CN216091910U - 一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，包括头部固定件用于头部固定保持位置不变；眼球定位组件采用LED点光源阵列，LED点光源阵列中每一个LED灯珠具有独立的开关控制；眼球追踪组件采用眼球运动捕捉单元，所述的眼球运动捕捉单元设置在三轴移动架上，实现眼球运动捕捉单元三维位置的调节，眼球运动捕捉单元用于采集虹膜的位置图像；所述的眼球定位组件设置在头部固定件的正上方，所述的眼球追踪组件设置在头部固定件侧边，本实用新型为将头部定位和眼球定位追踪配套使用，可以完全实现对人体头部的限位固定及眼球的凝视位置固定，可以达到或接近零位移。

Description

一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统

技术领域

本实用新型涉及放射性医疗器械领域，具体涉及一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统。

背景技术

质子、重离子治疗是目前放射治疗领域先进的治疗技术，由于离子具有布拉格峰的物理特性，可以在布拉格峰区域沉积大部分能量，而入射区域及束流侧向及末端剂量较低，从而可以降低靶区周围正常组织的受照剂量。碳离子还具有较高的生物效应，针对辐射不敏感的肿瘤具有较好的疗效。

葡萄膜恶性黑色素瘤是一种罕见的眼球恶性肿瘤，包括脉络膜恶黑，睫状体恶黑和虹膜恶黑。欧洲发病率每百万人5-7例/年，亚洲发病率每百万人 0.4-0.6例/年。主要治疗手段包括眼球摘除，局部切除，温热疗法，光子放疗，粒子短程放疗，和离子放疗。放射治疗已经成为主要的眼球肿瘤治疗手段。有文献报道在肿瘤控制、眼睛保护、视力和不良事件发生率等方面，质子和重离子放疗可以提供更优的治疗效果。

人的眼球会发生无自主运动，眼球的位置时刻可能发生变化。在眼球肿瘤放疗过程中，眼球的转动会引起肿瘤位置的变化，进而可能影响治疗精度，甚至导致治疗失败。因此眼球肿瘤的放射治疗要求眼球位置固定，且要求与计划 CT扫描时眼球位置基本一致，误差应在临床治疗可接受的范围内。常规光子放射治疗中主要通过患者凝视光源完成眼球的定位。然而，质子及碳离子治疗眼球肿瘤一般采用单野入射方式，入射路径的选择可能对正常组织受照剂量产生较大影响，肿瘤的位置(眼球的凝视角度)在一定程度上决定了入射的路径，因此本领域技术人员从实际出发，需要设计一种可解决或者缓解上述问题或部分问题的技术定位。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，包括头部固定件以及眼球定位组件；

所述的头部固定件用于头部固定，保持头部位置；

所述的眼球定位组件采用LED点光源阵列，LED点光源阵列中每一个LED 灯珠具有独立的开关控制；所述的眼球定位组件设置在患者眼部的上方；

头部固定件以及眼球定位组件设置在躺设患者的固定基板上。

进一步的：所述的头部固定件包括口咬支架、热塑面罩以及口咬器，热塑面罩边沿设置有轮廓板，轮廓板与固定基板固定，热塑面罩在眼部以及嘴部开设有窗口，所述的口咬支架设置在热塑面罩的上方，所述的口咬器设置在口咬支架上与躺在固定基板的患者的嘴部位置相适应,所述的口咬器设置有调节板呈纵向滑动设置在口咬支架的固定块的滑槽上并通过固定件固定,所述的口咬器为采用塑形材料对患者牙齿的倒模；

进一步的：所述的固定基板上还设置有眼球追踪装置，所述的眼球追踪装置包括图像采集设备以及监控处理主机，图像采集设备与监控处理主机通信连接，所述的监控处理主机设置有人机交互显示屏。

进一步的：所述的图像采集设备设置在三轴移动架上，所述的三轴移动架包括支撑轴架、X轴架、Y轴架以及Z轴架，所述的X轴架水平横向设置在两侧的支撑轴架上，所述的Z轴架滑动设置在X轴架上并通过固定件固定，所述的Z轴架设置有角度调节座，所述的Y轴架呈相对X轴架垂直设置滑动设置在角度调节座的角度调节块上并通过固定件固定，所述的Y轴架的前端设置眼球运动捕捉单元，所述的X轴架设置有X轴刻度线标定Z轴架相对X轴架的位置，所述的Y轴架设置有Y轴刻度线标定Y轴架相对X轴架的位置，所述的角度调节座设置有角度刻度线标定Z轴架相对Y轴架的成角度数。

