六自由度g形臂實時影像系統的製作方法
2023-07-25 16:33:21
專利名稱：六自由度g形臂實時影像系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備領域，具體為一種六自由度G形臂實時影像系統。
背景技術：
目前的G形臂實時影像系統只有一個旋轉的自由度，用於產生一個區域的兩幅正交的X射線圖像，在專利CN102715914A中，展示了一種單自由度的G形臂實時影像系統，該設備用於產生三維圖像，由於它只有一個自由度，工作範圍窄，動作不靈活、需要人為將設備推到合適的位置，因此該設備使用起來十分不便，效率低，精度低。由於對心臟、血管等組織器官運動變化速度快(比如心臟運動:平均心跳約為80次/分，最高瞬時線速度可達I米/秒)，這就要求成像設備到達相 應位置的速度快且準確，目前的單自由度的G形臂和C形臂實時影像系統無法對位置變化量較大且運動速度快的組織器官進行很好的實時定位跟蹤。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術工作範圍窄，動作不靈活，不能應用於某些組織或器官的動態定位追蹤過程等的缺陷，提供一種工作範圍寬，動作靈活，能夠同時得到兩幅正交的X射線圖像，可以實現對腫瘤的動態跟蹤的六自由度G形臂實時影像系統，既可進行全身腫瘤精確放療，也可進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節。本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
本發明的六自由度G形臂實時影像系統由G形臂(11)、G臂滑軌(6)、G臂轉軸(3)、G臂俯仰軸(2)和基座(I)依次連接構成，X射線發生器(4)和X射線平面動態探測板(8)為一組，X射線發生器(7)和X射線平面動態探測板(5)為另一組，兩組對應安裝在G形臂(11)上，基座(I)安裝在軌道(10)中，軌道(10)安裝在治療室天花板(12)或地面上，使基座(I)可在天花板平面上做二維運動或在地面上做沿三維治療床(9 )方向的縱向運動。上述方案中，所述G形臂(11)可做升降運動，G臂滑軌(6)可引導兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板做大於90度的運動，G形臂(11)可繞G臂轉軸(3) 土 90°轉動，可繞G臂俯仰軸(2)前後擺動土 15° ;X射線發生器(4)、(7)和X射線平面動態探測板(5)、(8)以滑動連接方式加固定螺釘安裝在G形臂(11)兩側，以便調節兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板的連線為相互垂直或不垂直，X射線發生器為千伏(KV)級，在80 150KV之間可調，X射線平面動態探測板為CXD影像增強器或非晶矽平板探測器或非晶硒平板探測器，X射線平面動態探測板最大有效探測面積可達41cm X 41cm。上述方案中，所述軌道(10)安裝在治療室天花板(12)上時，軌道(10)由兩個相互垂直的分導軌(13)和分導軌(14)組成。上述方案中，所述軌道(10)安裝在地面上時，G臂俯仰軸由伸縮機構(15)、垂直導軌(16)和轉軸(17)依次連接組成，伸縮機構(15)與G臂轉軸(3)連接，轉軸(17)與基座(I)連接。本發明的六自由度G形臂實時影像系統是一個機電化的設備，可以通過計算機控制相應電機轉動，使G形臂到達空間中的任意位置，對空間中的任意位置的任意方向進行X射線投影，形成該方向的X射線圖像。本發明與傳統C形臂得到X射線圖像的方式不同，本發明能夠同時得到兩幅正交的X射線圖像，同時減少X射線的曝光時間，從而減少了病人吸收的X射線的劑量，這一創新發明，可使非腫瘤患者，如進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節的病人，接受到最小的輻射劑量。因此，本設備具有最小的手術風險、縮短手術時間、減少病人恢復時間、手術一次到位、最小的放射劑量等優點。本發明的六自由度G形臂實時影像系統可以實現對腫瘤靶組織器官的動態跟蹤，具體的方法如下描述:
首先，將六自由度的G形臂移動到合適的位置，調整兩個X射線發生器和X射線平面動態探測板的位置，使其對準腫瘤靶區。然後，兩X射線發生器向腫瘤靶區輻射X射線，X射線平面動態探測板獲得兩幅X射線圖像。最後，計算機自動找出從CT圖像重建的DDR對應位置，將獲得的X射線圖像與DRR進行非剛性的圖像配準，得到X射線圖像相對於DRR在空間中平移和旋轉的變化量，通過這些變化量計算出當前腫瘤靶區的實時位置信息。本發明的六自由度G形臂實時影像系統具備滿足兩方面的要求的能力:一是類似於CBCT成像模式，正交的X射線探測系統圍繞等中心點旋轉一定角度進行錐束(CB)斷層成像，獲取靶區的三維目標的容積成像數據；二是G形臂的雙束正交Kv級X光成像系統，不斷定位靶區質心和設備的等中心點，獲得靶區的實時位置。然後將G形臂實時的「雙束正交X光成像」圖像與該容積圖 像配準，將數據傳輸給放射治療系統進行位置、誤差補償，實現實時跟蹤補償治療，兩個目標在一個設備中即可實現。本發明的系統在用於心血管疾病房顫患者時，配置三維心臟電解剖標測系統，根據標測「信號」創建感興趣心腔的3D心內膜圖像，採用特定算法計算心內膜激動的虛擬電信號，將其投射到心腔的3D圖像上，基於這些虛擬電信號構建電位圖，同時結合核磁共振、血管造影等，採用圖像融合技術，在X線機系統生成心腔的三維結構，並進行透明化處理，然後結合心內膜激動電位圖進行電位異常心腔部定位，從而引導加速器射線產生的輻射完成房顫的無創治療。在用於腎病或者腎神經調節患者時，配置專用的三維立體神經導航定位系統，通過對患者身體存在的解剖標記或外部引入的參考點(如外部框架，患者皮膚標記，植入的金標，磁性元素等)以及它們的組合為追蹤參考點，沿著人體脊柱(如椎體)，主動脈，腎動脈，分支腎動脈，腎靜脈，腎和/或腎神經上的點，利用G形臂正交的X線三維圖像技術融合DSA，MRI或功能性磁共振成像圖像，進行腎神經的目標定位和/或追蹤，利用加速器射線產生的輻射完成降低交感腎神經活性，實現對腎神經調節，達到治療某些疾病(包括高血壓、心力衰竭、慢性腎病、胰島素抵抗症、糖尿病、代謝症候群等)的可能。本發明的六自由度G形臂實時影像系統具有六個自由度，較常規的單自由度(一個方向上旋轉)或者三自由度(X，Y，Z三個方向上的移動)的G形臂而言，本發明具有以下幾個優勢:
(1)在工作空間上有實質性的增加，能夠給G形臂的姿態提供無限數量的構成；
(2)能夠提供光滑的運動軌跡；(3)提供更多節點和更多路徑以到達節點，還可提供路徑的優化以到達節點；
(4)能夠設定G形臂安全區域,防止與安全區域外的對象發生碰撞。(5)通過優化運動路徑，可快速高效的達到指定位置，可定位和跟蹤一些快速運動的組織器官。(6)若定位過程中，患者位置發生變化時，不用調整治療床進行補償，可利用六自由G形臂調整相應的位置即可實現其補償過程，方便靈活且不會給患者產生不適的感覺。綜上，本六自由度G形臂實時影像系統克服了現有技術的缺陷，工作範圍寬，動作靈活，能夠同時得到兩幅正交的X射線圖像，可以實現對腫瘤的動態跟蹤，既可進行全身腫瘤精確放療，也可進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節。本發明的結構，有利於為其他疾病的治療開闢一條新路徑。
圖1為本發明 實施例一的正面示意圖。圖2為本發明實施例一的側面示意圖。圖3為天花板平面導軌布局圖。圖4為本發明實施例四的正面示意圖。圖5為本發明實施例四的側面示意圖。附圖中，1:基座；2:G臂俯仰軸；3:G臂轉軸；4:X射線發生器；5:X射線平面動態探測板；6:G臂滑軌；7:X射線發生器；8:X射線平面動態探測板；9:三維治療床；10:導軌；11:G形臂；12:天花板；13:分導軌；14:分導軌；15:伸縮機構；16:垂直導軌；17:轉軸。
具體實施例下面結合附圖及實施例進一步詳述本發明，但本發明不僅限於所述實施例。實施例一
本例的六自由度G形臂實時影像系統如圖1、圖2和圖3所示，由G形臂11、G臂滑軌
