CN113679960A - 一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置。属于医用放疗设备领域，包括机架模块、束流模块、治疗头模块、治疗床模块、图像引导模块、剂量引导模块与控制模块等。束流模块可以输出治疗束流和MV级成像束流，本发明具备多维剂量引导、KV级图像引导以及MV级图像引导等多种模式引导，同时本放疗装置还利用基于散射线特征的图像重建算法，实现快速的三维在线剂量监测，并提供给放疗装置实现剂量联锁与修正，可以实现精准、安全的放疗。
Description
技术领域
本发明涉及医用放疗设备领域，涉及一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置。
背景技术
在肿瘤放疗前和放疗中，很多误差会引起患者照射的不准确，如患者摆位的不准确、放疗设备中多叶光栅的运动延迟、束流剂量率的稳定性以及患者解剖结果的变化等，这些误差会引起患者实际照射得剂量和需要的照射剂量不一致，减少患者肿瘤的控制率，并可能增加患者治疗的并发症风险。特别对于目前发展起来的少分次、大剂量的治疗方式，患者摆位的准确性以及照射过程中的剂量照射准确性尤为重要。
现有世面上发展的加速器，主要以KV级图像引导为主，对于精度要求越来越高的放疗，MV级图像引导方式具备和治疗束流同源同轴的优点，可以作为KV级图像引导的一种补充和对比。
在传统的放疗装置中，缺乏对放疗的实时在线剂量监测和剂量分布验证，从而导致现有的放疗设备难以保证患者治疗中实际接收到的剂量与剂量分布和计划剂量与剂量分布的一致性。
目前胶片、电离室和电子射野影像机构主要用来做治疗前和治疗后的剂量验证，主要采用均匀水模以及简单模体，无法实现患者的实时在线剂量计算以及验证功能，因此患者的治疗剂量的准确性依旧很难保证。
已经有多家加速器厂商在做剂量引导相关的研究，他们主要是基于治疗过程中的二维剂量做在线验证、以治疗结束后的二维剂量累计或三位剂量重建做离线验证，这些研究都没有反映出患者治疗过程中所有生理解剖面的剂量分布，即无法知道患者治疗过程中肿瘤区和危急器官区的实际三维剂量分布。
另外，基于一种散射线特征的三维剂量重建算法，该方法省去了传统重建算法中的迭代过程，提高了三维剂量重建精度和重建速度。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供了一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置。
技术方案：本发明所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，包括机架模块(1)，所述的机架模块(1)包括固定机架(11)，在所述固定机架(11)上通过轴承安设有旋转机架(12)；
在所述旋转机架(12)的上端安设有束流模块(2)，在所述束流模块(2)的下方安设有治疗头模块(3)；
在所述旋转机架(12)的中端安设有KV级图像引导模块(5)；
在所述旋转机架(12)的下端安设有剂量引导模块(6)。
进一步的，所述KV级图像引导模块(5)包括至少一组影像组件及通过无线信号与其相连接的图像处理机构(52)；
所述影像组件包括安设在旋转机架(12)上的球管(511)、与球管(511)相连的限束器(512)及平板探测器(513)，
所述的平板探测器(513)接收球管(511)发射的射线，且位于球管(511)的对面一侧。
进一步的，所述剂量引导模块(6)包括电子射野影像机构(61)及通过无线信号连接的剂量处理组件(62)；所述电子射野影像机构(61)安置在所述旋转机架(12)上，并和所述束流模块(2)产生束流正交。
进一步的，还包括控制模块(7)，所述的控制模块(7)通过无线信号连接有平板探测器(513)、图像处理机构(52)、电子射野影像机构(61)及剂量处理组件(62)。
进一步的，在所述旋转机架(12)上、靠近影像组件处开设有圆孔；
还包括治疗床模块(4)，所述治疗床模块(4)的高度与所述圆孔的高度相适配。
