CN209630457U - 一种应用cbct重建的放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了提供了一种应用CBCT重建的放射治疗装置，本实用新型的直线加速器系统包含一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在直线加速器大机架上，KV级影像子系统固定在独立滑环上。独立滑环与大机架之间既可以随动，也可以各自独立旋转。由于固定在独立滑环上的KV级影像子系统可独立旋转而无需跟随大机架旋转，因此旋转的整体重量减少，大大提高了KV级影像子系统旋转速度以及运动指令的实时响应性。此外，独立滑环还可与大机架进行复合旋转运动，减少CBCT算法所需的影像采集时间，进而减少放疗患者摆位验证时间。

Description

一种应用CBCT重建的放射治疗装置

技术领域

本实用新型涉及加速器治疗装置，具体涉及一种应用CBCT重建的放射治疗装置。

背景技术

在进行放射治疗前或放射治疗中，医护人员往往需要对患者进行摆位验证，确保患者在治疗床上的摆位与扫描用于制定治疗计划的电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)影像时的摆位一致，使靶区尽可能吸收计划剂量，并尽可能保护正常组织，即保证精确治疗的实施。

为满足物理师和技师在放疗患者临床摆位验证方面的需求，可采用锥形束电子计算机断层扫描(Cone Beam Computed Tomography， CBCT)技术获取治疗室内患者的三维容积影像，然后与计划CT影像进行三维配准确定患者摆位偏差，至此医护人员可根据该摆位偏差修正患者的摆位。

依据射线能级的不同，CBCT技术可分为千伏级CBCT(KiloVolt- Cone BeamComputed Tomography，KVCBCT)和兆伏级CBCT(MegaVolt -Cone Beam ComputedTomography，MVCBCT)，其中美国瓦里安公司和瑞典医科达公司采用KVCBCT技术，而德国西门子公司则采用 MVCBCT。在机械与电气方面，MVCBCT的X射线出束源直接采用直线加速器的治疗源，影像采集板平面垂直于X射线束轴线；KVCBCT技术的实现需要在传统兆伏级直线加速器系统上额外增加一个板载影像系统(On-BoardImager，OBI)，该系统由分别安装在两个独立机械臂上的千伏级X射线源和千伏级影像探测器组成，两个机械臂与直线加速器的射线束的中心轴相垂直。

根据国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)的规定，直线加速器大机架的旋转速度最快不能超过每圈一分钟。由于现有CBCT的影像采集系统均固定在大机架上，导致IEC的规定直接限定了KVCBCT与MVCBCT的最短影像采集时间，例如要求影像采集角度范围不低于180°的CBCT全扫描(Full-Scan) 模式至少需要三十秒的时间用于采集影像，而要求影像采集角度范围不低于360°的CBCT半扫描(Half-Scan)模式至少需要一分钟的时间用于采集影像。

X射线穿透人体时，根据能量的不同，X射线与物质的主要作用不同，导致CBCT的最终成像质量不同。KV级X射线主要与物质原子进行光电效应，因此KVCBCT可突显人体的软组织信息；MV级X射线主要与物质原子进行康普顿效应，故MVCBCT可突显人体的骨性结构信息。

现有CBCT技术的影像采集时间受限于直线加速器大机架旋转速度，影响患者治疗时间，影响医用的治疗效率。同时现有CBCT系统仅能单纯实现KVCBCT或者MVCBCT，最终获取的三维容积影像无法同时突显软组织和骨性结构，影响用户的主观分析评价。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种简单快捷的 CBCT重建方法及放射治疗装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种CBCT重建方法，应用于放射治疗设备，包括以下步骤：

首先建立同时具备一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统的放射治疗设备，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；

