设施360°非等中心适形调强焦点跟踪聚焦放射治疗投照，放射源15安装在该三维五轴智能机器人臂的自由端。

如图3所示，该准直器系统包括初级准直器1、源闸次级准直器2和光栅准直器3，所述初级准直器1、源闸次级准直器2和光栅准直器3从上到下依次设置且三者均安装在安装架6上；所述初级准直器1的底部开设有安装槽Ⅰ4，所述安装槽Ⅰ4呈环形，安装槽Ⅰ4位于源罐屏蔽外壳101的底部中心位置处；源闸次级准直器2的顶部安装在安装槽Ⅰ4内，源闸次级准直器2的底部开设有安装槽Ⅱ5，光栅准直器3的顶部安装在安装槽Ⅱ5内。

如图4和图5所示，所述初级准直器1包括源罐屏蔽外壳101，源罐屏蔽外壳101内沿中心轴线方向开设有用于放置γ源棒102的γ源腔103和用于放置光纤锥柱透镜104的源罐开孔光纤锥腔105，所述源闸次级准直器2包括源闸屏蔽外壳201，源闸屏蔽外壳201内沿中心轴线方向开设有用于放置凸柱透镜202的源闸开孔透镜腔203，所述光栅准直器3包括光栅屏蔽外壳301，所述光栅屏蔽外壳301的顶部设置有与安装槽Ⅱ5相匹配的环形凸起Ⅱ306，环形凸起Ⅱ306与光栅屏蔽外壳301一体设置；所述源罐开孔光纤锥腔105通过源闸开孔透镜腔203与光栅准直器3的内腔相连通。进一步优化本方案，所述源罐屏蔽外壳101的顶部沿周向设置有若干个用于安装该初级准直器1的安装孔106。

如图6和图7所示，所述源闸屏蔽外壳201的顶部设置有与安装槽Ⅰ4相匹配的环形凸起Ⅰ204，该环形凸起Ⅰ204与源闸屏蔽外壳201一体设置，所述源闸屏蔽外壳201的顶端沿中心轴线方向设置有梯台并在梯台处卡设有用于安装凸柱透镜202的螺丝盖圈205，凸柱透镜202与螺丝盖圈205连接，螺丝盖圈205的顶端设置有弹簧圈206，弹簧圈206与光纤锥柱透镜104的底端紧密接触。所述源闸屏蔽外壳201的内部沿水平方向设置有闸芯腔207并在闸芯腔207内滑动设置有闸芯块208，所述闸芯腔207与源罐开孔光纤锥腔105相连通，所述闸芯块208上沿竖直方向开设有通孔Ⅰ2081，进一步优化本方案，所述通孔Ⅰ2081的直径与光纤锥柱透镜104的底面直径相同。

如图8所示，所述闸芯块208的一端侧壁上固设有至少一根闸芯滑杆2082，本方案中，闸芯滑杆2082设置有两根且两根闸芯滑杆平行设置，闸芯块208的另一端侧壁上固设有闸芯主传杆2083，两根闸芯滑杆和闸芯主传杆共同对闸芯块208进行支撑，所述闸芯滑杆2082和闸芯主传杆2083的自由端均贯穿源闸屏蔽外壳201，其中，闸芯主传杆2083的自由端贯穿源闸屏蔽外壳201后与闸芯驱动机构8相连且闸芯主传杆2083的自由端在端部位置处设置有机械闭闸器7。

如图10所示，所述机械闭闸器7包括焊接在闸芯主传杆2083的自由端上的限位板Ⅰ701、套设在闸芯主传杆2083外侧的复位弹簧702以及焊接在安装架6上的限位板Ⅱ703，复位弹簧702的两端分别与限位板Ⅰ701和限位板Ⅱ703相连，限位板Ⅱ703上开设有用于闸芯主传杆2083穿过的通孔Ⅱ704；所述闸芯驱动机构8包括设置在安装架6上的闸芯伺服电机801和与闸芯伺服电机801通过传动带相连的驱动轮802，闸芯主传杆2083的自由端上设置有与驱动轮802相啮合的齿带Ⅰ803。

如图9所示，所述光栅准直器3的内腔中从上到下依次设置有四组自主光栅，每一组自主光栅均包括两块平行设置的光栅板。所述的四组自主光栅分别为0°方向自主光栅307、90°方向自主光栅302、135°方向自主光栅303和45°方向自主光栅304，每一块光栅板均呈柱型且每一块光栅板的顶端均设置有用于驱动该光栅板的光栅驱动机构305，其中，0°方向自主光栅307中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系y轴方向平行，90°方向自主光栅302中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴方向平行，135°方向自主光栅303中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为135°，45°方向自主光栅304中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为45°。