有益效果：本发明与现有技术相比，(1)通过患者治疗过程中快速的二维剂量重建和三维剂量重建，发现患者治疗过程中可能出现的剂量错误，从而及时采取手段修正错误；(2)通过患者分次治疗后的三维剂量重建，可以观察患者本分次治疗是否有偏差，并指导患者下一分次治疗前的患者计划修正；(3)具备KV级图像引导和MV级图像引导模式，可以充分发挥两种图像引导模式的优点，选择最佳的图像引导模式。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置的控制架构示意图；
图3为本发明实施例所提供的融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置图像引导工作流程示意图；
图4为本发明实施例所提供的融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置剂量引导工作流程示意图；
图中1是机架模块，11是固定机架，12是旋转机架；
2是束流模块，3是治疗头模块，4是治疗床模块，
5是KV级图像引导模块，511球管，512是限束器，513是平板探测器；
52是图像处理机构；
6是剂量引导模块；61是电子射野影像机构，62是剂量处理组件；
7是控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图所述，本发明所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，包括机架模块1，所述的机架模块1包括固定机架11，在所述固定机架11上通过轴承安设有旋转机架12；
在所述旋转机架12的上端安设有束流模块2，在所述束流模块2的下方安设有治疗头模块3；
在所述旋转机架12的中端安设有KV级图像引导模块5；
在所述旋转机架12的下端安设有剂量引导模块6。
进一步的，所述KV级图像引导模块5包括至少一组影像组件及通过无线信号与其相连接的图像处理机构52；
所述影像组件包括安设在旋转机架12上的球管511、与球管511相连的限束器512及平板探测器513，
所述的平板探测器513接收球管511发射的射线，且位于球管511的对面一侧。
进一步的，所述剂量引导模块6包括电子射野影像机构61及通过无线信号连接的剂量处理组件62；所述电子射野影像机构61安置在所述旋转机架12上，并和所述束流模块2产生束流正交。
进一步的，还包括控制模块7，所述的控制模块7通过无线信号连接有平板探测器513、图像处理机构52、电子射野影像机构61及剂量处理组件62。
进一步的，在所述旋转机架12上、靠近影像组件处开设有圆孔；
还包括治疗床模块4，所述治疗床模块4的高度与所述圆孔的高度相适配。
本发明中各设备之间可以是通过有线线路相连接，也可以是通过无线信号相连接。
具体的，一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，包括机架模块1(通过轴承相连接的固定机架11和旋转机架12)、束流模块2、治疗头模块3、治疗床模块4、KV级图像引导模块5、剂量引导模块6与控制模块7；
所述束流模块2可以输出治疗束流和MV级成像束流；利用MV级成像束流和治疗束流同源同轴的优点，可以实现患者的精准摆位，所述MV级成像束流的能量小于2.5MV；
所述剂量引导模块6包括电子射野影像机构61和剂量处理组件62；
所述融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，采用基于散射线特征的快速图像重建算法，实现三维的在线剂量验证；
所述融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，具备多维剂量引导模式、KV级图像引导模式以及MV级图像引导模式；
在治疗过程中，所述控制模块7根据剂量引导模块6输出的剂量进行对比结果，控制本放疗装置实现治疗的联锁与修正。
所述剂量引导模块6采用电子射野影像机构61获取患者治疗过程中的系列二维图像；
所述剂量处理组件6接收所述电子射野影像机构61采集到的系列二维图像，并根据重建算法重建出患者的二维和三维剂量分布，所述重建算法为基于散射线特征的快速图像重建算法；
所述剂量处理组件62中存储了预设的患者二维和三维剂量分布；