其次包括以下步骤中的一个，或者两个、或两个以上步骤的任意组合：

a、同时利用KV级影像子系统和MV级影像子系统分别采集KV级二维影像和MV级二维影像，生成小视野的CBCT三维容积影像，其中 MV级影像子系统扫描覆盖90°区域，KV级影像子系统扫描覆盖与 MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域；

b、同时采集KV级二维影像和MV级二维影像，生成大视野的CBCT 三维容积影像，其中MV级影像子系统扫描覆盖270°区域，KV级影像子系统扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90 °区域；

c、采集KV级二维影像，生成小视野的KVCBCT三维容积影像；

d、采集KV级二维影像，生成大视野的KVCBCT三维容积影像；

e、采集MV级二维影像，生成小视野的MVCBCT三维容积影像；

f、采集MV级二维影像，生成大视野的MVCBCT三维容积影像。

本实用新型可以有效降低CBCT影像采集时间。通过采用独立滑环的机械设计方案，缩短CBCT的影像采集时间。具体地，独立滑环可相对大机架具有独立旋转范围(根据实际需要，一般可以设定90 °的相对旋转范围，也可以是0°到180°之间减去加速器和MV平板干涉的旋转范围后的任一角度)，并且由于独立滑环旋转的整体重量比大机架小，因此独立滑环的旋转速度和实时响应能力大于大机架。下表对比了现有技术和本实用新型的影像采集时间。

上表中，设定1.在大机架固定的情况下，本实用新型的独立滑环有90°的自由旋转空间；2.在满足IEC规定的前提下，假设大机架旋转速度为每圈一分钟。

本实用新型得到的CBCT三维容积影像同时突显患者的软组织和骨性结构。本实用新型在影像采集阶段同时采集KV级二维影像和MV 级二维影像并将两类不同能级的影像用于生成CBCT三维容积影像。下表给出了现有技术和本实用新型的CBCT三维容积影像在突显信息方面的区别。

其中，所述a步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，使两套影像子系统旋转角度范围在不重叠的情况下达到180°；在旋转过程中，安装在大机架 7上的兆伏级X射线源5产生的MV级X射线在穿透人体后被兆伏级影像探测器6接收，而安装在独立滑环4上的千伏级X射线源1产生的 KV级X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将依次采集到的KV级二维影像或MV级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有二维影像的处理后，得到对应小视野的CBCT三维容积影像。

其中，所述b步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，使两套影像子系统旋转角度范围在不重叠的情况下达到360°；在旋转过程中，安装在大机架 7上的兆伏级X射线源5产生的MV级X射线在穿透人体后被兆伏级影像探测器6接收，而安装在独立滑环4上的千伏级X射线源1产生的 KV级X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将依次采集到的KV级二维影像或MV级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有二维影像的处理后，得到对应大视野的CBCT三维容积影像。

其中，所述c步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，由于独立滑环4在大机架 7固定时具有90°的独立旋转空间，因此仅需驱动大机架7旋转90 °即可实现独立滑环4旋转180°，在旋转过程中，安装在独立滑环 4上的千伏级X射线源1产生KV级X射线，该X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将采集到的KV级二维影像导入FDK 卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有KV 级二维影像的处理后，得到对应小视野的KVCBCT三维容积影像。

其中，所述d步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，由于独立滑环4在大机架 7固定时具有90°的独立旋转空间，因此仅需驱动大机架7旋转270 °即可实现独立滑环4旋转360°；在旋转过程中，安装在独立滑环 4上的千伏级X射线源1产生KV级X射线，该X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将采集到的KV级二维影像导入FDK 卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有KV 级二维影像的处理后，得到对应大视野的KVCBCT三维容积影像。

其中，所述e步骤具体过程如下：驱动大机架7使包括兆伏级X 射线源5和兆伏级影像探测器6在内的MV级影像子系统按预设速度旋转180°，旋转过程中兆伏级X射线源5产生MV级X射线，该X 射线穿透病人后被兆伏级影像探测器6采集，软件系统将采集到的MV 级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有MV级二维影像的处理后，得到对应小视野的 MVCBCT三维容积影像。

其中，所述f步骤具体过程如下：驱动大机架7使包括兆伏级X 射线源5和兆伏级影像探测器6在内的MV级影像子系统按预设速度旋转360°，旋转过程中兆伏级X射线源5产生MV级X射线，该X 射线穿透病人后被兆伏级影像探测器6采集，软件系统将采集到的MV 级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有MV级二维影像的处理后，得到对应大视野的 MVCBCT三维容积影像。

在实际应用中，将兆伏级X射线源5处于最高点时的角度定义为 0°，此时兆伏级影像探测器6处于大机架的另一端，即180°位置。而安装在独立滑环4上的千伏级X射线源1位于兆伏级X射线源5和兆伏级影像探测器6之间的区域上，同样千伏级影像探测器2在工作状态时位于千伏级X射线源1的对面且位于同一直径上(该直径穿过独立滑环与大机架的旋转中心)，例如，千伏级X射线源1在90°位置时，千伏级影像探测器2位于270°位置。

