CN114028738B - 一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 - Google Patents
一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114028738B CN114028738B CN202111357090.6A CN202111357090A CN114028738B CN 114028738 B CN114028738 B CN 114028738B CN 202111357090 A CN202111357090 A CN 202111357090A CN 114028738 B CN114028738 B CN 114028738B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- finite element
- accelerator
- point
- radiotherapy
- tumor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 105
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 claims abstract description 11
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 28
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 18
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 15
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 claims description 13
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 6
- 230000003902 lesion Effects 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 210000000216 zygoma Anatomy 0.000 claims description 5
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 4
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 claims description 3
- 241000746998 Tragus Species 0.000 claims description 2
- 210000002758 humerus Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000004709 eyebrow Anatomy 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000005880 cancer cell killing Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 206010041349 Somnolence Diseases 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000000492 nasalseptum Anatomy 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 210000000920 organ at risk Anatomy 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000001562 sternum Anatomy 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，包括红外运动捕捉装置、光纤肿瘤成像装置、有限元定位工作站、加速器放射治疗装置和加速器控制装置，加速器放射治疗装置包括电子直线加速器、治疗床、手控器，加速器控制装置包括出束控制装置、屏蔽门控制装置和扫描枪；红外运动捕捉装置用于实时计算人体呼吸运动造成的体表起伏变化；光纤肿瘤成像装置用于计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位；加速器放射治疗装置用于进行放射治疗；加速器控制装置用于控制电子直线加速器的动作。本发明可使得整个放疗过程更加精准化、可视化，避免放疗定位、复位过程中造成患者体位偏差。
Description
技术领域
本发明涉及放射治疗技术领域，尤其是涉及一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统。
背景技术
在传统的肿瘤放射治疗过程中，治疗计划的模拟引导设计是在基于肿瘤患者治疗前的解剖影像来完成。通过使照射剂量的分布同靶区的形状尽可能的一致，从而保护周围的正常组织，然而，随着治疗过程的持续进行，患者的解剖结构和靶区位置形状会发生变化，而并非与治疗前完全一致，这使得患者在接受分次治疗的过程中，位于体内的靶区形状以及与周围危及器官的位置关系可能会发生不同程度的变化，影响剂量分布的精确性。
目前，临床上在进行肿瘤放疗时，通常对临床靶区外扩一定的间距形成计划靶区，以保证靶区不会漏照。但这种做法势必会累及更大范围的周围正常组织与器官。更理想的处理方法是采用某种技术手段监测靶区的变化情况，并采取相对应的措施予以解决，目前相关设备及技术还处于研究和探索状态。
发明内容
本发明提供一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，以使得整个放疗过程更加精准化、可视化，避免放疗定位、复位过程中造成患者体位偏差。
本发明提供的三维有限元网格精准定位放射治疗系统是一种运用有限元方法精准定位肿瘤位置并实时监控肿瘤变化的放射治疗系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，该系统包括红外运动捕捉装置、光纤肿瘤成像装置、有限元定位工作站、加速器放射治疗装置和加速器控制装置；
