CN114073828A - 用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法 - Google Patents

用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及质子调强放射治疗技术领域，尤其是涉及一种用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法，其中用于质子调强放射治疗的动态机构包括挡块组件和驱动组件，挡块组件包括挡块本体，所述挡块本体的数量设置有多个，多个所述挡块本体之间滑动连接；所述驱动组件包括控制器和驱动结构，所述控制器被配置为调节所述驱动结构，以使所述驱动结构驱动所述挡块本体沿第一方向移动，以改变质子束的射程和质子束流的强度。通过上述结构将大幅度缩短质子治疗所述扫描时间，同时将质子治疗与闪光放射治疗相结合能够最大程度上增加放疗增益比，使其对于放射治疗的贡献最大化。

Description

用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法
技术领域
本公开涉及质子调放射治疗技术领域，尤其是涉及一种用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法。
背景技术
理想的放射治疗是给予肿瘤细胞致死剂量，同时最大限度的减少周围正常器官组件的照射剂量。与光子和电子相比，质子治疗独特的布拉格峰使其具备了这样的剂量学优势。对于现有的质子传输手段，笔型束扫描技术被认为能够最大程度的发挥质子治疗的剂量学优势，而且可以做到基本不损失束流强度。发明人发现，质子笔型束扫描技术扫描时间过长，尤其是转换能量的时间难以达到闪光放射治疗时间规格。
发明内容
本公开提供了一种用于质子调强放射治疗的动态机构、装置及使用方法，以解决发明人认识到的质子笔型束扫描技术扫描时间过长，尤其是转换能量的时间难以达到闪光放射治疗时间规格的技术问题。
本公开提供了一种用于质子调强放射治疗的动态机构，包括
挡块组件，所述挡块组件包括挡块本体，所述挡块本体的数量设置有多个，多个所述挡块本体之间滑动连接；以及
驱动组件，所述驱动组件包括控制器和驱动结构，所述控制器被配置为调节所述驱动结构，以使所述驱动结构驱动所述挡块本体沿第一方向移动，以改变质子束的射程和质子束流的强度。
在上述任一技术方案中，进一步地，还包括服务器，所述服务器被配置为转换用户治疗信息。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述挡块本体的材质为聚异丁烯酸树脂。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述挡块本体的长度为40-60mm，宽度为0-2mm，高度为1-10mm。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述挡块组件还包括固定件，所述挡块本体滑动安装于所述固定件内。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述驱动组件还包括头收发处理电路板，所述头收发处理电路板与所述控制器电性连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述驱动结构包括驱动电路板、马达、反馈电路板和电位器，所述马达与所述驱动电路板电性连接，所述反馈电路板被配置为实时监测所述挡块本体的位置，所述电位器与所述反馈电路板电性连接。
本公开还提供了一种用于质子调强放射治疗的装置，其包括所述的用于质子调放射治疗的动态机构。
本公开还提供了一种用于质子调强放射治疗的动态机构的使用方法，其包括所述的用于质子调放射治疗的动态机构，该方法包括：
将服务器传送的用户治疗计划信息传送到控制器，由控制器传送到头收发处理电路板，由头收发处理电路板中的单片机进行信息转换成挡块本体的位置信号，将挡块本体的位置信号传送到驱动电路板，以控制驱动每个挡块本体上的马达，马达驱动挡块本体移动，反馈电路板实时监测挡块本体的位置，挡块本体的位置由对应的电位器的电压值识别，反馈电路板将挡块本体的位置信号传动到头收发处理电路板，头收发处理电路板将挡块本体的位置与设定位置做出比较，当挡块本体的位置与设定位置相符时，进行后续的工作；当挡块本体的位置与设定位置不符时，由头收发处理电路板将位置不符信息传送到控制器，控制器将位置不符信息传送到服务器进行报错提示。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述驱动组件驱动每一层的每一个所述挡块本体沿第一方向移动，以改变质子束实际照射在每一层上有效照射面积；所述驱动组件驱动整体所述挡块组件从一个扫描点移动至下一个扫描点，以使所述挡块组件动态跟随质子束的移动。
