CN113509651A - 一种具备能谱ct功能的直线加速器、控制方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质，直线加速器包括：加速器治疗系统和能谱CT系统，加速器治疗系统包括加速器主旋转机架和加速器治疗头，能谱CT系统包括：CT滑环旋转机架、CT球管以及CT弧形探测器，CT滑环旋转机架能够围绕其中心轴线自转。本发明公开直线加速器的具体结构及三种控制方法，利用该成像装置可以得到诊断级CT图像，并利用能谱CT功能得到临床所需的各种功能图像，达到对肿瘤进行进一步细分、鉴别的目的。此外，依靠增加的这套成像系统硬件，通过本发明提出的控制方法实现利用CT图像实时引导加速器进行治疗的目标。
Description
技术领域
本发明属于加速器放射治疗技术领域，具体涉及一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质。
背景技术
现代肿瘤治疗的一个重要发展方向是精准放疗，其实现方式就是运用合适的影像学技术，引导治疗用的高能射线束准确打到需要照射的肿瘤靶区上，不仅能很好的杀死肿瘤细胞，更能很好的保护周围的关键器官不受射线的伤害。能谱CT是近年来发明的一种比较高端的CT成像方法，其是利用物质对不同能量X线产生不同吸收的检查方法，该技术是在高能和低能两种X射线能量下，分别对被照射物质进行CT扫描，利用被扫描物质在不同X射线能量条件下产生的X射线衰减值的差异性，在二维能量空间内对被扫描物质进行定位和成像显示，可以较为准确地求解出被扫描物质的电子密度及等效原子序数的分布，对物质进行定性、定量分析，并根据所得到的结果进行物质识别和分辨，可比常规CT提供更多信息，对肿瘤早期发现、肿瘤分级、良恶性肿瘤鉴别提供更多信息。
医用直线加速器上通常配备的图像引导系统有MV级成像系统或kV级成像系统构成普通的锥形束CT即所谓的CBCT系统，其中MV级影像系统通常是利用治疗射线源作为成像射线源，成像装置位于治疗射线源的相对位置，工作时由治疗头发出的MV级X射线穿过人体后被对面的平板成像装置接收，kV级成像装置通常与MV级影像系统垂直放置。两套影像系统是各自独立工作的，只能得到常规的CBCT图像，因为是采用常规成像方式，具有不能分辨物质组成的缺点。锥形束CBCT成像由于固有的易受散射线影响的缺点，导致成像质量相对于诊断级的扇形束FBCT成像效果差，无法满足临床上需要高清晰度图像的需求。现有的加速器不具备能谱CT功能，无法对肿瘤进行更细致的诊断与分析鉴别能力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具备能谱CT功能的直线加速器，包括：加速器治疗系统，加速器治疗系统包括以下部件：
加速器主旋转机架，加速器主旋转机架呈环状结构，且能够围绕其中心轴线自转；
加速器治疗头，加速器治疗头安装于加速器主旋转机架上，能够随加速器主旋转机架转动；
还包括：能谱CT系统，能谱CT系统具体包括以下部件：
CT滑环旋转机架，安装于加速器主旋转机架的内部空腔区，且CT滑环旋转机架能够围绕其中心轴线自转；
CT球管，CT球管安装于CT滑环旋转机架上的一端，能够随CT滑环旋转机架转动，用于切换放射高能量X射线和低能量X射线；
CT弧形探测器，CT弧形探测器安装于CT滑环旋转机架上相对于CT球管的另一端，能够随CT滑环旋转机架转动，用于接收CT球管发出的X射线，采集图像信息。
在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
作为优选的方案，加速器主旋转机架的中心轴线与CT滑环旋转机架的中心轴线重合。
作为优选的方案，CT滑环旋转机架呈环状结构。
另一方面，本发明还公开三种控制方法。
第一种控制方法，用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行治疗前治疗靶区的位置修正或验证操作，具体包括以下内容：控制装置控制加速器主旋转机架和加速器治疗头不动作，控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描，待得到靶区位置修正信息并修正完成或验证位置信息无误后，进行病人的正式射线治疗。
作为优选的方案，控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描具体包括以下步骤：
A：在预置的CT扫描起始点，控制装置控制CT高压发生器输出球管高电压脉冲，CT球管输出高能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器接收，采集与此角度对应的高能量图像信息；
B：控制装置控制CT滑环旋转机架依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的高能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内高能量图像信息采集；
C：CT滑环旋转机架继续旋转，当再次到达CT扫描起始点时，控制装置控制CT高压发生器输出球管低电压脉冲，CT球管输出低能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器接收，采集与此角度对应的低能量图像信息；
D：控制装置控制CT滑环旋转机架依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的低能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内低能量图像信息采集；