所述红外运动捕捉装置用于实时计算人体呼吸运动造成的体表起伏变化；
所述光纤肿瘤成像装置用于计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位；
所述加速器放射治疗装置用于进行放射治疗；
所述加速器控制装置用于控制电子直线加速器的动作。
在本发明的一个实施方式中，所述红外运动捕捉装置包括十台运动捕捉摄像机和动态分析站，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，用于采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于所述加速器放射治疗装置左右两侧用于采集患者左右、腹背方向位移，十台运动捕捉摄像机和动态分析站相连接，动态分析站和有限元定位工作站连接，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型。
在本发明的一个实施方式中，进一步地，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，通过在人体头部和脚部骨骼的特征来进行标定标记点，头部分别是眉间点、前颞点、颧骨前点、颧骨弓、鼻翼端点、口角点、鼻梁点、鼻尖点、鼻下点、颌下点、下颌角、鼻根点、耳屏点、甲状软骨下点、顶枕位点共14个标记点来生成头部建模，脚部分别是根骨点、第一趾骨点、第五趾骨点、脚底点、左右脚踝点共六个标记点来生成足部建模，这四台运动捕捉摄像机主要采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于加速器左右两侧，主要通过左右手背部标记点、左右肱骨点、左右肩胛骨点、左右大腿股骨点、左右胫骨点采集患者左右位移，捕捉两个胸部标记点、腹部点和背部点来采集患者腹背方向位移，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型。
在本发明的一个实施方式中，所述光纤肿瘤成像装置包括短脉冲激光发生器和圆形超声传感器，通过短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，利用圆形超声传感器阵列采集超声信号，将信号传递到有限元定位工作站，经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位。
在本发明的一个实施方式中，所述加速器放射治疗装置包括电子直线加速器、治疗床、手控器，
所述电子直线加速器用于对病人肿瘤的放射治疗；
所述治疗床用于支撑患者将病变部位移动至电子直线加速器的中心点处接受治疗；
所述手控器用于治疗床的摆位，使病变部位移动至电子直线加速器的中心点处；
所述治疗床置于电子直线加速器机头正下方，通过手控器遥控治疗床的升降、前后运动与旋转运动，手控器通过联接导线置于治疗床尾安全连锁扣内，所述光纤肿瘤成像装置集成于电子直线加速器机头内，根据治疗进程通过所述有限元定位工作站的计算机程序控制伸缩收放实行成像需求。
在本发明的一个实施方式中，所述加速器控制装置包括出束控制装置、屏蔽门控制装置和扫描枪
所述扫描枪用于快速采集病人数据；
所述出束控制装置用于控制电子直线加速器出束；
所述屏蔽门控制装置用于控制屏蔽门动作；
所述出束控制装置、屏蔽门控制装置和扫描枪均置于放射治疗控制台，通过电缆连接至所述有限元定位工作站的计算机。
在本发明的一个实施方式中，所述有限元定位工作站包括网格划分系统与有限元分析工作站，网格划分系统内接光纤肿瘤成像装置，所得图像进行肿瘤体积、形态、中心定位；有限元分析工作站内处理模块将人体正常组织与肿瘤部位区分并进行四面体网格划分标记，实现体内肿瘤的有限元模型可视化网格定位。如需要进一步细化，可进行网格的加密，也可实现如五面体和六面体等网格的划分，通过网格中心点坐标公式计算获取网格坐标，提高剖分的精度。
在本发明的一个实施方式中，所述有限元分析工作站位内嵌有不同处理模块的计算机。
在本发明的一个实施方式中，所述网格划分系统具体为用于图像处理的计算机。
在本发明的一个实施方式中，所述有限元定位工作站的有限元分析工作站中含有加速器误差模块，所述加速器误差模块执行校准肿瘤标记误差是否合格的程序，借助加速器误差模块识别校准，校准后带肿瘤标记的有限元模型成像在加速机房合适位置，即可按照此模型位置定位患者并完成放疗。
本发明是基于三维有限元网格定位的新型放射治疗系统，可以妥善解决肿瘤靶区变化这个问题，通过运动捕捉与有限元网格标记来评判患者解剖生理变化以及放射治疗过程中的反馈信息(如肿瘤的大小、形态及位置变化)，分析分次治疗与初始计划设计之间的差异，从而指导后续分次治疗计划的精准设计，实现从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。将肿瘤患者固定体位于加速器治疗床上，光纤肿瘤成像装置发射短脉冲激光照射人体患部位置，得到肿瘤的尺寸及位置，之后红外运动捕捉装置扫描生成人体三维模型，通过工作站计算机程序比对人体模型，若不吻合，则重新定位肿瘤位置和尺寸，重新扫描生成人体三维模型；若吻合，进行有限元网格划分，讲肿瘤区域与健康区域区分开来，通过加速器误差模块判断肿瘤网格摆位误差是否符合要求。若是，则启动加速器进行治疗；若不符合，则重新进行网格划分，标记肿瘤位置并通过误差模块判断。通过红外运动捕捉摄像机扫描捕获患者的三维轮廓，短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，采集后经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位，与有限元定位工作站相连后可在监测端自动生成人体三维模型，将监测端的三维模型网格化处理，标记肿瘤部位网格变化，借助加速器误差模块识别校准，校准后带肿瘤标记的有限元模型成像在加速机房合适位置，即可按照此模型位置定位患者并完成放疗。相比较来说，本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统的最大特点是无需患者医师共同反复定位、复位，十分方便快捷高效，大大提高了工作效率，提高放疗精准度。
