CN110812717A - 一种全周球面立体定向放疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全周球面立体定向放疗装置，包括X波段加速器、多叶准直器、治疗床、影像系统、EPID、固定机架和旋转机架，所述旋转机架可转动的设于所述固定机架，所述治疗床相对于所述固定机架固定，所述影像系统设于所述旋转机架，所述X波段加速器和所述多叶准直器相连，所述X波段加速器设于所述旋转机架，以使所述X波段加速器对治疗中心形成球面照射；所述EPID设于所述旋转机架，并且所述EPID和所述X波段加速器的射束正交，以接收剩余射束。上述全周球面立体定向放疗装置，能够对患者进行全周球面立体定向放射治疗。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种全周球面立体定向放疗装置。
背景技术
众所周知，立体定向放射治疗始于20世纪50年代，最早由瑞典神经外科专家LarsLeksell提出“放射外科”，为了治疗颅内良性病变，通过一次放射治疗给予照射区的细胞，以产生与外科手术类似的效果。这种单次大剂量精准照射技术称之为“立体定向放射外科(SRS)”。
从80年代开始在医用加速器上采用等中心非共面多弧旋转来实现X射线的SRS治疗，应用范围逐步由治疗颅内良性病变扩展到治疗颅内恶性肿瘤。
随着SRS在全球的推广应用，一些放疗中心开始使用少分次的大分割剂量照射模式，并定义为“立体定向放射治疗(SRT)”。20世纪90年代初，SRT技术开始应用到颅外肿瘤的治疗，如肺、肝上的恶性肿瘤，由此“体部立体定向放射治疗(SBRT)”逐步被认识并开始在临床广泛开展。而与颅内肿瘤不同的是，胸腹部肿瘤受体内器官运动的影响较大，为了精准地照射肿瘤靶区，逐步发展了图像引导设备、体内器官运动控制系统。SBRT属于一种图像引导的放疗IGRT。SBRT多辐射光束(射束)精确的聚焦在目标组织上，导致了特定区域的剂量的集聚。实现球面照射是放疗行业共同的追求。然而目前市面上所有设备都无法提供满足体部的全周球面的立体定向照射。
发明内容
本发明的目的是提供一种全周球面立体定向放疗装置，能够对患者进行全周球面立体定向放射治疗。
为实现上述目的，本发明提供一种全周球面立体定向放疗装置，包括X波段加速器、多叶准直器、治疗床、影像系统、EPID、固定机架和旋转机架，所述旋转机架可转动的设于所述固定机架，所述治疗床相对于所述固定机架固定，所述影像系统设于所述旋转机架，所述X波段加速器和所述多叶准直器相连，所述X波段加速器设于所述旋转机架，以使所述X波段加速器对治疗中心形成球面照射；所述EPID设于所述旋转机架，并且所述EPID和所述X波段加速器的射束正交，以接收剩余射束。
可选地，还包括呼吸运动管理系统，用以实时监控在治疗过程中的运动肿瘤。
可选地，所述X波段加速器设有摆动机构，所述摆动机构和沿前后方向延伸的齿轨配合，以使所述X波段加速器在所述摆动机构的驱动下沿着所述齿轨摆动。
可选地，所述X波段加速器设有沿竖直方向设置的丝杠，所述丝杠和驱动部相连，以使所述X波段加速器在所述驱动部的驱动下沿着所述丝杠运动。
可选地，所述治疗床的底部设有升降立柱，用以调节所述治疗床的位置。
可选地，所述影像系统包括至少两组影像组件，任一所述影像组件包括X线球管、限束器和平板接收器，所述X线球管和所述限束器相连，所述平板接收器位于所述X线球管和所述限束器两者的相对一侧，用以接收所述X线球管发射的射线。
可选地，两组所述影像组件对称设置在所述治疗床的两侧，用以实时获取三维影像并监测治疗位置。
可选地，所述影像系统还包括设于所述EPID的外侧、和所述X波段加速器的射束正交的射线阻挡器。
可选地，所述影像系统具体为能够获取能谱图像的影像系统。
可选地，所述影像组件连接有显示组件，以使对所述影像组件采集到的三维影像和预设图像进行比对，得到准确的治疗位置。
