一种头部立体定位放射治疗装置.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 202161698 U (45)授权公告日 2012.03.14 CN 202161698 U *CN202161698U* (21)申请号 201120222685.6 (22)申请日 2011.06.28 A61N 5/10(2006.01) A61B 6/03(2006.01) (73)专利权人 苏州雷泰医疗科技有限公司 地址 215000 江苏省苏州市苏州工业园区星 湖街 218 号生物纳米园 A2 楼 326 室 (72)发明人 姚毅 (74)专利代理机构 苏州华博知识产权代理有限 公司 32232 代理人 傅靖 (54) 实用新型名称 一种头部立体定位放射。

2、治疗装置 (57) 摘要 本实用新型公开了一种头部立体定位放射治 疗装置， 在加速器上集成 X 射线发射器和数字图 像探测平板， 通过 CBCT 功能迅速得到病人的三维 图象， 在得到三维图象后， 软件通过算法将该组数 据中的肿瘤坐标快速定位在等中心上 ； 由于本技 术方案的独有结构， CBCT 只需要旋转 120 度即可 迅速得到病人的三维图象， 所耗时间非常短， 因此 可在一个时间周期中， 得到病人的多组三维图像， 在这几组图像中， 肿瘤由于呼吸运动所造成的位 置的变化就被记录了下来， 通过算法比对多组三 维图像的肿瘤位置 （配准） ， 根据图像组之间的位 移差， 在放射治疗计划系统 （T。

3、PS） 中来设计 4D 计 划。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 CN 202161707 U1/1 页 2 1. 一种头部立体定位放射治疗装置， 其特征在于， 包括 ： 一个环形导轨， 设置于环形导轨上的适配器， 安装于所述适配器上面的加速器， 至少一 个安装于所述环形导轨并可沿其滑动的数字图像探测平板， 至少一个安装于所述环形导轨 并可沿其滑动的的射线发射装置。 2. 根据权利要求 1 所述的头部立体定位放射治疗装置， 其特征在于， 所述适配器下。

4、面 还装设有控制射线通过的面积和形状的光栅。 3. 根据权利要求 2 所述的头部立体定位放射治疗装置， 其特征在于， 所述光栅为电动 多叶片光栅。 4.根据权利要求2或3所述的头部立体定位放射治疗装置， 其特征在于， 所述光栅上还 设有至少一个摄像头。 权 利 要 求 书 CN 202161698 U CN 202161707 U1/5 页 3 一种头部立体定位放射治疗装置 技术领域 0001 本实用新型涉及一种医疗设备， 特别涉及与加速器治疗仪配合使用的一种头部立 体定位放射治疗装置。 背景技术 0002 在对肿瘤 （靶区） 进行放射治疗时， 有如下重要指标 ： 0003 第一， 肿瘤的精确。

5、定位。 在3D空间中， 医生或物理师首先在CT室扫描病人的CT图 像， 通过算法将一系列 CT 图像重建成三维图像， 此时， 可定位三维图象中肿瘤的三维坐标。 然后医生或物理师将病人放置到加速器室进行复位， 将肿瘤的三维坐标与加速器的治疗等 中心 （isocenter） 精确重合。最后开始治疗。但在这种方式中， 存在一个问题， 当病人呼吸 的时候， 肿瘤位置会随着呼吸运动而在一定范围内变化， 也就是说， 肿瘤并不是固定在等中 心位置， 这将会造成治疗中肿瘤及周围受保护器官所接受的剂量出现偏差。 0004 另外， CT 室与加速器室一般相隔较远， 如果利用 “扫一次 CT， 做一次复位” 的方式。

6、 来实现时间轴的跟踪， 耗时耗力， 不可取。有的医院将 CT 和加速器安装在一个房间， 并且共 用一张床板， 当需要扫 CT 时， 移动床板至 CT 位置， 需要治疗时， 移动床板至加速器位置， 这 样比较麻烦， 而且安装机器需要一个很大的房间， 比较占地方， 成本消耗太大。同时， CT 扫 描时采用的传统断层扫描方式， 需要旋转多圈才能得到一组 CT， 比较耗时。 0005 第二， 照射剂量的控制和验证。 目前的剂量验证是这样做的， 一个数字图像探测平 板与加速器机头正交摆放， 加速器发射射线， 平板接收剂量， 并生成一幅数字图像 （相当于 给剂量拍了一张灰度照片） ， 图像各点由于所受剂量。

