CN113101543A - 一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法及其设备，其方法包括患者坐立于治疗椅上，用固定装置按照定位时的尺寸固定头部、胸部以及腿部；移动治疗椅的位置使患者身上的定位线对准激光线；当加速器机头从0°‑120°之间的角度旋转，治疗椅的旋转角度从0°到360°，治疗椅旋转照射或者每隔一角度布置一个照射野；或加速器机头和治疗椅协调联合旋转。其设备包括加速器、加速器机头、治疗椅和固定装置，所述治疗椅的旋转等中心与加速器机头的旋转等中心重合，用于对坐立在治疗椅上的患者固定摆位和旋转；治疗椅固定在旋转平台上。本发明对治疗靶区有更多的照射角度的选择，在保证肿瘤靶区的剂量的前提下，更大程度上地减小正常组织的剂量。

Description

一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法及其设备
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及放射治疗医疗器械领域，更特别地，涉及一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法及设备。
背景技术
放射治疗是利用放射线，例如：放射性同位素产生的γ射线和各类治疗机或者加速器产生X射线、电子线、质子束及其他粒子束等，对肿瘤进行照射从而使其生长受到抑制或者致死的一种治疗方法，也称为放疗。对肿瘤患者进行放疗通常包括以下几个步骤：
第一步，对患者扫描定位CT，医生根据定位CT图像以及其他一些临床诊断的结果进行靶区以及正常组织的勾画，并且确定放疗的处方以及正常组织的限值。
第二步，放疗物理师根据医生给定的处方，在放疗计划系统上确定射线的照射角度，照射野的数量和权重等，这些将直接决定放疗计划的质量。科学合理的照射野角度，能够在保证靶区的受照剂量的前提下，尽可能的减少射线对正常组织造成的损伤，提高计划质量。
第三步，放疗物理师在治疗前对放疗计划进行验证，只有验证通过的计划才能在患者身上实施。
第四步，放疗计划的实施。
目前主流的外照射放疗设备，都是通过旋转加速器机头来设置不同角度的射野，有时为了降低特定正常组织的剂量也会进行一定的转床，但是为了防止加速器机头与治疗床之间发生碰撞，治疗床的角度转动角度通常为-20°～20°之间，加速器机头的旋转角度为0°～360°之间。这样的非共面射野可以有效地降低某些特定正常组织的剂量(例如鼻咽癌患者通常要加上非共面的转床野以降低晶体的剂量)，但是由于转床的角度比较小，所以它的调制度还是不够高的。
发明内容
主要解决的技术问题：
本发明的目的是根据患者的放疗的实际需要，提供有更多的照射角度的选择，从而得到更优的放疗计划和治疗效果，为此本发明设计一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法及其设备。
为了达成所述目的，本发明的第一方面，提供一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，实现解决的技术问题技术方案包括步骤如下：
步骤1：患者坐立于治疗椅上，用固定装置按照定位时的尺寸固定好头部、胸部以及腿部；
步骤2：移动治疗椅的位置，使患者身上的定位线对准激光线；
步骤3：实施放疗，加速器机头可以从0°-120°之间的角度旋转，治疗椅能从0°到360°之间的角度旋转；治疗时，加速器机头角度固定，治疗椅进行旋转照射或者每隔一定角度布置一个照射野；或加速器机头和治疗椅协调联合旋转；
步骤4：治疗结束后，解下固定装置，患者离开治疗椅。