本公开的有益效果主要在于：将服务器传送的用户治疗计划信息传送到控制器，由控制器传送到头收发处理电路板，由头收发处理电路板中的单片机进行信息转换成挡块本体的位置信号，将挡块本体的位置信号传送到驱动电路板，以控制驱动每个挡块本体上的马达，马达驱动挡块本体移动，反馈电路板实时监测挡块本体的位置，挡块本体的位置由对应的电位器的电压值识别，反馈电路板将挡块本体的位置信号传动到头收发处理电路板，头收发处理电路板将挡块本体的位置与设定位置做出比较，当挡块本体的位置与设定位置相符时，进行后续的工作；当挡块本体的位置与设定位置不符时，由头收发处理电路板将位置不符信息传送到控制器，控制器将位置不符信息传送到服务器进行报错提示。
通过本公开提供的上述结构，将常规质子调强放射治疗计划需要对于靶区的三维方向扫描转变成了二维方向的扫描，大幅度减少扫描点的数量，缩短扫描时间更好的满足闪光放射治疗治疗的时间限制，而且做出的质子调强放射治疗计划的计划质量与常规三维方向的扫描并无明显差别。
通过挡块组件中每个挡块本体沿第一方向的移动来改变不同深度质子束通量，以满足质子调强放射治疗对于剂量的调节；通过驱动组件对挡块本体的位置移动进行精确快速控制，以完成质子束扫描的动态跟随。
通过本公开提供的质子调强放射治疗的动态机构，将质子调强放射治疗与闪光放射治疗有机结合，能够在最大程度发挥质子调强放射治疗剂量学优势的前提下，尽可能的缩短治疗时间以满足闪光放射治疗效应所需时间限制，并保持闪光放射治疗所需的剂量率要求。
通过本公开提供的质子调强放射治疗中，质子束在靶区内三维方向上的高度可控性使其具备了能够更好的匹配不同大小和形状肿瘤的能力；质子在传输时，具有较小的侧向散射，照射靶区边缘清晰，进而更适用于治疗距离危机器官较近的肿瘤。
应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，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的附图。
图1为本公开实施例的驱动组件框图；
图2为本公开实施例的质子束照射动态挡块组件的示意图；
图3为本公开实施例的质子束照射动态挡块组件完成调强放射治疗原理示意图一；
图4为公开实施例的质子束照射动态挡块组件完成调强放射治疗原理示意图二；
图5为本公开实施例的挡块本体结构示意图；
图6为本公开实施例的计算挡块本体移动长度示意图；
图7为本公开实施例的挡块组件俯视图；
图8为本公开实施例的挡块组件主视图。
图标：
100-挡块组件；101-挡块本体；102-固定件；200-驱动组件；300-质子束；301-扫描点；302-靶区边缘；304-质子束的深度剂量曲线；305-第一层质子束照射面积；306-第二层质子束照射面积。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
请参阅图1和图2，一个或多个实施例中，本公开提供的用于质子调强放射治疗的动态机构可以直接应用在用于质子调强放射治疗的装置中，用于质子调强放射治疗的动态机构包括挡块组件100和驱动组件200，其中挡块组件100包括挡块本体101，挡块本体101的数量设置有多个，多个挡块本体101之间滑动连接，挡块组件100还包括固定件102，多个挡块本体101滑动安装于固定件102内；驱动组件200包括控制器和驱动结构，控制器被配置为调节驱动结构，以使驱动结构驱动挡块本体101沿第一方向移动，以改变质子束300的射程和质子束300流的强度，第一方向为挡块本体101的长度方向，通过改变质子束300穿过挡块本体101的层数来调节质子束300的射程，通过改变质子束300照射在挡块本体101的有效面积改变质子束300流的强度。
在一些实施例中，还包括服务器，服务器被配置为转换用户治疗信息，通过服务器将用户治疗计划信息传送到控制器。
请参阅图5，一些实施例中，挡块本体101的材质为聚异丁烯酸树脂，挡块本体101的长度为40-60mm，宽度为0-2mm，高度为1-10mm，本公开通过蒙特卡洛的方法来处理复杂的库伦散射，并通过反复模拟测试得以确认此射束大小下最优的挡块本体101的尺寸构造，单个挡块本体101的长度为50mm，宽度为1mm，高度为5mm，通过改变质子束300穿过的挡块本体101的层数来调节质子束300的射程，使得布拉格峰落在靶区内，且同时实现对质子束300流强度的调制以完成质子调强放射治疗对于靶区内剂量的精确控制，在具体实施过程中，挡块本体101的尺寸可根据不同射束的大小进行改变，本公开不予具体限制。