本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统的最大特点是无需患者医师共同反复定位、复位，十分方便快捷高效，大大提高了工作效率，提高放疗精准度。妥善解决肿瘤靶区不断变化的问题，通过运动捕捉与有限元网格标记来评判患者解剖生理变化以及放射治疗过程中的反馈信息(如肿瘤的大小、形态及位置变化)，分析分次治疗与初始计划设计之间的差异，从而指导后续分次治疗计划的精准设计，实现从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。采用新颖的三维有限元网格精准定位技术，改进后肿瘤识别精细程度大大增高，通过对不规则的人体肿瘤组织的精准扫描、定位、网格标记，进而实现对放射治疗过程的精准癌细胞杀伤作用，使整个放疗过程更加精准化、可视化。避免重复定位、复位过程中造成患者体位偏差，影响治疗效果，减少辐射吸收剂量和医疗费用。科学合理地提高了肿瘤放疗的精准性，实现对肿瘤靶区高剂量照射的同时，最大限度地减少周围正常组织受高剂量照射的可能性，进而降低放射性并发症的发生概率。
与现有技术相比，本发明优点及有益效果在于：
1)通过计算血红蛋白浓度和氧饱和度的二位分布，进行肿瘤组织的筛查，妥善解决肿瘤靶区不断变化的问题，通过运动捕捉与有限元网格标记来评判患者解剖生理变化以及放射治疗过程中的反馈信息(如肿瘤的大小、形态及位置变化)，分析分次治疗与初始计划设计之间的差异，从而指导后续分次治疗计划的精准设计，实现从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。
2)采用新颖的三维有限元网格精准定位技术，改进后肿瘤识别精细程度大大增高，通过对不规则的人体肿瘤组织的精准扫描、定位、网格标记，进而实现对放射治疗过程的精准癌细胞杀伤作用，使整个放疗过程更加精准化、可视化。
3)实时监控人体内肿瘤的变化形成闭环控制，避免重复定位、复位过程中造成患者体位偏差，影响治疗效果，减少辐射吸收剂量和医疗费用。
4)科学合理地提高了肿瘤放疗的精准性，实现对肿瘤靶区高剂量照射的同时，最大限度地减少周围正常组织受高剂量照射的可能性，进而降低放射性并发症的发生概率。
附图说明
图1是本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统操作流程图；
图2是本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统整体示意图；
图3是本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统的二维肿瘤网格定位图；
图4是本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统的四面体网格三维模型图.
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例
参考图1-4。首先将患者平躺在平板上，身体睡平，双手置于身体两侧，双肩自然放松，再检查患者双眼框是否在同一水平线上，鼻中隔，颈椎，胸骨呈一条直线以保证患者整体尽量睡正保持重复性，从源头上避免角度误差偏大，在进入操作室进行下一步操作。
参考图2，三维有限元网格精准定位放射治疗系统，该系统包括红外运动捕捉装置1、光纤肿瘤成像装置2、有限元定位工作站6、加速器放射治疗装置10和加速器控制装置11，所述加速器放射治疗装置10包括电子直线加速器3、治疗床4、手控器5，所述加速器控制装置11包括出束控制装置8、屏蔽门控制装置9和扫描枪7。
所述红外运动捕捉装置1用于实时计算人体呼吸运动造成的体表起伏变化；
所述光纤肿瘤成像装置2用于计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位；
所述加速器放射治疗装置10用于进行放射治疗；
所述加速器控制装置11用于控制电子直线加速器3的动作；
具体而言，所述加速器放射治疗装置10包括电子直线加速器3、治疗床4、手控器5，所述加速器控制装置11包括出束控制装置8、屏蔽门控制装置9和扫描枪7；
所述电子直线加速器3用于对病人肿瘤的放射治疗；
所述治疗床4用于支撑患者将病变部位移动至电子直线加速器3的中心点处接受治疗；
所述手控器5用于治疗床4的摆位，使病变部位移动至电子直线加速器3的中心点处；
所述扫描枪7用于快速采集病人数据；
所述出束控制装置8用于控制电子直线加速器3出束；
所述屏蔽门控制装置9用于控制屏蔽门动作；
所述治疗床4置于电子直线加速器3机头正下方，通过手控器5遥控治疗床4的升降、前后运动与旋转运动，手控器5通过联接导线置于治疗床尾4安全连锁扣内，所述出束控制装置8、屏蔽门控制装置9和扫描枪7均置于放射治疗控制台，通过电缆连接至所述有限元定位工作站6的计算机，所述光纤肿瘤成像装置2集成于电子直线加速器3机头内，根据治疗进程通过所述有限元定位工作站6的计算机程序控制伸缩收放实行成像需求。
本实施例中，所述红外运动捕捉装置1包括十台运动捕捉摄像机和动态分析站，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，用于采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于所述加速器放射治疗装置10左右两侧用于采集患者左右、腹背方向位移，十台运动捕捉摄像机和动态分析站相连接，动态分析站和有限元定位工作站6连接，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型。
具体而言，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，通过在人体头部和脚部骨骼的特征来进行标定标记点，头部分别是眉间点、前颞点、颧骨前点、颧骨弓、鼻翼端点、口角点、鼻梁点、鼻尖点、鼻下点、颌下点、下颌角、鼻根点、耳屏点、甲状软骨下点、顶枕位点共14个标记点来生成头部建模，脚部分别是根骨点、第一趾骨点、第五趾骨点、脚底点、左右脚踝点共六个标记点来生成足部建模，这四台运动捕捉摄像机主要采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于加速器左右两侧，主要通过左右手背部标记点、左右肱骨点、左右肩胛骨点、左右大腿股骨点、左右胫骨点采集患者左右位移，捕捉两个胸部标记点、腹部点和背部点来采集患者腹背方向位移，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型。
