CN111557676A - 放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统及设备，包括，预处理模块，被配置为：对肿瘤组织进行预处理，采用荧光物质标记肿瘤组织；成像模块，被配置为：运用荧光成像技术实时生成肿瘤组织的图像；数据处理模块，被配置为：对成像模块生成的图像进行数据分析得到肿瘤组织随时间的形状、位置变化数据；运动模块，被配置为：根据形状、位置变化数据实时调节放射源位置和放射源的放射中心位置；实时根据肿瘤形状位置而改变放疗中心，提高了放疗精度，对靶区进行快速有效的放射治疗，高速有效，减小对肿瘤周围其他组织的损伤；并能快速给出要移动的距离运算速度快。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种放疗过程中由于肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统及设备。
背景技术
随着医工技术的不断结合，医用放射仪器已经得到了很大的改进，精度已经接近两毫米，但是在肿瘤放射过程中，肿瘤的大小形状位置可能会发生很细微的变化，因此就要考虑改变放疗中心需要随着肿瘤形状位置的改变而改变。现有的技术无法实现动态跟随肿瘤变化而改变放射中心，只能通过医生设计规划找寻新的放射中心。另外由于技术精度仍然有限，精准放疗还需很大调整。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，本申请提供了由于肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统，并采用精准的运动模块，此模块可通过控制放射源的精细运动，以此来实现肿瘤形状位置变化靶区进行对应的改变；本发明是一种通过成像，处理，控制精准放射的系统；可以自动处理肿瘤图像，进行精准放疗；因其精度高、自动化程度高可以很大程度简化医师的工作。
为实现上述目的，本发明提供了放疗过程中由于肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统及设备：
第一方面，本发明还提供了一种放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统，包括：
预处理模块，被配置为：对肿瘤组织进行预处理，采用荧光物质标记肿瘤组织；
成像模块，被配置为：运用荧光成像技术实时生成肿瘤组织的图像；
数据处理模块，被配置为：对成像模块生成的图像进行数据分析得到肿瘤组织随时间的形状、位置变化数据；
运动模块，被配置为：根据形状、位置变化数据实时调节放射源位置和放射源的放射中心位置。
第二方面，本发明提供了一种放疗设备，包括如第一方面中所述的放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
1、本发明运用荧光成像技术实时生成肿瘤组织的图像，并对图像进行数据分析得到肿瘤组织随时间的形状、位置变化数据，实时根据肿瘤形状位置而改变放疗中心，提高了放疗精度；且采用的运动模块可实现一种微小的运动，可以通过这个运动模块对放射源进行微小移动。对靶区进行快速有效的放射治疗，高速有效，减小对肿瘤周围其他组织的损伤。
2、本发明运用高速有效的数据处理系统，人工智能计算快速给出要移动的距离运算速度快；参考参数简单明确，即为荧光标记的位置颜色深度等等，运算结果真实可靠。
3、本发明的荧光成像技术采用荧光素技术对肿瘤组织进行荧光物质标记，荧光素技术对肿瘤组织标记不易流到其他组织，而且荧光成像技术比较成熟可靠。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明工作流程示意图；
图2为本发明齿轮与放射源连接情况。
其中，1、与电机连接的齿轮；2、连接皮带；3、带动放射源的齿轮组。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，本申请提供了一精准运动模块，此系统可通过控制放射源的精细运动，以此来实现肿瘤形状位置变化靶区进行对应的改变。
如附图1所示，本发明提供了一种放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统，包括：
预处理模块，被配置为：对肿瘤组织进行预处理，采用荧光物质标记肿瘤组织；
成像模块，被配置为：运用荧光成像技术实时生成肿瘤组织的图像；
数据处理模块，被配置为：对成像模块生成的图像进行数据分析得到肿瘤组织随时间的形状、位置变化数据；
运动模块，被配置为：根据形状、位置变化数据实时调节放射源位置和放射源的放射中心位置。
进一步的，所述运动模块包括电机和传动机构，电机通过传动机构与放疗设备连接。
进一步的，所述传动机构包括皮带、第一齿轮组和第二齿轮组，第一齿轮组和第二齿轮组之间通过皮带连接，电机与第一齿轮组连接，第二齿轮组与放疗设备的位移机构连接实现放料设备的放射源精准移动。