请参阅图7和图8，一些实施例中，挡块组件100中挡块本体101沿第一方向设置有多个挡块本体101，沿第一方向的垂直方向设置有多个挡块本体101，通过挡块组件100使得质子束300在一个扫描点301同时照射不同层数的挡块本体101，进而完成沿射束方向上对于靶区内质子束300射程的调制，在常规质子束300照射中，需要选择器件不断改变质子束300能量然后逐层完成扫描，进而省去质子束300改变能量的时间，成倍的减少扫描点301数，大幅度缩短扫描时间；通过质子束300实际照射在每一层挡块本体101上的有效面积来匹配质子调强治疗计划优化出的扫描点301的权重，挡块组件100的层数取决于靶区沿射束方向的长度，而每一层中排列的挡块本体101的数量取决于质子束300束斑的大小。
在一些实施例中，驱动组件200还包括头收发处理电路板，头收发处理电路板与控制器电性连接，控制器将服务器传送的用户治疗计划信息传送到头收发处理电路板，由头收发处理电路板中的单片机进行信息转换，转换成各个挡块本体101的位置信号；
在一些实施例中，驱动结构包括驱动电路板、马达、反馈电路板和电位器，马达与驱动电路板电性连接，反馈电路板被配置为实时监测挡块本体101的位置，电位器与反馈电路板电性连接，通过电位器电压值识别各挡块本体101的位置，且各挡块本体101都对应有电位器，马达采用永磁马达，且其内部具备变速装置。
在一个或多个实施例中，本公开还提供了一种用于质子调强放射治疗的装置，其包括的用于质子调放射治疗的动态机构。
请参阅图1，一个或多个实施例中，本公开还提供了一种用于质子调强反射治疗的动态机构的使用方法，其包括的用于质子调放射治疗的动态机构，该方法包括：
将服务器传送的用户治疗计划信息传送到控制器，由控制器传送到头收发处理电路板，由头收发处理电路板中的单片机进行信息转换成挡块本体101的位置信号，将挡块本体101的位置信号传送到驱动电路板，以控制驱动每个挡块本体101上的马达，马达驱动挡块本体101移动，反馈电路板实时监测挡块本体101的位置，挡块本体101的位置由对应的电位器的电压值识别，反馈电路板将挡块本体101的位置信号传动到头收发处理电路板，头收发处理电路板将挡块本体101的位置与设定位置做出比较，当挡块本体101的位置与设定位置相符时，进行后续的工作；当挡块本体101的位置与设定位置不符时，由头收发处理电路板将位置不符信息传送到控制器，控制器将位置不符信息传送到服务器进行报错提示；驱动组件200驱动每一层的每一个挡块本体101沿第一方向移动，以改变质子束300实际照射在每一层上有效照射面积；驱动组件200驱动整体挡块组件100从一个扫描点301移动至下一个扫描点301，以使挡块组件100动态跟随质子束300的移动。
将常规质子调强放射治疗计划需要对于靶区的三维方向扫描转变成了二维方向的扫描，大幅度减少扫描点301的数量，缩短扫描时间更好的满足闪光放射治疗治疗的时间限制，而且质子调强放射治疗计划的扫描质量与常规三维方向的扫描并无明显差别。
在一些实施例中，一束质子束300在扫描一个点时，穿过挡块组件100，在人体靶区内沿射束方向同时完成对于质子束300射程和质子束300流强度的调制，进而达到质子调强计划沿此射束方向需要的剂量分布，
请参阅图3和图4，一些实施例中，通过某一病人的实际CT图像，结合病人的靶区，通过质子调强放射治疗计划系统做出一个用于临床可执行的质子调强治疗计划，同时给出需要扫描的点以及各个扫描点301所需要的权重，可以在一个质子调强计划中，在靶区边缘302沿射束方向需要四个扫描点301，质子束300需要改变四次能量去扫描这四个不同深度的扫描点301，并且得到四个能量质子束300的深度剂量曲线，在具体实施过程中，为了使得靶区内沿质子射束方向的剂量均匀，就必须使四个能量质子束300的深度剂量曲线按照一定的权重相加，而此权重由质子调强放射治疗计划系统优化目标函数得来，根据质子调强放射治疗计划系统优化出的权重来设计挡块本体101的伸缩长度，即挡块本体101沿第一方向位移的长度，以及所受质子束300照射的面积，将设计好的挡块组件100应用于质子束300的照射中，可以使质子束300在照射一个扫描点301的同时，完成所有沿射束方向的剂量的调节。
请参阅图6，一些实施例中，当个挡块本体101的长度为50mm，宽度为1mm，高度则为5mm，图中305和306为一束质子束300照射到挡块本体101的有效照射区域，阴影以外的区域视作对于此质子束300没有任何影响，因此只需计算出阴影区域内每一层挡块本体101的实际照射面积占质子束300束斑面积的大小，以此来匹配质子调强计划系统计算出来的权重，当质子调强计划系统给出的照射某一病人的靶区沿一个射束方向需要两个扫描点301，且给出了扫描点301的权重从上到下，即由第一层到第二层，分别为W1和W2，将权重做归一化处理为：W1/(W1+W2)和W2/(W1+W2)；将其转环为两层挡块本体101的权重，则第一层的权重为W1/(W1+W2)第二层的权重为W2/(W1+W2)；将权重转化为每层中挡块本体101移动的尺寸。根据质子束300束斑的尺寸，挡块组件100第一层并排放置四个挡块本体101，且不会超出质子束300的照射范围，以四个挡块本体101的宽度4×1mm作为基准尺寸参数计算第二层挡块本体101的移动长度，即挡块组件100第一层为四个挡块本体101到达质子束300的中心轴时，第二层需要移动两个挡块本体101，其宽度为2×1mm，则第二层中两个挡块本体101距离质子束300中心轴的长度为：
