CN109011210A - 一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，包括放射治疗计划系统、智能追踪系统、三维数控治疗床、机器人系统、放射源辅助治疗系统、集成控制系统和三维双数字X射线透视系统，三维数控治疗床、机器人系统、智能追踪系统、三维双数字X射线透视系统、放射源、辅助治疗系统均与集成控制系统和放射治疗计划系统相连；该放射治疗系统通过设置在机器人系统臂端的放射源发出的准直适形调强γ射线束即时焦点跟踪360°聚焦投照，使得焦点获得数倍于其周围组织器官的辐射剂量而焦点边界外剂量断崖式下降，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。

Description

一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统

技术领域

本发明属于医学放射外科治疗领域，具体涉及一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统。

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，皮焦剂量比大、副作用大、严重并发症多发。

现在用于临床的放射治疗设备：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，上述现有设备的共同的缺陷是：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.焦皮剂量比低，周围器官组织剂量高受损伤严重，全身副作用严重；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。同时，60Co源立体定向治疗机（γ刀）：只能治疗头部肿瘤，装有201个（或197个）钴源，仅仅放射源的成本就很高。各源等中心、等剂量无差别照射，焦点周围组织器官损伤不可避免；⁶⁰Co源体部螺旋治疗机（螺旋γ刀）：使用30个或18个放射源，沿焦点的中轴线螺旋照射，各源等中心、等剂量无差别照射，焦点周围组织器官损伤不可避免；60Co治疗机：使用1个放射源，只能在额状面调整机头和入射束方向对病灶进行大的固定照射野的投照，治疗使得焦皮剂量比值小于一，为避免焦点外器官组织损伤必须分多次照射、疗程长、治疗并发症严重，治疗收益小；医用电子直线加速器、质子重离子加速器：设备结构复杂、价格昂贵。后装治疗机、X射线治疗机则安全性差、副作用大，几乎被淘汰；肿瘤会伴随人体呼吸或心跳而位移，所以放射区必须具有更大的范围，才能确保肿瘤能够接受到足够的放射剂量，但这增加了焦点周围的器官组织或灵敏细胞健康组织的放射损伤，产生难以预见的并发症。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，该放射治疗系统通过设置在机器人系统臂端的γ源棒发出的准直适形调强γ射线束三维激光聚焦投照，使得焦点获得数倍于其周围组织器官的辐射剂量而焦点边界外剂量断崖式下降，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刀的放射治疗系统，包括放射治疗计划系统、智能追踪系统、三维数控治疗床、机器人系统、放射源、辅助治疗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三维数控治疗床、智能追踪系统、机器人系统、放射源、辅助治疗系统和集成控制系统相连，三维数控治疗床与机器人系统相连，机器人系统与放射源相连，放射源与准直器系统相连，三维数控治疗床、机器人系统、智能追踪系统、放射源、辅助治疗系统均与集成控制系统相连；

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，所述智能追踪系统包括三维双数字X射线透视系统和放置在体表皮肤上的位置传感器，位置传感器和三维双数字X射线透视系统均直接与集成控制系统相连。

进一步的，所述三维双数字X射线透视系统包括C形臂框架、俯仰轴、转轴、滑轨、滑座以及两组透视机构，滑座安装在滑轨中，滑轨安装在治疗室的天花板上，滑座、俯仰轴、转轴以及C形臂框架依次连接，两组透视机构均安装在C形臂框架上，该透视机构包括相对设置的X射线源和X射线动态平板探测器。

进一步的，所述X射线源为千伏级，在28-150kv之间可调，X射线源与辅助治疗系统之间设置有高压发生器。

进一步的，所述辅助治疗系统包括人机交互系统和高压发生系统，人机交互系统包括放疗医师工作站、影像工作站和操作面板，高压发生系统通过高压发生器与X射线源相连，人机交互系统和高压发生系统均与集成控制系统相连。