7、强度的不同 （剂量强度由照射时间及叠 加照射次数决定） ， 灰度的深浅各不相同， 深色的部分剂量高 （灰度值高） ， 浅色的部分剂量 低 （灰度值低） ， 通过定义好的剂量 - 灰度值映射表， 我们可换算出各点的实际照射剂量。该 图像被导入到验证系统中， 通过读取图像中的剂量， 并将其与 TPS 制作的计划中对应点的 理想剂量进行比对， 得到验证结果。 其缺点是 ： 仍然由于4D空间中时间轴的影响， 肿瘤在呼 吸运动中位置产生一定变化， 如使用 3D 空间的方式进行验证， 剂量会有一定的误差。 0006 综上所述， 目前放疗市场上没有一个专门为治疗头部的立体定向放射治疗装置， 一般都是头体集成。

8、的， 头部的定位精度不够高。 实用新型内容 0007 为解决上述问题， 本实用新型的目的在于提供一种通过 4D 空间的跟踪， 使剂量跟 随肿瘤的时间轴运动轨迹， 达到精确治疗， 同时节省时间和成本的头部立体定位放射治疗 装置。 0008 为达到上述目的， 本实用新型的技术方案是 ： 0009 一种头部立体定位放射治疗装置， 包括 ： 0010 一个环形导轨， 设置于环形导轨上的适配器， 安装于所述适配器上面的加速器， 至 少一个安装于所述环形导轨并可沿其滑动的数字图像探测平板， 至少一个安装于所述环形 说 明 书 CN 202161698 U CN 202161707 U2/5 页 4 导轨并。

9、可沿其滑动的的射线发射装置。 0011 优选的， 所述适配器下面还装设有控制射线通过的面积和形状的光栅。 0012 优选的， 所述光栅为电动多叶片光栅。 0013 优选的， 所述光栅上还设有至少一个摄像头。 0014 本实用新型内容涉及的相关技术内容， 阐述如下 ： 0015 锥形束 CT 技术 ： 0016 近年发展起来的基于大面积非晶硅数字化 x 射线探测板的锥形束 CT(cone beam CT， CBCT)， 具有体积小、 重量轻、 开放式架构的特点， 可以直接整合到直线加速器上。机架 旋转一周就能获取和重建一个体积范围内的 CT 图像。这个体积内的 CT 影像重建后的三维 患者模型，。

10、 可以与治疗计划的患者模型匹配比较， 并得到治疗床需要调节的参数。 根据采用 放射线能量的不同分为两种， 即 ： 采用 kV 级 x 射线的 kVCBCT 和采用 MV 级 x 射线的 MV CBCT。 0017 (1)KV-CBCT ： 平板探测器的读数装置和探测器结合在一起， 本身就具有提高空间 分辨率的优势， 因此， kV-CBCT 可以达到比传统 CT 更高的空间分辨率， 密度分辨率也足以分 辨软组织结构， 可以通过肿瘤本身成像引导放疗。 而且该系统的射线利用效率高， 患者接受 的射线剂量少， 使它可以作为一种实时监测手段。因此， CBCT 具有在治疗位置进行 x 线透 视、 摄片和容。

11、积成像的多重功能， 对在线复位很有价值， 成为目前 IGRT 开发和应用的热点。 但其密度分辨率， 尤其是低对比度密度分辨率与先进的 CT 比， 还有差距。 0018 (2)MVCBCT ： Pouliot 等用低剂量 MVCBCT 获得无脉冲伪影的三维图像， 融合计 划kV CT图像， 并进行位置校正， 椎管和鼻咽融合精确到1 mm。 Nakagawa等也应用MV-CBCT 进行在线校正。MVCBCT 的 x 线源和治疗束同源是其优点。而且 MVx 线具有旁向散射少的 特点， 适用于评估精确电子密度， 故可以同时作为剂量学监测设备。但与 kvCBCT 相比， 它 在图像分辨率、 信噪比和成像。