进一步的：所述的LED点光源阵列设置在安装板上，所述的安装板设置在两侧的支撑轴架上，安装板设置有容纳LED点光源阵列的槽体，所述的LED点光源阵列的侧壁面与槽体的壁面设置有间隙，所述的槽体的侧壁面设置有水平滑槽，LED点光源阵列的侧壁面的侧壁面设置有若干弹性部件，弹性部件的一端与LED点光源阵列固定，弹性部件的另一端滑动设置在水平滑槽上，所述的安装板的侧壁面的X轴方向以及Y轴方向通过螺纹配合设置有调节螺栓，调节螺栓的末端与LED点光源阵列的壁面接触，所述的弹性部件为V型的弹性片，所述的弹性部件的另一端设置有滑球并滑动设置在水平滑槽内。

进一步的：支撑轴架设置有滑动套环，滑动套环纵向滑动套设在支撑轴架上并通过固定件进行位置固定，X轴架、安装板的两侧固定有滑动套环。

进一步的：所述的口咬支架或热塑面罩或支撑轴架采用可拆卸膨胀卡扣固定在固定基板上。

进一步的：所述的固定基板设置托起头部的位置头枕。

进一步的：所述的头枕包括底座以及支撑面，所述的支撑面呈与头部后侧适应的曲面设计，所述的支撑面前端与底座的前端呈铰接，支撑面的后端两侧设置有调节杆，所述的调节杆的两端分别与支撑面以及底座铰接，所述的调节杆为第一杆件、第二杆件以及转动部构成，第一杆件一端与支撑面铰接，第一杆件与第二杆件通过螺纹配合，第二杆件的一端与转动部连接，所述的转动部与底座呈铰接。

进一步的：所述的图像采集设备为双目高清变焦相机。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本实用新型为将头部定位和眼球定位追踪配套使用，可以完全实现对人体头部的限位固定及眼球的凝视位置固定，可以达到或接近零位移；

2、通过调节LED点光源阵列在面板上的位置，改变患者眼球凝视角度，实现质子及碳离子治疗计划入射角度的优化，降低正常组织受照剂量。

3、采用本平台，利用图像采集装置采集眼球实时图像，并利用监控处理主机件进行图像处理，实现眼球追踪以及眼球定位，在获得的图像画幅内进行量化眼球不自主移动距离，从而实现在治疗过程中，眼球偏移距离的把控，在眼球在区域内偏移预想距离的情况下对质子重离子设备的束流进行关闭，从而保证眼球获得准确的照射剂量，也避免或者缓减正常部位照射束线。

4、本平台利用可拆卸膨胀定位销连接口咬支架与固定底板，确保位置精度的同时，安装和拆卸更加快捷,可简化技师操作流程。

附图说明

图1是本实用新型实施例定位平台的结构示意图。

图2是本实用新型实施例口咬器设置的结构示意图。

图3是本实用新型实施例LED点光源阵列的结构示意图。

图4是本实用新型实施例LED点光源阵列的安装结构示意图。

图5是本实用新型实施例头枕结构示意图。

图6是本实用新型实施例2质子重离子设备门控硬件结构示意图。

图7是本实用新型实施例2质子重离子设备门控的流程示意图。

附图编号：LED点光源阵列2，LED灯珠21，固定基板3，口咬支架11，热塑面罩12，口咬器13，轮廓板14，调节板15，图像采集设备4，监控处理主机5，人机交互显示屏51，支撑轴架61，X轴架52，Y轴架63，Z轴架64，角度调节座65，安装板66，槽体67，弹性部件68，调节螺栓69，滑球60，滑动套环611，头枕16，底座161，支撑面162，第一杆件163，第二杆件164，转动部165。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1-图2，本实施例一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，包括头部固定件以及眼球定位组件；

头部固定件用于头部固定，保持头部位置；

眼球定位组件采用LED点光源阵列2，LED点光源阵列2中每一个LED灯珠21具有独立的开关控制；所述的眼球定位组件设置在患者眼部的上方；

头部固定件以及眼球定位组件设置在躺设患者的固定基板3上。

具体的所述的头部固定件包括口咬支架11、热塑面罩12以及口咬器13，热塑面罩12边沿设置有轮廓板14，轮廓板14与固定基板3固定，热塑面罩 12在眼部以及嘴部开设有窗口，所述的口咬支架11设置在热塑面罩12的上方，所述的口咬器13设置在口咬支架11上与躺在固定基板3的患者的嘴部位置相适应,所述的口咬器13设置有调节板15呈纵向滑动设置在口咬支架11的固定块的滑槽上并通过固定件固定,所述的口咬器13为采用塑形材料对患者牙齿的倒模；