进一步的，还包括检测模块和反馈通路，当数据处理系统系统故障时，错误的命令使电机错误转动时，检测模块检测放射源运动偏离图像肿瘤位置时，可通过这个反馈通道停止放射设备工作进行检修。
进一步的，所述预处理模块，被配置为：采用光致荧光技术、化学荧光技术、X射线荧光技术、激光荧光技术、生物发光技术或荧光素技术对肿瘤组织进行荧光物质标记。
进一步的，所述数据处理模块，被配置为：利用Log检测算子进行图像边缘检测；考虑图像伸缩性能的前提下计算用于双向接缝裁剪的最优伸缩倍数；经过双向接缝裁剪的图像采用线性缩放，最终将图像映射至目标尺寸。
进一步的，所述利用Log检测算子进行图像边缘检测为对图像进行高斯平滑处理，求Laplacian二阶导数的零点进行边缘检测。
进一步的，所述Log检测算子进行图像边缘检测通过获取二维高斯平滑函数，获取高斯分布的标准差，求解拉普拉斯值，得到一轴对称函数，利用一轴对称函数检测过零点提供图像边缘位置。
进一步的，所述运动模块，被配置为：通过肿瘤组织的形状、位置的变化数据计算放射源需要移动的距离和放射中心的位置。
实施例2
正如背景技术所介绍的，现有的技术无法实现动态跟随肿瘤变化而改变放射中心，只能通过医生设计规划找寻新的放射中心，本发明提供了放疗过程中由于肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统。
本发明的系统包括运动控制模块、成像模块、数据分析模块和自保护模块，其中运动控制模块包括一个中型大小的电机，另外齿轮若干，通过齿轮带，将套连在电机上的主齿轮与其他齿轮连接，当电机发动时主齿轮转动通过齿轮带带动其他齿轮转动，提供精确的放射位置调节。放射源移动数据分析模块接收来自荧光成像技术的图像；对图像进行分析可得到肿瘤形状的变化，位置的细微变化，通过这些变化系统计算：放疗设备要移动的距离、放射中心的位置。最后图像的来源即荧光成像模块，通过给肿瘤组织带有荧光标记的物质，通过成像技术就会发现荧光的位置，荧光颜色的深浅等等都是一些重要的参数，这些参数就是信号处理系统的标准，通过这些参数的变化就可以得出要变化的距离。最后当放射源移动到新的放射位置后会对肿瘤中心进行新的放射，如果放射会引起肿瘤形状位置的变化，那么又会产生新的图像通过后续的一系列变化，完成反馈的作用。由此可得，系统为一个循环的系统，各个部位同时都在工作形成一个动态过程。具体阐述如下：
一种放疗过程中由于肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统，包括运动模块、成像模块和数据处理系统。其中运动模块主要为电机，齿轮系统。成像模块主要运用荧光成像技术，数据处理系统主要为一种全自动化的处理分析系统。
所述的运动模块，用的是一中型高精度电机带动放疗设备的放射源进行精准移动，放射源移动精度要小于两毫米。
所述的运动模块，两组齿轮组之间通过高硬度高抗拉高精度皮带连接以实现放疗设备放射源精准移动。
所述的成像模块，装置运用荧光成像技术，因为荧光标记成功后，荧光成像灵敏度高，检测下限低，成功成像后图像精度高。
所述的数据处理系统，装置运用快速图像处理分析技术。此技术对图像可作快速精确规划测量，迅速计算得出放疗设备放射源需要运动的方向幅度等传输到运动模块，电机开始工作带动放射源移动。
所述的一种自保护模块，另有一套的检测模块和反馈通路，当数据处理系统系统故障时，错误的命令使电机错误转动时，检测模块检测放射源运动偏离图像肿瘤位置时，可通过这个反馈通道停止机械工作进行检修。
具体地，所述的运动模块，包括一个中型大小的电机，另外齿轮若干，通过齿轮带，将套连在电机上的主齿轮与其他齿轮连接，当电机发动时主齿轮转动通过齿轮带带动其他齿轮转动，提供精确的放射位置调节。放射源移动数据分析模块接收来自荧光成像技术的图像，对图像进行分析可得到肿瘤形状的变化，位置的细微变化通过这些变化系统计算要移动的距离，系统的放射中心应在何处。
具体地，所述的成像模块，装置运用荧光成像技术，因为荧光标记成功后，荧光成像灵敏度高，检测下限低，成功成像后图像精度高。
物质产生荧光的原因也各有不同，大概可以分为几类。光致荧光：由可见光激发的荧光；化学荧光：由化学反应引起的荧光；X射线荧光：由X射线引起的荧光；激光荧光：由激光引起的荧光；生物发光：在有生命的生物体中产生的荧光。医学中常常使用荧光素来在人体内产生荧光以便于对人体组织进行观察。本发明可以采用上述任一一种荧光方法对肿瘤组织进行标记，可采用光致荧光技术、化学荧光技术、X射线荧光技术、激光荧光技术、生物发光技术或荧光素技术对肿瘤组织进行荧光物质标记。
评价荧光素发光效果的一个很重要的指标就是荧光效率：
荧光效率＝发射荧光的光量子数/吸收光的光量子数
荧光效率反映了物质将吸收的光能转变成荧光的效率，这个值越大越好。
具体地，所述的数据处理系统，装置运用快速图像处理分析技术。此技术对图像可作快速精确规划测量，迅速计算得出放疗设备放射源需要运动的方向幅度等传输到运动模块，电机开始工作带动放射源移动。
利用Log检测算子进行图像边缘检测时，首先会对图像做高斯平滑处理，然后再求Laplacian二阶导数的零点进行边缘检测。对图像进行高斯平滑处理，能够降低图像中存在的噪声对边缘检测结果产生影响，在一定程度上抑制图像噪声。二维高斯平滑函数为：