所述剂量处理组件62实时重建出治疗过程中的二维和三维剂量分布以及治疗后的三维剂量分布，并和存储在所述剂量处理组件62中预设的二维和三维剂量分布进行对比，输出剂量对比结果。
所述控制模块7设定剂量偏差阈值并接收剂量对比结果，做出如下控制：
在分次治疗过程中，如果所述剂量对比结果在所述剂量偏差阈值范围内，则放疗装置继续出束；如果剂量对比结果超出剂量偏差阈值范围，则控制模块7输出剂量联锁信号并停止放疗装置出束；
在分次治疗间，所述控制模块7输出剂量对比结果到日志文件中，用于判断下次治疗是否修改治疗计划。
所述KV图像引导模块5包括至少一组影像组件，所述影像组件可以随所述机架模块1旋转，所述影像组件包括球管511、限束器512和平板探测器513等，
所述球管511和所述限束器512相连，所述平板探测器513位于所述球管511的对面一侧并接收所述球管511发射的射线；
所述KV图像引导模块5还包括图像处理机构52，所述图像处理机构52存储有预设的图像，可以将所述平板探测器513采集到的系列二维图像重建成三维图像，并和预设的图像进行配准对比分析，输出治疗位置监测结果。
所述束流模块2产生的MV级成像束流的能量小于2.5MV，所述电子射野影像机构61在MV级图像引导模式下，接收束流模块2产生的MV级成像束流；
所述图像处理机构52在MV级图像引导模式下，接收电子射野影像机构61传过来的系列MV级成像图像，重建出三维图像，并和预设的图像进行配准对比分析，输出剂量监测结果。
所述控制模块7具有图像引导模式选择的功能；
在所述KV级图像引导模式和MV级图像引导模式下，所述控制模块7根据治疗位置监测结果，控制所述治疗床模块4运动到正确的治疗位置；
所述治疗头模块7可以适形所述束流模块2产生的治疗束流，以提高肿瘤照射的准确性。
本实施例中：如图1所示，束流模块2可以产生治疗束流或MV级成像束流，并固定在机架模块1的旋转机架12上，并且可以随机架模块1旋转，因此可以从各个角度照射患者肿瘤，以减少患者正常器官的接收剂量。
为了确保照射的精准，需要对治疗束流的形状进行适形，使得束流形状在治疗等中心处的投影与肿瘤形状一致，以确保束流的准确投照；本发明中的治疗头模块3可以实现对束流的适形；束流模块2和治疗头模块3的具体设置方式可参考现有技术。
患者躺在治疗床模块4上，治疗床模块4可具体为三维治疗床或者六维治疗床，以确保患者能够精确到达治疗位置，并能够实现治疗位置的自动纠正；治疗床模块4的具体设置方式可参考现有技术。
为了确保投照的准确性，本发明提供KV级图像引导模块5，KV级图像引导模块5包括至少一组影像组件和图像处理机构52，所述影像组件包括球管511、限束器512和平板探测器513，球管511和限束器512相连，平板探测器513接收球管511发射的射线，并位于球管511的对面一侧；图像处理机构52将平板探测器513传输回来的图像重建成三维患者摆位图像，并和预设的患者图像进行比对，输出患者位置监测结果。
本发明还提供MV级图像引导模式，MV级图像引导模式下的图像处理机构52由束流模块2和电子射野影像机构61组成，束流模块2输出MV级成像束流，MV级成像束流的能量小于2.5MV，电子射野影像机构61接收MV级成像束流；图像处理机构52在MV级图像引导模式下，接收电子射野影像机构61传回来的图像，重建出患者的三维摆位图像，并和预设的患者图像进行比对，输出患者位置监测结果。
剂量引导模块6包括电子射野影像机构61和剂量处理组件62；电子射野影像机构61放置于所述机架模块1上，并和所述束流模块2产生束流正交。
图2为本发明实施例的一种控制架构示意图，控制模块7触发电子射野影像机构61和平板探测器513采集图像，电子射野影像机构61采集到的图像在MV级图像引导模式下，传输至图像处理机构52，在剂量引导模式下，传输至剂量处理组件62；平板探测器513采集到的图像在KV级图像引导模式下，传输至图像处理机构52；图像处理机构52和剂量处理组件62会将处理的结果发送至控制模块7，控制模块7控制本发明融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置做出响应。
图3给出了本发明的KV级图像引导模式和MV级图像引导模式的在一次治疗中的工作流程：
