CN115350410B - 准直系统及放疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放疗射线准直方法、准直系统及放疗系统，属于放疗技术领域，包括准直体和机架；所述准直体上设置有多个呈阵列式分布的射线通孔；所述机架设置有准直工位和形状控制工位，所述准直体连接有用于驱动准直体在准直工位和形状控制工位切换的驱动机构；每个所述射线通孔内设置有一用于封闭射线通孔的封闭杆，所述形状控制工位设置有封闭杆驱动机构，所述封闭杆驱动机构用于驱动任意指定区域内的封闭杆脱离射线通孔。本发明可以在一定的尺寸范围内，形成多种的解封范围，从而对各种形状的肿瘤进行放射治疗，且只需要一个准直体，减小设备体积。

Description

准直系统及放疗系统

技术领域

本发明属于放疗技术领域，尤其是一种准直系统及放疗系统。

背景技术

目前，放疗是恶性肿瘤的常规治疗方法，放疗治疗时，利用射线源发射射线，射线经过准直器准直后照射患者的治疗部位。准直器是放疗系统的重要设备之一，其作用在于调节射线的照射范围，使射线的照射范围与肿瘤形状相适配，以尽可能地避免射线照射到肿瘤之外的正常组织。

传统的准直器通过设置多个不同直径的准直孔，根据治疗要求选择合适的准直孔对射线进行准直，但由于肿瘤的形状是不规则的，圆形的准直孔难以与肿瘤形状适配。为解决这一问题，CN108744315A公开了一种准直器及放疗设备，设置了多个独立的准直体，每个准直体上设置了准直通道，不同准直体的准直通道形状不同，因此可将射线准直为多种形状，但准直体的安装数量有限，无法用于各种形状的肿瘤放疗。当然，由于准直体是可拆卸的，可以根据肿瘤的形状制备具有对应形状准直通道的准直体，然后将准直体安装在支撑体上，但是准直体的临时制备需要时间，不适用于病情较急的患者。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种放疗射线准直方法、准直系统及放疗系统，只需要一个准直体就可以将射线准直为任意形状，适用于各种形状的肿瘤放疗。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：准直系统，包括准直体和机架；

所述准直体上设置有多个呈阵列式分布的射线通孔；

所述机架设置有准直工位和形状控制工位，所述准直体连接有用于驱动准直体在准直工位和形状控制工位切换的驱动机构；

每个所述射线通孔内设置有一用于封闭射线通孔的封闭杆，所述形状控制工位设置有封闭杆驱动机构，所述封闭杆驱动机构用于驱动任意指定区域内的封闭杆脱离射线通孔。

进一步地，所述准直体的下方设置有固定板，所述固定板设置有从准直工位延伸至形状控制工位的限位滑槽，所述限位滑槽内设置有与限位滑槽滑动配合的滑块，所述准直体安装于滑块，所述滑块与驱动机构相连。

进一步地，所述射线通孔呈圆台形，且射线通孔的内径从上至下逐渐减小；所述封闭杆的形状与射线通孔的形状适配；

所述封闭杆驱动机构包括支撑板，所述支撑板上设置有多个导向孔，每个所述导向孔内设置有一电磁铁，所述支撑板的上方设置有升降板，所述升降板连接有升降机构；所述电磁铁的顶部通过连接杆与升降板相连；所述封闭杆为导磁杆，每根所述导磁杆能够与一电磁铁磁性连接。

进一步地，所述升降机构为气缸。

进一步地，所述准直工位的下方设置有水平的测试板，所述测试板的上方设置有用于检测射线照射范围的检测元件，所述测试板连接有检测驱动机构。

进一步地，所述检测驱动机构为电机，所述电机的主轴通过连接臂与测试板相连。

采用上述准直系统的放疗射线准直方法，包括

S1、根据肿瘤的大小和形状确定射线的照射范围；

S2、根据射线的照射范围确定准直体内射线通孔的解封范围；

S3、利用驱动机构将准直体移动至形状控制工位，利用封闭杆驱动机构将解封范围内的封闭杆从射线通孔中取出，封闭范围之外的封闭杆停留在射线通孔中，再利用驱动机构将准直体移动至准直工位；

