分象限放射治療裝置及由此治療腫瘤靶區(qū)分象限放射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種分象限放射治療裝置及由此治療腫瘤祀 區(qū)分象限放射方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 放射治療是進(jìn)行腫瘤治療的重要手段之一，對(duì)于改善人類(lèi)健康和增益人類(lèi)壽命有 十分重大的意義。世界衛(wèi)生組織（WHO)提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在可治愈癌癥中，手術(shù)治愈率 為22 %，放療與手術(shù)結(jié)合的治愈率為6 %，放療治愈率12 %，化療僅為5 %?？梢?jiàn)，放射治 療是癌癥治愈的重要技術(shù)手段。世界衛(wèi)生組織第18屆國(guó)際抗癌癥聯(lián)盟大會(huì)上發(fā)表的一項(xiàng) 研究報(bào)告稱(chēng)，全球癌癥狀況日益嚴(yán)重，今后20年新患者人數(shù)將由目前的每年1000萬(wàn)增加到 1500萬(wàn)，因癌癥而死亡的人數(shù)也將由每年600萬(wàn)增至1000萬(wàn)。癌癥已成為新世紀(jì)人類(lèi)的第 一殺手，并將成為全球最大的公共衛(wèi)生問(wèn)題。
[0003] 在國(guó)外，如德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資研發(fā)與放療相關(guān)的大型醫(yī)用設(shè) 備，并且已經(jīng)生產(chǎn)出相應(yīng)的放療設(shè)備、如日本的Vero,美國(guó)的切berknife、Tomotherapay 等，現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上的大型先進(jìn)放療設(shè)備市場(chǎng)基本都是被該些國(guó)家的放療設(shè)備占據(jù)；而國(guó) 內(nèi)，大型精確放療設(shè)備的研發(fā)還處于探索期和模仿期，在專(zhuān)利文獻(xiàn)中提出了一些關(guān)于精確 放療的方案，但是還沒(méi)有生產(chǎn)出有代表性的大型精確放療設(shè)備。
[0004] 放射治療是W放射物理、放射生物學(xué)、臨床放射治療學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合臨床腫瘤學(xué)、 外科學(xué)、內(nèi)科學(xué)、影像學(xué)等知識(shí)，利用放射線治療疾病的手段，主要用來(lái)治療惡性腫瘤。腫瘤 放射治療的目的是給腫瘤祀?yún)^(qū)最大的治療劑量，而使周?chē)＝M織和器官受的照射劑量最 小，W提高腫瘤的局部控制率，減少正常組織的并發(fā)癥，也就是精確的放射治療。要達(dá)到該 個(gè)目的，在進(jìn)行放射治療工作時(shí)，必須做到"四精"，即精確診斷、精確設(shè)計(jì)、精確定位和精確 治療。近年來(lái)，隨著放射物理學(xué)、放射生物學(xué)、臨床腫瘤學(xué)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展， 放射治療技術(shù)發(fā)生了巨大變化。傳統(tǒng)的常規(guī)放療正向精確放射治療轉(zhuǎn)變。
[0005] 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，所謂精確放射治療技術(shù)主要包括=維適形放射治療 (3D-CRT)技術(shù)、調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT)技術(shù)、立體定向放射治療（SRT)技術(shù)、立體定向放射外 科（SRS)、圖像引導(dǎo)的放射治療（IGRT) W及螺旋斷層掃描調(diào)強(qiáng)治療（T0M0)等。精確放射治 療技術(shù)能明顯提高腫瘤的局部控制率，降低正常組織的并發(fā)癥，從而提高治療效果。
[0006] 然而，要達(dá)到精確放療，對(duì)于放療設(shè)備而言，就需要具有更高的精度、更靈活的機(jī) 構(gòu)、更清晰的成像設(shè)備等，如CBCT、扇形束CT、MRI等，但是成像設(shè)備的引入，往往造成治療 空間受限、設(shè)備控制復(fù)雜等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分象限放射治療裝置及由此治 療腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法，采用了多機(jī)器人系統(tǒng)并結(jié)合了雙影像C臂系統(tǒng)，提高治療的 靈活性，增強(qiáng)成像質(zhì)量和時(shí)效性，可W進(jìn)行分象限優(yōu)化治療，提高了治療效率和精度。