进一步优化本发明，每组自主光栅的两侧设置有光栅滑道3056，每组自主光栅中的两块光栅板可在光栅滑道3056内自由滑动，每一块光栅板均呈柱型且每一块光栅板的顶端或两侧设置有用于驱动该光栅板的光栅驱动机构305。

实施例1

如图11所示，本实施例中的光栅驱动机构305包括牵引板3051、传动带3052、主动轮Ⅰ3053、主动轮Ⅱ3054以及光栅伺服电机3055，牵引板3051的其中一个侧壁与传动带3052相连，牵引板3051的底端和与其所对应的光栅板固定连接，传动带3052与光栅滑道3056平行设置，主动轮Ⅰ3053与光栅伺服电机3055相连，主动轮Ⅰ3053和主动轮Ⅱ3054分别设置在传动带3052的两端，进一步优化本方案，主动轮Ⅱ3054也可以连接一个光栅伺服电机，两个光栅伺服电机共同驱动传动带运动，光栅伺服电机3055、光栅滑道3056以及主动轮Ⅱ3054均固定在光栅屏蔽外壳301的内壁上，通过光栅伺服电机3055驱动其所对应的光栅板在光栅滑道3056内滑动。

实施例2

如图12所示，本实施例中的光栅驱动机构305包括锚杆、传动带3052、主动轮Ⅰ3053、主动轮Ⅱ3054以及光栅伺服电机3055，本实施例与实施例1的区别在于，将牵引块替换为质量更轻的锚杆，锚杆的其中一个侧壁与传动带3052相连，锚杆的底端和与其所对应的光栅板固定连接，传动带3052与光栅滑道3056平行设置，主动轮Ⅰ3053与光栅伺服电机3055相连，主动轮Ⅰ3053和主动轮Ⅱ3054分别设置在传动带3052的两端，进一步优化本方案，主动轮Ⅱ3054也可以连接一个光栅伺服电机，两个光栅伺服电机共同驱动传动带运动，光栅伺服电机3055、光栅滑道3056以及主动轮Ⅱ3054均固定在光栅屏蔽外壳301的内壁上，通过光栅伺服电机3055驱动其所对应的光栅板在光栅滑道3056内滑动。

实施例3

如图13所示，本实施例中的光栅驱动机构305包括主动轮Ⅰ3053、主动轮Ⅱ3054、光栅滑道3056以及两个光栅伺服电机3055，主动轮Ⅰ3053与其中一个光栅伺服电机3055相连，主动轮Ⅱ3054与另一个光栅伺服电机3055相连，光栅滑道3056设置在光栅板的两侧，光栅滑道3056的外侧壁上设置有齿带Ⅱ3057，主动轮Ⅰ3053、主动轮Ⅱ3054均为齿轮且均与齿带Ⅱ3057啮合，两个光栅伺服电机3055和光栅滑道3056均固定在光栅屏蔽外壳301的内壁上，通过两个光栅伺服电机3055驱动光栅板在光栅滑道3056内滑动。

显然，以上三个实施例，仅仅是光栅驱动机构的其中三种不同形式，对于本领域技术人员来说，用于驱动光栅板的驱动方式还有很多种，故在此处不再一一进行限定。

以下对本发明进行详细阐述：

四维单源γ刀，四维是指四维单源γ刀的智能投照系统既能从直角坐标系的XYZ任意方向对靶进行静态的聚焦照射治疗，而且能够在时间维度上对人体胸腔、腹腔和心脏等部位的随呼吸或心跳移位的靶进行即时精准的位移跟踪聚焦照射治疗，故称之为四维。单源是指系统只使用一个密封⁶⁰钴源，β射线被屏蔽吸收结构过滤掉，可以减少皮肤剂量，只利用穿透能力、组织传能线密度很好的γ射线。γ射线经过源闸开孔光纤锥柱透镜初级准直器、源闸次级准直器、四对八向光栅自主适形即时调整三级准直器，把γ射线治疗束的形状和大小，即时调整到照射方向靶投影的形状和大小，光野边界调整精度为微米级，光野最小达到亚毫米级，使得聚焦照射的半影控制达到最小（各向左+右小于3毫米，远远小于现行世界标准要求的单边小于10毫米的要求）。三级准直器的八块光栅板各自由伺服电机控制，快速精准，可以调节光野为圆形（最大光野时）、三边形至八边形的任意形状，使得三维四维单源γ刀适应任何形状的靶的适形治疗。准直器精准适形、机器人精准聚焦、超小半影控制、放射治疗计划系统强大的靶组织吸收剂量规划能力，使得靶边沿外剂量断崖式下降，犹如外科手术刀切除的效果，因而，称为γ刀。机器人臂调节源焦距使得不同方向上的入射剂量率不同，调节源焦距和入射方向上的剂量率时间积分使得不同入射方向上的入射剂量不同，放射治疗计划系统从360度方向个性规划所有入射方向的入射剂量率、入射剂量，既保证靶组织的吸收剂量精准和剂量分布均匀，同时又个性化剂量保护灵敏细胞、重要组织和器官。