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，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。

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螺纹连接，螺丝盖圈的顶端设置有弹簧圈，弹簧圈与光纤锥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，所述闸芯腔与源闸开孔透镜腔相连通，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的直径与与源闸开孔透镜腔的直径相同。

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设置在安装架上的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。

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：本发明提供一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，该放射治疗系统具有智能化高、多数情况下一次治愈原发癌或多处转移癌、皮焦比小、焦点剂量精准、癌周围的组织或器官分别得到个性化剂量保护而不受伤害等优点，具体来说，本发明具有以下技术效果：

1.本发明只使用一个γ源，即可实现放射外科治疗的智能系统，安全性得到提高；

2.本发明高度智能化，集成控制系统能智能分析影像数据，智能刻画靶和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，智能调节光栅适形投照，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；

3.焦点剂量精准，副作用小，一次治愈原发癌和多发转移癌，安全性高，操作简单，适合普及推广；

4.依据放射治疗计划系统的靶剂量要求智能建立三维非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射治疗计划；

5.智能追踪系统的跟踪精度达到微米级。且无须植入金标，治疗过程中无须影像学检测辅助；

6.从任何方向聚焦投照，非等中心投照控制入射剂量率，各向入射剂量率和入射剂量不同以个性化保护焦点周围的重要、敏感、灵敏的器官组织或细胞；

7.任意入射束方向，最小焦皮剂量比，周围灵敏细胞组织器官得到个性化剂量保护无损伤，无并发症；

8.放射治疗过程无血、无痛、无跟踪定位X射线辐射危害和定位干扰，对于不愿接受手术的患者或传统手术方式难以处理的病灶，四维单源γ刀是一个极佳的选择。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明中的三维双数字X射线透视系统、三维数控治疗床以及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、光栅驱动电机，3056、光栅滑道，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，9、放疗医师工作站，11、放射治疗计划系统，12、智能追踪系统，13、三维数控治疗床，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，20、三维双数字X射线透视系统，21、人机交互系统，22、高压发生系统，23、影像工作站，24、操作面板，25、C形臂框架，26、俯仰轴，27、转轴，28、滑轨，29、滑座，30、X射线源，31、X射线动态平板探测器，32、高压发生器。

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刀的放射治疗系统，如图1所示，包括放射治疗计划系统11、智能追踪系统12、三维数控治疗床13、机器人系统14、放射源15、辅助治疗系统16和集成控制系统17，三维数控治疗床13可以自动推送靶到三维坐标原点、可以在±X、±Y、±Z坐标方向的6自由度调整使得床和人体中的肿瘤最符合投照系统要求，受床旁控制、放疗技师操控台控制、集成控制系统控制；智能化的治疗计划系统用于提供全面的治疗设计和治疗方案。其中，放射治疗计划系统11通过网络分别与三维数控治疗床13、智能追踪系统12、机器人系统14、放射源15、辅助治疗系统16和集成控制系统17相连，所述机器人系统14为三维五轴智能机器人臂，三维数控治疗床13与、机器人系统14、集成控制系统17相连，机器人系统14与放射源15、集成控制系统17相连，放射源15与辅助治疗系统16相连，三维数控治疗床13、机器人系统14、智能追踪系统12、放射源15、辅助治疗系统16均与集成控制系统17相连；放射源15包括γ源棒102和准直器系统18，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。

所述智能追踪系统12包括三维双数字X射线透视系统20和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，三维双数字X射线透视系统20与影像工作站23、集成控制系统17相连。

