CN110215622A - 一种放疗设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种放疗设备及其使用方法，相对于现有技术采用单个X射线源旋转放疗目标进行多角度X射线扫描成像，由于扫描过程中成像物体处于运动状态，容易对重建后的图像带来运动伪影，导致重建后的图像分辨率低的问题，本发明的技术方案在X射线扫描成像的过程中，成像物体始终处于静止状态，避免运动伪影的出现，获取的放疗目标的三维图像分辨率高，有利于更好地判断出靶区大小及位置。在放射治疗的过程中，本发明相对于现有的单一X射线进行放疗的技术，本发明分散了X射线的辐照，降低了正常组织受到的辐照，减少了正常组织在放射治疗中受到的损伤。

Description

一种放疗设备及其使用方法

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种放疗设备及其使用方法。

背景技术

放射治疗是重要的肿瘤治疗手段，目前已经进入精确放射治疗时代。精确放疗的最大优势体现在精确打击肿瘤，正常组织损伤轻微，但实现这一目标需具备准确发现肿瘤、精准定位肿瘤和精细控制肿瘤动度等条件，这些前提条件都需要通过影像引导技术来实现。因此，影像引导技术是精确放疗发展的必要条件和质量保证，它的成像质量、速度和模式很大程度上影响了放疗的结果。基于小动物放疗模型相关应用研究，对于究肿瘤与正常组织的放射生物机制、以及临床肿瘤放射治疗研究具有重要意义。

目前主流的影像引导的小动物放疗设备，先对小动物进行精确的二维或三维成像，然后根据成像靶区目标制定放射治疗方案，最后按照制定好的方案引导放射源对小动物实施精确的放疗，可以对小动物特定器官、特定组织区域，进行特定剂量的体内X射线照射。

现有的影像引导小动物放疗技术中图像引导和放射治疗采用两套系统协同完成，其中锥束CT成像系统完成图像采集和重建，根据重建影像对靶区进行定位，再引导放射源进行靶区治疗。锥束CT系统采用单个X射线源与探测器组成，旋转放疗目标进行多角度X射线扫描成像，由于扫描过程中成像物体处于运动状态，因此对重建后的图像带来运动伪影，导致图像空间分辨率降低；放射治疗系统采用一套能量更高的X射线源对目标靶区进行照射治疗，由于采用单个放射源，治疗效率不高，并且在X射线路径上正常组织的辐照风险高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种放疗设备及其使用方法，旨在解决现有的放疗系统获取放疗目标的图像分辨率低以及放疗过程中正常组织辐照高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种放疗设备，其特征在于，包括：环状机架、阵列式X射线源组、X射线探测器、运动平台以及控制器，所述阵列式X射线源组包括多个X射线源，所述放疗设备还包括与所述X射线源的个数相同的限束器，所述控制器分别与所述X射线源、所述限束器、所述X射线探测器和所述运动平台电性连接；

多个所述X射线源依次排列设置在所述环状机架上，每个所述X射线源的X射线发射端安装有所述限束器，所述X射线探测器安装在所述环状机架上，所述运动平台设置在所述阵列式X射线源和所述X射线探测器之间，所述运动平台可旋转以及移动，放疗目标放置在所述运动平台上，所述阵列式X射线源组发射的X射线经过所述放疗目标后的投影落在所述X射线探测器上。

进一步地，所述放疗设备还包括：放疗目标固定装置；

所述放疗目标固定装置安装在所述运动平台上，所述放疗目标收容于所述放疗目标固定装置中。

进一步地，所述X射线探测器具体为数字平板探测器，所述阵列式X射线源组发射的X射线经过所述放疗目标后的投影落在所述数字平板探测器的有效成像面。

进一步地，所述放疗设备还包括：旋转电机，所述旋转电机与所述控制器电性连接，所述旋转电机的输出轴与所述运动平台连接，所述控制器控制所述旋转电机带动所述运动平台旋转。

进一步地，设水平面任一方向为X轴方向，在水平面与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述放疗设备还包括：X轴位移电机，所述X轴位移电机与所述控制器电性连接，所述X轴位移电机的输出轴与所述旋转电机的机身连接，所述控制器控制所述X轴位移电机带动所述运动平台沿X轴方向运动。

进一步地，所述放疗设备还包括：Y轴位移电机，所述Y轴位移电机与所述控制器电性连接，所述Y轴位移电机的输出轴与所述X轴位移电机的机身连接，所述控制器控制所述Y轴位移电机带动所述运动平台沿Y轴方向运动。