本实用新型还提供一种应用CBCT重建的放射治疗装置，包括固定机架、大机架、独立滑环，大机架可旋转的安装在固定机架上；还包括一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；所述MV 级影像子系统包括兆伏级X射线源和兆伏级影像探测器；所述KV级影像子系统包括千伏级X射线源和千伏级影像探测器。

所述大机架上还固定安装有一个环形的导轨，其圆心和大机架相同，所述导轨上还安装有两个或两个以上的滑块，这些滑块可以沿导轨绕圆心自由旋转，所述独立滑环安装在这些滑块上，从而使得独立滑环可以绕导轨做相对于大机架的独立旋转，其旋转轴心和大机架相同，独立滑环的外沿上设置齿条或直接加工有齿轮，所述大机架上还安装有独立滑环驱动电机，所述独立滑环驱动电机与独立滑环外沿的齿条或齿轮通过齿轮组或同步带传动连接，从而使得独立滑环驱动电机可以驱动独立滑环相对于大机架进行旋转。

进一步的，对应小视野的全扫描方式作业时，MV级影像子系统和 KV级影像子系统的运动受以下条件约束：大机架带动MV级影像子系统旋转90°，扫描覆盖90°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。

进一步的，对应大视野的半扫描方式作业时，MV级影像子系统和 KV级影像子系统的运动受以下条件约束：大机架带动MV级影像子系统旋转270°，扫描覆盖270°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。

进一步的，所述滑块边沿上设置有两圈同步齿，相互之间有沟槽或法兰隔离，同步带为两条，分别匹配连接在两圈同步齿上，并分别连接于两个分置在大机架两侧的独立滑环驱动电机上。

进一步的，所述独立滑环驱动电机还连接有编码器，用于精确控制独立滑环的旋转角度。

进一步的，所述导轨上还设有抱闸，当同步带失效时，用于紧急停止同步滑环的旋转。

进一步的，所述导轨上均匀设置有若干发光元件，所述独立滑环上对应于KV级影像子系统起始位置设有检测元件，检测元件通过检测发光元件获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。

进一步的，所述发光元件按照需要的角度单位均匀排布。

进一步的，每个发光元件发出的光的波长是不同的，所述检测元件通过检测发光元件的波长信息获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。

附图说明

图1是本实用新型放射治疗装置的示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.千伏级X射线源；2.千伏级影像探测器；3.独立滑环旋转电机； 4.独立滑环；5.兆伏级X射线源；6.兆伏级影像探测器；7.大机架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型中可能涉及的名词的中英文对照表如下：

现有技术中，放疗患者从就诊、治疗到治疗结束，一般要经过四个环节：体模阶段、计划阶段、计划确认、计划执行(治疗)。四个环节的有机配合是放射治疗取得成功的关键。在体模阶段，需对患者进行计划CT影像的采集，用于计划阶段制定治疗计划。在计划确认阶段，需在治疗前或治疗中对患者进行摆位验证，在确保患者当前摆位与体模阶段采集计划CT影像的摆位一致后才可进入计划执行阶段。

CBCT是计划确认阶段获取患者三维容积影像的手段之一。根据用于成像的X射线能级的不同，可将现有技术分为KVCBCT和MVCBCT两种，其中KVCBCT突显软组织信息而MVCBCT突显骨性结构信息。本实用新型通过采用独立滑环的设计方案，不但可将同时采集到的KV级影像和MV级影像同时用于CBCT三维容积影像的重建，使最终获得的 CBCT三维容积影像同时突显软组织和骨组织信息，而且相比于现有技术缩短了影像采集时间，减少计划确认阶段时间，降低患者等待治疗时间，提高医护人员治疗效率。

具体如下：

CBCT重建方法，应用于放射治疗设备，包括以下步骤：

首先建立同时具备一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统的放射治疗设备，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；