[000引本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種分象限放射治療裝置，包括緊湊型電子直線加速器、二級(jí)準(zhǔn)直器雙影像機(jī)器 人C臂系統(tǒng)、機(jī)器人治療床、呼吸追蹤器、治療機(jī)器人、治療計(jì)劃子系統(tǒng)、治療控制子系統(tǒng)和 集成控制子系統(tǒng)，所述治療機(jī)器人設(shè)置于機(jī)器人治療床相對(duì)應(yīng)位置處，緊湊型電子直線加 速器安裝于治療機(jī)器人活動(dòng)端部，所述二級(jí)準(zhǔn)直器安裝于緊湊型電子直線加速器的端部， 所述緊湊型直線電子加速器、二級(jí)準(zhǔn)直器分別通過(guò)控制接口與所述治療機(jī)器人的控制器電 連接；所述機(jī)器人治療床設(shè)置于雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)位置處，（與下一段重復(fù)）在 對(duì)應(yīng)雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)安裝空間的前后左右相應(yīng)位置處分別設(shè)置四個(gè)激光定位燈；所 述治療機(jī)器人、機(jī)器人治療床、雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)、、激光定位燈、呼吸追蹤器與集成控 制子系統(tǒng)連接；集成控制子系統(tǒng)、治療計(jì)劃子系統(tǒng)和治療控制子系統(tǒng)之間分別通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連 接。
[0010] 本發(fā)明提供一種優(yōu)選的雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是：所述雙影像機(jī)器 人C臂系統(tǒng)包括C臂架基座、C臂架和兩套影像系統(tǒng)；所述C臂架基座被配置為具有繞其中 屯、軸線旋轉(zhuǎn)的擺轉(zhuǎn)自由度和沿著安裝平面移動(dòng)的平移自由度；所述C臂架呈"C"字形形狀， C臂架基座上具有定位滑槽，C臂架滑動(dòng)安裝于C臂架基座的定位滑槽中；兩套影像系統(tǒng)分 別位于所述C臂架內(nèi)側(cè)兩端，兩套影像系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述C臂架內(nèi)壁中部安裝有C臂架激 光定位燈。
[0011] 本發(fā)明提供一種優(yōu)選的影像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是：所述影像系統(tǒng)包括X球管和平 板探測(cè)器，所述C臂架內(nèi)壁中部安裝有激光定位燈，所述X光球管位于C臂架的端部、X光 數(shù)字探測(cè)板位于C臂架上，兩套X光影像系統(tǒng)之間的夾角為45-135°。
[0012] 本發(fā)明提供一種優(yōu)選的二級(jí)準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是；所述二級(jí)準(zhǔn)直器為獨(dú)立準(zhǔn)直 器、可變野準(zhǔn)直器、固定光圈準(zhǔn)直器或多葉準(zhǔn)直器的一種或多種組合。
[0013] 一種由分象限放射治療裝置治療腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法，其方法步驟如下；包 括分象限放射治療裝置，
[0014] a、按照治療祀?yún)^(qū)的位置與形態(tài)確定總體治療空間a ;
[0015] b、根據(jù)影像設(shè)備的治療空間開(kāi)放度0，劃分治療象限，并對(duì)治療象限進(jìn)行編號(hào) 1，2…N，同時(shí)計(jì)算每個(gè)治療象限的開(kāi)度空間0，0《0 ;
[0016] C、規(guī)劃各個(gè)象限中治療節(jié)點(diǎn)參數(shù)，包括準(zhǔn)直器參數(shù)、束流參數(shù)和劑量矩陣；
[0017] t按照節(jié)點(diǎn)參數(shù)，仿真模擬放射治療時(shí)硬件碰撞關(guān)系和加速器的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0018] e、依據(jù)仿真模擬結(jié)果，對(duì)各個(gè)象限中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，去掉直射探測(cè)板、經(jīng)過(guò)體內(nèi) 射線敏感器官、硬件發(fā)生碰撞節(jié)點(diǎn)或安全距離小于初設(shè)值的節(jié)點(diǎn)；
[0019] f、重新計(jì)算優(yōu)化節(jié)點(diǎn)參數(shù)并編號(hào)，并優(yōu)化加速器的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0020] K按照象限標(biāo)號(hào)順序，在每個(gè)象限中，按照節(jié)點(diǎn)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡放射治療；
[002U 所述步驟b的治療象限編號(hào)N的確定方法為=[^] + 1 '即N為^的整數(shù)部分加 1;治療象限開(kāi)度空間0的計(jì)算方法為0 =