S4、准直体解封范围内的射线通孔对射线进行准直。

进一步地，步骤S3中，将解封范围内的封闭杆对应的各个电磁铁通电，电磁铁通电后产生磁场，同时利用升降机构驱动升降板和电磁铁整体向下移动，通电的电磁铁与封闭杆磁性连接，再利用升降机构带动升降板和电磁铁整体向上移动，封闭范围内的封闭杆随着电磁铁向上运动并脱离射线通孔。

进一步地，步骤S3之后，利用检测驱动机构将测试板移动至准直体的下方，向准直体发射射线，利用检测元件检测射线经过准直体后的实际照射范围，对比实际照射范围和步骤S1确定的照射范围，如果照射范围的误差在允许的范围内，则利用检测驱动机构将测试板至准直工位之外并进行步骤S4；如果照射范围的误差超出允许的范围，则调整解封范围并重复步骤S3至S4。

放疗系统，采用上述准直系统。

本发明的有益效果是：本发明中，部分射线通孔可以组合成为各种形状，根据肿瘤大小和形状确定射线通孔的解封范围，再将解封范围内的封闭杆取出，射线可以穿透解封范围内的射线通孔，实现对射线的准直。本发明可以在一定的尺寸范围内，形成多种的解封范围，从而对各种形状的肿瘤进行放射治疗，且只需要一个准直体，减小设备体积。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是图1中A-A的剖视示意图；

图3是准直体的俯视示意图；

图4至图7是解封范围内的封闭杆取出后的示意图；

附图标记：1—准直体；11—射线通孔；2—机架；21—封闭杆；22—固定板；23—支撑板；24—电磁铁；25—升降机构；26—导向孔；27—升降板；28—连接杆；29—滑块；210—测试板；211—检测驱动机构；212—连接臂；213—检测元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的准直系统，如图1和图2所示，包括准直体1和机架2。

如图3所示，准直体1上设置有多个呈阵列式分布的射线通孔11，射线通孔11从准直体1的上表面竖直延伸至下表面。

机架2设置有准直工位和形状控制工位，准直体1连接有用于驱动准直体1在准直工位和形状控制工位切换的驱动机构。准直工位即用于射线准直的工位，形状控制工位为用于调节照射范围的工位。

每个射线通孔11内设置有一用于封闭射线通孔11的封闭杆21，形状控制工位设置有封闭杆驱动机构，封闭杆驱动机构用于驱动任意指定区域内的封闭杆21脱离射线通孔11。封闭杆21用于将射线通孔11封闭，封闭后，射线不能再穿过射线通孔11，而将封闭杆21取出后，射线则能够穿过射线通孔11。封闭杆21的形状与射线通孔11适配。封闭杆21可以充满整个射线通孔11，也可以只填充射线通孔11的上部或上中部。为了便于封闭杆21的取出，封闭杆21的上端可以伸出射线通孔11。

射线通孔11可以呈矩形阵列，也可以呈圆形阵列。射线通孔11的直径在3mm至10mm之间，一般来说，射线通孔11的直径越小，准直精度越高，但尺寸过小增加制造难度以及封闭杆21的驱动难度，因此，根据实际需求选择合适的射线通孔11直径。

射线通孔11的数量多，直径小，取出封闭杆21后，可以供射线穿过。不同的射线通孔11相互组合，可形成不同形状的照射范围，如图4至图6所示，图中黑色填充表示取出封闭杆21后的射线通孔11。

各个射线通孔11的直径可以相同。此外，各个射线通孔11也可以不同，作为优选的实施方式：位于准直体1中间的射线通孔11直径较大，而从准直体1中间到边缘，射线通孔11的直径逐渐减小。例如射线通孔11从中心到边缘分为多层，每一层呈圆环状均匀分布，如图7所示，位于准直体1中心的射线通孔11直径为9mm，外侧的各层射线通孔11直径分别为7mm、5mm、4mm、4mm、3mm、3mm、3mm。位于准直体1中间的射线通孔11一般也处于设定的照射范围的中心位置，位于照射范围边缘的射线通孔11直径更小，并且相邻两个射线通孔11之间的间距也从中心到边缘逐渐减小，可以形成更加准确的照射范围轮廓，与设定的照射范围重合度更高。同时，中心处的射线通孔11直径较大时数量会较少，使用时需要取出的封闭杆21数量少，有利于简化封闭杆驱动机构的结构。