其次包括以下步骤中的一个，或者两个、或两个以上步骤的任意组合：

a、同时利用KV级影像子系统和MV级影像子系统分别采集KV级二维影像和MV级二维影像，生成小视野的CBCT三维容积影像，其中 MV级影像子系统扫描覆盖90°区域，KV级影像子系统扫描覆盖与 MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域；

b、同时采集KV级二维影像和MV级二维影像，生成大视野的CBCT 三维容积影像，其中MV级影像子系统扫描覆盖270°区域，KV级影像子系统扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90 °区域；

c、采集KV级二维影像，生成小视野的KVCBCT三维容积影像；

d、采集KV级二维影像，生成大视野的KVCBCT三维容积影像；

e、采集MV级二维影像，生成小视野的MVCBCT三维容积影像；

f、采集MV级二维影像，生成大视野的MVCBCT三维容积影像。

本实用新型的直线加速器系统(即放射治疗装置)包含一套MV 级影像子系统和一套KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在直线加速器大机架上，KV级影像子系统固定在独立滑环上。独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，并且在大机架不运动的情况下，独立滑环可进行90°的独立旋转(也可以根据需要是0°-180°减去加速器和MV平板探测装置干涉区域后的任意角度范围)。由于固定在独立滑环上的KV级影像子系统可独立旋转而无需跟随大机架旋转，因此旋转的整体重量减少，从而减少旋转功率，大大提高了旋转速度以及运动指令的实时响应性。此外，独立滑环还可与大机架进行复合旋转运动，如，在大机架以每分钟一圈的转速运行时，独立滑环带动KV级影像子系统以每分钟两圈的转速向相同方向旋转，进一步增加KV级系统的旋转速度，减少CBCT算法所需的影像采集时间，进而减少放疗患者摆位验证时间。而现有技术的直线加速器将KV级影像子系统与MV级影像子系统同时固定在大机架上，导致两套影像子系统运动速度受限于大机架旋转速度(IEC规定大机架旋转速度不能超过每圈一分钟)，同时两套子系统在旋转过程中成像轴线保持垂直、不存在相对独立运动。

根据所需视野(Field of View，FOV)大小的不同，可将CBCT分为两种扫描方式：全扫描(Full-Scan)和半扫描(Half-Scan)。其中，对应小视野的全扫描方式需要的影像采集角度范围不低于180°，例如KV级影像子系统从0°旋转到180°，在旋转的过程中持续地采集KV级影像；对应大视野的半扫描方式需要的影像采集角度范围不低于 360°。在实现全扫描时，现有技术无论是采用KVCBCT还是MVCBCT 均需要大机架旋转180°，受限于大机架旋转的最大速度(每圈至少一分钟)，至少耗时30秒；而本实用新型的独立滑环相对大机架可独立旋转90°，因此仅需大机架旋转90°即可实现全扫描(另外90°扫描区域由KV级影像子系统来完成扫描)，此种情况下耗时仅需15秒，相比现有技术，效率提高一倍。在实现半扫描时，现有技术需要大机架旋转360°，而本实用新型仅需大机架旋转270°即可，节省15秒的旋转采集影像时间。表1对比了现有技术和本实用新型的影像采集时间，作为创新点之一：通过采用独立滑环的机械设计方案，缩短CBCT 的影像采集时间。

本实用新型可以有效降低CBCT影像采集时间。通过采用独立滑环的机械设计方案，缩短CBCT的影像采集时间。具体地，独立滑环可相对大机架具有独立旋转范围(根据实际需要，一般可以设定90 °的相对旋转范围，也可以是0°到180°之间减去加速器和MV平板干涉的旋转范围后的任一角度)，并且由于独立滑环旋转的整体重量比大机架小，因此独立滑环的旋转速度和实时响应能力大于大机架。下表对比了现有技术和本实用新型的影像采集时间。

上表中，设定1.在大机架固定的情况下，本实用新型的独立滑环有90°的自由旋转空间；2.在满足IEC规定的前提下，假设大机架旋转速度为每圈一分钟。

本实用新型得到的CBCT三维容积影像同时突显患者的软组织和骨性结构。本实用新型在影像采集阶段同时采集KV级二维影像和MV 级二维影像并将两类不同能级的影像用于生成CBCT三维容积影像。下表给出了现有技术和本实用新型的CBCT三维容积影像在突显信息方面的区别。