如图2所示，所述三维双数字X射线透视系统20包括C形臂框架25、俯仰轴26、转轴27、滑轨28、滑座29以及两组透视机构，滑座29安装在滑轨28中，滑轨28安装在治疗室的天花板上，滑座29、俯仰轴26、转轴27以及C形臂框架25依次连接，两组透视机构均安装在C形臂框架25上，该透视机构包括相对设置的X射线源30和X射线动态平板探测器31。所述X射线源30为千伏级，在28-150KV之间可调，X射线源30与辅助治疗系统16之间设置有高压发生器32。所述辅助治疗系统16包括人机交互系统21和高压发生系统22，人机交互系统21包括放疗医师工作站9、影像工作站23和操作面板24，高压发生系统22通过高压发生器32与X射线源30相连，人机交互系统21和高压发生系统22均与集成控制系统17相连。

放射源15包括γ源棒102和准直器系统18，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。光纤锥柱透镜整体外形由上段的锥柱体和下段的圆柱体的结合体状，顶端设置球窝适形源棒端的半球状，锥状集束的光纤和腔壁反射准直γ射线到下段的圆柱透镜，以准直束向源闸的准直腔射出，起到初级准直器作用，光纤锥柱透镜具有准直γ射线治疗束和吸收β射线的作用。

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的直径与与源闸开孔透镜腔203的直径相同。

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以及固定在安装架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版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：

本发明所述的四维单源γ刀属于四维单源γ刀，四维是指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射线经过初级准直器和次级准直器限制最大光斑直径，再经过自动光栅准直器，在系统控制下随靶调节，实现适形放射治疗。准直器系统的半影很小、机器人放射投照系统精准聚焦、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，同时又个性化剂量保护灵敏细胞、重要组织和器官。

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。

辅助治疗系统除了人机交互系统和高压发生系统外，还具有影音功能，患者在术前可通过该系统播放影音，以达到放松的效果，有利于排除患者内心对手术的恐惧。

本发明在实施肺癌或其它癌症放射外科治疗的具体步骤大致如下：

1、每日四维单源γ刀工作前，设备工程师在放疗技师的配合下启动系统，检测系统性能，确保系统一切正常。

2、放射治疗预约：放射治疗由授权的高级放疗医师决定，授权的高级放疗医师在四维单源γ刀放射治疗系统内完整录入已经确诊的患者信息，完成预约。

3、确定靶和焦点。授权的高级放疗医师、放疗技师、医学影像医师共同在四维单源γ刀放射治疗系统内，依靠集成控制系统强大的数据运算能力和软件系统，完成患者医学影像信息收集采集获取储存，尤其是DR正位和侧位影像的预处理数据信息、CT和MRI检查影像的预处理数据信息，分析、刻画标识肿瘤或病灶（靶）、靶周围器官组织或灵敏细胞的三维形态和位置特征，确定靶和靶的平均组织吸收剂量、焦点和各个方向上的焦点大小即光斑直径。

4、建立静态焦点非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划。数据计算中心和治疗计划系统智能规划出一次或分次的静态焦点非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划；高级放疗医师审核治疗计划，或修正治疗计划中的参数（但必须描述理由备查），确认系统必须执行的静态焦点非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划。再次通过视频播放模拟放射治疗计划执行过程，审核确认系统必须执行的静态焦点非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划。

5、建立非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射治疗计划。

5.1、二位授权的放疗技师同时到场，接受患者、验证患者身份。确认机房环境状况、四维单源γ刀设备状况一切正常。开始下一步；

5.2、固定患者到三维数控治疗床上：四维单源γ刀是使用骨定位坐标系统、三维激光定位坐标系统、体表高性能组合式MEMS位置传感器——焦点位移跟踪三维数字坐标系统，三坐标系统配合实现患者定位、焦点定位、焦点位移跟踪、投照机器人跟随焦点进行激光定位非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射的放射外科治疗系统。

让患者平卧到三维数控治疗床上。注射镇静剂，剂量达到患者在整个治疗时间内处于睡眠状态。一边让患者熟悉机房环境，一边向患者介绍治疗过程不会疼痛、机器人臂要在身体周围移动、或远或近、或快或慢，设备很安全不会碰到身体、不要害怕、更不要挣扎移动身体。