为了提高准直体移动的稳定性，准直体1的下方设置有固定板22，固定板22设置有从准直工位延伸至形状控制工位的限位滑槽，限位滑槽内设置有与限位滑槽滑动配合的滑块29，准直体1安装于滑块29，滑块29与驱动机构相连。限位滑槽的上端槽口位于固定板22的上表面，限位滑槽的下端槽口位于固定板22的下表面，限位滑槽的宽度大于准直体1的外径，准直体1的下端贯穿滑块29。驱动机构驱动滑块29移动时，准直体1即可随着滑块29同步移动。

采用上述准直系统进行放疗射线准直的方法为：

S1、根据肿瘤的大小和形状确定射线的照射范围。照射范围与肿瘤的覆盖范围相适应，以确保对肿瘤进行有效照射，且避免对肿瘤之外的正常组织进行照射，以尽可能地降低放疗的副作用。照射范围由医护人员确定。

S2、根据射线的照射范围确定准直体1内射线通孔11的解封范围。将准直体1的中心作为照射范围的中心，找出位于照射范围内的射线通孔11，由于照射范围是不规则的形状，因此必然存在射线通孔11部分位于照射范围内，部分位于照射范围外，此时，根据位于照射范围内面积与位于照射范围外的面积之比确定该射线通孔11是否应当处于解封范围，具体地，当射线通孔11位于照射范围内面积与位于照射范围外的面积之比大于或等于1时，则将该射线通孔11纳入解封范围，反之则不纳入解封范围。

S3、利用驱动机构将准直体1移动至形状控制工位，利用封闭杆驱动机构将解封范围内的封闭杆21从射线通孔11中取出，封闭范围之外的封闭杆21停留在射线通孔11中，再利用驱动机构将准直体1移动至准直工位。

将解封范围内的封闭杆21取出后，解封范围内的射线通孔11可以供射线穿过，而解封范围外的射线通孔11不能供射线穿过，因此形成特定形状的实际照射范围，

S4、准直体1解封范围内的射线通孔11对射线进行准直。

放疗完成后，利用驱动机构将准直体1移动至形状控制工位，利用封闭杆驱动机构将解封范围内的封闭杆21重新放入射线通孔11，等待下一次使用。

可见，本发明不需要更换准直体1，一个准直体1就能够形成多种形状的照射范围，使用灵活、方便。

封闭杆驱动机构需要带动封闭杆21上升和下降，从而脱离射线通孔11或者进入射线通孔11，常规的升降驱动机构包括直线电机、气缸等设备，但这些设备的体积均比较大，需要占用较大的空间，而本发明的封闭杆21直径较小，分布密集，难以采用这些升降机构进行驱动。作为优选的实施方式：本发明的封闭杆驱动机构采用电磁铁24。

具体地，射线通孔11呈圆台形，且射线通孔11的内径从上至下逐渐减小；封闭杆21的形状与射线通孔11的形状适配。封闭杆21进入射线通孔11后，可以自动保持稳定。

封闭杆驱动机构包括支撑板23，支撑板23上设置有多个导向孔26，每个导向孔26内设置有一电磁铁24，电磁铁24能够在导向孔26中上下移动，支撑板23的上方设置有升降板27，升降板27连接有升降机构25；电磁铁24的顶部通过连接杆28与升降板27相连；封闭杆21为导磁杆，每根导磁杆21能够与一电磁铁24磁性连接。

封闭杆21的上部可以采用高碳钢材质，下部采用铅材质，以保证封闭杆21的上端可以通过磁性连接到电磁铁24上，又能够阻挡放疗射线穿透。电磁铁24通电后产生磁场，与封闭杆21接近后，可通过磁力吸住下方的封闭杆21。导向孔26起到导向、定位的作用，防止封闭杆21在上下移动的过程中晃动。

上述步骤S3的具体过程为：将解封范围内的封闭杆21对应的各个电磁铁24通电，电磁铁24通电后产生磁场，同时利用升降机构25驱动升降板27和电磁铁24整体向下移动，使得电磁铁24与封闭杆21的上端接触，通电的电磁铁24即可与封闭杆21磁性连接，再利用升降机构25带动升降板27和电磁铁24整体向上移动，封闭范围内的封闭杆21随着电磁铁24向上运动并脱离射线通孔11。