式中σ为高斯分布的标准差,令x2+y2，求解其拉普拉斯值，可得：
该式为一轴对称函数，利用它检测过零点能提供较为可靠的图像边缘位置。
Log算子卷积模板为:
| -2 | -4 | -4 | -4 | -2 |
| -4 | 0 | 8 | 0 | -4 |
| -4 | 8 | 24 | 8 | -4 |
| -4 | 0 | 8 | 0 | -4 |
| -2 | -4 | -4 | -4 | -2 |
由于肿瘤在动态变化，因此在进行图像边缘检测的同时考虑所检测目标的动态变化。
在考虑图像伸缩性能的前提下计算用于双向接缝裁剪的最优伸缩倍数。设图像的初始尺寸为Wo×H0,目标尺寸为Wt×Ht，可得图像高宽比的改变量为：
β＝Wo·Ht/(Ho·Wt)
在一般的图像重定位任务中，β的取值范围在0.5到2之间，对超过该范围的极端情况不作考虑。
例如β>1的重定位的过程为裁剪纵向接缝和插入横向接缝，经过双向接缝操作之后图像高宽比的改变量为：
式中，(1-rx)和(1+ry)分布表示图像在宽度和高度方向上被“拉伸”的倍数，由于图像在宽度方向实际上是被“压缩”的，因此将其称作“伸缩倍数”。原始图像尺寸所对应的点为(1，1)，当图像高宽比变大时(β>1)，它会往坐标(1-rx，1+ry)处移动。最后经过双向接缝裁剪的图像采用线性缩放，最终将图像映射至目标尺寸。
具体地，所述的一种自保护模块，另有一套的检测模块和反馈通路，当数据处理系统故障时，错误的命令使电机错误转动时，检测模块检测放射源运动偏离图像肿瘤位置时，可通过这个反馈通道停止机械工作进行检修。
表示系统在所有频率段工作内,系统的变化量应该有一定的范围,式中W为给定的范围。
Δx,Δy分别为肿瘤检测物的中心一定时间内在x，y轴上的移动距离，若该公式不成立，则为系统出现故障之时。
在本发明的其他实施例中还提供了：
一种放疗设备，包括如上述实施例中所述的放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统，其特征在于，包括：
预处理模块，被配置为：对肿瘤组织进行预处理，采用荧光物质标记肿瘤组织；
成像模块，被配置为：运用荧光成像技术实时生成肿瘤组织的图像；
数据处理模块，被配置为：对成像模块生成的图像进行数据分析得到肿瘤组织随时间的形状、位置变化数据；
运动模块，被配置为：根据形状、位置变化数据实时调节放射源位置和放射源的放射中心位置。
2.如权利要求1所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述运动模块包括电机和传动机构，电机通过传动机构与放疗设备连接。
3.如权利要求2所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述传动机构包括皮带、第一齿轮组和第二齿轮组，第一齿轮组和第二齿轮组之间通过皮带连接，电机与第一齿轮组连接，第二齿轮组与放疗设备的位移机构连接，实现放料设备的放射源精准移动。
4.如权利要求1所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,还包括检测模块和反馈通路，当检测模块检测放射源运动偏离图像肿瘤位置时，通过所述反馈通道停止放射设备工作。
5.如权利要求1所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述预处理模块，被配置为：采用光致荧光技术、化学荧光技术、X射线荧光技术、激光荧光技术、生物发光技术或荧光素技术对肿瘤组织进行荧光物质标记。
6.如权利要求1所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述数据处理模块，被配置为：利用Log检测算子进行图像边缘检测；考虑图像伸缩性能的前提下计算用于双向接缝裁剪的最优伸缩倍数；经过双向接缝裁剪的图像采用线性缩放，最终将图像映射至目标尺寸。
7.如权利要求6所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述利用Log检测算子进行图像边缘检测为对图像进行高斯平滑处理，求Laplacian二阶导数的零点进行边缘检测。
8.如权利要求7所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述Log检测算子进行图像边缘检测通过获取二维高斯平滑函数，获取高斯分布的标准差，求解拉普拉斯值，得到一轴对称函数，利用一轴对称函数检测过零点提供图像边缘位置。
9.如权利要求1所述的动态调整靶区位置的系统，其特征在于,所述运动模块，被配置为：通过肿瘤组织的形状、位置的变化数据计算放射源需要移动的距离和放射中心的位置。
10.一种放疗设备，其特征在于，包括如权利要1-9任一所述的放疗过程中由肿瘤的变化动态调整靶区位置的系统。
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