本市实施例中，采用热塑面罩12以以及口咬器13结合的方式，使得患者头部稳固性高，从而更好的保障放射线照射的精确度，本结构中，口咬支架11 采用门架状，空间利用率更高，且支撑口咬支架11以及热塑面罩12采用可拆卸膨胀卡扣定固定在固定基板3上，安装稳固，且方便拆卸，口咬支架11可进行横向以及纵向的位置调节，从而满足不同患者的适应性。

实施例2：

参见图1-图7，本实施例具体涉及利用本平台采用图像识别定位技术实现在放射治疗中眼球的追踪定位，从而保证束线治疗精度，具体的所述的固定基板3上还设置有眼球追踪装置，所述的眼球追踪装置包括图像采集设备4以及监控处理主机5，图像采集设备4与监控处理主机5通信连接，所述的监控处理主机5设置有人机交互显示屏51。

其中所述的图像采集设备4设置在三轴移动架上，所述的三轴移动架包括支撑轴架61、X轴架52、Y轴架63以及Z轴架64，所述的X轴架52水平横向设置在两侧的支撑轴架61上，所述的Z轴架64滑动设置在X轴架52上并通过固定件固定，所述的Z轴架64设置有角度调节座65，所述的Y轴架63呈相对X轴架52垂直设置滑动设置在角度调节座65的角度调节块上并通过固定件固定，所述的Y轴架63的前端设置眼球运动捕捉单元，所述的X轴架52设置有X轴刻度线标定Z轴架64相对X轴架52的位置，所述的Y轴架63设置有Y 轴刻度线标定Y轴架63相对X轴架52的位置，所述的角度调节座65设置有角度刻度线标定Z轴架64相对Y轴架63的成角度数，利用本结构可实现图像采集装置的前后调节以及角度调节，从而调节眼球与图像采集设备4的相对位置，从而调节获取画幅的区域，获得合适的眼部位置画幅图像。

具体利用本平台进行在眼球质子重离子束线治疗过程中眼球位置定位跟踪的步骤如下：

包括以下步骤：

(1)在治疗床上采用上述头部固定件对患者的头部采用治具进行定位，在眼球的上方设置有LED点光源阵列2，LED点光源阵列2横纵排布有单独控制点亮功能的LED灯珠21，在眼球的上方设置图像采集设备4连续采集眼球运动的实时图像，图像采集设备4与眼球的相对位置保持固定；

点亮患者治疗眼球正上方的LED灯珠21，患者凝视眼球正上方LED灯，最佳的将LED灯放映在的光源点处于眼球的虹膜中心位置，(保证在初始状态下，多次进行凝视，确定在基准凝视位置，光源点映射在眼球的位置基本保持一致，一方面确定了患者凝视点位置基本准确，另一方面也确定了患者相对正前方的基准凝视点的相对位置精准，进一步保证其他治疗为的LED灯珠相对眼球移动位置精准)，从而有效建立精准的坐标系，确定眼球相对LED阵列的基准点位置，从而更精准的采用LED阵列对应的LED灯珠的工作对眼球进行定位，因此在在实际过程中，由于不同人的位置偏差以及固定的偏差，则需要通过微调LED 灯珠21使得光源点处于虹膜中心位置，具体的实施结构为所述的LED点光源阵列2设置在安装板66上，所述的安装板66设置在两侧的支撑轴架61上，安装板66设置有容纳LED点光源阵列2的槽体67，所述的LED点光源阵列2 的侧壁面与槽体67的壁面设置有间隙，所述的槽体67的侧壁面设置有水平滑槽，LED点光源阵列2的侧壁面的侧壁面设置有若干弹性部件68，弹性部件68 的一端与LED点光源阵列2固定，弹性部件68的另一端滑动设置在水平滑槽上，所述的安装板66的侧壁面的X轴方向以及Y轴方向通过螺纹配合设置有调节螺栓69，调节螺栓69的末端与LED点光源阵列2的壁面接触，所述的弹性部件68为V型的弹性片，所述的弹性部件68的另一端设置有滑球60并滑动设置在水平滑槽内，采用本实施例结构调整横纵方向的调节螺栓69，眼球凝视正上方，将最邻近一组LED灯珠21调整，使得其反映出的光源点处于眼球虹膜的中心位置；