12、剂量上处于明显劣势。 0019 无论采用何种CT技术， 如果在CT扫描和加速器照射时加进了时间变量因素， 就称 为四维放射(four dimensional radiotherapy， 4DRT)， 相应的加进了时间变量因素的CT扫 描， 称之为四维 CT(four dimensional computed tomography， 4DCT)。4DCT 扫描截取患者 在某一时段内不同时刻的 CT 扫描序列， 图像按相位重建， 得到该时段内肿瘤和重要器官的 3D 图像随时间变化的序列。应用 4DCT 模拟定位， 治疗时再应用 CBCT 获得的肿瘤或重要器 官的 3D 图像与 4DCT 序列的 3。

13、D 图像比较后的结果， 控制加速器进行实时照射， 完成 4DRT 0020 动态螺旋断层放疗技术 ： 0021 动态螺旋断层放射治疗 (helical tomotherapy) 系统是一个将治疗计划、 剂量计 算、 兆伏级 CT 扫描、 定位和螺旋照射治疗功能集为一体的调强放疗系统。采用类似 CT 的模 式， 从 360 度聚焦断层照射肿瘤， 靶区适形性佳， 剂量分布均匀， 使正常组织及器官得到最 大限度的保护 ； 具有图像引导放射治疗功能， 每次放疗前在治疗机上进行 CT 扫描， 确认治 疗体位在三维空间上与治疗计划一致后再行放疗， 从而保证了治疗的精确性 ； 可在每次治 疗后推算出肿瘤接收。

14、到的剂量， 从而可以及时调整后续的治疗剂量， 从而保证了治疗剂量 的准确性。 0022 图像引导放射治疗技术 ： 0023 图像引导放射治疗 （IGRT） 是一种四维的放射治疗技术， 它在三维放疗技术的基础 说 明 书 CN 202161698 U CN 202161707 U3/5 页 5 上加入了时间因数的概念， 充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移 误差， 如呼吸和蠕动运动、 日常摆位误差、 靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计 划的影响等方面的情况， 在患者进行治疗前、 治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正 常器官进行实时的监控， 并能根据器官位置的变化调整治。

15、疗条件使照射野紧紧 “追随” 靶 区， 使之能做到真正意义上的精确治疗。 0024 4D 概念 ： 0025 3D 就是空间的概念也就是由 X、 Y、 Z 三个轴组成的空间 . 而 4D 根据爱因斯坦的理 论就是加上了时间的概念。从而时间与空间相结合就成了所谓的 4D 空间。 0026 放射治疗计划系统 （TPS） ： 0027 基本流程 ： 导入 CT 图像， 在每一层 CT 图像上勾画肿瘤 （靶区） 轮廓， 勾画受保护器 官的轮廓， 添加机器数据， 添加照射野 （决定机架旋转角度， 即照射方向） ， 添加适形 （如利用 光栅叶片形成该射野下靶区的照射形状） ， 计算照射剂量， 导出计划文件。

16、。其中， 需要软件来 制作放射治疗计划。 0028 后续工作 ： 将该计划文件传输到光栅或加速器进行治疗。 0029 光栅叶片的动态运动 （Sliding） ： 0030 在加速器发射射线的过程中， 叶片从一端向另一端不间断的运动， 以控制加速器 发射的射线通过的形状及面积大小。 0031 采用本技术方案的有益效果是 ： 在加速器上集成 X 射线发射器和数字图像探测平 板， 通过 CBCT 功能迅速得到病人的三维图象， 在得到三维图象后， 软件通过算法将该组数 据中的肿瘤坐标快速定位在等中心上 ； 由于本技术方案的独有结构， CBCT 只需要旋转 120 度即可迅速得到病人的三维图象， 所耗时。