进一步地，所述放疗设备还包括：Z轴位移电机，所述Z轴位移电机与所述控制器电性连接，所述Z轴位移电机的输出轴与所述Y轴位移电机的机身连接，所述控制器控制所述Z轴位移电机带动所述运动平台沿Z轴方向运动。

进一步地，所述环状机架的圆心、所述阵列式X射线源组的中心以及所述X射线探测器的中心在同一直线上。

本发明还提供了一种放疗设备的使用方法，采用上述放疗设备，包括：

S1，所述控制器调节所述运动平台的位置，使所述阵列式X射线源组中的全部X射线源发射的X射线经过所述放疗目标后的投影均能够落在所述X射线探测器上；

S2，所述控制器控制所述阵列式X射线源组中的X射线源发射射线强度为第一射线强度的X射线，所述控制器调节所述限束器，使通过所述限束器的X射线的光束大小为第一光束大小，此时，所述X射线对所述放疗目标的覆盖角度为目标角度，所述X射线探测器获取的投影图像为目标投影图像；

S3，所述控制器控制所述运动平台旋转所述目标角度，并执行步骤S2；

S4，重复步骤S3至所述X射线对所述放疗目标总体的覆盖角度超过180°时，将得到的全部所述目标投影图像进行数据处理，得到所述放疗目标的三维图像，并根据所述放疗目标的三维图像确定靶区大小及位置；

S5，所述控制器控制所述阵列式X射线源组中的X射线源发射射线强度为第二射线强度的X射线，所述控制器调节所述限束器，使通过所述限束器的X射线的光束大小为第二光束大小，此时，全部所述X射线源发射的X射线形成射线聚焦点；

S6，所述控制器控制所述运动平台移动，使所述运动平台上的放疗目标的靶区移动到所述射线聚焦点处进行放射治疗。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种放疗设备及其使用方法，采用多个X射线源依次排布组成的阵列式X射线源组发射X射线对放疗目标进行扫描，并形成目标投影图像，当获取到目标投影图像后，旋转放疗目标，再次发射X射线，获取目标投影图像，多次旋转放疗目标后，将获取的全部目标投影图像进行处理，得到放疗目标的三维图像，相对于现有技术采用单个X射线源旋转放疗目标进行多角度X射线扫描成像，由于扫描过程中成像物体处于运动状态，容易对重建后的图像带来运动伪影，导致重建后的图像分辨率低的问题，本发明的技术方案在X射线扫描成像的过程中，成像物体始终处于静止状态，避免运动伪影的出现，获取的放疗目标的三维图像分辨率高，有利于更好地判断出靶区大小及位置。在放射治疗的过程中，本发明也采用多个X射线源依次排布组成的阵列式X射线源组发射X射线对放疗目标进行放射治疗，相对于现有的单一X射线进行放疗的技术，本发明分散了X射线的辐照，降低了正常组织受到的辐照，减少了正常组织在放射治疗中受到的损伤。

附图说明

图1是本发明实施例提供的放疗设备的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：1、环状机架；2、阵列式X射线源组；21、X射线源；3、X射线探测器；4、运动平台；5、限束器；6、放疗目标固定装置；10、第一射线强度的X射线；20、第二射线强度的X射线；100、放疗目标。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种放疗设备，包括：环状机架1、阵列式X射线源组2、X射线探测器3、运动平台4以及控制器，阵列式X射线源组2包括多个X射线源21，放疗设备还包括与X射线源21的个数相同的限束器5，控制器分别与X射线源21、限束器5、X射线探测器3和运动平台4电性连接。

多个X射线源21依次排列设置在环状机架1上，每个X射线源21的X射线发射端安装有限束器5，X射线探测器3安装在环状机架1上，运动平台4设置在阵列式X射线源21和X射线探测器3之间，运动平台4可旋转以及移动，放疗目标100放置在运动平台4上，阵列式X射线源组2发射的X射线经过放疗目标100后的投影落在X射线探测器3上。

本发明的一种放疗设备及其使用方法，采用多个X射线源依次排布组成的阵列式X射线源组发射X射线对放疗目标进行扫描，并形成目标投影图像，当获取到目标投影图像后，旋转放疗目标，再次发射X射线，获取目标投影图像，多次旋转放疗目标后，将获取的全部目标投影图像进行处理，得到放疗目标的三维图像，相对于现有技术采用单个X射线源旋转放疗目标进行多角度X射线扫描成像，由于扫描过程中成像物体处于运动状态，容易对重建后的图像带来运动伪影，导致重建后的图像分辨率低的问题，本发明的技术方案在X射线扫描成像的过程中，成像物体始终处于静止状态，避免运动伪影的出现，获取的放疗目标的三维图像分辨率高，有利于更好地判断出靶区大小及位置。在放射治疗的过程中，本发明也采用多个X射线源依次排布组成的阵列式X射线源组发射X射线对放疗目标进行放射治疗，相对于现有的单一X射线进行放疗的技术，本发明分散了X射线的辐照，降低了正常组织受到的辐照，减少了正常组织在放射治疗中受到的损伤。