[0022] 上述的由分象限放射治療裝置治療腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法在實(shí)際使用時(shí)，在靜 態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)和動(dòng)態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)均適用，但采用上述由分象限放射治療裝置治療腫瘤祀?yún)^(qū)分象 限放射方法應(yīng)用在靜態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)時(shí)，在確定好象限之后優(yōu)選的方法步驟如下：在分象限放 射治療裝置中設(shè)置有圖像引導(dǎo)追蹤IGRT子系統(tǒng)；在對(duì)靜態(tài)祀?yún)^(qū)實(shí)施放射治療時(shí)，步驟h之 后還包括如下方法步驟：
[0023] 激光燈初擺位；C臂架激光燈和對(duì)應(yīng)雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)安裝空間的前后左右 相應(yīng)位置處分別設(shè)置的四個(gè)激光定位燈配合，提供患者兩側(cè)激光定位十字線，調(diào)整機(jī)器人 治療床使患者體表標(biāo)記點(diǎn)與十字線重合，進(jìn)行初擺位；
[0024] 影像引導(dǎo)擺位驗(yàn)證；通過(guò)圖像引導(dǎo)追蹤IGRT子系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人治療床的位置進(jìn)行 校正，使得等中屯、與治療祀?yún)^(qū)幾何中屯、的偏移量小于初設(shè)闊值；
[002引影像引導(dǎo)祀?yún)^(qū)監(jiān)測(cè)與追蹤；雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)交叉成像或CBCT成像，與計(jì)劃 影像配準(zhǔn)獲取靜態(tài)祀?yún)^(qū)位置偏差，反饋于治療控制子系統(tǒng)，控制機(jī)器人治療床或治療機(jī)器 人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
[0026] 在治療動(dòng)態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法應(yīng)用時(shí)（有些不通順）；在分象限放射治療 裝置中設(shè)置有圖像引導(dǎo)追蹤IGRT子系統(tǒng)；在對(duì)受呼吸運(yùn)動(dòng)影響的動(dòng)態(tài)祀?yún)^(qū)實(shí)施放射治療 時(shí)，步驟h之后還包括如下方法步驟：
[0027] 激光燈初擺位；C臂架激光燈和對(duì)應(yīng)雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)安裝空間的前后左右 相應(yīng)位置處分別設(shè)置四個(gè)激光定位燈配合，提供患者兩側(cè)激光定位十字線，調(diào)整機(jī)器人治 療床使患者體表標(biāo)記點(diǎn)與十字線重合，進(jìn)行初擺位。
[002引影像引導(dǎo)擺位驗(yàn)證；通過(guò)圖像引導(dǎo)追蹤IGRT子系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人治療床的位置進(jìn)行 校正，使得等中屯、與治療祀?yún)^(qū)幾何中屯、的偏移量小于初設(shè)闊值。
[0029] 影像引導(dǎo)祀?yún)^(qū)監(jiān)測(cè)與追蹤；IGRT子系統(tǒng)可結(jié)合呼吸追蹤器或雙影像機(jī)器人C臂系 統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)祀?yún)^(qū)監(jiān)測(cè)與追蹤。
[0030] 在治療動(dòng)態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0031] 呼吸追蹤器獲取患者體表標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)信息；
[0032] 調(diào)用或建立體表運(yùn)動(dòng)與體內(nèi)祀?yún)^(qū)器官的運(yùn)動(dòng)相關(guān)性模型，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)相關(guān)性模型 反算出體內(nèi)祀?yún)^(qū)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0033] 將反算出來(lái)的體內(nèi)祀?yún)^(qū)運(yùn)動(dòng)參數(shù)反饋于治療控制子系統(tǒng)，控制機(jī)器人治療床或治 療機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償并實(shí)施治療。
[0034] 在治療動(dòng)態(tài)腫瘤祀?yún)^(qū)分象限放射方法進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0035] 所述IGRT系統(tǒng)結(jié)合雙影像機(jī)器人C臂系統(tǒng)對(duì)受呼吸運(yùn)動(dòng)影響的動(dòng)態(tài)祀?yún)^(qū)進(jìn)行影 像監(jiān)測(cè)與追蹤的方法如下：
[0036] 雙影像機(jī)器人C臂進(jìn)行4維CBCT掃描或交叉成像，獲取體內(nèi)祀?yún)^(qū)影