專利名稱：一種影像引導放射治療裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及放射治療技術領域，特別是涉及一種影像引導放射治療裝置。
背景技術：
隨著物理學與生物科學理論的不斷完善及放射治療技術的快速發(fā)展，放射治療已成為腫瘤的三大主要治療手段之一；其目的在于通過提高靶區(qū)劑量和減少靶區(qū)周圍正常組織放射損傷來不斷提高腫瘤的局部控制率，借助于計算機技術、影像學技術的進展和醫(yī)學領域各學科的廣泛協(xié)作，進一步提高患者生存率和改善其生存質(zhì)量。近年來，隨著以精確定位、精確計劃和精確治療為核心的精確放療技術的快速發(fā)展，放射治療的整體療效得到了提高；例如，影像引導放射治療(IGRT，image-guided radiotherapy)將放射治療機與成像設備結合在一起，在治療時采集有關的圖像信息，確定治療靶區(qū)和重要結構的位置、運動，并在必要時進行位置和劑量分布的校正；該IGRT技術可用在分次治療擺位時和/或治療中，用于采集圖像和/或其他信號，并利用這些圖像和/ 或信號，引導此次治療和/或后續(xù)分次治療。目前，影像引導放射治療裝置通常包括放射治療加速器，以及安裝在其上的在線影像系統(tǒng)(On-board imaging system)，其中，在線影像系統(tǒng)可用于在每次治療前采集病人體位的二維(例如，X線平片)或三維(例如，CBCT錐形束CT)影像，在比較所采集影像與治療計劃影像后，確定病人的體位誤差或靶區(qū)與治療射野之間的位置關系，并通過圖像配準方法給出需要調(diào)整病人體位或者照射野的數(shù)據(jù)；所述在線影像系統(tǒng)的工作模式主要可以包括一、正交KV模式；本模式一般是在加速器的機架上，沿治療射線的正交(垂直)方向，加裝一套KV 級數(shù)字診斷X線影像系統(tǒng)來完成影像引導工作；其采用KV級診斷X線成像系統(tǒng)，可以得到清晰的解剖影像，具有診斷級X線影像的空間和密度分辨率，可以很好在完成對軟組織靶區(qū)和器官的在線影像引導工作。但是，對于這種KV級數(shù)字診斷X線影像系統(tǒng)，由于其成像射線與治療射線成垂直正交方向，并不能反映治療機頭內(nèi)部件在各治療角度時由于重力或其他因素造成的射野改變或誤差；而且，成像射線和治療射線經(jīng)過的準直器等部件和結構也不相同，雖然三維的在線影像可以較好地驗證和比較每次治療時的體位差別，但由于X線影像系統(tǒng)并不經(jīng)過治療機頭的結構，無法驗證治療靶區(qū)及周圍器官與實際治療照射野的關系，從而影響影像引導放射治療的效果。二、同源MV模式。本模式一般直接采用治療用的MV級X射線及安裝在治療機頭相對位置的數(shù)字影像板組成的在線影像驗證系統(tǒng)；其優(yōu)點是成像射線與治療射線同源，因此也經(jīng)過相同的機頭結構，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關系等；但由于其使用的MV級射線在人體組織中的作用主要為康普頓散射效應，骨結構與軟組織的吸收區(qū)別相對較小，影像的組織對比度和密度分辨率均比較差，因而其成像效果遠比 KV級X射線影像差，也就影響了影像引導放射治療的質(zhì)量?？傊?，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是如何能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的影像引導放射治療。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種影像引導放射治療裝置，用以實現(xiàn)高質(zhì)量的影像引導放射治療。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種影像引導放射治療裝置，包括機架、加速管、準直器、治療床、成像屏和計算機系統(tǒng)；其中，所述加速管和成像屏相對180度安裝在機架上，所述準直器安裝在加速管機頭前端，所述治療床安裝在機架外部，所述計算機系統(tǒng)，用于控制加速管、準直器、治療床和成像屏；所述加速管采用KV/MV同源雙束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式產(chǎn)生用于成像的KV級射線，MV模式產(chǎn)生用于治療的MV級射線。優(yōu)選的，所述加速管在KV模式和MV模式之間的切換時間為秒級。優(yōu)選的，所述成像屏跟隨加速管機頭同步進行360度內(nèi)任意角度旋轉。優(yōu)選的，所述成像屏為伸縮結構。優(yōu)選的，所述KV級射線的能量范圍為從1000V到999KV，MV級射線的能量范圍為從 3MV 至Ij 20MV。