把患者身体的特征性骨性定位坐标标记，如坐骨结节连线定位到床板中线的中点标记处附近，即三维激光定位坐标系统的“原点”附近。用患者固定系统固定约束绑缚患者身体在协同治疗床上。

5.3、设置移动焦点跟踪坐标系统：在患者前正中线的肿瘤位移关联度好的适当位置（肺癌时优选胸骨柄第4肋间水平或剑突与脐连线的中点），固定体表高性能组合式MEMS位置传感器——焦点位移跟踪三维数字坐标系统。

5.4、坐标系统融合：调整协同治疗床，使靶定位到激光定位坐标系统的“原点”附近；三维双数字X射线影像系统纵向的和水平向的焦点——影像接受器中点连线的交汇点同样定位到激光定位坐标系统的“原点”附近位置。放疗技师完成人工摆位，离开机房，关闭机房门，在放疗技师操控台操作三维双数字X射线透视系统，让患者憋气，首次点片。

数据计算中心统领影像处理分析系统分析刻画抓取点片中靶的典型形态和坐标数据，与系统中已有的靶和焦点数据比对，自动调整床位把系统刻画的“虚拟的靶的坐标原点（即放射治疗的焦点）”移动到设备基准定位坐标系的“原点”，完成靶的坐标系统与骨定位坐标系统、三维激光定位坐标系统的融合。

再次令患者憋气，点片。数据和运算中心获取时间同步的体表高性能组合式MEMS位置传感器——焦点位移跟踪三维数字坐标系统的数据、两个数字影像接受器的数据，建立虚拟的靶坐标系统并标识坐标原点（焦点）、骨定位坐标系统、三维激光定位坐标系统、体表高性能组合式MEMS位置传感器——焦点位移跟踪三维数字坐标系统的坐标特征数据关联，完成整个坐标系统融合。

5.5、建立移动焦点跟踪数学模型：放疗技师开启三维双数字X射线透视系统，对靶及其周围区域连续透视检查，时间覆盖三次平静呼吸、三次深呼吸、三次咳嗽。时间同步的两个数字影像接受器的动态影像数据被采集、传输、储存，数据中心和运算中心、影像工作站、运动靶典型特征分析刻画系统、运动靶图像识别抓取系统，抓取虚拟靶坐标系统的“原点”（即治疗的焦点）在基准激光定位坐标系统、投照激光定位坐标系统中随呼吸或心跳位移特征典型数据，获取时间同步的体表高性能组合式MEMS位置传感器三维数字坐标系统的特征数据即焦点位移关联特征典型数据，焦点位移特征典型数据与时间同步的MEMS位置传感器的焦点位移关联特征典型数据综合分析，智能建立随呼吸或心跳靶的位移跟踪数学模型。

5.6、智能制定非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划。放射治疗计划软件系统在数据中心和运算中心的统领下，综合分析授权的高级放疗医师处方系统数据、坐标系统数据、位移靶跟踪数学模型数据、人体正常器官组织灵敏细胞个性化剂量保护基础数据、靶组织平均吸收剂量和剂量均匀性要求数据、靶三维形态和坐标特征数据、放射源的即时活度和辐射剂量率特征数据、不同组织传能线密度基础数据、静态焦点非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划等数据，智能制定非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划。

6、申请审核、确定执行非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划。四维单源γ刀放射外科治疗系统智能制定的非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划后，放疗技师对放射治疗计划进行初审，然后申请授权的高级放疗医师对放射治疗计划再次审核、确认执行。

7、授权执行非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划。高级放疗医师审核、确定非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划，在四维单源γ刀放射外科治疗系统的放射治疗计划系统下，授权放疗技师执行放射治疗计划。