6、G臂轉軸3、G臂俯仰軸2和基座I依次連接構成，X射線發生器4和X射線平面動態探測板8為一組，X射線發生器7和X射線平面動態探測板5為另一組，兩組對應安裝在G形臂11上，基座I安裝在軌道10中，軌道10安裝在治療室天花板12上，使基座I可在天花板平面上做二維運動。G形臂11可做升降運動，G臂滑軌6可引導兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板做大於90度的運動，G形臂11可繞G臂轉軸3 土 90°轉動，可繞G臂俯仰軸2前後擺動土 15° ;X射線發生器4、7和X射線平面動態探測板5、8以滑動連接方式加固定螺釘安裝在G形臂11兩側，以便調節兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板的連線為相互垂直或不垂直，X射線發生器為千伏KV級，在80 150KV之間可調，X射線平面動態探測板為CXD影像增強器，X射線平面動態探測板最大有效探測面積可達41cm X 41cm。軌道10由兩個相互垂直的分導軌13和分導軌14組成。實施例二
本例的六自由度G形臂實時影像系統除X射線平面動態探測板為非晶矽平板探測器夕卜，其餘同實施例一。
實施例三
本例的六自由度G形臂實時影像系統除X射線平面動態探測板為非晶硒平板探測器夕卜，其餘同實施例一。實施例四
本例的六自由度G形臂實時影像系統如圖4和圖5所示，除軌道10安裝在治療室地面上，使基座I可在地面上做沿三維治療床9方向的縱向運動，G臂俯仰軸由伸縮機構15、垂直導軌16和轉軸17依次連接組成，伸縮機構15與G臂轉軸3連接，轉軸17與基座I連接外，其餘同實施例一。實施例五
本例的六自由度G形臂實時影像系統除X射線平面動態探測板為非晶矽平板探測器夕卜，其餘同實 施例四。
權利要求
1.一種六自由度G形臂實時影像系統，其特徵在於六自由度G形臂實時影像系統由G形臂(11)、G臂滑軌(6)、G臂轉軸(3)、G臂俯仰軸(2)和基座(I)依次連接構成，X射線發生器(4)和X射線平面動態探測板(8)為一組，X射線發生器(7)和X射線平面動態探測板(5)為另一組，兩組對應安裝在G形臂(11)上，基座(I)安裝在軌道(10)中，軌道(10)安裝在治療室天花板(12)或地面上，使基座(I)可在天花板平面上做二維運動或在地面上做沿三維治療床(9)方向的縱向運動。
2.根據權利要求1所述的六自由度G形臂實時影像系統，其特徵在於所述G形臂(11)可做升降運動，G臂滑軌(6)可引導兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板做大於90度的運動，G形臂(11)可繞G臂轉軸(3) 土 90°轉動，可繞G臂俯仰軸(2)前後擺動土15° ;X射線發生器(4)、(7)和X射線平面動態探測板(5)、(8)以滑動連接方式加固定螺釘安裝在G形臂(11)兩側，以便調節 兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板的連線為相互垂直或不垂直，X射線發生器為千伏(KV)級，在80 150KV之間可調，X射線平面動態探測板為CCD影像增強器或非晶矽平板探測器或非晶硒平板探測器，X射線平面動態探測板最大有效探測面積可達41cm X 41cm。
3.根據權利要求1所述的六自由度G形臂實時影像系統，其特徵在於所述軌道(10)安裝在治療室天花板(12)上時，軌道(10)由兩個相互垂直的分導軌(13)和分導軌(14)組成。
4.根據權利要求1所述的六自由度G形臂實時影像系統，其特徵在於所述軌道(10)安裝在地面上時，G臂俯仰軸由伸縮機構(15)、垂直導軌(16)和轉軸(17)依次連接組成，伸縮機構(15 )與G臂轉軸(3 )連接，轉軸(17 )與基座(I)連接。
全文摘要
本發明屬於醫療設備領域中的一種六自由度G形臂實時影像系統，由G形臂、G臂滑軌、G臂轉軸、G臂俯仰軸和基座依次連接，兩組X射線發生器和X射線平面動態探測板對應安裝在G形臂上，基座安裝在軌道中，軌道安裝在治療室天花板或地面上，使基座可在天花板平面上做二維運動或在地面上做沿三維治療床方向的縱向運動。本六自由度G形臂實時影像系統克服了現有技術的缺陷，工作範圍寬，動作靈活，能夠同時得到兩幅正交的X射線圖像，可以實現對腫瘤的動態跟蹤，既可進行全身腫瘤精確放療，也可進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節。
文檔編號A61B6/03GK103211610SQ201310115138
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月6日 優先權日2013年4月6日
發明者吳大可, 陳威銘, 姚進, 李超 申請人:成都威銘科技有限公司