放疗完成后，准直体1回到形状控制工位，升降机构25带动升降板27、电磁铁24和封闭杆21整体向下移动，各个封闭杆21重新进入下方的射线通孔11，此时将通电的电磁铁24断电，封闭杆21与电磁铁24的连接解除，封闭杆21即可停留在射线通孔11中。

升降机构25为气缸，也可以采用伺服电机驱动的丝杆螺母机构等常见升降设备。

驱动机构为直线电机，也可以采用伺服电机驱动的丝杆螺母机构、气缸、液压缸、齿轮齿条机构等常用的驱动机构。

为了验证准直体1准直后的实际照射范围与理论照射范围的误差，本发明在准直工位的下方设置有水平的测试板210，测试板210的上方设置有用于检测射线照射范围的检测元件213，测试板210连接有检测驱动机构211。

检测元件213用于检测放疗射线经过准直体1准直后的实际照射范围，根据所采用的射线类型选取对应的检测元件213即可，如目前常用的放疗射线为γ射线，因此，可以采用γ射线成像原理检测γ射线的照射范围。

检测驱动机构211则用于驱动测试板210移动，改变测试板210的位置。

在上述步骤S3之后，利用检测驱动机构211将测试板210移动至准直体1的下方，向准直体1发射射线，利用检测元件213检测射线经过准直体1后的实际照射范围，对比实际照射范围和步骤S1确定的照射范围，如果实际照射范围的误差在允许的范围内，则利用检测驱动机构211将测试板210至准直工位之外并进行步骤S4；如果实际照射范围的误差超出允许的范围，则对比实际照射范围和理论照射范围，找出误差最大的部位，调整解封范围并重复步骤S3至S4。

通过验证准直体1准直后的实际照射范围，能够确保准直体1的准直效果，提高放疗的安全性。

检测驱动机构211可以采用直线驱动机构，如气缸、液压缸、直线电机等，也可以采用电机，电机的主轴通过连接臂212与测试板210相连。电机运行时，主轴带动连接臂212转动，连接臂212则可带动测试板210移动。

本发明的放疗系统，采用上述准直系统以及准直方法对放疗射线进行准直。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.准直系统，其特征在于：包括准直体（1）和机架（2）；

所述准直体（1）上设置有多个呈阵列式分布的射线通孔（11）；

所述机架（2）设置有准直工位和形状控制工位，所述准直体（1）连接有用于驱动准直体（1）在准直工位和形状控制工位切换的驱动机构；

每个所述射线通孔（11）内设置有一用于封闭射线通孔（11）的封闭杆（21），所述形状控制工位设置有封闭杆驱动机构，所述封闭杆驱动机构用于驱动任意指定区域内的封闭杆（21）脱离射线通孔（11）；

所述射线通孔（11）呈圆台形，且射线通孔（11）的内径从上至下逐渐减小；所述封闭杆（21）的形状与射线通孔（11）的形状适配；

所述封闭杆驱动机构包括支撑板（23），所述支撑板（23）上设置有多个导向孔（26），每个所述导向孔（26）内设置有一电磁铁（24），所述支撑板（23）的上方设置有升降板（27），所述升降板（27）连接有升降机构（25）；所述电磁铁（24）的顶部通过连接杆（28）与升降板（27）相连；所述封闭杆（21）为导磁杆，每根所述导磁杆能够与一电磁铁（24）磁性连接。

2.如权利要求1所述的准直系统，其特征在于：所述准直体（1）的下方设置有固定板（22），所述固定板（22）设置有从准直工位延伸至形状控制工位的限位滑槽，所述限位滑槽内设置有与限位滑槽滑动配合的滑块（29），所述准直体（1）安装于滑块（29），所述滑块（29）与驱动机构相连。

3.如权利要求1所述的准直系统，其特征在于：所述升降机构（25）为气缸。

4.如权利要求1所述的准直系统，其特征在于：所述准直工位的下方设置有水平的测试板（210），所述测试板（210）的上方设置有用于检测射线照射范围的检测元件（213），所述测试板（210）连接有检测驱动机构（211）。

5.如权利要求4所述的准直系统，其特征在于：所述检测驱动机构（211）为电机，所述电机的主轴通过连接臂（212）与测试板（210）相连。

6.放疗系统，其特征在于：采用权利要求1至5任意一项权利要求所述的准直系统。

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