優(yōu)選的，在伸出狀態(tài)下，所述成像屏，用于在治療前或治療過程中采集病人的圖像數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述計算機系統(tǒng)包括三維重建模塊，用于基于所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建，獲得三維圖像。優(yōu)選的，所述計算機系統(tǒng)還包括配準模塊，用于將病人的放射治療計劃圖像與所述成像屏生成的二維圖像或所述三維圖像進行配準，得到病人體位信息，并根據(jù)所述病人體位信息進行擺位。優(yōu)選的，所述計算機系統(tǒng)還包括實施治療模塊，用于在所述病人體位信息符合臨床要求時，利用MV級射線對病人按照所述放射治療計劃實施治療。優(yōu)選的，所述治療床的自由度包括上下、左右和旋轉自由度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明采用KV/MV同源雙束加速管，該加速管能夠產(chǎn)生KV級射線和MV級射線，其中，KV級射線用于成像，MV級射線用于治療；由于成像射線和治療射線是同一個加速管出束的，它們經(jīng)過相同的機頭結構，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關系，這樣從根本上解決了不同源的問題，有利于準確快捷地比較和確定病人體位信息、靶區(qū)位置信息等治療信息；而且，基于KV級射線能夠得到清晰的在線影像；再者，由于在治療過程中也可以通過切換加速管的工作模式，來成像配準定位達
4到實時定位要求，因而能夠?qū)崿F(xiàn)真正的影像引導的放射治療。


圖1是本發(fā)明一種影像引導放射治療裝置實施例的結構圖；圖2是本發(fā)明一種影像引導放射治療裝置的結構示意；圖3是本發(fā)明一種二維圖像數(shù)據(jù)的采集示意圖；圖4是本發(fā)明一種特定角度二維圖像數(shù)據(jù)的采集示意圖；圖5是本發(fā)明一種三維投影數(shù)據(jù)的采集示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明的核心構思之一在于，在影像引導放射治療裝置中采用KV/MV同源雙束加速管，該加速管能夠產(chǎn)生KV級射線和MV級射線，其中，KV級射線用于成像，MV級射線用于治療；由于成像射線和治療射線是同一個加速管出束的，它們經(jīng)過相同的機頭結構，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關系，能夠從根本上解決不同源的問題，解決機械結構上帶來的定位誤差，有利于準確快捷地比較和確定病人體位信息、靶區(qū)位置信息等治療信息；而且，基于KV級射線能夠得到清晰的在線影像。參照圖1，示出了本發(fā)明一種影像引導放射治療裝置實施例的結構圖，具體可以包括機架101、加速管102、準直器103、治療床104、成像屏105和計算機系統(tǒng)106 ；其中，所述加速管102和成像屏105相對180度安裝在機架上，所述準直器103安裝在加速管機頭前端，所述治療床104安裝在機架外部，所述計算機系統(tǒng)106，則用于控制加速管102、準直器103、治療床104和成像屏105 ；并且，所述加速管102采用KV/MV同源雙束加速管，其工作模式可以包括KV模式和MV模式，其中，KV模式可產(chǎn)生用于成像的KV級射線，可MV模式產(chǎn)生用于治療的MV級射線；在實際中，所述KV級射線的能量范圍可以為從1000V到999KV，而MV級射線的能量范圍可以為從3MV到20MV。另外，所述加速管102可在KV模式和MV模式之間的切換時間可以達到秒級，能夠?qū)崿F(xiàn)工作模式的快速切換；在具體實現(xiàn)中，可以在所述計算機系統(tǒng)106中設置一功能模塊， 來實現(xiàn)加速管102的模式切換功能，從而，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要，交替產(chǎn)生KV 級射線和MV級射線；也即，本發(fā)明的成像既可以在治療前，又可以在治療過程中，或者治療后?？梢岳斫?，本領域技術人員可以根據(jù)需要，采用任意種類的準直器103，例如，多葉準直器(MLC，multi-leaf collimator)等，本發(fā)明對此不加以限制。