CN219050155U - 质子治疗正交x射线影像引导系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种质子治疗正交X射线影像引导系统，属于质子治疗技术领域；包括治疗室、治疗床和X射线成像系统，所述治疗室设置有旋转机架，所述旋转机架上设置有治疗头，所述治疗床通过机械臂安装于治疗室所在地面，所述X射线成像系统包括正对设置的成像源和成像平板；其包括两个平面正交的X射线成像系统，一个是位于治疗头质子束流方向上，采用在治疗头内安装成像源形成质子束流射束方向视图影像的第一成像系统，另一个是位于质子束流正交方向，其成像源相对治疗头成90°的第二成像系统；本实用新型所提供的解剖图像可以简单、精确和安全的验证患者位置，可以为质子治疗提供快速配准。

Description

质子治疗正交X射线影像引导系统

技术领域

本实用新型涉及一种质子治疗正交X射线影像引导系统，属于质子治疗技术领域。

背景技术

放射治疗(RT)是恶性肿瘤重要的局部治疗方法。近70％的癌症病人在治疗癌症的过程中需要用放射治疗。临床上作为主流治疗方式的光子治疗已进入瓶颈期，存在已久却因多种原因而未能充分发展的质子治疗重新获得各界学者的青睐。质子治疗，也称为质子束治疗，是一种粒子治疗，它是目前最先进的放射治疗。而在进行放射治疗工作时,必须做到“四精”,即精确诊断、精确计划、精确定位和精确治疗。

在影响治疗效果的诸多因素中，对病人的摆位、靶区位置的确定以及治疗过程中病人的运动(不由自主的运动、脏器运动带动的靶区运动)的控制，是实施精确影像引导放射治疗(将放射治疗机与成像设备结合在一起，在治疗时采集有关的图像信息，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行位置和剂量分布的校正)的关键。现有的影像引导系统，其工作模式主要可以包括：

正交KV模式：一般是在放射治疗加速器的机架上，沿治疗射线的正交(垂直)方向，加装一套KV级数字诊断X线影像系统来完成影像引导工作。但是由于其成像射线与治疗射线成垂直正交方向，并不能反映治疗机头内部件在各治疗角度时由于重力或其他因素造成的射野改变或误差；而且，成像射线和治疗射线经过的准直器等部件和结构也不相同，虽然三维的在线影像可以较好地验证和比较每次治疗时的体位差别，但由于X线影像系统并不经过治疗机头的结构，无法验证治疗靶区及周围器官与实际治疗照射野的关系，从而影响影像引导放射治疗的定位精度。

此外，用于影像定位的球管和探测器通常只包含一组,只能形成二维图像,无法实时地三维成像,因此对病灶部位的定位精度不高,对于复杂部位肿瘤,不利于病患的摆位和治疗。总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提高影像引导放射治疗的定位精度。

申请号为201910429671.2的中国发明专利申请公开了一种正交X射线影像快速2D-3D医学图像配准方法，其提供了一种采取GPU进行并行计算，并且充分利用一对正交面板上2D坐标系统反映的空间位置信息不断引导3D刚体变换进而实现快速配准的方法，输入一对射线夹角为90°的两块探测面板获取的X射线影像与CT数据可输出术前重构CT与当前X射线影像相对应的6个空间刚体变换参数。但其并未提供对射线夹角为90°的两块探测面板即其对应的射线源如何设置以及设置的位置，而这两者关系到治疗室内进行放疗时影像引导放射治疗的定位精度和治疗室内各个零部件的运行干扰情况。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种质子治疗正交X射线影像引导系统。

本实用新型所采用的技术方案是：设计一种质子治疗正交X射线影像引导系统，包括治疗室、治疗床和X射线成像系统，所述治疗室设置有旋转机架，其是一个等中心可旋转结构，旋转机架的旋转范围是360°，驱动速度可变，加速/减速可程控。所述旋转机架上设置有可随旋转机架旋转的治疗头，所述治疗头发出治疗用的质子束流，所述治疗床通过机械臂安装于治疗室所在地面，且伸入治疗室内，所述X射线成像系统包括正对设置的成像源和成像平板，所述成像源发出成像X射线，治疗时成像源和成像平板之间的X射线穿过治疗床上的患者，所述X射线成像系统设置至少两个，且两个X射线成像系统形成平面正交的结构，一个是位于治疗头质子束流方向上，采用在治疗头内安装成像源形成质子束流射束方向视图影像的第一成像系统，另一个是位于质子束流正交方向，其成像源相对治疗头成90°的第二成像系统。正交图像优势在于所提供的解剖图像可以简单、精确和安全的验证患者和病灶位置。