另外，现有的影像引导小动物放疗技术中图像引导和放射治疗采用两套系统协同完成，其中锥束CT成像系统完成图像采集和重建，根据重建影像对靶区进行定位，再引导放射源进行靶区治疗，两套系统采用不同的X射线源。本发明中成像与放射治疗采用同一多源阵列式X射线源，避免成像与放疗两套系统切换引起的靶区定位误差，提高靶区定位精度。

仍参阅图1，放疗设备还包括：放疗目标100固定装置6。放疗目标100固定装置6安装在运动平台4上，放疗目标100收容于放疗目标100固定装置6中。

具体地，X射线探测器3具体为数字平板探测器，用于采集多源阵列式X射线源从不同角度扫描物体后的X射线衰减图像，阵列式X射线源组2发射的X射线经过放疗目标100后的投影落在数字平板探测器的有效成像面。

设水平面任一方向为X轴方向，在水平面与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向。放疗设备还包括：旋转电机(图中未示出)、X轴位移电机(图中未示出)、Y轴位移电机(图中未示出)以及Z轴位移电机(图中未示出)。旋转电机与控制器电性连接，旋转电机的输出轴与运动平台4连接，控制器控制旋转电机带动运动平台4旋转。X轴位移电机与控制器电性连接，X轴位移电机的输出轴与旋转电机的机身连接，控制器控制X轴位移电机带动运动平台4沿X轴方向运动。Y轴位移电机与控制器电性连接，Y轴位移电机的输出轴与X轴位移电机的机身连接，控制器控制Y轴位移电机带动运动平台4沿Y轴方向运动。Z轴位移电机与控制器电性连接，Z轴位移电机的输出轴与Y轴位移电机的机身连接，控制器控制Z轴位移电机带动运动平台4沿Z轴方向运动。

进一步地，环状机架1的圆心、阵列式X射线源组2的中心以及X射线探测器3的中心在同一直线上，使X射线探测器3获取到的投影图像的对称性更好，使最终得到的放疗目标100的三维图像更加清晰、准确。

本实施例提供的放疗设备的使用方法，包括：

S1，控制器调节运动平台4的位置，使阵列式X射线源组2中的全部X射线源21发射的X射线经过放疗目标100后的投影均能够落在X射线探测器3上；

S2，控制器控制阵列式X射线源组2中的X射线源21发射射线强度为第一射线强度的X射线10，控制器调节限束器5，使通过限束器5的X射线的光束大小为第一光束大小，此时，X射线对放疗目标100的覆盖角度为目标角度，X射线探测器3获取的投影图像为目标投影图像；

S3，控制器控制运动平台4旋转目标角度，并执行步骤S2；

S4，重复步骤S3至X射线对放疗目标100总体的覆盖角度超过180°时，将得到的全部目标投影图像进行数据处理，得到放疗目标100的三维图像，并根据放疗目标100的三维图像确定靶区大小及位置；

其中，目标角度一般大于60°，旋转两次后X射线对放疗目标100总体的覆盖角度即超过180°，此时得到了3组总共覆盖180°目标投影图像，将所得的所有投影图像进行数据处理，得到放疗目标100的三维图像。每次获取目标投影图像时，放疗目标均处于静止状态，避免运动伪影的出现，获取的放疗目标的三维图像分辨率高，有利于更好地判断出靶区大小及位置。

S5，控制器控制阵列式X射线源组2中的X射线源21发射射线强度为第二射线强度的X射线20，控制器调节限束器5，使通过限束器5的X射线的光束大小为第二光束大小，此时，全部X射线源21发射的X射线形成射线聚焦点；

可以理解的，这里的第一射线强度的X射线10以及限束器5的第一光束大小用于获取投影图像，因此其射线强度较弱，其光束大小较大，呈锥束发散状；第二射线强度的X射线20以及限束器5的第二光束大小用于放射治疗，因此其射线强度较强，其光束大小较小，近似平行光束，形成射线聚焦点。