參照圖2，在本發(fā)明的一種應用示例中，所述影像引導放射治療裝置可以包括機架201、KV/MV同源雙束加速管202、多葉準直器203、治療床204、成像屏205和計算機系統(tǒng) 206 ；其中，所述治療床204的自由度可以包括上下、左右和旋轉等6個自由度；以圖中的O-XYZ坐標系為例，所述治療床204可以在XOY平面內(nèi)進行任意的平移運動和/或旋轉運動，還可以進行Z方向的平移運動，以及，XOY平面沿X方向和/或Y方向的旋轉；而且， 所述計算機系統(tǒng)206可以顯示治療床204的坐標信息，以方便指導病人擺位；另外，所述成像屏205可設置為伸縮結構，在實際中可以根據(jù)工作狀態(tài)需要伸出或者縮進；例如，其工作狀態(tài)可以包括KV模式下的伸出狀態(tài)和MV模式下的縮進狀態(tài)；也即，在KV模式下，可將所述成像屏205伸出進行成像操作，而在MV模式下，可將所述成像屏 205縮進，避免其妨礙正常的治療工作；在具體實現(xiàn)中，可在計算機系統(tǒng)206中設置一專門的模塊來所述伸出狀態(tài)和縮進狀態(tài)，本發(fā)明對此不加以限制?？梢岳斫猓绢I域技術人員可以根據(jù)實際需要，設置所述成像屏205的其它工作狀態(tài)，例如，在KV模式下縮進，或者，在MV模式下伸出等等，本發(fā)明對此不加以限制。首先，由于傳統(tǒng)放射治療，通常依據(jù)放射治療計劃采用的圖像和放射治療實施過程中獲得的圖像進行配準來指導擺位，而本發(fā)明治療過程中以及治療前后的成像射線和治療射線是同一個加速管出束的，它們經(jīng)過相同的機頭結構，驗證影像可以很好地反映病人的體位誤差、靶區(qū)和周圍器官與治療照射野的關系，因而，能夠從根本上解決不同源的問題；再者，由于在治療過程中也可以通過切換加速管102的工作模式，來成像配準定位達到實時定位要求，因而能夠?qū)崿F(xiàn)真正的影像引導的放射治療。由于KV模式產(chǎn)生的KV級射線用于成像，下面對本發(fā)明的成像過程進行詳細介紹。在實際中，所采集的圖像可以是二維X射線透射圖像或三維重建圖像，或有時間標記的四維圖像，這些圖像的作用在于解決運動靶區(qū)的準確適形治療問題；所述成像過程具體可以包括步驟Si、在KV模式下的伸出狀態(tài)下，所述成像屏105在治療前或治療過程中采集病人的圖像數(shù)據(jù)，具體可以包括以下情形情形一、二維圖像；參照圖3，示出了本發(fā)明一種二維圖像數(shù)據(jù)的采集示意圖，治療前或治療過程中， 病人躺在治療床104上，成像屏105伸出，利用加速管102產(chǎn)生的KV級X射線采集病人的
二維圖像數(shù)據(jù)?；蛘撸瑓⒄請D4，示出了本發(fā)明一種特定角度二維圖像數(shù)據(jù)的采集示意圖，其中，所述角度可以為360度內(nèi)正交或非正交的任意角度；所述特定角度采集可以得到二幅或多幅
二維圖像。情形二、三維圖像。由于三維圖像要求病人在不同角度的投影數(shù)據(jù)，針對此要求，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，可設置所述成像屏105，使其可以跟隨加速管102機頭同步進行360度內(nèi)任意角度旋轉。參照圖5，在本發(fā)明的一種應用示例中，治療前或治療過程中，病人躺在治療床 104上，成像屏105伸出，加速管102機頭在360度范圍內(nèi)旋轉，成像屏105利用加速管102 產(chǎn)生的KV級X射線采集任意角度的圖像，可以在圓掃描軌道內(nèi)進行投影數(shù)據(jù)的采集。步驟S2、根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成圖像。對于二維圖像，本步驟則是由所述成像屏105根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)生成二維圖像。對于三維圖像，可以在所述計算機系統(tǒng)106中設置
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三維重建模塊M1，用于基于所述圖像數(shù)據(jù)(投影數(shù)據(jù))進行三維重建，獲得三維圖像。進一步，在得到所述二維或三維圖像后，還需要根據(jù)所述圖像，比較和確定病人體位信息、靶區(qū)位置信息等治療信息。以病人體位信息為例，還可以在所述計算機系統(tǒng)106中設置如下模塊配準模塊M2，用于將病人的放射治療計劃圖像與所述二維圖像或三維圖像進行配準，得到病人體位信息，并根據(jù)所述病人體位信息進行擺位。更進一步，為更好地控制所述裝置，還可以在所述計算機系統(tǒng)106中設置實施治療模塊M3，用于在所述病人體位信息符合臨床要求時，利用MV級射線對病人按照所述放射治療計劃實施治療?？梢岳斫?，本領域技術人員可以根據(jù)需要，設置專門的功能模塊確定靶區(qū)位置信息等其它治療信息，或者，設置實施治療模塊M3根據(jù)其它治療信息來實施治療，本發(fā)明對此不加以限制。為使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明，下面以利用所述影像引導放射治療裝置進行放射治療的過程為例進行說明。步驟Tl、放射治療前，獲得其他廠商放射治療計劃系統(tǒng)(TPS，TreatmentPlanning system)生成的病人放射治療計劃，以及其他醫(yī)學成像設備(如CT模擬機)獲得的病人圖