进一步，本设计还包括第三成像系统，所述第三成像系统为与第一成像系统和第二成像系统分别成45°夹角的X射线成像系统。由于第一成像系统的成像源设置于治疗头内，在治疗中，为了避免治疗头发出的质子束流与第一成像系统的成像源发出的X射线相互干扰，既影响患者摆位准确和实时影像引导效果，又影响治疗效果，可将第一成像系统关闭，打开第三成像系统与第二成像系统配合，提供实时影像；第三成像系统为与第一成像系统和第二成像系统分别成45°夹角，一是为了便于成像平板的布局安装，二是为了在第一成像系统和第二成像系统配合对患者进行摆位后，第三成像系统的X射线也能较好的穿过治疗创床上的患者，以与第二成像系统配合进行治疗中的精准定位。

进一步，所述第一成像系统的成像源为在治疗头内安装的可伸缩X射线管，在治疗前伸至治疗头发出质子束流的治疗源之前，在治疗中缩回，避免遮挡质子束流，其采用常规的伸缩结构即可，如电动伸缩，其具体安装方式为：如治疗头的质子束流发射源沿治疗头纵向安装，则可伸缩X射线管倾斜安装于质子束流发射源一侧即可，具体结构可以根据现有技术设计多种方式，在此不做赘述，所述第二成像系统和第三成像系统的成像源皆安装在旋转机架，两者随着旋转机架旋转，即第一成像系统、第二成像系统和第三成像系统在使用中保持相对静止以提供准确的定位影像。

进一步，本设计还包括伸缩板，所述旋转机架后部安装有后墙，后墙也是旋转机架的一部分，即后墙是随着旋转机架旋转的，所述后墙上分别滑动安装有与第一成像系统的成像源、第二成像系统的成像源和第三成像系统的成像源一一对应的伸缩板，伸缩板可以伸出或缩回后墙，伸缩板可以采用电动、气动、丝杆或直线模组结构驱动，所述伸缩板上安装成像平板。在旋转机架组件中整合X射线球管(成像源)与可伸缩成像平板的设计可以使影像设备对治疗流程的影响降到最小。

进一步，所述伸缩板外端固定安装有限位封板，在成像平板随着伸缩板缩回旋转机架的后墙内时，限位封板一方面提供缩回到位信息，避免过度缩回，另一方面盖住伸缩槽口，避免灰尘等污染。

进一步，所述旋转机架内侧安装有旋转地板，旋转机架配备旋转地板，在旋转机架的基坑上方形成一个水平可行走的平面，医护人员可充分接近其中的病人，提升治疗师在治疗室内的安全性；治疗师可从治疗床的任何一个地方接触到患者；在紧急情况下治疗师可更快速方便的接触到患者；患者上下治疗床接近治疗位置，可优化患者流；维护期间操作人员可更好地接触设备。所述旋转地板上对应旋转机架上安装成像源的地方安装有低衰减窗，既能保护成像源，又不影响其发射成像射线。

进一步，所述治疗床通过机械臂形成6自由度结构的治疗床。多自由度机器人治疗床提供安全、高效、平稳及精确的6个自由度的运动，以确保患者靶区在等中心处的最佳定位。治疗床有6个自由度：3个线性轴向(x(横向)、y(纵向)、z(垂直))；1个旋转轴；俯仰和翻转；以实现精调。

进一步，所述X射线成像系统的X射线成像源能量为KV级，在40kv至150kv之间可调，如80kv，X射线成像源到等中心距离约1194mm。

进一步，所述成像平板最大有效探测面积为40cmX30cm，等中心到平板距离约595mm。

与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：

1、提高影像引导系统的成像精度和成像水平，减小影像引导系统额外的不必要的成像剂量；

2、能明显提高患者靶区的局部控制率,降低正常组织的并发症,从而提高治疗效果；

3、能够多角度、非共面的多方位高精确地控制治疗头实现对病灶靶区的定位和治疗，质子束流源可以快速、准确递送放疗束流到指定的照射位置，对病人具有更强治疗能力和更好的治疗效果，由于具有更小的对非靶区组织的辐射剂量和更为准确的对靶区的定义，因而具有更好的生物学效应；

4、治疗前第一成像系统和第二成像系统配合进行影像引导，且第一成像系统的成像源置于治疗头内，其成像射线与治疗射线路径相同，影像可以很好地反映病人的体位误差、靶区和周围器官与治疗照射野的关系等，加上和正交设置的第二成像系统配合，进一步提高定位精度，治疗中第二成像系统和第三成像系统配合进行影像引导为治疗中的质子束流提供高精度靶区定位，准确度更高，系统误差更小；

5、由于包括三个成像源及与所述成像源对应的成像平板,且相互之间均存在夹角,第一成像系统和第二成像系统或第二成像系统和第三成像系统之间的射线在病灶位置处相交,因此可以同时获取至少两组病灶部位的二维图像,通过对获取的二维图像进行运算即可得到病灶部位三维成像,因此可以实时地重建出病灶部位的精确三维位置,从而可以提高对病灶部位的定位精度；

6、本实用新型能够对放射治疗进行实时监控，根据获得的图像中靶区的形状和位置调整治疗计划，使病灶位于最适合治疗的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型结构1(伸缩板伸出)示意图。

图2为本实用新型结构2(伸缩板收回)示意图。

图中：1-治疗室、2-治疗床、3-治疗头、4-机械臂、5-伸缩板、6-成像平板、7-限位封板、8-旋转地板、9-低衰减窗。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“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实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，若用到术语“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。在本实用新型的描述中，需要说明的是，若用到术语“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，若用到术语“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。

实施例1

如图1和图2所示：所述质子治疗正交X射线影像引导系统，包括治疗室1、治疗床2和X射线成像系统，所述治疗室1设置有旋转机架，所述旋转机架上设置有治疗头3，所述治疗床2通过机械臂4安装于治疗室1所在地面，所述X射线成像系统包括正对设置的成像源和成像平板6，其包括两个平面正交的X射线成像系统，一个是位于治疗头3质子束流方向上，采用在治疗头3内安装成像源形成质子束流射束方向视图影像的第一成像系统，另一个是位于质子束流正交方向，其成像源相对治疗头3成90°的第二成像系统。还包括第三成像系统，所述第三成像系统为与第一成像系统和第二成像系统分别成45°夹角的X射线成像系统。所述第一成像系统的成像源为在治疗头3内安装的可伸缩X射线管，所述第二成像系统和第三成像系统的成像源皆安装在旋转机架。

本实施例还包括伸缩板5，所述旋转机架后部安装有后墙，所述后墙上分别滑动安装有与第一成像系统的成像源、第二成像系统的成像源和第三成像系统的成像源一一对应的伸缩板5，所述伸缩板5上安装成像平板6。所述伸缩板5外端固定安装有限位封板7。

所述旋转机架内侧安装有旋转地板8，所述旋转地板8上对应旋转机架上安装成像源的地方安装有低衰减窗9。所述治疗床2通过机械臂4形成6自由度结构的治疗床2。所述X射线成像系统的X射线为KV级，在40kv至150kv之间可调，如60kv、80kv、100kv。所述成像平板6最大有效探测面积为40cm×30cm。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.质子治疗正交X射线影像引导系统，包括治疗室(1)、治疗床(2)和X射线成像系统，所述治疗室(1)设置有旋转机架，所述旋转机架上设置有治疗头(3)，所述治疗床(2)通过机械臂(4)安装于治疗室(1)所在地面，所述X射线成像系统包括正对设置的成像源和成像平板(6)，其特征在于：包括两个平面正交的X射线成像系统，一个是位于治疗头(3)质子束流方向上，采用在治疗头(3)内安装成像源形成质子束流射束方向视图影像的第一成像系统，另一个是位于质子束流正交方向，其成像源相对治疗头(3)成90°的第二成像系统。

2.根据权利要求1所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：还包括第三成像系统，所述第三成像系统为与第一成像系统和第二成像系统分别成45°夹角的X射线成像系统。

3.根据权利要求2所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述第一成像系统的成像源为在治疗头(3)内安装的可伸缩X射线管，所述第二成像系统和第三成像系统的成像源皆安装在旋转机架。

4.根据权利要求3所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：还包括伸缩板(5)，所述旋转机架后部安装有后墙，所述后墙上分别滑动安装有与第一成像系统的成像源、第二成像系统的成像源和第三成像系统的成像源一一对应的伸缩板(5)，所述伸缩板(5)上安装成像平板(6)。

5.根据权利要求4所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述伸缩板(5)外端固定安装有限位封板(7)。

6.根据权利要求5所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述旋转机架内侧安装有旋转地板(8)，所述旋转地板(8)上对应旋转机架上安装成像源的地方安装有低衰减窗(9)。

7.根据权利要求6所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述治疗床(2)通过机械臂(4)形成6自由度结构的治疗床(2)。

8.根据权利要求7所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述X射线成像系统的X射线为KV级，在40kv至150kv之间可调。

9.根据权利要求8所述的质子治疗正交X射线影像引导系统，其特征在于：所述成像平板(6)最大有效探测面积为40cm×30cm。

Images