自动协同治疗床包括时间同步系统，床板可在±X、±Y、±Z坐标轴向自由精准协同运动。床板的零位是：床板长2200mm（优选而不限于），宽600mm（优选而不限于），床板的中点。床板在Y坐标轴的平移区间为﹢500mm﹣1100mm（优选而不限于），满足几乎所有患者尾骨尖至头部的靶的治疗，床面平移即可。下肢足端的治疗还可以采用反向仰卧体位即足朝向床的头端的仰卧体位，治疗计划系统能够自适应体位的反向选择。可升降底座支架安装位在床板的足端，可以调整固定床板距离水平地面800-1550mm（优选而不限于），床面距离水平地面高1400mm（优选而不限于）为Z坐标轴零位，即床板在Z坐标轴的平移区间为﹢150mm，﹣600mm（优选而不限于），病人上下床使用单独的可搬动的台阶。床板在X坐标轴的平移区间为±250mm（优选而不限于），特殊宽体患者可以在固定患者体位时将身体的靶侧向床中心线平移，治疗计划系统会自适应靶位在Z坐标轴方向平移的选择。床板集成体由低原子序数、低密度、γ射线吸收率反射率低的材料制造，优选碳纤维材料制造。多靶治疗时协同治疗床能自动移靶对焦。所述性能特征参数仅仅是优选的参数，但不限于所述的参数。包括基准定位坐标系统、时间同步系统、台旁控制系统、放疗技师操控台控制系统、中央控制器控制系统等。

放射治疗计划系统包括放疗医师处方系统、放疗技师操控台、患者信息、疾病信息库、医学基础数据库、源活度数据库、原子钟同步授时系统库、放射剂量数据库、坐标数据库、影像处理系统数据库、角度跟踪数学模型系统数据库、放疗计划系统数据库等，经过核心算法、模型算法等形成控制指令。

人机交互系统将放射治疗计划系统中形成的控制指令下达到集成控制系统，智能追踪系统中的传感器将位置信息传达给集成控制系统，集成控制系统向机器人系统反馈信息，机器人关节结构动作，从而对γ源棒和准直器系统的位置实现精准控制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：包括放射治疗计划系统（11）、智能追踪系统（12）、自动协同治疗床（13）、机器人系统（14）、放射源（15）、人机交互系统（16）和集成控制系统（17），其中，放射治疗计划系统（11）通过网络分别与自动协同治疗床（13）、智能追踪系统（12）、机器人系统（14）、放射源（15）、人机交互系统（16）和集成控制系统（17）相连，机器人系统（14）与放射源（15）相连，自动协同治疗床（13）、机器人系统（14）、智能追踪系统（12）、放射源（15）、人机交互系统（16）均与集成控制系统（17）相连；机器人系统（14）设置在自动协同治疗床（13）的一侧；放射源（15）包括γ源棒（102）和准直器系统（18），该准直器系统（18）包括初级准直器（1）、源闸次级准直器（2）和光栅准直器（3），所述初级准直器（1）的底部开设有安装槽Ⅰ（4），源闸次级准直器（2）的顶部安装在安装槽Ⅰ（4）内，源闸次级准直器（2）的底部开设有安装槽Ⅱ（5），光栅准直器（3）的顶部安装在安装槽Ⅱ（5）内。

2.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述智能追踪系统（12）为放置在体表皮肤上的位置传感器（19），位置传感器（19）直接与集成控制系统（17）相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述机器人系统（14）为三维五轴智能机器人臂，该三维五轴智能机器人臂的一端安装在自动协同治疗床（13）的前端，放射源（15）安装在该三维五轴智能机器人臂的自由端。