17、间非常短， 因此可在一个时间周期中， 得到病人的 多组三维图像， 在这几组图像中， 肿瘤由于呼吸运动所造成的位置的变化就被记录了下来， 通过算法比对多组三维图像的肿瘤位置 （配准） ， 根据图像组之间的位移差， 在放射治疗计 划系统 （TPS） 中来设计 4D 计划。此后计算出照射剂量后将此 4D 计划传输到光栅及加速器 进行治疗。在加速器进行照射的过程中， 光栅叶片根据计划给定的位置， 在时间周期中， 不 断地做规律的往返滑动 （sliding） ， 以跟随肿瘤的呼吸运动。使得治疗精度大大提高， 降低 了对正常组织的伤害。 附图说明 0032 图 1 是本实用新型一种头部立体定位放射治疗装置。

18、的示意图。 0033 图中数字和字母所表示的相应部件名称 ： 0034 1. 环形导轨 21. 加速器 22. 适配器 23. 光栅 24. 摄像头 3. 射线 发射组织 4. 数字图像探测平板。 具体实施方式 0035 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 0036 实施例 1， 0037 如图 1 所示， 一种头部立体定位放射治疗装置， 包括 ： 0038 一个环形导轨 1， 设置于环形导轨上的适配器 22， 安装于所述适配器上面的加速 说 明 书 CN 202161698 U CN 202161707 U4/5 页 6 器 21， 一个安装于所述环形导轨并可沿其滑动。

19、的数字图像探测平板 4， 一个安装于所述环 形导轨并可沿其滑动的的射线发射装置 3。该射线发射装置 3 为 X 射线发射装置。 0039 所述适配器 22 下面还装设有控制射线通过的面积和形状的光栅 23。所述光栅 23 为电动多叶片光栅。所述光栅 23 上还设有两个个摄像头 24。 0040 适配器 22 和环形导轨 1 固定连接或集成为一体， 并直接安装在加速器 21 机头上 ； 电动多叶光栅直接安装在适配器22上， 随环形导轨1进行旋转 ； 摄像头24安装在电动多叶 光栅上 ； X 射线发射装置和数字图像探测平板 4 安装在环形导轨 1 上， 且都可以等中心为圆 心沿环形导轨 1 作旋转。

20、运动， 同时也可随环形导轨 1 以及适配器 22 和加速器 21 一起进行 旋转。 0041 本实施例可实现两种工况， 其一， 使X射线发射装置和数字图像探测平板4位置分 别位于环形导轨 1 的同一直径的两端， 利用 X 射线发射装置和数字图像探测平板 4 配合， 可 实现 KV 能量级 4D CBCT 功能。X 射线发射装置和数字图像探测平板 4 始终保持相对正交的 摆放位置， 且沿环形导轨 1 绕等中心旋转， 同时 X 射线发射器对靶区 （肿瘤） 进行 KV 级能量 照射， 数字图像探测平板 4 接收照射剂量并按照捕获间隔 （capture interval） 生成一系列 图像， 这些图像。

21、通过软件计算， 可生成病人头部的立体图像。 0042 其二， 使数字图像探测平板 4 和加速器 21 位置分别位于环形导轨 1 的同一直径的 两端， 利用数字图像探测平板 4 与加速器 21 的 MV 级能量的配合使用， 可以替代目前市面上 昂贵的专用剂量验证产品， 实现放射治疗剂量验证 （Dosimetry） 功能。当数字图像探测平 板 4 捕获加速器 21 的 MV 级能量照射的图像后， 软件根据图像记录的灰度值， 将其转换为剂 量值， 并于设计计划中的剂量进行对比和验证。可做加速器、 TPS（放射治疗计划系统） 、 电 动多叶光栅的定期验证。 0043 两个摄像头 24 被安装在电动多叶。

22、光栅上， 从 BEV 视角望向靶区 （肿瘤） 方向， 实时 监控及记录靶区的呼吸运动 （速率、 轨迹、 位置） 蠕动运动、 日常摆位误差、 靶区收缩等信息， 通过软件处理将信息进行反馈， 实现 4D Tracking 功能。 0044 同时结合数字图像探测平板 4 与加速器 21 保持正交的摆放位置， 在加速器 21 出 束治疗过程中， 摄像头 24 一边监控及记录以上信息并进行反馈， 数字图像探测平板 4 则不 断拍摄一系列的MV级图像， 并同样将靶区的位置信息反馈给软件系统， 与摄像头24记录信 息进行比对、 配准和校正， 然后通过软件控制电动多叶光栅叶片的运动， 使其与靶区的运动 相吻合。