像信息；步驟T2、放射治療前，利用KV級能量的X射線對病人進行成像，得到病人二維或者三維圖像信息，并與放射治療計劃用病人圖像進行配準，從而得到病人位置信息進行精確擺位，直至符合臨床要求；步驟T3、解析病人放射治療計劃，利用MV級能量的X射線對病人按照放射治療計劃實施治療；步驟T4、在放射治療計劃實施過程中，可以根據(jù)需求，在特定射野將加速管能量切換到KV級，對病人進行二維或三維成像，并與放射治療計劃用病人圖像或者放射治療前獲得的病人圖像進行配準，驗證病人擺位精度和放射治療實施精度，并可再次進行精確擺位?？梢岳斫?，所述計算機系統(tǒng)106能夠保存病人治療過程中的所有信息。本發(fā)明可用于對惡性腫瘤的放射治療，既可以得到清晰的在線X線影像，又可以準確快捷地比較和確定包括病人體位信息，靶區(qū)位移或形變、治療射野在不同治療角度時的實際設置，如多葉準直器各葉片在實際治療時的到位精度和誤差等信息，從而真正實現(xiàn)高質(zhì)量的影像引導治療。以上對本發(fā)明所提供的一種影像引導放射治療裝置，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種影像引導放射治療裝置，包括機架、加速管、準直器、治療床、成像屏和計算機系統(tǒng)；其中，所述加速管和成像屏相對180度安裝在機架上，所述準直器安裝在加速管機頭前端，所述治療床安裝在機架外部，所述計算機系統(tǒng)，用于控制加速管、準直器、治療床和成像屏；其特征在于，所述加速管采用KV/MV同源雙束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式產(chǎn)生用于成像的KV級射線，MV模式產(chǎn)生用于治療的MV級射線。
2.如權利要求1所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述加速管在KV模式和 MV模式之間的切換時間為秒級。
3.如權利要求1所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述成像屏跟隨加速管機頭同步進行360度內(nèi)任意角度旋轉。
4.如權利要求1所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述成像屏為伸縮結構。
5.如權利要求1所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述KV級射線的能量范圍為從1000V到999KV，MV級射線的能量范圍為從3MV到20MV。
6.如權利要求4所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，在伸出狀態(tài)下，所述成像屏，用于在治療前或治療過程中采集病人的圖像數(shù)據(jù)。
7.如權利要求6所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述計算機系統(tǒng)包括 三維重建模塊，用于基于所述圖像數(shù)據(jù)進行三維重建，獲得三維圖像。
8.如權利要求7所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述計算機系統(tǒng)還包括 配準模塊，用于將病人的放射治療計劃圖像與所述成像屏生成的二維圖像或所述三維圖像進行配準，得到病人體位信息，并根據(jù)所述病人體位信息進行擺位。
9.如權利要求8所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述計算機系統(tǒng)還包括 實施治療模塊，用于在所述病人體位信息符合臨床要求時，利用MV級射線對病人按照所述放射治療計劃實施治療。
10.如權利要求1所述的影像引導放射治療裝置，其特征在于，所述治療床的自由度包括上下、左右和旋轉自由度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種影像引導放射治療裝置，包括機架、加速管、準直器、治療床、成像屏和計算機系統(tǒng)；其中，所述加速管和成像屏相對180度安裝在機架上，所述準直器安裝在加速管機頭前端，所述治療床安裝在機架外部，所述計算機系統(tǒng)，用于控制加速管、準直器、治療床和成像屏；所述加速管采用KV/MV同源雙束加速管，其工作模式包括KV模式和MV模式，其中，KV模式產(chǎn)生用于成像的KV級射線，MV模式產(chǎn)生用于治療的MV級射線。本發(fā)明用以實現(xiàn)高質(zhì)量的影像引導放射治療。
文檔編號A61N5/10GK102233158SQ201010157679
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權日2010年4月21日
發(fā)明者吳朝霞, 康克軍, 李元景, 王石, 陳懷璧 申請人:清華大學