相对于上述背景技术，本发明提供的全周球面立体定向放疗装置，从X波段加速器射出的射束，经过多叶准直器，通过叶片位置的变化实现对射束的“通过”与“关断”。通过的射束在等中心处(治疗中心处)形成与病灶形状一致的“适形射束”，用于对病灶施照。由于多叶准直器的灵活高效，也可以同时实现对多个病灶的适形，提高治疗效率。与此同时，穿过人体的剩余射束被与其正交的EPID接收，用于对病灶处实际施照剂量的评估，可以作为疗效评价依据也可以作为下次治疗计划制定的基础。由于旋转机架可转动的设于固定机架，安装在旋转机架上的X波段加速器可以围绕等中心前后摆动，并且做全周旋转，形成全周球面照射，显著提升治疗效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置的结构图；
图2为本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置的侧视图；
图3为本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置的X波段加速器在运行过程中的局部示意图；
图4为图3中的X波段加速器在最大源轴距时的示意图；
图5为图3中的X波段加速器在最小源轴距时的示意图；
图6为本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置的全周球面照射范围示意图；
图7为本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置的影像系统的示意图。
其中：
X波段加速器1、多叶准直器2、治疗床3、影像系统4、呼吸运动管理系统5、EPID6、固定机架7、旋转机架8、摆动机构9、齿轨10、丝杠11、驱动部12、X线球管13、限束器14、平板接收器15、MV级平板接收器16、射线阻挡器17。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例所提供的全周球面立体定向放疗装置，如说明书附图1至附图7所示，包括X波段加速器1、多叶准直器2、治疗床3、影像系统4、EPID6、固定机架7和旋转机架8。
固定机架7作为全周球面立体定向放疗装置的安装基准，放置于地面上，旋转机架8可转动的设于固定机架7，旋转机架8可通过轴承安装于固定机架7，旋转机架8呈桶状，治疗床3设于旋转机架8中，治疗床3和固定机架7之间的相对位置可保持固定。
X波段加速器1和多叶准直器2相连，X波段加速器1可具体为小型轻量化的X波段加速器，X波段加速器1设于旋转机架8，当旋转机架8相对于固定机架7旋转时，则X波段加速器1和旋转机架8同步运动，也即X波段加速器1能够围绕治疗床3旋转。
以说明书附图1和附图2所示的方位为例，多叶准直器2连接于X波段加速器1的下方，治疗床3位于多叶准直器2的下方，从X波段加速器1射出的射束，经过多叶准直器2，通过多叶准直器2的叶片位置的变化实现对射束的“通过”与“关断”。通过的射束在等中心处(治疗中心处)形成与病灶形状一致的“适形射束”，用于对病灶施照。由于多叶准直器的灵活高效，也可以同时实现对多个病灶的适形，提高治疗效率。
为了确保照射的精准，需要对射束形状进行“雕琢”，使得射束形状与肿瘤投影形状在等中心相一致，以确保治疗效果。本文采用多叶准直器2可以实现对肿瘤边缘的精细“刻画”。其中，X波段加速器1和多叶准直器2的具体设置方式均可参考现有技术。
需要进行放射治疗的患者躺在治疗床3上，治疗床3可具体为可升降床，其底部可设置四根升降立柱，分别位于治疗床3的四个顶角处，每根升降立柱可独立升降；当四根升降立柱同步伸缩时，治疗床3的高度即可调节；当四根升降立柱独立伸缩时，治疗床3的的前后俯仰角度以及左右翻滚角度均可调节，以确保治疗床3能够载着患者精确到达治疗位置，并能够实现多种方向的位置自动纠正。
EPID是英文Electronic Portal Imaging Device的缩写，中文即为电子射野影像装置。EPID6位于治疗床3的下方，且EPID6安装于旋转机架8，EPID6和旋转机架8两者可同步旋转；也即EPID6始终和X波段加速器1保持在同一直线上，如此设置，穿过人体的剩余射束被与其正交的EPID6接收，用于对病灶处实际施照剂量的评估，可以作为疗效评价依据也可以作为下次治疗计划制定的基础。
全周球面立体定向放疗装置还可设有呼吸运动管理系统5，在治疗胸腹部运动肿瘤时，可通过影像系统4对病灶位置以及形状进行实时监测，配备呼吸运动管理系统5(可以集成包含红外体表追踪、主动呼吸系统等相关技术或系统)对治疗过程进行控制，使得对运动肿瘤的治疗达到精准。换句话说，倘若全周球面立体定向放疗装置用来治疗运动肿瘤，需要通过呼吸运动管理系统5对运动肿瘤进行监测，使得照射更精确。