为了达成所述目的，本发明的第二方面，提供一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，实现解决的技术问题技术方案包括：加速器、加速器机头、固定装置和治疗椅，所述治疗椅的旋转等中心与加速器机头的旋转等中心重合，治疗椅上配有固定装置，用于对坐立在治疗椅上的患者进行固定摆位和旋转；治疗椅固定在旋转平台上，治疗椅下方有升降和左右前后移动所需的电机。
本发明的有益技术效果：
本发明是一套全新的放射治疗的摆位以及照射方法，对于以前一些复杂的患者靶区，由于加速器照射角度的限制，无法在满足正常组织的要求的前提下，使肿瘤靶区接受足够剂量的照射，从而使得患者无法得到最好的放射治疗的效果。在使用本发明的方法及其设备后，对于这些复杂靶区的患者，在做放疗计划时，可供选择的照射角度会大大增加，从而可以选择更好的避开重要正常组织的射野，以达到在满足肿瘤靶区剂量的前提下，尽量减少正常组织的照射剂量。本发明方法对于那些复杂靶区的患者来说收益良多，同时对于一些常规的患者来说，更多的照射角度的选择也可以在保证肿瘤靶区的剂量的前提下，更大程度上地减小正常组织的剂量。
附图说明
图1是本发明的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备结构示意图；
图2是本发明中治疗椅的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明，其作为本说明书的一部分，通过实施来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
在实施放射治疗过程中，从设备、定位、摆位、计划设计到治疗实施，流程中的每个环节都需要严格的质量控制，才能保证万无一失，发挥其最大作用，实现疗效最大化，为适合放射治疗的癌症患者带来最好的治疗效果，最小的治疗副反应。
本发明在传统直线加速器的基础上，设计一个可360°旋转的治疗椅，治疗椅3还可进行上下升降，左右前后平移以及360°旋转。治疗椅的旋转等中心与加速器机头2的旋转等中心重合，治疗椅3上配有固定装置，患者坐立在治疗椅3上进行固定摆位。该治疗椅3固定在旋转平台上，治疗椅3下方有升降和左右前后移动所需的电机。将放射治疗计划系统重新进行设计更新，以匹配新设备进行放疗计划的设计。
在常规情况下，通过将治疗床转动一定角度后，旋转机架来实现的非共面照射技术，而本发明的4π角度照射的放疗新技术情形下的非共面照射，使用治疗椅，将加速器机架保持在0-120°之间的不同角度，通过旋转治疗椅来实现非共面照射。如下为实施方式举例：
本发明的治疗椅可以在进行360°旋转的同时，加速器机头2最大可保证从0-120°之间的大角度旋转，总体照射空间相比于传统加速器来说大得多。这样可以根据患者的放疗的实际需要，能有更多的照射角度的选择，从而得到更优的放疗计划；而且，可以设计新型的加速器，将加速机头2改成机器人手臂形式，实现更灵活的全空间4π角度治疗。
以脑转移单病灶肿瘤为例：
传统放疗加速器治疗时，当治疗床旋转角度为0°时，加速器机头的旋转角度从0°到350°，每隔10°一个治疗野，总共36个野；当治疗床的角度为90°时，加速器机头的旋转角度从180°到360°(0°)，每隔10°一个治疗野，总共19个野。
应用本发明的配有治疗椅的放疗加速器模型，本发明一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，具体的方法的步骤如下：
步骤1：患者坐立于治疗椅上，用固定装置按照定位时的尺寸束缚好头部胸部以及腿部；所述固定装置是固定带或固定夹板。
步骤2：移动治疗椅的位置，使患者身上的定位线对准激光线；
步骤3：实施放疗，加速器机头可以从0°-120°之间的角度旋转，治疗椅能从0°到360°之间的角度旋转；治疗时，将加速器机头固定，治疗椅进行旋转照射或者每隔一角度布置一个照射野；或加速器机头和治疗椅协调联合旋转；