E：根据同一机架角度下的高能量图像信息和低能量图像信息进行能谱CT的计算与数据重建，得到病人的能谱CT图像。
第二种控制方法，用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行在病人治疗过程中的实时靶区位置验证或图像引导治疗操作，具体包括以下内容：控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作。
作为优选的方案，控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作具体包括以下内容：
控制装置控制CT滑环旋转机架做60转/分钟以上的高速旋转，加速器主旋转机架做小于等于1转/分钟的低速旋转；
当CT球管或CT弧形探测器遮挡加速器治疗头发出的治疗射线时，暂停加速器治疗头治疗射线的输出，待CT球管或CT弧形探测器旋转出加速器治疗头发出的治疗射线照射区后，加速器治疗头再启动治疗射线的输出。
第三种控制方法，用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行单一射线治疗操作，具体包括以下内容：
控制装置控制CT滑环旋转机架停止在安全位置，控制装置控制加速器治疗头发出治疗射线进行治疗操作；
CT滑环旋转机架停止在安全位置时，CT球管和CT弧形探测器的连线与加速器治疗头发出的治疗射线垂直。
作为优选的方案，当加速器主旋转机架进行旋转治疗时，控制装置控制CT滑环旋转机架与加速器主旋转机架作同步旋转，保持CT球管和CT弧形探测器的连线与加速器治疗头发出的治疗射线垂直，直至治疗完成。
此外，本发明还公开一种存储介质，用于存储一个或多个程序，程序包括指令，指令适于由存储器加载并执行上述任一种控制方法。
本发明一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质具有以下有益效果：
第一，在医用直线加速器上增加具有能谱CT功能。
第二，增加的能谱CT功能采用扇形束FBCT工作方式，可以比锥形束CBCT提供更好的图像质量和位置精度。
第三，增加能谱CT功能后不影响原本加速器的正常治疗，同时还可以进行实时的CT图像引导治疗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的具备能谱CT功能的直线加速器的主视图。
图2为本发明实施例提供的具备能谱CT功能的直线加速器的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的控制方法的流程图。
图4为本发明实施例提供的第一种控制方法下的直线加速器的主视图。
图5为本发明实施例提供的第一种控制方法下的能谱CT系统工作时CT球管电压与CT弧形探测器图像采集时序说明图。
图6为本发明实施例提供的第二种控制方法下的直线加速器的主视图。
图7为本发明实施例提供的第三种控制方法下的直线加速器的主视图之一。
图8为本发明实施例提供的第三种控制方法下的直线加速器的主视图之二。
其中：1-加速器主旋转机架，2-加速器治疗头，3-CT滑环旋转机架，4-CT球管，5-CT弧形探测器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
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。
使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件或步骤，不应当解释为排除附加的部件或步骤。
为了达到本发明的目的，一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质的其中一些实施例中，如图1-2所示，直线加速器包括：加速器治疗系统和能谱CT系统。
加速器治疗系统包括以下部件：
加速器主旋转机架1，加速器主旋转机架1呈环状结构，且能够围绕其中心轴线自转；
加速器治疗头2，加速器治疗头2安装于加速器主旋转机架1上，能够随加速器主旋转机架1转动；
能谱CT系统具体包括以下部件：
CT滑环旋转机架3，安装于加速器主旋转机架1的内部空腔区，且CT滑环旋转机架3能够围绕其中心轴线自转；
CT球管4，CT球管4安装于CT滑环旋转机架3上的一端，能够随CT滑环旋转机架3转动，用于切换放射高能量X射线和低能量X射线；
CT弧形探测器5，CT弧形探测器5安装于CT滑环旋转机架3上相对于CT球管4的另一端，能够随CT滑环旋转机架3转动，用于接收CT球管4发出的X射线，采集图像信息。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在直线加速器另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，加速器主旋转机架1的中心轴线与CT滑环旋转机架3的中心轴线重合。
进一步，CT滑环旋转机架3呈环状结构。
如图1所示，本发明直线加速器具备独立的加速器旋转机架和CT滑环旋转机架3，两个旋转机架都可以围绕共同的中心轴线做独立圆周运动而不会发生互相的机械干涉或碰撞。其中加速器治疗头2固定在加速器旋转机架上，可以随加速器机架的旋转做相应的运动。CT滑环旋转机架3也是固定在加速器主旋转机架1上，由于滑环结构的存在，使得CT滑环旋转机架3与加速器主旋转机架1可以各自独立做旋转运动。
CT球管4和CT弧形探测器5固定在CT滑环旋转机架3上。
控制装置可以进行独立控制加速器治疗头2发出射线进行治疗病人，也可以独立控制能谱CT系统进行病人图像信息的采集并重建出所需的图像。