X波段加速器1设有摆动机构9，摆动机构9和沿前后方向延伸的齿轨10配合，以使X波段加速器1在摆动机构9的驱动下沿齿轨10摆动。
如说明书附图3所示，齿轨10沿着治疗床3的长度方向设置，摆动机构9能够在齿轨10上运动，且摆动机构9安装于X波段加速器1，当摆动机构9沿齿轨10运动时，即可带动X波段加速器1在齿轨10上运动。也即，为了防止局部剂量的累积，需要从不同的角度对病灶进行照射。X波段加速器1在摆动驱动9的驱动下，沿着齿轨10前后摆动，使得射束中心始终在等中心处；当然，本文只描述一种摆动实现方式，其他诸如多轴复合运动、连杆机构等其他沿等中心的摆动实现方式也可应用在本文中，理应视为本文的保护范围。
参考说明书附图4和附图5，说明书附图4示出了最大SAD(max SAD)的情形，说明书附图5示出了最小SAD(min SAD)的情形。X波段加速器1设有沿竖直方向设置的丝杠11，丝杠11和驱动部12相连，以使X波段加速器1在驱动部12的驱动下沿着丝杠11运动。也即，为适应不同部位的治疗需要，提高治疗效率和效果，X波段加速器1在丝杠11的带动下，通过驱动部12的驱动，实现在不同角度沿着射束中心做靠近和远离等中心的运动，用以改变SAD(射束源到治疗距离即源轴距)；当然，本文仅描述了一种改变SAD的具体实施方式，还可采用诸如皮带、链条等其他以实现往复运动，从而带动X波段加速器1沿着射束方向靠近或远离等中心，实现不同源轴距(SAD)施照，显然不同的SAD也可以实现球面照射。
可以看出，本文中的X波段加速器1，其射束源到治疗距离即源轴距(SAD)是可变的，其能够围绕治疗中心进行前后方向的摆动，从而使得射束能够从不同的角度投照到治疗位置，同时X波段加速器1能够随着旋转机架8围绕治疗中心做360度的旋转。如此设置，使得X波段加速器1所发出的射束在治疗中心处各个方向的射束集中在一起成为一个球面，也即射束能够在全周范围内多种角度向治疗中心投照，形成球面照射，如说明书附图6所示。
为了确保投照位置的准确性，全周球面立体定向放疗装置设有影像系统4。针对影像系统4的具体设置方式，如说明书附图7所示，包括至少两组影像组件，两组影像组件可对称设置在治疗床3的两侧；任意一组影像组件包括X线球管13、限束器14和平板接收器15，X线球管13和限束器14相连，平板接收器15位于X线球管13和限束器14两者的相对一侧，用以接收X线球管13发射的射线。位于EPID6的下方还设有MV级平板接收器16和射线阻挡器17。
影像系统4可由两组影像组件以等中心成一定角度对称布置，并随旋转机架8同步旋转。平板接收器16可跟随旋转机架8同步旋转，即可实现CBCT模式。两个平板接收器15可单独运动，亦可同步运动。当然，通过扫描获得能谱CBCT图像，扫描次数可以是单次，也可以是多次。
可以看出，由两组相对的X线球管13和平板接收器16在等中心处按照一定的角度对称布置。呈角度设置的影像组件能够获取等中心处的二维影像，用以评估照射位置的准确性，这种评估也可以在治疗的过程中进行，即实时定位影像。通过旋转机架8带动影像组件的旋转，扫描得到锥形束CT三维图像，这种图像也可以是能谱图像，增加低对比度图像的清晰度，通过一套影像系统4即可实现二维和三维图像的获取，且定位检测面、实时监测面和治疗面在同一个面上。
影像系统4既可以对投照位置进行实时的监测，也可以获取三维定位影像，并且还可具有能谱图像的获取功能。其特点在于定位面、监测面、治疗面是相同的，具有更高的临床价值。
在使用过程中，需要进行放射治疗的患者躺在治疗床3上，由操作人员进行初始位置的摆放并固定不动。为了确定位置的准确性，开启装置，由旋转机架8带动影像系统4旋转扫描，得到三维CBCT图像，可通过显示组件(可以为显示屏等)与计划图像的比对，得到位置偏差(或前后左右的平移误差、或俯仰摇摆的角度误差)，超出误差允许范围时，治疗床3将自动调整床面以达到误差范围之内，锁定不动。X波段加速器1在治疗计划的驱动下，产生的治疗射束通过多叶准直器2，使得投照到等中心的射束形状与病灶形状一致。治疗过程中，影像系统4可以实时出束，得到位置的实时图像，用于治疗位置的实时比对确认。如果是治疗运动肿瘤，需要通过呼吸运动管理系统5对运动肿瘤进行监测，使得照射更精确。穿过病灶和人体的剩余射束，被EPID6接收，用于对病灶处剂量的评估。穿过EPID6的射线，由射线阻挡器17吸收，防止超量射线漏射到外部。