4.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述初级准直器（1）包括源罐屏蔽外壳（101），源罐屏蔽外壳（101）内沿中心轴线方向开设有用于放置γ源棒（102）的γ源腔（103）和用于放置光纤锥柱透镜（104）的源罐开孔光纤锥腔（105），所述源闸次级准直器（2）包括源闸屏蔽外壳（201），源闸屏蔽外壳（201）内沿中心轴线方向开设有用于放置凸柱透镜（202）的源闸开孔透镜腔（203），所述光栅准直器（3）包括光栅屏蔽外壳（301），所述源罐开孔光纤锥腔（105）通过源闸开孔透镜腔（203）与光栅准直器（3）的内腔相连通。

5.根据权利要求4所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述源罐屏蔽外壳（101）的顶部沿周向设置有若干个用于安装该初级准直器（1）的安装孔（106）。

6.根据权利要求4所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述源闸屏蔽外壳（201）的顶部设置有与安装槽Ⅰ（4）相匹配的环形凸起Ⅰ（204），该环形凸起Ⅰ（204）与源闸屏蔽外壳（201）一体设置，所述源闸屏蔽外壳（201）的顶端沿中心轴线方向设置有梯台并在梯台处卡设有用于安装凸柱透镜（202）的螺丝盖圈（205），凸柱透镜（202）与螺丝盖圈（205）螺纹连接，螺丝盖圈（205）的顶端设置有弹簧圈（206），弹簧圈（206）与光纤锥柱透镜（104）的底端紧密接触。

7.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述初级准直器（1）、源闸次级准直器（2）和光栅准直器（3）从上到下依次设置且三者均安装在安装架（6）上。

8.根据权利要求6所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述源闸屏蔽外壳（201）的内部沿水平方向设置有闸芯腔（207）并在闸芯腔（207）内滑动设置有闸芯块（208），所述闸芯腔（207）依次与与源闸开孔透镜腔（203）、源罐开孔光纤锥腔（105）相连通，所述闸芯块（208）上沿竖直方向开设有通孔Ⅰ（2081）。

9.根据权利要求8所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述通孔Ⅰ（2081）的直径与源闸开孔透镜腔（203）的直径相同。

10.根据权利要求8所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述闸芯块（208）的一端侧壁上固设有至少一根闸芯滑杆（2082），闸芯块（208）的另一端侧壁上固设有闸芯主传杆（2083），所述闸芯滑杆（2082）和闸芯主传杆（2083）的自由端均贯穿源闸屏蔽外壳（201），其中，闸芯主传杆（2083）的自由端贯穿源闸屏蔽外壳（201）后与闸芯驱动机构（8）相连且闸芯主传杆（2083）的自由端在端部位置处设置有机械闭闸器（7）。

11.根据权利要求10所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述机械闭闸器（7）包括焊接在闸芯主传杆（2083）的自由端上的限位板Ⅰ（701）、套设在闸芯主传杆（2083）外侧的复位弹簧（702）以及焊接在安装架（6）上的限位板Ⅱ（703），复位弹簧（702）的两端分别与限位板Ⅰ（701）和限位板Ⅱ（703）相连，限位板Ⅱ（703）上开设有用于闸芯主传杆（2083）穿过的通孔Ⅱ（704）。

12.根据权利要求10所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述闸芯驱动机构（8）包括设置在安装架（6）上的闸芯伺服电机（801）和与闸芯伺服电机（801）相连的驱动轮（802），闸芯主传杆（2083）的自由端上设置有与驱动轮（802）相啮合的齿带Ⅰ（803）。

13.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述光栅准直器（3）的内腔中从上到下依次设置有四组自主光栅，每一组自主光栅均包括两块平行设置的光栅板。

14.根据权利要求13所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述的四组自主光栅分别为0°方向自主光栅（307）、90°方向自主光栅（302）、135°方向自主光栅（303）和45°方向自主光栅（304），每一块光栅板均呈柱型且每一块光栅板的顶端均设置有用于驱动该光栅板的光栅驱动机构（305），其中，0°方向自主光栅（307）中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系y轴方向平行，90°方向自主光栅（302）中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴方向平行，135°方向自主光栅（303）中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为135°，45°方向自主光栅（304）中的任意一块光栅板的中心轴线与水平坐标系x轴的夹角为45°。

15.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述安装槽Ⅰ（4）呈环形，安装槽Ⅰ（4）位于源罐屏蔽外壳（101）的底部中心位置处。

16.根据权利要求4所述的一种基于四维单源γ刀的智能投照系统，其特征在于：所述光栅屏蔽外壳（301）的顶部设置有与安装槽Ⅱ（5）相匹配的环形凸起Ⅱ（306），环形凸起Ⅱ（306）与光栅屏蔽外壳（301）一体设置。