放射治疗设备如图1所示。

其中，所述a步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，使两套影像子系统旋转角度范围在不重叠的情况下达到180°；在旋转过程中，安装在大机架 7上的兆伏级X射线源5(MV级加速器)产生的MV级X射线在穿透人体后被兆伏级影像探测器6接收，而安装在独立滑环4上的千伏级X 射线源1产生的KV级X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将依次采集到的KV级二维影像或MV级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有二维影像的处理后，得到对应小视野的CBCT三维容积影像。

其中，所述b步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，使两套影像子系统旋转角度范围在不重叠的情况下达到360°；在旋转过程中，安装在大机架 7上的兆伏级X射线源5产生的MV级X射线在穿透人体后被兆伏级影像探测器6接收，而安装在独立滑环4上的千伏级X射线源1产生的 KV级X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将依次采集到的KV级二维影像或MV级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有二维影像的处理后，得到对应大视野的CBCT三维容积影像。

其中，所述c步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，由于独立滑环4在大机架 7固定时具有90°的独立旋转空间，因此仅需驱动大机架7旋转90 °即可实现独立滑环4旋转180°，在旋转过程中，安装在独立滑环 4上的千伏级X射线源1产生KV级X射线，该X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将采集到的KV级二维影像导入FDK 卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有KV 级二维影像的处理后，得到对应小视野的KVCBCT三维容积影像。

其中，所述d步骤具体过程如下：在旋转大机架7的同时，通过独立滑环旋转电机3驱动独立滑环4旋转，由于独立滑环4在大机架 7固定时具有90°的独立旋转空间，因此仅需驱动大机架7旋转270 °即可实现独立滑环4旋转360°；在旋转过程中，安装在独立滑环 4上的千伏级X射线源1产生KV级X射线，该X射线穿透病人后被千伏级影像探测器2采集，软件系统将采集到的KV级二维影像导入FDK 卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有KV 级二维影像的处理后，得到对应大视野的KVCBCT三维容积影像。

其中，所述e步骤具体过程如下：驱动大机架7使包括兆伏级X 射线源5和兆伏级影像探测器6在内的MV级影像子系统按预设速度旋转180°，旋转过程中兆伏级X射线源5产生MV级X射线，该X 射线穿透病人后被兆伏级影像探测器6采集，软件系统将采集到的MV 级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有MV级二维影像的处理后，得到对应小视野的 MVCBCT三维容积影像。

其中，所述f步骤具体过程如下：驱动大机架7使包括兆伏级X 射线源5和兆伏级影像探测器6在内的MV级影像子系统按预设速度旋转360°，旋转过程中兆伏级X射线源5产生MV级X射线，该X 射线穿透病人后被兆伏级影像探测器6采集，软件系统将采集到的MV 级二维影像导入FDK卷积反投影重建算法模块，当卷积反投影重建算法模块完成对所有MV级二维影像的处理后，得到对应大视野的 MVCBCT三维容积影像。

通过本方法，可以获得大视野的MVCBCT三维容积影像、小视野的MVCBCT三维容积影像、大视野的KVCBCT三维容积影像、小视野的 KVCBCT三维容积影像、以及融合上述MVCBCT和KVCBCT的大视野的 CBCT三维容积影像、融合上述MVCBCT和KVCBCT的小视野的CBCT三维容积影像。

通过控制KV级影像子系统以两倍于(或其它大于大机架转速的速度)大机架旋转速度的速度做相对于大机架的独立旋转，可以配合 MV级影像子系统进行扫描，例如，MV级影像子系统中的MV射线源(加速器)处于大机架的最高位置，即0°，兆伏级影像探测器处于180 °位置，假如千伏级X射线源和千伏级影像探测器分别处于120°与 300°位置，大机架以一分钟一圈的转速逆时针旋转90°，那么，MV 级影像子系统就扫描了0°(或360°)到270°之间的区域，同时，控制独立滑环带动KV级影像子系统以两倍于大机架旋转速度的速度做相对于大机架的独立的逆时针旋转(与大机架旋转方向一致，当大机架旋转90°时，KV级影像子系统扫描的区域是从300°到120°之间合计180°的区域，实际上仅用15秒的时间，就可以获得90°的大视野的MVCBCT三维容积影像和180°的大视野的KVCBCT三维容积影像，将两者融合，获得结合二者图像信息的大视野的CBCT三维容积影像。