所述步骤3实施放疗具体实施例：
实施例a.当加速器机头2的角度为90°时，治疗椅4的旋转角度从0°到350°，每隔10°一个治疗野，总共36个治疗野；
实施例b.当加速器机头2的角度为45°时，治疗椅4的旋转角度从0°到350°，每隔10°一个治疗野，总共36个治疗野；
实施例c.当加速器机头2的角度为120°时，治疗椅4的旋转角度从0°到350°，每隔10°一个治疗野，总共36个治疗野。
(4)治疗结束后，解下固定装置，患者离开治疗椅。
本发明所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法中，所述治疗椅是四维治疗椅；所述四维治疗椅能进行上下升降、左右前后平移以及360°旋转。
本发明所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法中，所述治疗椅的旋转等中心与加速器机头的旋转等中心重合。
本发明所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法中，所述治疗椅固定在旋转平台上。
本发明所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法中，进一步的设计，能够匹配新设备的放射治疗计划系统。
下面是以一名肺癌脑转移患者为例，介绍采用立体定向放疗技术(SBRT)进行放疗计划设计，在本发明的技术上进行放疗计划，并与现有的常规加速器上的放疗计划进行方法比较。
分别介绍对旋转拉弧适形放疗(ConformalARC，CARC),容积旋转调强放疗(VMAT),4π放疗新技术(NRT)和改进后的4π放疗新技术(INRT)在常规加速器上开展实例研究，加速器机头在上方竖直方向时为0°或360°,下面是对上述四种放疗计划进行验证并获得验证结果如下所述：
放疗计划(1)：旋转拉弧适形放疗(Conformal ARC)计划：采用旋转拉弧适形技术设计放疗计划。一共两个弧，当床的角度为0°时，加速器机头旋转360°，每隔10°一个照射野；当床的角度为90°，机架的旋转角度为0～180°，每隔10°一个照射野，多叶光栅(MLC)相对于计划靶区(PTV)的外方边界为0mm。
放疗计划(2)：容积旋转调强放疗(VMAT)计划：采用非共面双弧技术设计放疗计划。当床的角度为0°时，机架旋转360，每隔4°一个照射野；当床的角度为90°时，机架的旋转角度为0～180°，每隔4°一个照射野。
放疗计划(3)：4π放疗新技术计划：采用旋转治疗椅的适形技术设计放疗计划。首先通过MIM勾画软件将患者的定位CT图像由仰卧位通过配准和旋转修正为坐立位，一共三个非共面治疗弧，当机架角度为90°时，治疗椅旋转360°，每隔10°一个治疗野；当机架角度为45°时，治疗椅旋转360°，每隔10°一个治疗野；当机架角度为120°时，治疗椅旋转360°，每隔10°一个治疗野。以上适形计划的多叶光栅(MLC)相对于治疗靶区(PTV)的外方边界为0mm。
放疗计划(4)：本发明具有4π空间角度照射的放射治疗方法及其设备是改进后的4π放疗新技术(INRT)计划：所述计划是在4π放疗新技术(NRT)放疗计划的基础上进行一些剂量优化，本发明(INRT)是针对眼睛晶状体的剂量进行优化，关闭一些经过晶状体的射野，其余射野仍然保持不变且均分。本发明改进后的4π放疗新技术(INRT)的剂量学参数评估指标如下：
评估的正常组织包括眼晶状体最大剂量，视神经最大剂量，脊髓最大剂量和脑干最大剂量，比较计划靶区(PTV)的合格指数(CI)，梯度指数(GI),均匀指数(HI)和PTV处方剂量百分比(PTV COV).