实际工作时，加速器控制装置会根据医生制定的针对该病人的治疗计划启动对应的工作流程，故本发明实施例公开以下三种控制方法，如图3所示。
第一种控制方法用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行治疗前治疗靶区的位置修正或验证操作，如图3中的方式1，此时先单独启用能谱CT系统进行病人的CT扫描，待得到靶区位置修正信息并修正完成或验证位置信息无误后，进行病人的正式射线治疗。
如图4所示，第一种控制方法具体包括以下内容：控制装置控制加速器主旋转机架1和加速器治疗头2不动作，控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描，待得到靶区位置修正信息并修正完成或验证位置信息无误后，进行病人的正式射线治疗。
如图5所示，进一步，控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描具体包括以下步骤：
A：在预置的CT扫描起始点，控制装置控制CT高压发生器输出球管高电压脉冲，CT球管4输出高能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器5接收，采集与此角度对应的高能量图像信息；
B：控制装置控制CT滑环旋转机架3依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的高能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内高能量图像信息采集；
C：CT滑环旋转机架3继续旋转，当再次到达CT扫描起始点时，控制装置控制CT高压发生器输出球管低电压脉冲，CT球管4输出低能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器5接收，采集与此角度对应的低能量图像信息；
D：控制装置控制CT滑环旋转机架3依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的低能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内低能量图像信息采集；
E：根据同一机架角度下的高能量图像信息和低能量图像信息进行能谱CT的计算与数据重建，得到病人的能谱CT图像。
能谱CT图像用于病人肿瘤信息的进一步分析处理，实现能谱CT的功能。
第二种控制方法用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行在病人治疗过程中的实时靶区位置验证或图像引导治疗操作，如图3中的方式2。
第二种控制方法具体包括以下内容：控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作。
进一步，控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作具体包括以下内容：
控制装置控制CT滑环旋转机架3做60转/分钟以上的高速旋转，加速器主旋转机架1做小于等于1转/分钟的低速旋转；
当CT球管4或CT弧形探测器5遮挡加速器治疗头2发出的治疗射线时，暂停加速器治疗头2治疗射线的输出，待CT球管4或CT弧形探测器5旋转出加速器治疗头2发出的治疗射线照射区后，加速器治疗头2再启动治疗射线的输出。
如图6所示，保证两个系统不会发生互相干扰，避免CT系统阻挡治疗射线的输出。
第三种控制方法用于控制具备能谱CT功能的直线加速器进行单一射线治疗操作，如图3中的方式3，此时病人仅仅是需要进行射线治疗，不需要利用能谱CT系统进行位置验证或图像引导治疗。
第三种控制方法具体包括以下内容：
如图7所示，控制装置控制CT滑环旋转机架3停止在安全位置，控制装置控制加速器治疗头2发出治疗射线进行治疗操作；
CT滑环旋转机架3停止在安全位置时，CT球管4和CT弧形探测器5的连线与加速器治疗头2发出的治疗射线垂直。
如图8所示，进一步，当加速器主旋转机架1进行旋转治疗时，控制装置控制CT滑环旋转机架3与加速器主旋转机架1作同步旋转，保持CT球管4和CT弧形探测器5的连线与加速器治疗头2发出的治疗射线垂直，直至治疗完成。
CT滑环旋转机架3停止在安全位置，给治疗射线让出治疗空间。
此外，本发明实施例还公开一种存储介质，用于存储一个或多个程序，程序包括指令，指令适于由存储器加载并执行上述任一实施例公开的控制方法。
本发明一种具备能谱CT功能的直线加速器、控制方法及存储介质公开一种直线加速器的具体结构及三种控制方法，利用该成像装置可以得到诊断级CT图像，并利用能谱CT功能得到临床所需的各种功能图像，达到对肿瘤进行进一步细分、鉴别的目的。此外，依靠增加的这套成像系统硬件，通过本发明提出的控制方法实现利用CT图像实时引导加速器进行治疗的目标。
综上述，本发明具有以下有益效果：
第一，在医用直线加速器上增加具有能谱CT功能。
第二，增加的能谱CT功能采用扇形束FBCT工作方式，可以比锥形束CBCT提供更好的图像质量和位置精度。
第三，增加能谱CT功能后不影响原本加速器的正常治疗，同时还可以进行实时的CT图像引导治疗。
应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具备能谱CT功能的直线加速器，包括：加速器治疗系统，所述加速器治疗系统包括以下部件：
加速器主旋转机架，所述加速器主旋转机架呈环状结构，且能够围绕其中心轴线自转；
加速器治疗头，所述加速器治疗头安装于所述加速器主旋转机架上，能够随所述加速器主旋转机架转动；