S6，控制器控制运动平台4移动，使运动平台4上的放疗目标100的靶区移动到射线聚焦点处进行放射治疗。

在放射治疗的过程中，本发明采用多个X射线源依次排布组成的阵列式X射线源组发射X射线对放疗目标进行放射治疗，相对于现有的单一X射线进行放疗的技术，本发明使用了多个X射线源，因此在放疗剂量相同的情况下，本发明中的每个X射线源发射X射线的射线强度均低于现有的单一X射线的射线强度。因此本发明分散了X射线对正常组织的辐照，减少了正常组织在放射治疗中受到的损伤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种放疗设备，其特征在于，包括：环状机架、阵列式X射线源组、X射线探测器、运动平台以及控制器，所述阵列式X射线源组包括多个X射线源，所述放疗设备还包括与所述X射线源的个数相同的限束器，所述控制器分别与所述X射线源、所述限束器、所述X射线探测器和所述运动平台电性连接；

多个所述X射线源依次排列设置在所述环状机架上，每个所述X射线源的X射线发射端安装有所述限束器，所述X射线探测器安装在所述环状机架上，所述运动平台设置在所述阵列式X射线源和所述X射线探测器之间，所述运动平台可旋转以及移动，放疗目标放置在所述运动平台上，所述阵列式X射线源组发射的X射线经过所述放疗目标后的投影落在所述X射线探测器上。

2.如权利要求1所述的放疗设备，其特征在于，所述放疗设备还包括：放疗目标固定装置；

所述放疗目标固定装置安装在所述运动平台上，所述放疗目标收容于所述放疗目标固定装置中。

3.如权利要求1所述的放疗设备，其特征在于，所述X射线探测器具体为数字平板探测器，所述阵列式X射线源组发射的X射线经过所述放疗目标后的投影落在所述数字平板探测器的有效成像面。

4.如权利要求1所述的放疗设备，其特征在于，所述放疗设备还包括：旋转电机，所述旋转电机与所述控制器电性连接，所述旋转电机的输出轴与所述运动平台连接，所述控制器控制所述旋转电机带动所述运动平台旋转。

5.如权利要求4所述的放疗设备，其特征在于，设水平面任一方向为X轴方向，在水平面与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述放疗设备还包括：X轴位移电机，所述X轴位移电机与所述控制器电性连接，所述X轴位移电机的输出轴与所述旋转电机的机身连接，所述控制器控制所述X轴位移电机带动所述运动平台沿X轴方向运动。

6.如权利要求5所述的放疗设备，其特征在于，所述放疗设备还包括：Y轴位移电机，所述Y轴位移电机与所述控制器电性连接，所述Y轴位移电机的输出轴与所述X轴位移电机的机身连接，所述控制器控制所述Y轴位移电机带动所述运动平台沿Y轴方向运动。

7.如权利要求6所述的放疗设备，其特征在于，所述放疗设备还包括：Z轴位移电机，所述Z轴位移电机与所述控制器电性连接，所述Z轴位移电机的输出轴与所述Y轴位移电机的机身连接，所述控制器控制所述Z轴位移电机带动所述运动平台沿Z轴方向运动。

8.如权利要求1所述的放疗设备，其特征在于，所述环状机架的圆心、所述阵列式X射线源组的中心以及所述X射线探测器的中心在同一直线上。

9.一种放疗设备的使用方法，其特征在于，采用上述权利要求1至8任一项所述的放疗设备，包括：

S1，所述控制器调节所述运动平台的位置，使所述阵列式X射线源组中的全部X射线源发射的X射线经过所述放疗目标后的投影均能够落在所述X射线探测器上；

S2，所述控制器控制所述阵列式X射线源组中的X射线源发射射线强度为第一射线强度的X射线，所述控制器调节所述限束器，使通过所述限束器的X射线的光束大小为第一光束大小，此时，所述X射线对所述放疗目标的覆盖角度为目标角度，所述X射线探测器获取的投影图像为目标投影图像；

S3，所述控制器控制所述运动平台旋转所述目标角度，并执行步骤S2；

S4，重复步骤S3至所述X射线对所述放疗目标总体的覆盖角度超过180°时，将得到的全部所述目标投影图像进行数据处理，得到所述放疗目标的三维图像，并根据所述放疗目标的三维图像确定靶区大小及位置；

S5，所述控制器控制所述阵列式X射线源组中的X射线源发射射线强度为第二射线强度的X射线，所述控制器调节所述限束器，使通过所述限束器的X射线的光束大小为第二光束大小，此时，全部所述X射线源发射的X射线形成射线聚焦点；

S6，所述控制器控制所述运动平台移动，使所述运动平台上的放疗目标的靶区移动到所述射线聚焦点处进行放射治疗。