本实用新型还提供一种应用CBCT重建的放射治疗装置，包括固定机架、大机架、独立滑环，大机架可旋转的安装在固定机架上；还包括一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；所述MV 级影像子系统包括兆伏级X射线源和兆伏级影像探测器；所述KV级影像子系统包括千伏级X射线源和千伏级影像探测器。

所述大机架上还固定安装有一个环形的导轨，其圆心和大机架相同，所述导轨上还安装有两个或两个以上的滑块，这些滑块可以沿导轨绕圆心自由旋转，所述独立滑环安装在这些滑块上，从而使得独立滑环可以绕导轨做相对于大机架的独立旋转，其旋转轴心和大机架相同，独立滑环的外沿上设置齿条或直接加工有齿轮，所述大机架上还安装有独立滑环驱动电机，所述独立滑环驱动电机与独立滑环外沿的齿条或齿轮通过齿轮组或同步带传动连接，从而使得独立滑环驱动电机可以驱动独立滑环相对于大机架进行旋转。其中，独立滑环系统可以采用以下方案，如图1所示，大机架7可旋转的安装在固定机架8 上，兆伏级X射线源5和兆伏级影像探测器6固定安装在大机架上。将一个环形的导轨固定安装在大机架7上，其圆心和大机架7相同。然后将两个或两个以上的滑块安装在导轨上，这些滑块可以沿导轨绕圆心自由旋转，然后将独立滑环4安装在这些滑块上(图1中为了便于理解，是将独立滑环及KV级影像子系统脱离出来的)，从而使得独立滑环4可以绕导轨做相对于大机架7的独立旋转，其旋转轴心和大机架7也相同。为了驱动独立滑环4做独立的旋转运动，可以在独立滑环4的外沿上设置齿条或直接加工齿轮，然后将独立滑环驱动电机3及如编码器等控制组件安装在大机架7上，并与上述齿条啮合(例如通过同步带传动连接)，从而使得独立滑环驱动电机3可以驱动独立滑环4相对于大机架进行旋转。千伏级X射线源1和千伏级影像探测器2固定安装在独立滑环4上。

在一些实施例中，为了防止同步带失效带来的风险，所述滑块边沿上设置有两圈同步齿，相互之间有沟槽或法兰隔离，同步带为两条，分别匹配连接在两圈同步齿上，并分别连接于两个分置在大机架两侧 (最好是在同一直径上，这样可以平衡大机架转动扭矩)的独立滑环驱动电机上，其中一组作为备用传动装置，跟随一起转动，当工作的同步带失效时，备用同步带立即工作，同时，增设安全传感器及视频监控装置评估风险，以决定立即停车还是继续完成治疗计划。

在一些实施例中，所述滑块边沿上设置有两圈同步齿，相互之间有沟槽或法兰隔离，同步带为两条，分别匹配连接在两圈同步齿上，并分别连接于两个分置在大机架两侧的独立滑环驱动电机上。

在一些实施例中，所述独立滑环驱动电机还连接有编码器，用于精确控制独立滑环的旋转角度。

在一些实施例中，所述导轨上还设有抱闸，当同步带失效时，用于紧急停止同步滑环的旋转。

在一些实施例中，所述导轨上均匀设置有若干发光元件，所述独立滑环上对应于KV级影像子系统起始位置设有检测元件，检测元件通过检测发光元件获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。

在一些实施例中，所述发光元件按照需要的角度单位均匀排布。

进一步的，每个发光元件发出的光的波长是不同的，所述检测元件通过检测发光元件的波长信息获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。

通过放射治疗设备的中央控制器对独立滑环和大机架的转速进行分别控制，对应小视野的全扫描方式作业时，大机架带动MV级影像子系统旋转90°，扫描覆盖90°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。其中，放射治疗装置的中央控制器控制大机架启动，并按照规定的1分钟每圈的转速旋转90°，同时控制独立滑环带动KV级影像子系统与大机架同时启动并同向旋转，但是其转速要快于大机架，当大机架完成90°旋转停止时，MV级影像子系统同步扫描完其经过的90°区域，独立滑环也停止旋转，并且 KV级影像子系统刚好扫描完MV级影像子系统未曾扫描到的另外90°区域，因此，仅用了大机架旋转90°的时间，MV级影像子系统和KV 级影像子系统共同完成了180°的区域扫描。节约了50％的扫描时间。