8、执行放疗规划。放疗技师得到授权的高级放疗医师的授权后，打开安全储源罐的机械锁。两位放疗技师各自输入自己的放射治疗计划执行电子密匙，再次确认放疗规化，开启中央控制器执行非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射治疗计划。三维五轴激光定位聚焦机器人投照系统，在集成控制系统、智能追踪系统和数据运算中心的统领下，综合放射治疗计划、焦点位移跟踪数学模型、体表高性能组合式MEMS位置传感器——焦点位移跟踪系统的即时数据，及时修正运行数据，完成精准的激光定位非等中心适形调强即时跟踪聚焦照射放射外科治疗计划。

9、放疗结束。程序停机。安全检测监控系统正常，开启机房门。放疗技师解除患者绑缚固定设施。患者被送回病房或觉醒后回家。

10、选择了分次放射治疗计划的患者，按照放射治疗计划的时间约定，重复上述步骤，完成后续的治疗。

四维单源γ刀是一套以非侵入方式治疗全身各部肿瘤和一些良性疾病适应症的智能化放射外科治疗系统。它可为患有手术无法或较难切除的肿瘤患者，或者正在寻求除手术以外的其它选择的患者提供一个无痛、非手术的治疗选择。

总治疗时间受患者具体的身体状况、疾病及靶的性质大小位置多少等特征、治疗计划的复杂性、剂量、投照方式及路径等因素影响，一次约为30～180分钟，也或许时间更短、更长，一些患者适合一次放射治疗计划，一些患者适合二至五次放射治疗计划。

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 (18)

1.一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，包括放射治疗计划系统（11）、智能追踪系统（12）、三维数控治疗床（13）、机器人系统（14）、放射源（15）、辅助治疗系统（16）和集成控制系统（17），其中，放射治疗计划系统（11）通过网络分别与三维数控治疗床（13）、智能追踪系统（12）、机器人系统（14）、放射源（15）、辅助治疗系统（16）和集成控制系统（17）相连，机器人系统（14）与放射源（15）相连，放射源（15）与辅助治疗系统（16）相连，其特征在于：三维数控治疗床（13）、机器人系统（14）、智能追踪系统（12）、放射源（15）、辅助治疗系统（16）均与集成控制系统（17）相连；

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刀的放射治疗系统，其特征在于：所述智能追踪系统（12）包括三维双数字X射线透视系统（20）和放置在体表皮肤上的位置传感器（19），位置传感器（19）和三维双数字X射线透视系统（20）均直接与集成控制系统（17）相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，其特征在于：所述三维双数字X射线透视系统（20）包括C形臂框架（25）、俯仰轴（26）、转轴（27）、滑轨（28）、滑座（29）以及两组透视机构，滑座（29）安装在滑轨（28）中，滑轨（28）安装在治疗室的天花板上，滑座（29）、俯仰轴（26）、转轴（27）以及C形臂框架（25）依次连接，两组透视机构均安装在C形臂框架（25）上，该透视机构包括相对设置的X射线源（30）和X射线动态平板探测器（31）。

4.根据权利要求3所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，其特征在于：所述X射线源（30）为千伏级，在28-150kV之间可调，X射线源（30）与辅助治疗系统（16）之间设置有高压发生器（32）。

5.根据权利要求4所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，其特征在于：所述辅助治疗系统（16）包括人机交互系统（21）和高压发生系统（22），人机交互系统（21）包括放疗医师工作站（9）、影像工作站（23）和操作面板（24），高压发生系统（22）通过高压发生器（32）与X射线源（30）相连，人机交互系统（21）和高压发生系统（22）均与集成控制系统（17）相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

7.根据权利要求6所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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）。

8.根据权利要求6所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

9.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

10.根据权利要求8所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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）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）。

11.根据权利要求10所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

12.根据权利要求10所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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）。

13.根据权利要求12所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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）。

14.根据权利要求12所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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）。

15.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

16.根据权利要求15所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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°。

17.根据权利要求1所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。

18.根据权利要求6所述的一种基于四维单源γ刀的放射治疗系统，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。