L＝(4×4-4×4×W2/(W1+W2))/2
也就是说第二层的两个挡块本体101需要向后移动直到距离质子束300中心轴线的距离达到L的长度位置，L为第二层的两个挡块本体101需要向后移动距离质子束300中心轴线的距离。
需要说明是，挡块组件100第一层挡块本体101宽度作为基准尺寸参数是由质子束300照射面积所确定的，挡块组件100的层数是由靶区的纵向长度决定的，靶区纵向长度越大则需要的层数越多，本公开中实施例提供的第一层宽度的基准尺寸参数是4×1mm，即四个挡块本体101，层数设置为两层，当质子束300移动到下一个扫描点301时，驱动组件200将挡块组件100移动至下一个扫描点301，根据质子调强治疗计划系统给出的下一个扫描点301沿射束方向的权重，重复上述步骤，通过马达驱动挡块本体101移动，以此类推直至完成全部的靶区照射，在具体实施过程中，并不仅限于本公开实施例提供的基准尺寸参数，可根据用户的具体情况进行改变。
具体的，附图中300代表为质子束300；附图中301代表为扫描点301；附图中302代表为靶区边缘302；附图中304代表为质子束300的深度剂量曲线；附图中305代表为第一层照射面积；附图中306代表为第二层照射面积；附图中a代表为挡块本体101的长度，b代表为挡块本体101的宽度，c代表为挡块本体101的高度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，包括
挡块组件，所述挡块组件包括挡块本体，所述挡块本体的数量设置有多个，多个所述挡块本体之间滑动连接；以及
驱动组件，所述驱动组件包括控制器和驱动结构，所述控制器被配置为调节所述驱动结构，以使所述驱动结构驱动所述挡块本体沿第一方向移动，以改变质子束的射程和质子束流的强度。
2.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，还包括服务器，所述服务器被配置为转换用户治疗信息。
3.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，所述挡块本体的材质为聚异丁烯酸树脂。
4.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，所述挡块本体的长度为40-60mm，宽度为0-2mm，高度为1-10mm。
5.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，所述挡块组件还包括固定件，所述挡块本体滑动安装于所述固定件内。
6.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，所述驱动组件还包括头收发处理电路板，所述头收发处理电路板与所述控制器电性连接。
7.根据权利要求1所述的用于质子调强放射治疗的动态机构，其特征在于，所述驱动结构包括驱动电路板、马达、反馈电路板和电位器，所述马达与所述驱动电路板电性连接，所述反馈电路板被配置为实时监测所述挡块本体的位置，所述电位器与所述反馈电路板电性连接。
8.一种用于质子调强放射治疗的装置，包括如权利要求1-7中任一项所述的用于质子调放射治疗的动态机构。
9.一种用于质子调强放射治疗的动态机构的使用方法，采用如权利要求1-7中任一项所述的用于质子调放射治疗的动态机构，其特征在于，该方法包括：
将服务器传送的用户治疗计划信息传送到控制器，由控制器传送到头收发处理电路板，由头收发处理电路板中的单片机进行信息转换成挡块本体的位置信号，将挡块本体的位置信号传送到驱动电路板，以控制驱动每个挡块本体上的马达，马达驱动挡块本体移动，反馈电路板实时监测挡块本体的位置，挡块本体的位置由对应的电位器的电压值识别，反馈电路板将挡块本体的位置信号传动到头收发处理电路板，头收发处理电路板将挡块本体的位置与设定位置做出比较，当挡块本体的位置与设定位置相符时，进行后续的工作；当挡块本体的位置与设定位置不符时，由头收发处理电路板将位置不符信息传送到控制器，控制器将位置不符信息传送到服务器进行报错提示。
10.根据权利要求9所述的用于质子调强放射治疗的动态机构的使用方法，其特征在于，所述驱动组件驱动每一层的每一个所述挡块本体沿第一方向移动，以改变质子束实际照射在每一层上有效照射面积；所述驱动组件驱动整体所述挡块组件从一个扫描点移动至下一个扫描点，以使所述挡块组件动态跟随质子束的移动。
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