本实施例中，所述光纤肿瘤成像装置2包括短脉冲激光发生器和圆形超声传感器，通过短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，利用圆形超声传感器阵列采集超声信号，将信号传递到有限元定位工作站6，经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位。
本实施例中，所述有限元定位工作站6包括网格划分系统与有限元分析工作站，网格划分系统内接光纤肿瘤成像装置2，所得图像进行肿瘤体积、形态、中心定位；有限元分析工作站内处理模块将人体正常组织与肿瘤部位区分并进行四面体网格划分标记，实现体内肿瘤的有限元模型可视化网格定位。如需要进一步细化，可进行网格的加密，也可实现如五面体和六面体等网格的划分，通过网格中心点坐标公式计算获取网格坐标，提高剖分的精度。所述有限元分析工作站位内嵌有不同处理模块的计算机。所述网格划分系统具体为用于图像处理的计算机。所述有限元定位工作站6的有限元分析工作站中含有加速器误差模块，所述加速器误差模块执行校准肿瘤标记误差是否合格的程序，借助加速器误差模块识别校准，校准后带肿瘤标记的有限元模型成像在加速机房合适位置，即可按照此模型位置定位患者并完成放疗。
本实施例中，所述设备需先将肿瘤患者固定体位于加速器治疗床上，利用光纤肿瘤成像装置发射短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，利用圆形超声传感器阵列采集超声信号，经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现精准定位肿瘤中心尺寸、位置，通过红外运动捕捉装置扫描生成人体三维模型实时精确计算人体呼吸运动造成的体表起伏变化，有限元分析工作站内处理模块将人体正常组织与肿瘤部位区分并进行四面体网格划分标记，实现体内肿瘤的有限元模型可视化网格定位，通过空间成像对准比标记网格摆位，实行有限元肿瘤网格误差校准分析，符合要求后即可实施放射治疗。
具体而言，本实施例是基于三维有限元网格定位的新型放射治疗系统，可以妥善解决肿瘤靶区变化这个问题，通过运动捕捉与有限元网格标记来评判患者解剖生理变化以及放射治疗过程中的反馈信息(如肿瘤的大小、形态及位置变化)，分析分次治疗与初始计划设计之间的差异，从而指导后续分次治疗计划的精准设计，实现从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。
将肿瘤患者固定体位于加速器治疗床上，光纤肿瘤成像装置发射短脉冲激光照射人体患部位置，得到肿瘤的尺寸及位置，之后红外运动捕捉装置扫描生成人体三维模型，通过工作站计算机程序比对人体模型，若不吻合，则重新定位肿瘤位置和尺寸，重新扫描生成人体三维模型；若吻合，进行有限元网格划分，将肿瘤区域与健康区域区分开来，通过加速器误差模块判断肿瘤网格摆位误差是否符合要求。若是，则启动加速器进行治疗；若不符合，则重新进行网格划分，标记肿瘤位置并通过误差模块判断。
通过红外运动捕捉摄像机扫描捕获患者的三维轮廓，短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，采集后经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位，与有限元定位工作站相连后可在监测端自动生成人体三维模型，将监测端的三维模型网格化处理，标记肿瘤部位网格变化，借助加速器误差模块识别校准，校准后带肿瘤标记的有限元模型成像在加速机房合适位置，即可按照此模型位置定位患者并完成放疗。相比较来说，本发明的三维有限元网格精准定位放射治疗系统的最大特点是无需患者医师共同反复定位、复位，十分方便快捷高效，大大提高了工作效率，提高放疗精准度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，该系统包括红外运动捕捉装置（1）、光纤肿瘤成像装置（2）、有限元定位工作站（6）、加速器放射治疗装置（10）和加速器控制装置（11）；
所述红外运动捕捉装置（1）用于实时计算人体呼吸运动造成的体表起伏变化；
所述光纤肿瘤成像装置（2）用于计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位；
所述加速器放射治疗装置（10）用于进行放射治疗；
所述加速器控制装置（11）用于控制电子直线加速器（3）的动作；
所述红外运动捕捉装置（1）包括十台运动捕捉摄像机和动态分析站，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，用于采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于所述加速器放射治疗装置（10）左右两侧用于采集患者左右、腹背方向位移，十台运动捕捉摄像机和动态分析站相连接，动态分析站和有限元定位工作站（6）连接，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型；
所述光纤肿瘤成像装置（2）包括短脉冲激光发生器和圆形超声传感器，通过短脉冲激光照射人体组织，激发出宽频带超声信号，利用圆形超声传感器阵列采集超声信号，将信号传递到有限元定位工作站（6），经有限元算法计算出人体组织内血红蛋白浓度和氧饱和度的二维分布，实现对肿瘤组织的筛查与定位；
所述有限元定位工作站（6）包括网格划分系统与有限元分析工作站，网格划分系统内接光纤肿瘤成像装置（2），所得图像进行肿瘤体积、形态、中心定位；有限元分析工作站将人体正常组织与肿瘤部位区分并进行四面体网格划分标记，实现体内肿瘤的有限元模型可视化网格定位；
所述有限元定位工作站（6）的有限元分析工作站中含有加速器误差模块，所述加速器误差模块执行校准肿瘤标记误差是否合格的程序，借助加速器误差模块识别校准，校准后带肿瘤标记的有限元模型成像在加速机房合适位置，即可按照此模型位置定位患者并完成放疗。