本发明所提供的全周球面立体定向放疗装置，能够实现全周角度的球面立体定向照射，具有可变的SAD，融合了能谱CBCT技术的实时影像系统。为临床提供精准的、可信赖的肿瘤治疗装置。全周球面立体定向放疗装置采用环形机架布局的X波段加速器，通过X波段加速器的摆动以及围绕治疗中心的转动，在治疗中心处形成球形射束投照，并且集成了MV级EPID和双kV级的影像系统，兼顾了图像质量与采集时间，并且能够实现CBCT的三维图像采集。
以上对本发明所提供的全周球面立体定向放疗装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，包括X波段加速器(1)、多叶准直器(2)、治疗床(3)、影像系统(4)、EPID(6)、固定机架(7)和旋转机架(8)，所述旋转机架(8)可转动的设于所述固定机架(7)，所述治疗床(3)相对于所述固定机架(7)固定，所述影像系统(4)设于所述旋转机架(8)，所述X波段加速器(1)和所述多叶准直器(2)相连，所述X波段加速器(1)设于所述旋转机架(8)，以使所述X波段加速器(1)对治疗中心形成球面照射；所述EPID(6)设于所述旋转机架(8)，并且所述EPID(6)和所述X波段加速器(1)的射束正交，以接收剩余射束。
2.根据权利要求1所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，还包括呼吸运动管理系统(5)，用以实时监控在治疗过程中的运动肿瘤。
3.根据权利要求1所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述X波段加速器(1)设有摆动机构(9)，所述摆动机构(9)和沿前后方向延伸的齿轨(10)配合，以使所述X波段加速器(1)在所述摆动机构(9)的驱动下沿着所述齿轨(10)摆动。
4.根据权利要求1所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述X波段加速器(1)设有沿竖直方向设置的丝杠(11)，所述丝杠(11)和驱动部(12)相连，以使所述X波段加速器(1)在所述驱动部(12)的驱动下沿着所述丝杠(11)运动。
5.根据权利要求1所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述治疗床(3)的底部设有升降立柱，用以调节所述治疗床(3)的位置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述影像系统(4)包括至少两组影像组件，任一所述影像组件包括X线球管(13)、限束器(14)和平板接收器(15)，所述X线球管(13)和所述限束器(14)相连，所述平板接收器(15)位于所述X线球管(13)和所述限束器(14)两者的相对一侧，用以接收所述X线球管(13)发射的射线。
7.根据权利要求6所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，两组所述影像组件对称设置在所述治疗床(3)的两侧，用以实时获取三维影像并监测治疗位置。
8.根据权利要求6所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述影像系统(4)还包括设于所述EPID(6)的外侧、和所述X波段加速器(1)的射束正交的射线阻挡器(17)。
9.根据权利要求7所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述影像系统(4)具体为能够获取能谱图像的影像系统。
10.根据权利要求7所述的全周球面立体定向放疗装置，其特征在于，所述影像组件连接有显示组件，以使对所述影像组件采集到的三维影像和预设图像进行比对，得到准确的治疗位置。
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