同理，对应大视野的半扫描方式作业时，大机架带动MV级影像子系统旋转270°，扫描覆盖270°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。其中，放射治疗装置的中央控制器控制大机架启动，并按照规定的1分钟每圈的转速旋转270°，同时控制独立滑环带动KV级影像子系统与大机架同时启动并同向旋转，但是其转速要快于大机架，当大机架完成270°旋转停止时，MV级影像子系统同步扫描完其经过的270°区域，独立滑环也停止旋转，并且KV级影像子系统刚好扫描完MV级影像子系统未曾扫描到的另外90 °区域，因此，仅用了大机架旋转270°的时间，MV级影像子系统和 KV级影像子系统共同完成了360°的区域扫描。节约了25％的扫描时间。

本实用新型的直线加速器系统包含一套MV级影像子系统和一套 KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在直线加速器大机架上， KV级影像子系统固定在独立滑环上。独立滑环与大机架之间既可以随动，也可以各自独立旋转。由于固定在独立滑环上的KV级影像子系统可独立旋转而无需跟随大机架旋转，因此旋转的整体重量减少，大大提高了KV级影像子系统旋转速度以及运动指令的实时响应性。此外，独立滑环还可与大机架进行复合旋转运动，减少CBCT算法所需的影像采集时间，进而减少放疗患者摆位验证时间。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，包括固定机架、大机架、独立滑环和中央控制器，大机架可旋转的安装在固定机架上；还包括一套MV级影像子系统和一套KV级影像子系统，其中MV级影像子系统固定在放射治疗设备的大机架上，KV级影像子系统固定在一个独立滑环上；所述独立滑环的旋转中心与大机架的旋转中心相同，独立滑环可跟随大机架一起旋转或做与大机架相对独立的旋转；所述MV级影像子系统包括兆伏级X射线源和兆伏级影像探测器；所述KV级影像子系统包括千伏级X射线源和千伏级影像探测器。

2.根据权利要求1所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，对应小视野的全扫描方式作业时，MV级影像子系统和KV级影像子系统的运动受以下条件约束：中央控制器控制大机架带动MV级影像子系统旋转90°，扫描覆盖90°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。

3.根据权利要求1所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，对应大视野的半扫描方式作业时，MV级影像子系统和KV级影像子系统的运动受以下条件约束：中央控制器控制大机架带动MV级影像子系统旋转270°，扫描覆盖270°区域，独立滑环带动KV级影像子系统相对于大机架独立旋转90°，扫描覆盖与MV级影像子系统扫描覆盖区域不重叠的另外90°区域。

4.根据权利要求1所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述大机架上还固定安装有一个环形的导轨，其圆心和大机架相同，所述导轨上还安装有两个或两个以上的滑块，这些滑块可以沿导轨绕圆心自由旋转，所述独立滑环安装在这些滑块上，从而使得独立滑环可以绕导轨做相对于大机架的独立旋转，其旋转轴心和大机架相同，独立滑环的外沿上设置齿条或直接加工有齿轮，所述大机架上还安装有独立滑环驱动电机，所述独立滑环驱动电机与独立滑环外沿的齿条或齿轮通过齿轮组或同步带传动连接，从而使得独立滑环驱动电机可以驱动独立滑环相对于大机架进行旋转。

5.根据权利要求4所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述滑块边沿上设置有两圈同步齿，相互之间有沟槽或法兰隔离，同步带为两条，分别匹配连接在两圈同步齿上，并分别连接于两个分置在大机架两侧的独立滑环驱动电机上。

6.根据权利要求4所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述独立滑环驱动电机还连接有编码器，用于精确控制独立滑环的旋转角度。

7.根据权利要求4所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述导轨上还设有抱闸，当同步带失效时，用于紧急停止同步滑环的旋转。

8.根据权利要求4所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述导轨上均匀设置有若干发光元件，所述独立滑环上对应于KV级影像子系统起始位置设有检测元件，检测元件通过检测发光元件获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。

9.根据权利要求8所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，所述发光元件按照需要的角度单位均匀排布。

10.根据权利要求8或9所述的应用CBCT重建的放射治疗装置，其特征在于，每个发光元件发出的光的波长是不同的，所述检测元件通过检测发光元件的波长信息获得KV级影像子系统的旋转速度、角度位置、旋转方向中的一个或一个以上的信息。