在图像采集设备4采集的图像的画幅区域内利用虹膜的实际直径长度为基准建立眼球运动的参考坐标系，所述的眼球运动坐标系采用网格图的二维坐标系；以上述眼球的虹膜中心为参考坐标系原点；

图像的画幅区域内建立的参考坐标系的刻度方法公式：

其中，

CF_pixel是像素-长度转换刻度因子，

D_iris是虹膜的实际或估计直径，

P_iris是自动识别出虹膜的直径所包含的像素数；

图像的单位像素实际长度刻度是通过图像采集设备4获得眼球图像，通过识别虹膜完成，基于人类虹膜平均直径为12mm，亚洲人略小，平均为11.4mm，因此在国内的临床操作中，可选用11.4mm作为虹膜的估计直径，便于快速的刻画参考坐标系。

(2)通过患者凝视治疗位对应的LED灯珠21，使得眼球位移，眼球的肿瘤部位落入质子重离子束流作用范围内，图像采集设备4连续采集眼球运动的实时图像；

(3)根据眼球运动的实时图像获取眼球虹膜中心在参考坐标系中的X方向以及Y方向的坐标值，并获得X方向以及Y方向的眼球运动的偏移曲线；

其中眼球虹膜中心的实时位置与治疗位眼球位置的偏差公式：

Dev_X＝(Xpos-Xref)×CF_pixel (公式2)

Dev_Y＝(Ypos-Yref)×CF_pixel (公式3)

其中，

Dev_X和Dev_Y分别是X方向和Y方向眼球运动的实时位置与治疗位眼球位置的偏差，

Xpos和Ypos分别是X方向和Y方向眼球虹膜中心的实时坐标值，

Xref和Yref分别是患者凝视治疗位时，X方向和Y方向眼球虹膜中心的参考坐标值。

(5)以治疗位眼球运动位置为基准，定义眼球运动的偏差阈值，判断眼球实时位置与治疗位眼球位置的偏差与所定义的偏差阈值的关系，将判断结果通过通信单元给质子重离子治疗系统输出门控信号；

判断逻辑：眼球实时运动位置与治疗位眼球位置的偏差在设定偏差阈内则控制质子重离子束流的开始或恢复工作；眼球实时运动位置与治疗位眼球位置的偏差在设定偏差阈外则控制质子重离子束流的中断。

本实施例中所述的头枕16包括底座161以及支撑面162，所述的支撑面 162呈与头部后侧适应的曲面设计，所述的支撑面前端与底座161的前端呈铰接，支撑面的后端两侧设置有调节杆，所述的调节杆的两端分别与支撑面以及底座161铰接，所述的调节杆为第一杆件163、第二杆件164以及转动部165 构成，第一杆件163一端与支撑面铰接，第一杆件163与第二杆件164通过螺纹配合，第二杆件164的一端与转动部165连接，所述的转动部165与底座161 呈铰接，本实施例中通过同步转动第二杆件164，改变第一杆件163和第二杆件164的相对位置，使得改变头枕16的角度，实现患者的头部相对治疗床平面的角度的改变，从而改变眼部与图形采集设备的相对位置，保证采集的图像尽量减少由于图像采集设备4的摄像头的采集面与眼球平面相对角度过大，造成图像畸变过大，影响图像处理后建立参考下的精准度，所述的图像采集设备 4为双目高清变焦相机，利用双目射线头采集两组方向的图像，通过三维空间透视畸变原理对获取的图像进行校正，获取平面状态下正常的对应的尺寸，从而更好的保障采用图形建立坐标系的坐标精度，提高使用效果。

本实施例中，利用图像采集设备4(相机)获取实时眼球图像，追踪和分析眼球位置，设置眼球参考位置，通过识别虹膜完成图像单位像素实际长度的刻度，对眼球实时运动位移进行处理，并以曲线的形式显示眼球运动信息，曲线横坐标为时间，纵坐标为X方向和Y方向位移参数。在曲线上设定两个方向的位移阈值。当眼球移动到阈值设定范围以外，通过监控处理主机5给质子重离子放疗设备发出门控信号，控制中断质子重离子束流；待眼球移动到阈值设定范围以内时，恢复束流，处理主机还可通过软件系统设置相机曝光度、白平衡、曝光时间等参数，监控处理主机5设置有用于人机交互的触摸屏，通信单元在眼球运动检测单元与质子重离子设备之间进行交互，输出门控信号，控制单元协调控制质子重离子设备束流的中断及恢复。