2.根据权利要求1所述一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，四台运动捕捉摄像机置于放射治疗室四个角落，通过在人体头部和脚部骨骼的特征来进行标定标记点，头部分别是眉间点、前颞点、颧骨前点、颧骨弓、鼻翼端点、口角点、鼻梁点、鼻尖点、鼻下点、颌下点、下颌角、鼻根点、耳屏点、甲状软骨下点、顶枕位点共15个标记点来生成头部建模，脚部分别是根骨点、第一趾骨点、第五趾骨点、脚底点、左右脚踝点共六个标记点来生成足部建模，这四台运动捕捉摄像机采集肿瘤患者头脚方向位移，六台运动捕捉摄像机分别置于加速器左右两侧，通过左右手背部标记点、左右肱骨点、左右肩胛骨点、左右大腿股骨点、左右胫骨点采集患者左右位移，捕捉两个胸部标记点、腹部点和背部点来采集患者腹背方向位移，通过动态分析站实时反馈人体体表位移变化生成虚拟人体轮廓模型。
3.根据权利要求1所述一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，所述加速器放射治疗装置（10）包括电子直线加速器（3）、治疗床（4）、手控器（5），
所述电子直线加速器（3）用于对病人肿瘤的放射治疗；
所述治疗床（4）用于支撑患者将病变部位移动至电子直线加速器（3）的中心点处接受治疗；
所述手控器（5）用于治疗床（4）的摆位，使病变部位移动至电子直线加速器（3）的中心点处；
所述治疗床（4）置于电子直线加速器（3）机头正下方，通过手控器（5）遥控治疗床（4）的升降、前后运动与旋转运动，所述光纤肿瘤成像装置（2）集成于电子直线加速器（3）机头内，根据治疗进程通过所述有限元定位工作站（6）的计算机程序控制伸缩收放实行成像需求。
4.根据权利要求3所述一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，所述加速器控制装置（11）包括出束控制装置（8）、屏蔽门控制装置（9）和扫描枪（7），
所述扫描枪（7）用于快速采集病人数据；
所述出束控制装置（8）用于控制电子直线加速器（3）出束；
所述屏蔽门控制装置（9）用于控制屏蔽门动作；
所述出束控制装置（8）、屏蔽门控制装置（9）和扫描枪（7）均置于放射治疗控制台，通过电缆连接至所述有限元定位工作站（6）的计算机。
5.根据权利要求4所述一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，所述有限元分析工作站内嵌有不同处理模块的计算机。
6.根据权利要求4所述一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统，其特征在于，所述网格划分系统为用于图像处理的计算机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111357090.6A CN114028738B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111357090.6A CN114028738B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114028738A CN114028738A (zh) | 2022-02-11 |
| CN114028738B true CN114028738B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=80144559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111357090.6A Active CN114028738B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114028738B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014058403A1 (ru) * | 2012-10-08 | 2014-04-17 | Golovatskyy Dmytriy Vasilyevich | Способ контроля, корректировки и отслеживания фигуры человека |
| CN104956405A (zh) * | 2013-02-13 | 2015-09-30 | 三菱电机株式会社 | 用于模拟胸部4dct的方法 |
| CN109567908A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-05 | 复旦大学附属中山医院 | 基于温度场检测的静脉穿刺系统 |
| CN208876495U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-05-21 | 成都世恩医疗科技有限责任公司 | 光声乳腺成像系统 |
| CN110075427A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-02 | 广州医科大学附属肿瘤医院 | 一种放疗过程的摆位指导设备及其使用方法 |
| CN113499091A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-10-15 | 四川大学华西医院 | 一种患者体表和体内肿瘤运动相关性及肿瘤内部动度的预测方法和系统 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111357090.6A patent/CN114028738B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014058403A1 (ru) * | 2012-10-08 | 2014-04-17 | Golovatskyy Dmytriy Vasilyevich | Способ контроля, корректировки и отслеживания фигуры человека |
| CN104956405A (zh) * | 2013-02-13 | 2015-09-30 | 三菱电机株式会社 | 用于模拟胸部4dct的方法 |