CI:处方剂量包围的总体积与靶区体积之比。合格指数CI越接近1代表适形性越好；
GI:定义为处方等剂量的一半体积与处方等剂量的体积之比，梯度指数GI＝V50％/V100％；
均匀指数表示为：
Figure BDA0002998582250000061
D98是计划靶区DVH上体积百分比为98％的剂量；D2是体积百分比为2％的剂量；Dpres表示处方剂量。HI值越大说明超过处方剂量越大，计划靶区内剂量分布越不均匀。
结果比较：
Figure BDA0002998582250000071
上述比较结果表明，本发明提出的改进后的4π新放疗技术在保证了肿瘤靶区剂量的同时，大大降低了正常组织器官的剂量，在放疗中可以减少危及器官的放射毒性。
请参阅图1，示出使用本发明一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，所述设备包括：加速器1、加速器机头2、治疗椅3、固定装置17，所述治疗椅3的旋转等中心与加速器机头2的旋转等中心重合，治疗椅3上配有固定装置17，用于对坐立在治疗椅3上的患者进行固定摆位和旋转；治疗椅3固定在加速器1的旋转平台上，治疗椅3下方有升降和左右前后移动所需的电机。
所述治疗椅进行360°旋转，同时加速器机头从0°～120°之间的大角度旋转，使得总体照射空间增大，则根据患者的放疗的实际需要，能有更多的照射角度的选择，从而得到更优的放疗计划。所述加速器1是直立式弧形加速器；特别地用机器人手臂来代替直立式弧形加速器，用于实现更灵活的全空间4π角度治疗。
所述治疗椅3是四维治疗椅。所述四维治疗椅可进行上下升降、左右前后平移以及360°旋转；治疗椅的椅背可以根据患者最佳坐姿调节倾斜角度。
请参阅图2示出所述治疗椅3含有横向运动机构4、第一平移板5、纵向运动机构6、第二平移板7、脚撑8、旋转机构9、回转支承10、升降柱11、腿托12、卡槽13、座椅14、座椅扶手15、扶手紧固件16、第一固定装置17、头托紧固件18、第二固定装置19、靠背20、头托21、头托滑轨22、安装孔位23以及扶手滑轨24。所述第一固定装置17和第二固定装置19分别是固定带或是固定夹板。
座椅14固定于升降柱11，升降柱11行程可达700mm，如果对行程有更大需求，可进行更换。所述横向运动机构4与纵向运动机构6主要由电机驱动以及丝杆传动，从而使治疗椅有升降和左右前后移动；
所述横向运动机构4下端与地面固定，横向运动机构4上端与第一平移板5连接，通过横向运动机构4的丝杆传动；所述纵向运动机构6下端固定在第一平移板5上，第一平移板5与丝杆螺母固定，第一平移板5再与横向运动机构4中的丝杆配合，实现横向移动；
脚撑8与腿托12固定连接；
旋转机构9的底座固定在第二平移板7上，第二平移板7与丝杆螺母固定，第二平移板7再与纵向运动机构6中丝杆配合，实现纵向移动；
所述旋转机构9主要由电机驱动，并且由旋转机构9的蜗轮蜗杆和回转支承10进行传动，从而使治疗椅有旋转运动；
所述升降柱11的上端与座椅14的底部固定连接；升降柱11的下端安装在回转支承10内圈的接口中，回转支承10的外圈与旋转机构9固定连接，通过旋转机构9的蜗轮蜗杆向升降柱11传动；
所述腿托12安装在座椅14上，可通过卡槽13调节腿托12的支撑角度；
所述座椅14背后安置一头托滑轨22并固定连接，头托21的一端安装在头托滑轨22上并用头部紧固件18固定，用于调整头托21上下移动，同时头托21上拥有不同的安装孔位23，所述安装孔位23用于安装头部紧固件与信号接收线圈；
所述座椅扶手15的横臂位安装在座椅14两侧的扶手滑轨24上用扶手紧固件16固定，用于座椅扶手15可在座椅14两侧扶手滑轨上移动。
在所述靠背20上配置有第一固定带17并连接。在头托21上配置有第二固定带19并连接。
实施例优选；加速器1为直立式弧形加速器，弧形角度为0-120°；所述治疗椅3为四维治疗椅；所述治疗椅3的主体材料为碳纤维材质。所述升降柱11可以根据使用的具体需要采用多节升降柱11组成，优选地升降柱11使用三节升降柱。所述靠背20使用可替换固定靠背。所述第一固定带17、第二固定带19选用皮带、针织类带、金属带。
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 (10)

1.一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，其特征在于，实现的技术方案包括：