本平台利用可拆卸膨胀定位销连接口咬支架11(支撑轴架61)与固定底板，确保位置精度的同时，安装和拆卸更加快捷,可简化技师操作流程。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：包括头部固定件以及眼球定位组件；

所述的头部固定件用于头部固定，保持头部位置；

所述眼球定位组件采用LED点光源阵列，LED点光源阵列中每一个LED灯珠具有独立的开关控制，所述的眼球定位组件设置在患者眼部的上方；

头部固定件以及眼球定位组件设置在躺设患者的固定基板上。

2.根据权利要求1所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的头部固定件包括口咬支架、热塑面罩以及口咬器，热塑面罩边沿设置有轮廓板，轮廓板与固定基板固定，热塑面罩在眼部以及嘴部开设有窗口，所述的口咬支架设置在热塑面罩的上方，所述的口咬器设置在口咬支架上与躺在固定基板的患者的嘴部位置相适应,所述的口咬器设置有调节板呈纵向滑动设置在口咬支架的固定块的滑槽上并通过固定件固定,所述的口咬器为采用塑形材料对患者牙齿的倒模。

3.根据权利要求1所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的固定基板上还设置有眼球追踪装置，所述的眼球追踪装置包括图像采集设备以及监控处理主机，图像采集设备与监控处理主机通信连接，所述的监控处理主机设置有人机交互显示屏。

4.根据权利要求3所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的图像采集设备设置在三轴移动架上，所述的三轴移动架包括支撑轴架、X轴架、Y轴架以及Z轴架，所述的X轴架水平横向设置在两侧的支撑轴架上，所述的Z轴架滑动设置在X轴架上并通过固定件固定，所述的Z轴架设置有角度调节座，所述的Y轴架呈相对X轴架垂直设置滑动设置在角度调节座的角度调节块上并通过固定件固定，所述的Y轴架的前端设置眼球运动捕捉单元，所述的X轴架设置有X轴刻度线标定Z轴架相对X轴架的位置，所述的Y轴架设置有Y轴刻度线标定Y轴架相对X轴架的位置，所述的角度调节座设置有角度刻度线标定Z轴架相对Y轴架的成角度数。

5.根据权利要求3所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的LED点光源阵列设置在安装板上，所述的安装板设置在两侧的支撑轴架上，安装板设置有容纳LED点光源阵列的槽体，所述的LED点光源阵列的侧壁面与槽体的壁面设置有间隙，所述的槽体的侧壁面设置有水平滑槽，LED点光源阵列的侧壁面的侧壁面设置有若干弹性部件，弹性部件的一端与LED点光源阵列固定，弹性部件的另一端滑动设置在水平滑槽上，所述的安装板的侧壁面的X轴方向以及Y轴方向通过螺纹配合设置有调节螺栓，调节螺栓的末端与LED点光源阵列的壁面接触，所述的弹性部件为V型的弹性片，所述的弹性部件的另一端设置有滑球并滑动设置在水平滑槽内。

6.根据权利要求4或5所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：支撑轴架设置有滑动套环，滑动套环纵向滑动套设在支撑轴架上并通过固定件进行位置固定，X轴架、安装板的两侧固定有滑动套环。

7.根据权利要求2所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的口咬支架或热塑面罩或支撑轴架采用可拆卸膨胀卡扣固定在固定基板上。

8.根据权利要求4所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的固定基板设置托起头部的位置头枕。

9.根据权利要求8所述的一种用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的头枕包括底座以及支撑面，所述的支撑面呈与头部后侧适应的曲面设计，所述的支撑面前端与底座的前端呈铰接，支撑面的后端两侧设置有调节杆，所述的调节杆的两端分别与支撑面以及底座铰接，所述的调节杆为第一杆件、第二杆件以及转动部构成，第一杆件一端与支撑面铰接，第一杆件与第二杆件通过螺纹配合，第二杆件的一端与转动部连接，所述的转动部与底座呈铰接。

10.根据权利要求3所述的用于质子重离子放射治疗眼球肿瘤患者定位平台系统，其特征在于：所述的图像采集设备为双目高清变焦相机。

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