23、， 从而实现 IGRT 功能。 0045 本实施例上集成 X 射线发射器和数字图像探测平板 4， 通过 CBCT 功能迅速得到病 人的三维图象， 在得到三维图象后， 软件通过算法将该组数据中的肿瘤坐标快速定位在等 中心上 ； 由于CBCT只需要旋转120度即可迅速得到病人的三维图象， 所耗时间非常短， 因此 可在一个时间周期中， 得到病人的多组三维图像， 在这几组图像中， 肿瘤由于呼吸运动所造 成的位置的变化就被记录了下来， 通过算法比对多组三维图像的肿瘤位置 （配准） ， 根据图 像组之间的位移差， 在放射治疗计划系统 （TPS） 中来设计 4D 计划。 0046 在计算出照射剂量后将此 4。

24、D 计划传输给设备的控制系统， 控制光栅 23 及加速器 21 进行治疗。在加速器 21 进行照射的过程中， 光栅 23 叶片根据计划给定的位置， 在时间 周期中， 不断地做规律的往返滑动 （sliding） ， 以跟随肿瘤的呼吸运动。同时数字图像探测 平板 4 与加速器 21 正交摆放， 通过治疗 4D 计划， 加速器 21 将精确的照射肿瘤， 在治疗过程 说 明 书 CN 202161698 U CN 202161707 U5/5 页 7 中， 数字图像探测平板4以一个固定的频率获取一系列包含剂量-灰度值的数字图像 （如每 2s 获取一张图像） ， 并将这些图像传输到验证软件中， 通过与 。

25、4D 计划计算的理想剂量进行 比对， 得到更精确的剂量验证结果。 0047 本实施例的一些基本参数如下 ： 0048 (1) 平板探测精度 ： 1024*1024*8bit 以上 ； 0049 (2) 创建图像 ： 及时迅速的自动显示并存储图像 ； 0050 (3) 定位 / 配准精度 ： 平移 0.5mm， 旋转 95% ； 0054 (7) 探测模式 ： 单曝光、 双曝光、 以及治疗序列曝光模式。 0055 实施例 2， 0056 其余与实施例 1 相同， 不同之处在于， 数字图像探测平板 4 为两个， 一个与加速器 21 位置对应， 配合加速器使用， 另一个与射线发射装置 3 位置对应，。

26、 并同步转动和配合使 用， 提高整个设备的响应速度。 0057 上述实施例中， 数字图像探测平板 4、 射线发射装置 3、 摄像头 24 均可根据需要来 确定为采用一个、 两个或是三个或其他数量。 0058 采用本技术方案的有益效果是 ： 在加速器上集成 X 射线发射器和数字图像探测平 板， 通过 CBCT 功能迅速得到病人的三维图象， 在得到三维图象后， 软件通过算法将该组数 据中的肿瘤坐标快速定位在等中心上 ； 由于本技术方案的独有结构， CBCT 只需要旋转 120 度即可迅速得到病人的三维图象， 所耗时间非常短， 因此可在一个时间周期中， 得到病人的 多组三维图像， 在这几组图像中， 。

27、肿瘤由于呼吸运动所造成的位置的变化就被记录了下来， 通过算法比对多组三维图像的肿瘤位置 （配准） ， 根据图像组之间的位移差， 在放射治疗计 划系统 （TPS） 中来设计 4D 计划。此后计算出照射剂量后将此 4D 计划传输到光栅及加速器 进行治疗。在加速器进行照射的过程中， 光栅叶片根据计划给定的位置， 在时间周期中， 不 断地做规律的往返滑动 （sliding） ， 以跟随肿瘤的呼吸运动。使得治疗精度大大提高， 降低 了对正常组织的伤害。 0059 以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式， 应当指出， 对于本领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本实用新型创造构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属 于本实用新型的保护范围。 说 明 书 CN 202161698 U CN 202161707 U1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 202161698 U 。