其特征在于，还包括：能谱CT系统，所述能谱CT系统具体包括以下部件：
CT滑环旋转机架，安装于所述加速器主旋转机架的内部空腔区，且所述CT滑环旋转机架能够围绕其中心轴线自转；
CT球管，所述CT球管安装于所述CT滑环旋转机架上的一端，能够随所述CT滑环旋转机架转动，用于切换放射高能量X射线和低能量X射线；
CT弧形探测器，所述CT弧形探测器安装于所述CT滑环旋转机架上相对于所述CT球管的另一端，能够随所述CT滑环旋转机架转动，用于接收所述CT球管发出的X射线，采集图像信息。
2.根据权利要求1所述的直线加速器，其特征在于，所述加速器主旋转机架的中心轴线与CT滑环旋转机架的中心轴线重合。
3.根据权利要求2所述的直线加速器，其特征在于，所述CT滑环旋转机架呈环状结构。
4.一种控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-3任一项所述的具备能谱CT功能的直线加速器进行治疗前治疗靶区的位置修正或验证操作，具体包括以下内容：控制装置控制加速器主旋转机架和加速器治疗头不动作，控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描，待得到靶区位置修正信息并修正完成或验证位置信息无误后，进行病人的正式射线治疗。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置启用能谱CT系统进行病人的CT扫描具体包括以下步骤：
A：在预置的CT扫描起始点，所述控制装置控制CT高压发生器输出球管高电压脉冲，所述CT球管输出高能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器接收，采集与此角度对应的高能量图像信息；
B：所述控制装置控制所述CT滑环旋转机架依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的高能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内高能量图像信息采集；
C：所述CT滑环旋转机架继续旋转，当再次到达CT扫描起始点时，所述控制装置控制CT高压发生器输出球管低电压脉冲，所述CT球管输出低能量X射线，该X射线穿过人体被CT弧形探测器接收，采集与此角度对应的低能量图像信息；
D：所述控制装置控制所述CT滑环旋转机架依次转动一定的角度，采集每个角度下对应的低能量图像信息，完成整个CT扫描角度范围内低能量图像信息采集；
E：根据同一机架角度下的高能量图像信息和低能量图像信息进行能谱CT的计算与数据重建，得到病人的能谱CT图像。
6.一种控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-3任一项所述的具备能谱CT功能的直线加速器进行在病人治疗过程中的实时靶区位置验证或图像引导治疗操作，具体包括以下内容：控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制装置控制加速器治疗系统和能谱CT系统同时工作具体包括以下内容：
控制装置控制CT滑环旋转机架做60转/分钟以上的高速旋转，加速器主旋转机架做小于等于1转/分钟的低速旋转；
当所述CT球管或CT弧形探测器遮挡加速器治疗头发出的治疗射线时，暂停加速器治疗头治疗射线的输出，待所述CT球管或CT弧形探测器旋转出加速器治疗头发出的治疗射线照射区后，所述加速器治疗头再启动治疗射线的输出。
8.一种控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-3任一项所述的具备能谱CT功能的直线加速器进行单一射线治疗操作，具体包括以下内容：
控制装置控制CT滑环旋转机架停止在安全位置，控制装置控制加速器治疗头发出治疗射线进行治疗操作；
所述CT滑环旋转机架停止在安全位置时，CT球管和CT弧形探测器的连线与加速器治疗头发出的治疗射线垂直。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当所述加速器主旋转机架进行旋转治疗时，所述控制装置控制所述CT滑环旋转机架与加速器主旋转机架作同步旋转，保持CT球管和CT弧形探测器的连线与加速器治疗头发出的治疗射线垂直，直至治疗完成。
10.一种存储介质，其特征在于，用于存储一个或多个程序，所述程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行上述权利要求4-9中任一所述的控制方法。
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| CN202110834271.7A CN113509651A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种具备能谱ct功能的直线加速器、控制方法及存储介质 |
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| CN104971442A (zh) * | 2015-01-07 | 2015-10-14 | 吴开东 | 一种影像引导下的放射治疗装置 |
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Patent Citations (5)
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