治疗前，患者在放疗医生的指引下躺在治疗床模块4上，并进行初始固定摆位，为了确保治疗位置的准确性，放疗医生针对患者肿瘤情况选择使用KV级图像引导或MV级图像引导，并开启KV级图像引导模块5或电子射野影像机构61，KV级图像引导模块5或电子射野影像机构61在机架的带动下旋转扫描，实现患者定位图像的采集，并处理得到定位和计划之间的位置偏差，然后通过控制模块7控制治疗床模块4的自动修正，达到患者的精确摆位。
如图4所示，为本发明的剂量引导放疗装置工作流程示意图；
患者通过图像引导摆位确认后，本发明放疗装置出束，剂量处理组件62在患者治疗过程中将电子射野影像机构61形成的一系列二维图像重建成三维图像，标识为患者实际照射过程中接收到的三维剂量分布，剂量处理组62件将测量处理得到的二维和三维剂量分布和预设的二维剂量和三维剂量分布进行对比，并给出剂量分析结果。
在分次治疗中，剂量引导模块6实时在线将剂量分析结果传递给控制模块7，控制模块7做出相关响应：控制模块7可以设定剂量偏差阈值，如果对比结果在剂量偏差阈值范围内，本发明的放疗装置继续出束；如果对比结果超过剂量偏差阈值，控制模块7输出联锁，并停止本发明的放疗装置出束。
在分次治疗间，物理师或者医生根据剂量引导模6块给出的剂量分析结果判断在下一分次治疗前是否修改患者治疗计划。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，其特征在于，包括机架模块(1)，所述的机架模块(1)包括固定机架(11)，在所述固定机架(11)上通过轴承安设有旋转机架(12)；
在所述旋转机架(12)的上端安设有束流模块(2)，在所述束流模块(2)的下方安设有治疗头模块(3)；
在所述旋转机架(12)的中端安设有KV级图像引导模块(5)；
在所述旋转机架(12)的下端安设有剂量引导模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，其特征在于，
所述KV级图像引导模块(5)包括至少一组影像组件及通过无线信号与其相连接的图像处理机构(52)；
所述影像组件包括安设在旋转机架(12)上的球管(511)、与球管(511)相连的限束器(512)及平板探测器(513)，
所述的平板探测器(513)接收球管(511)发射的射线，且位于球管(511)的对面一侧。
3.根据权利要求1所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，其特征在于，所述剂量引导模块(6)包括电子射野影像机构(61)及通过无线信号连接的剂量处理组件(62)；所述电子射野影像机构(61)安置在所述旋转机架(12)上，并和所述束流模块(2)产生束流正交。
4.根据权利要求1所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，其特征在于，
还包括控制模块(7)，所述的控制模块(7)通过无线信号连接有平板探测器(513)、图像处理机构(52)、电子射野影像机构(61)及剂量处理组件(62)。
5.根据权利要求1所述的一种融合三维在线剂量引导的多模式引导放疗装置，其特征在于，
在所述旋转机架(12)上、靠近影像组件处开设有圆孔；
还包括治疗床模块(4)，所述治疗床模块(4)的高度与所述圆孔的高度相适配。
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| CN115300811A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-11-08 | 中山大学肿瘤防治中心（中山大学附属肿瘤医院、中山大学肿瘤研究所） | 一种基于机器学习的剂量分布确定方法及装置 |
| CN115300811B (zh) * | 2022-08-08 | 2024-01-05 | 中山大学肿瘤防治中心（中山大学附属肿瘤医院、中山大学肿瘤研究所） | 一种基于机器学习的剂量分布确定方法及装置 |
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Legal Events
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