步骤1：患者坐立于治疗椅上，用固定装置按照定位时的尺寸固定好头部、胸部以及腿部；
步骤2：移动治疗椅的位置，使患者身上的定位线对准激光线；
步骤3：实施放疗，加速器机头可以从0°-120°之间的角度旋转，治疗椅能从0°到360°之间的角度旋转；治疗时，将加速器机头固定，治疗椅进行旋转照射或者每隔一角度布置一个照射野；或加速器机头和治疗椅协调联合旋转；
步骤4：治疗结束后，解下固定装置，患者离开治疗椅。
2.根据权利要求1所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，其特征在于，所述治疗椅是四维治疗椅；所述四维治疗椅能进行上下升降、左右前后平移以及360°旋转。
3.根据权利要求1所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，其特征在于，治疗椅的旋转等中心与加速器机头的旋转等中心重合。
4.根据权利要求1所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，其特征在于，所述治疗椅固定在旋转平台上。
5.根据权利要求1所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗方法，其特征在于，进一步的设计能够匹配新设备的放射治疗计划系统。
6.一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，所述设备包括：加速器、加速器机头、固定装置，其特征在于，还包括治疗椅，所述治疗椅的旋转等中心与加速器机头的旋转等中心重合，治疗椅上配有固定装置，用于对坐立在治疗椅上的患者进行固定摆位和旋转；治疗椅固定在旋转平台上，治疗椅下方有升降和左右前后移动所需的电机。
7.根据权利要求6所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，其特征在于，所述治疗椅进行360°旋转，同时加速器机头从0°～120°之间的大角度旋转，使得总体照射空间增大，则根据患者的放疗的实际需要，能有更多的照射角度的选择，从而得到更优的放疗计划。
8.根据权利要求6所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，其特征在于，所述加速器是直立式弧形加速器；特别地用机器人手臂来代替直立式弧形加速器，用于实现更灵活的全空间4π角度治疗。
9.根据权利要求6所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，其特征在于，所述治疗椅是四维治疗椅；所述四维治疗椅能进行上下升降、左右前后平移以及360°旋转；治疗椅的椅背可以根据患者最佳坐姿调节倾斜角度。
10.根据权利要求6所述的一种具有4π空间角度照射的放射治疗设备，其特征在于，所述治疗椅含有横向运动机构、第一平移板、纵向运动机构、第二平移板、脚撑、旋转机构、回转支承、升降柱、腿托、卡槽、座椅、座椅扶手、扶手紧固件、第一固定装置、头托紧固件、第二固定装置、靠背、头托、头托滑轨、安装孔位以及扶手滑轨；
所述横向运动机构下端与地面固定，横向运动机构上端与第一平移板连接，通过横向运动机构的丝杆传动；所述纵向运动机构下端固定在第一平移板上，第一平移板与丝杆螺母固定，第一平移板再与横向运动机构中的丝杆配合，实现横向移动；所述脚撑与腿托固定连接；所述旋转机构的底座固定在第二平移板上，第二平移板与丝杆螺母固定，第二平移板再与纵向运动机构中丝杆配合，实现纵向移动；所述旋转机构由电机驱动，并且由旋转机构的蜗轮蜗杆和回转支承进行传动；所述升降柱的上端安置于座椅的底部固定连接；升降柱的下端安装在回转支承内圈的接口中，回转支承的外圈与旋转机构固定连接，通过旋转机构的蜗轮蜗杆向升降柱传动；所述腿托安装在座椅上，通过卡槽调节腿托的支撑角度；所述座椅背后安置一头托滑轨并固定连接，头托的一端安装在头托滑轨上并用头部紧固件固定，用于调整头托上下移动，同时头托上拥有不同的安装孔位，所述安装孔位用于安装头部紧固件与信号接收线圈；所述座椅扶手的横臂安装在座椅两侧的扶手滑轨上用扶手紧固件固定，用于座椅扶手能在座椅两侧扶手滑轨上移动；在所述靠背上配置有第一固定装置并连接；在头托上配置有第二固定装置并连接。
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