| CN208876495U (zh) * | 2018-04-20 | 2019-05-21 | 成都世恩医疗科技有限责任公司 | 光声乳腺成像系统 |
| CN109567908A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-05 | 复旦大学附属中山医院 | 基于温度场检测的静脉穿刺系统 |
| CN110075427A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-02 | 广州医科大学附属肿瘤医院 | 一种放疗过程的摆位指导设备及其使用方法 |
| CN113499091A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-10-15 | 四川大学华西医院 | 一种患者体表和体内肿瘤运动相关性及肿瘤内部动度的预测方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114028738A (zh) | 2022-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI615126B (zh) | 影像增強真實度之方法與應用該方法在可穿戴式眼鏡之手術導引 | |
| CN104168850B (zh) | 监测患者呼吸并纠正机械臂轨迹的机器人医疗装置 | |
| US10417357B2 (en) | Patient and procedure customized fixation and targeting devices for stereotactic frames | |
| EP1531728B1 (en) | Patient representation in medical machines | |
| US7318805B2 (en) | Apparatus and method for compensating for respiratory and patient motion during treatment | |
| US9238151B2 (en) | Dynamic/adaptive treatment planning for radiation therapy | |
| US9616249B2 (en) | Radiotherapy control apparatus and radiotherapy control program | |
| US8189738B2 (en) | Methods and systems for guiding clinical radiotherapy setups | |
| US20070211857A1 (en) | Radiotherapy device control apparatus and radiation irradiation method | |
| US7986227B2 (en) | System and method for position matching of a patient for medical imaging | |
| US20080171930A1 (en) | Method and apparatus for positioning an instrument in a predetermined region within a patient's body | |
| US20050163342A1 (en) | Image guided implantology methods | |
| US20080219405A1 (en) | System and method for patient setup for radiotherapy treatment | |
| US20030083562A1 (en) | Patient positioning system employing surface photogrammetry | |
| CN113855287B (zh) | 一种带评估种植精度的口腔种植手术机器人及控制方法 | |
| CN116019558A (zh) | 电磁导航穿刺机器人系统及其定位方法 | |
| CN114028738B (zh) | 一种三维有限元网格精准定位放射治疗系统 | |
| He et al. | Expert consensus on navigation-guided unilateral delayed zygomatic fracture reconstruction techniques | |
| KR20170008684A (ko) | 환자의 호흡 운동에 기반한 방사선 치료 계획의 평가 장치 및 방법 | |
| WO2007044469A2 (en) | A method and apparatus to direct radiation treatment to a specific region of the brain | |
| CN213211316U (zh) | 一种远程遥控o臂机脚踏控制器 | |
| CN117064550B (zh) | 一种体外冲击波治疗股骨头坏死的虚拟仿真系统及装置 | |
| Bishas | Applications of surface guided imaging in radiotherapy: A literature review | |
| Shafiq et al. | Defining the Planning Tumor Volume by analyzing Setup of Head & Neck (H&N) Carcinoma in Radiotherapy | |
| Mowbray et al. | An assessment of the accuracy of tattoo marks in aligning treatment fields for pelvic radiotherapy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |