TWI732481B - 能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統 - Google Patents

能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統 Download PDF

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Abstract

本發明係一種能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統，其中，該系統至少由一偵測晶片、一放射線產生裝置與一對照表所構成，該偵測晶片能固定至一物體上，以偵測與取得該物體的當前運動狀態，又，該偵測晶片與放射線產生裝置兩者係採用無線方式相互傳輸訊息，且會根據該物體的當前運動狀態，以及其讀取到的對照表內容，令各該放射線機頭分別啟閉放射線，如此，由於本系統是採用無線傳輸，且事先在對照表中建立各個運動狀態及各個放射線機頭的執行動態，故無需在患者周圍安裝過多的管線與感應器，以提高使用上的便利性。

Description

能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統
本發明係關於放射線治療中所會使用到的系統，尤指一種偵測晶片能夠偵測物體的當前運動狀態，並以無線方式連接至放射線產生裝置，進而控制複數個放射線機頭分別啟閉放射線的系統。
按，隨著人類壽命的大幅延長，其罹患癌症的比例也大幅增加，幾乎成為了二十一世紀人類所需面對的最大醫療課題，根據臺灣衛生署2019年統計，癌症已經連續7年蟬連國人十大死因之首，更是令人警惕與擔憂。有鑑於此，癌症的治療於最近數十年內，有了飛快的進展，例如，手術切除治療、放射治療、化學治療與標靶藥物治療...等。
一般來說，手術切除治療一直是癌症治療最直接的方式，但是，將癌症患部作根除性的切除(例如，乳癌患者將患側乳房及淋巴結完全切除)，往往會造成病患身體上極大的不適，以及心理上的失落感，因此，當前的治療方式大多轉為僅將腫瘤及有問題的淋巴結切除，再配合放射治療或其它治療，以達到相同於傳統完全切除患部一樣的治療效果，其中，放射治療是透過聚焦且高能量的放射線(如：X射線、電子線、質子、重粒子...等)，破壞腫瘤細胞的遺傳物質DNA，使其失去再生能力從而殺傷腫瘤 細胞放射線來破壞癌細胞，以達到縮小腫瘤，進而治癒癌症的效果。
目前放射治療的技術眾多，例如，立體定位消融放射治療(Stereotactic Ablative Radiotherapy，簡稱SABR)、三度空間順形放射治療(3-Dimensional Conformal Radiotherapy，簡稱3DCRT)、強度調控放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy，簡稱IMRT)、弧形調控放射治療(Volumetric-Modulated Arc Radiotherapy，簡稱VMAT)...等，醫師會根據癌症的種類、腫瘤大小、嚴重程度與患者身體狀況，選擇合適的治療方式，舉例來說，SABR是一種採用高標準定位技術來達到精準的消融性放射治療，其需要採用高規格的放射技術及配備，並利用電腦運算出最合適的放射治療計劃，且因SABR能給予單次高劑量的放射治療，故其治療次數較少，且癌症患者亦不須承受手術風險、傷口疼痛和感染等情事，故能有效維持患者的生活品質。
承上，由於放射線除了會破壞癌細胞之外，也會破壞周圍的正常組織，因此，放射線治療儀器必需精準地照射至腫瘤上，以保護鄰近的正常組織和器官。然而，在實務上，當腫瘤位於胸部或腹部時，隨著患者的呼吸，往往會造成腫瘤移動而脫離放射線的照射位置，因此，為了避免前述問題，還需對患者進行呼吸調控(gating)、主動式呼吸調控技術(Active Breathing coordination，簡稱ABC)、深呼吸閉氣放射治療(Deep inspiration breath hold radiotherapy，簡稱DIBH)或表面圖像引導放射治療(Surface Image Guided Radiation Therapy，簡稱SIGRT)...等技術，以縮小腫瘤周邊之正常組織的照射範圍，進而能減輕放射治療所衍生的副作用。
但是，前述技術於應用上，都需在患者的周圍設置多達數十 個管線與收發器，才足以準確地捕捉到患者的呼吸狀態，以在適當時機(如：患者停止呼吸的狀態)啟動放射線治療儀器，進行治療，惟，隨著管線與收發器的數量大增，勢必會干擾到部分放射線的照射路徑，造成實際使用上的困擾。故，如何減少管線與收發器，以有效解決前述問題，即成為本發明在此欲探討之重要課題。
有鑑於前述習知技術於使用上仍有改善之處，因此，發明人憑藉著多年來專業從事設計的豐富實務經驗，且秉持精益求精的研究精神，在經過長久的努力研究與實驗後，終於研發出本發明之一種能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統，以期提供相關人士更為便利的使用經驗。
本發明之一目的，係提供一種能根據運動狀態而調整放射線照射位置的系統，包括一偵測晶片、一放射線產生裝置與一對照表，其中，該偵測晶片會固定至一物體上，其能偵測與取得該物體的當前運動狀態；該放射線產生裝置設有複數個放射線機頭，各該放射線機頭係分別對應至該物體的不同位置，且該放射線產生裝置與該偵測晶片兩者係採用無線方式相互傳輸訊息；該對照表則能儲存至該偵測晶片或放射線產生裝置中，該偵測晶片或該放射線產生裝置會根據該物體的當前運動狀態，以及該對照表內容，令各該放射線機頭分別啟閉放射線；如此，藉由本發明之整體系統，患者在進行放射治療時，只要在身上設置該偵測晶片，而無需在周圍佈設過多的管線與感應器，便能夠準確地令放射線產生裝置對患部進行放射治療，大幅提高使用上的便利性。
本發明之另一目的，係提供一種能建立運動狀態對照表的系統，以能將建立後的對照表應用於前述放射治療用的系統上，其包括一假體、一計量檢測器、一放射線產生裝置、一偵測晶片與一資訊處理裝置，其中，該假體具有一升降平台，以使該假體的至少局部區域呈起伏狀，而模擬人體運動；該計量檢測器會位於該假體中；該放射線產生裝置設有複數個放射線機頭，各該放射線機頭係分別對應至該假體的不同位置，且會產生放射線，以被該計量檢測器所接收；該偵測晶片則能安裝至該假體上，其至少具有一電力模組、一方向感應模組與一第一控制模組，又，該電力模組能供應該偵測晶片內各個模組正常運作所需的電力，該方向感應模組能偵測與取得該假體的運動狀態，並產生對應的感應訊息，該第一控制模組係電氣連接至該方向感應模組，且能接收該感應訊息，以根據該感應訊息而判斷出對應的運動資訊，並形成對應的運動訊息；該資訊處理裝置會分別電氣連接至該計量檢測器與該偵測晶片，以接收該偵測晶片的運動訊息、該計量檢測器的放射線數據，及前述放射線數據所對應的假體位置，並記載於該資訊處理裝置內所儲存的一對照表中，如此，該對照表即會包含各種運動狀態時，對應之各個放射線機頭的啟閉狀態。
為便 貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：
〔習知〕
無
〔本發明〕
1:系統
11:偵測晶片
110、110’:對照表
111:電力模組
112:第一控制模組
113:方向感應模組
114:第一無線模組
115、115’:記憶體模組
13:放射線產生裝置
130:容納空間
131:第二無線模組
132:第二控制模組
133、133A、133B:放射線機頭
15:承載台
21:假體
211:升降平台
213:線性驅動器
215:支撐台
22:計量檢測器
23:資訊處理裝置
H:物體
H1:胸部
S:腫瘤
第1圖係本發明之第一實施例的使用狀態圖；
第2圖係本發明之第一實施例的硬體架構圖；
第3圖係人體的胸部處於吐氣或吸氣狀態時，其上腫瘤的位置變化示意圖；
第4圖係本發明之第二實施例的硬體架構圖；及
第5圖係本發明之假體的剖面示意圖。
本發明係一種能根據運動狀態而動態調整放射線照射位置及建立前述運動狀態對照表的系統，在一第一實施例中，請參閱第1及2圖所示，該系統1包括一偵測晶片11、一對照表110與一放射線產生裝置13，其中，該偵測晶片11能固定至一物體H(如：人體或假體)上，例如，當該偵測晶片11是為了偵測人體胸部的呼吸起伏狀態時，其能固定至人體的胸部位置，但不以此為限，該偵測晶片11亦能夠固定至人體的腹部位置，合先陳明。
承上，復請參閱第1及2圖所示，該偵測晶片11內儲存有該對照表110，且至少由一電力模組111、一第一控制模組112、一方向感應模組113與一第一無線模組114所構成，其中，該電力模組111(如：電池)會供應該偵測晶片11內各個模組正常運作所需的電力，且其能夠直接/間接傳輸電力至各個模組，在此特別聲明者，為避免圖式過於複雜，第2圖係省略繪製電力模組111傳輸電力至各個模組的電力路徑，但是，本領域之技藝人士當能瞭解該電力模組111用以供電的相關技術。又，第2圖雖將電力模組111繪製於偵測晶片11內，但亦包括電力模組111為獨立元件，並設置於偵測晶片11外部，以保障患者於治療中的用電安全與降低干擾，故，只要電力模組111能夠供電予偵測晶片11，以使偵測晶片11保持正常運作，即應屬於前述偵測晶片11與電力模組111間的連接關係。
另，復請參閱第2圖所示，該第一控制模組112能分別電氣連接至方向感應模組113與第一無線模組114，以在彼此間相互傳輸訊息，又，該第一控制模組112能夠讀取該對照表110內的資訊，在該第一實施例中，該對照表110係位於該偵測晶片11的一記憶體模組115中，但是，在本發明之其它實施例，該第一控制模組112與記憶體模組115能夠整合為一體，使得該對照表110位於第一控制模組112中。此外，第2圖中雖將記憶體模組115繪製於偵測晶片11中，但亦包括記憶體模組115為外接元件(如：隨身碟)，並插接至偵測晶片11上的態樣，意即，該記憶體模組115可為內建或外接兩者態樣。
再者，復請參閱第1及2圖所示，該方向感應模組113能偵測與取得該物體H(偵測晶片11)的運動狀態，並產生對應的感應訊息，以傳送至該第一控制模組112，其中，該方向感應模組113能夠為陀螺儀(Gyroscope)、加速度計(Accelerometer、G-Sensor)或是前述兩者之結合，在該第一實施例中，該方向感應模組113係為三軸陀螺儀搭配三軸加速度計，以具有檢測六自由度(Six degrees of freedom，簡稱6Dof)的能力，而能取得該偵測晶片11的當前位移狀態(如：朝前、後、左、右、上、下等各方向的運動狀態)，惟，在本發明之其它實施例中，業者能夠根據實際需求，令該方向感應模組113能檢測出更多或更少的自由度，只要該方向感應模組113足以滿足使用上的需求(如：3Dof、6Dof、9Dof)，而偵測出該偵測晶片11的當前位移狀態，即為本發明所稱之方向感應模組113。
在該第一實施例中，復請參閱第1及2圖所示，該第一無線模組114能採用藍牙(Bluetooth 4.0以上)、紫蜂(ZigBee)、5G、超寬頻(UWB)或 WiFi...等各種通訊協定，並會與該放射線產生裝置13上的第二無線模組131建立連結，以相互傳輸訊息，在實際使用上，為避免或降低受到周遭儀器(如：加速器)之射頻(Radio frequency，簡稱RF)干擾，該第一無線模組114會使用藍牙4.0標準或其它可不受加速器干擾的通訊協定與設備。又，當該第一控制模組112接收到該感應訊息後，其會讀取該對照表110的資訊，以根據該對照表110，將該感應訊息轉換成對應的控制訊息，至於該對照表110的相關建置技術，會在其後進行說明。又，該第一控制模組112會將該控制訊息經由該第一無線模組114與第二無線模組131，傳輸至該放射線產生裝置13，令該放射線產生裝置13能根據該控制訊息，執行對應的程序。
在此特別一提者，該第一無線模組114與第二無線模組131兩者間的傳輸方式，包括了「直接傳輸」與「間接傳輸」，意即，該第一無線模組114能直接將控制訊息傳輸至第二無線模組131；或者，該第一無線模組114能先將控制訊息傳輸至一終端裝置(如：智慧型手機、平板電腦...等)後，再間接經由該終端裝置傳輸至第二無線模組131，此時，該終端裝置還能在前述控制訊息中加入其它操作指令、參數與資訊，令該放射線產生裝置13能執行對應程序；或者，該第一無線模組114能同時將控制訊息分別傳輸至第二無線模組131與終端裝置，嗣，該終端裝置能另外形成對應的控制訊息，並傳輸至第二無線模組131，令該放射線產生裝置13能根據各個控制訊息而執行對應程序。
復請參閱第1及2圖所示，其中，第2圖僅簡單繪製出該放射線產生裝置13的必要元件，但並不會影響本領域之技藝人士對該放射線產生裝置13之認知與應用。該放射線產生裝置13上設有複數個放射線機頭 133，當該物體H被置放(躺臥)於一承載台15上，該承載台15能將該物體H輸送至該放射線產生裝置13的一容納空間130中，且各該放射線機頭133會分別對應至該物體H的不同位置，以將其產生的放射線照射至該物體H上，在此特別一提者，只要是放射線機頭133所發出的放射線，足以照射至該物體H上的空間，即為本發明所稱的容納空間130。
復請參閱第2圖所示，在該第一實施例中，該放射線產生裝置13的一第二控制模組132接收到該控制訊息後，會根據該控制訊息的內容，而令各該放射線機頭133產生放射線或關閉放射線，舉例而言，請參閱第3圖所示，當人體的胸部H1處於吐氣狀態，其腫瘤S的位置會位於較下方處(如第3圖的實線胸部H1範圍)，當人體的胸部H1處於吸氣狀態，其腫瘤S的位置會位於較上方處(如第3圖的虛線胸部H1範圍)，因此，在人體的胸部H1處於吐氣狀態時，一放射線機頭133A會產生高劑量的放射線，以照射腫瘤S，此時，另一放射線機頭133B則會關閉放射線，以避免照射到鄰近的正常組織和器官；同理，在人體的胸部H1處於吸氣狀態時，該放射線機頭133A會關閉放射線，以避免照射到鄰近的正常組織和器官，此時，另一放射線機頭133B則會產生高劑量的放射線，以照射腫瘤S。
除了將對照表儲存於偵測晶片上以外，在本發明之第二實施例中，對照表亦可儲存於放射線產生裝置13上，請參閱第4圖所示，為方便說明，後續實施例中，僅就有改變的元件重新標號，在該實施例中，該放射線產生裝置13還設有一記憶體模組115’，且其內儲存有對照表110’，在該第二實施例中，該第一控制模組112接收到感應訊息後，會經由該第一無線模組114傳送出去，嗣，該放射線產生裝置13接收到該感應訊息後，其(第二 控制模組132)會讀取該對照表110’，以根據該對照表110’，將該感應訊息轉換成對應的控制訊息，令各該放射線機頭133分別動態地啟閉放射線。此外，在該第二實施例中，該第一控制模組112與方向感應模組113兩者能夠整合為一體，以能迅速地將感應訊息經由第一無線模組114傳送至該放射線產生裝置13。
茲就該對照表110之資訊內容的建立方式，進行說明，復請參閱第1、2及5圖所示，在建立對照表110內所記載的運動狀態時，該系統1至少包括一假體21、一計量檢測器22、一資訊處理裝置23、該偵測晶片11與該放射線產生裝置13，其中，該假體21係具有一升降平台211，以使該假體21的至少局部區域能呈起伏狀，而模擬人體運動(如：人體胸部的呼吸起伏狀態)，在該第一實施例中，該升降平台211能由至少一線性驅動器213與一支撐台215所構成，該支撐台215的頂面會貼靠住該假體21內側，該支撐台215的底面則連接至該線性驅動器213，如此，該線性驅動器213便能根據使用者事先設定的資訊，每隔一預定期間，自動地升降該支撐台215。在此聲明者，第5圖僅為表達本發明的技術概念，實務上，該升降平台211能依使用上的需求，而使該假體21的局部區域於三維空間中，在前後、上下、左右三個互相垂直的坐標軸上平移，亦能在三個垂直軸上旋轉其方向(如：俯仰(pitch)、偏擺(yaw)、翻滾(Roll))。
另，復請參閱第1、2及5圖所示，該計量檢測器22能伸入至假體21內，以容納於該假體21中，當該放射線產生裝置13的各個放射線機頭133，朝該假體21的不同位置照射放射線後，該計量檢測器22即可接收與偵測出所接收到的放射線數據，以及各該放射線數據所對應之假體21上的 位置，又，第5圖僅是繪製出計量檢測器22的示意圖，但是，本發明並不限制計量檢測器22的具體結構，只要其足以接收與偵測出所接收到的放射線數據，以供後續使用即可。再者，該偵測晶片11會固定至該假體21上，其中，該方向感應模組113會偵測與取得該假體21的運動狀態，並產生對應的感應訊息，該第一控制模組112則能接收該感應訊息，且根據該感應訊息而判斷出對應的運動資訊(如：朝上移動、朝下移動...等)，並形成對應的運動訊息。
復請參閱第5圖所示，該資訊處理裝置23(如：伺服器、平板電腦...等)會分別電氣連接至該計量檢測器22與偵測晶片11，以接收該偵測晶片11的運動訊息、該計量檢測器22的放射線數據，以及前述放射線數據所對應的假體21位置，其中，該資訊處理裝置23能夠直接接收該計量檢測器22與偵測晶片11傳來的資料，或者，該計量檢測器22與偵測晶片11的資料能夠先儲存至其它裝置後，再間接地傳送至該資訊處理裝置23，但無論何種方式，均應包含於本發明之資訊處理裝置23電氣連接至該計量檢測器22與偵測晶片11的範圍內。
承上，在該實施例中，以第3圖為例，當假體21模擬出胸部H1處於吐氣狀態時，該等放射線機頭133A、133B照射至假體21上的位置，勢必會不同於當假體21模擬出胸部H1處於吸氣狀態時，該等放射線機頭133A、133B照射至假體21上的位置，因此，前述資訊內容便會儲存至該資訊處理裝置23內的一對照表110、110’中，使得該對照表110、110’能包括複數個運動資訊(如：吐氣狀態、吸氣狀態)及對應之放射線機頭編號(如：133A、133B)，之後，該對照表110、110’便能儲存至偵測晶片11或該放射 線產生裝置13中，如此，該偵測晶片11或放射線產生裝置13便能夠根據該對照表110、110’的內容，及方向感應模組113的偵測結果，產生對應的控制訊息(例如，記載需要啟/閉放射線的放射線機頭編號)，進而控制各個放射線機頭133啟/閉放射線。
綜上所述可知，由於本發明之系統1使用於放射治療時，該偵測晶片11自身能偵測出當前運動狀態，並以無線方式傳輸訊息(控制訊息或感應訊息)至放射線產生裝置13上，因此，患者只要在胸部上固定該偵測晶片11，該偵測晶片11或放射線產生裝置13便會根據患者身體(如：胸部)的當前運動狀態(如：吸氣或吐氣)，以及該對照表110、110’內容，令各該放射線機頭133分別啟閉放射線，相較於習知對患者進行gating、ABC、DIBH或SIGRT...等技術而言，本發明之系統1無需在身體周圍額外加設過多的管線與感應器，且屬於非侵入式的控制手段，不僅能給予患者較為舒適的治療感受，且不會干擾或妨礙到部分放射線的照射路徑，有效提高使用上的便利性。
按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。
1:系統
11:偵測晶片
110:對照表
111:電力模組
112:第一控制模組
113:方向感應模組
114:第一無線模組
115:記憶體模組
13:放射線產生裝置
131:第二無線模組
132:第二控制模組
133:放射線機頭

Claims (4)

  1. 一種能建立運動狀態對照表的系統，包括：一假體，其具有一升降平台，以使該假體的至少局部區域呈起伏狀，而模擬人體運動；一計量檢測器，係位於該假體中；一放射線產生裝置，其上設有複數個放射線機頭，各該放射線機頭係分別對應至該假體的不同位置，各該放射線機頭會產生放射線，並被該計量檢測器所接收；一偵測晶片，係能安裝至該假體上，其至少具有一方向感應模組與一第一控制模組，其中，該方向感應模組能偵測與取得該假體的運動狀態，並產生對應的感應訊息，該第一控制模組係電氣連接至該方向感應模組，且能接收該感應訊息，以根據該感應訊息而判斷出對應的運動資訊，並形成對應的運動訊息；及一資訊處理裝置，係分別電氣連接至該計量檢測器與該偵測晶片，其會接收該偵測晶片的運動訊息、該計量檢測器的放射線數據，以及前述放射線數據所對應的假體位置，並記載於該資訊處理裝置內所儲存的一對照表中。
  2. 如請求項1所述之系統，其中，該方向感應模組至少具有檢測六自由度的能力。
  3. 如請求項2所述之系統，其中，該升降平台係使該假體能模擬出人體胸部的呼吸起伏狀態。
  4. 如請求項3所述之系統，其中，該對照表包括複數個運動資訊及對應之放射線機頭編號，該運動資訊係由該運動訊息轉換而 來，該放射線機頭編號則是根據各該放射線數據及其對應之假體位置而產生。
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