腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置的製作方法

2023-04-29 17:53:31

專利名稱：腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療設備領域，具體是ー種腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置。
技術背景放射治療是進行腫瘤治療的重要手段之一。腫瘤放射治療的目的是給腫瘤靶區最大的治療劑量，而使腫瘤周圍的正常組織和器官吸收的照射劑量最小，從而提高腫瘤的局部控制率，減少正常組織的併發症。因此，放射治療必須做到「精確診斷、精確設計、精確定位、精確治療」。現有技術對靶器官的定位，大多都是通過在該器官組織上植入金標，用對金標的定位方法來完成對祀器官組織的定位。美國Accuray公司的CyberKnife系統和德國BraiLab公司的Novalis系統中，對靶器官組織定位是將兩個X射線源固定於治療室的天花板上，兩個X射線接收器放置於地上的某個位置，X射線源和接收器的位置必須保證兩束X射線在靶器官目標組織處正交。定位過程是通過將患者初始定位CT重建的數字影像DDR與兩個射線方向的圖像進行融合，從而得到靶器官金標的位置信息。對金標的植入有嚴格的要求，才能得到合格的X射線圖像。該方法X射線源和X射線接收器固定，兩個X射線的投影方向固定，不利於更好的反映患者體內金標的三維位置信息。對於受呼吸動作影響較大的器官，如肺、肝、胰等，其形狀、體積和位置都有一定的變化，在定位的時候就必須考慮呼吸運動對靶器官位置的影響。發明內容本實用新型的目的是為了克服現有技術X射線源和X射線接收器固定，不能對靶器官的運動進行定位跟蹤的缺陷，提供ー種操作方便，能夠更好的反映患者體內靶器官的三維位置信息，並可以對靶器官的運動進行定位跟蹤的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置。本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現的本實用新型的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置由六維自由度機器人(2)、C形臂(I)、數控治療床(7)組成，其特徵在幹C形臂(I)置於六自由度的機器人手臂(3)上，X射線源(4)與X射線接收器(5)分別固定於C形臂(I)的兩端，用於產生靶器官的X射線圖像；應變片放置在患者(6)體表上，應變片隨患者(6)的呼吸動作發生相應的形變，產生相應的電信號，處理後獲得患者(6)的呼吸運動隨時間變化的幅度圖。本實用新型的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置可用在各種高低能同位素放射源和X射線源的放射治療系統中，特別是用於機器人放射治療系統。其優點在於本實用新型採用六維自由度機器人手臂和C形臂來改變X射線的投射方向，C形臂能夠分別圍繞待測目標體的軸線方向旋轉和移動，使其能夠靈活的選擇最佳的X射線的投射方向，為得到更準確的靶器官位置信息提供基礎。克服了現有的靶器官定位方法中X射線方向相對固定、對金標的植入有嚴格要求的缺陷，更好的反應了患者體內靶器官的準確位置信息。根據本實用新型的結構和組成特點，設計人設計出了配準靶器官金標定位的算法，能夠迅速計算出金標的空間位置。由於肺、肝、胰、腎等器官受呼吸作用其位置會發生明顯的變化，因此不同個體患者的呼吸運動必須個體化加以檢測，才能實現不同患者靶器官的運動定位。本實用新型採用應變片的方法來跟蹤患者的呼吸運動，解決了受呼吸運動影響較大的器官的靶器官金標定位的問題，即在患者體表放置一定數量的應變片，當呼吸運動時，應變片發生相應的形變，產生相應的電信號，處理這些信號後獲得呼吸相位幅度，實現對患者呼吸運動引起的靶器官運動進行跟蹤。本實用新型還為整個放射治療系統中呼吸追蹤系統提供了保證，為後續治療過程中實時追蹤打下了基礎。因此，本實用新型克服了現有技術X射線源和X射線接收器固定，不能對靶器官的運動進行定位跟蹤的缺陷，提供的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置，操作方便，能夠更好的反映患者體內靶器官的三維位置信息，並可以對靶器官的運動進行定位跟蹤。


圖1是本實用新型的裝置示意圖。圖2是本實用新型A，B兩個成像位置點的數學模型示意圖。圖3是本實用新型的金標投影在X射線圖像中的坐標圖。圖4是本實用新型的呼吸運動隨時·間變化的示意圖。圖5是本發明的C形臂第一個投影時的運動情況示意圖。圖6是本發明的C形臂第二個投影時的運動情況示意圖。附圖中，各數字的含義為1 :C形臂，2 :機器人，3 :機器人手臂，4 :X射線源，5 :X射線接收器，6 :患者，7 :數控治療床，8 :治療床升降轉軸，0 :患者體內金標的空間位置，Sa :第一次投影過程中X射線源的空間位置，Oa:患者體內金標第一次投影在X射線接收器上的投影點，Sb :第二次投影過程中X射線源的空間位置，Ob :患者體內金標第二次投影在X射線接收器上的投影點，Ia :金標投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標位置。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例進ー步詳述本實用新型，但本實用新型不僅限於所述實施例。實施例一本例的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置如圖1所示，由六維自由度機器人2、C形臂1、數控治療床7組成，其特徵在於C形臂I置於六自由度的機器人手臂3上，X射線源4與X射線接收器5分別固定於C形臂I的兩端，用於產生靶器官的X射線圖像；應變片放置在患者6體表上，應變片隨患者6的呼吸動作發生相應的形變，產生相應的電信號，處理後獲得患者6的呼吸運動隨時間變化的幅度圖。本例中，X射線源4能量為80—150kV，X射線接收器5為非晶體矽(硒)平板探測器，圖像尺寸為40cmX30cm，圖像解析度為2048X1536或者2048X1536，圖像採集速度為15 30(100)幅/秒。X射線源4和X射線接收器5可繞其軸向作±180°的旋轉運動，C形臂I可引導X射線源4和X射線接收器5作大於180°運動，數控治療床7可在豎直方向運動，配合X射線源4和X射線接收器5到達相對的指定位置。定位及計算過程的詳細描述根據DDR (數字影像)圖像中金標的位置信息和帶有治療機器人的狀態信息，系統能夠自動的選擇ー個最優的投影方向，避免C形臂與治療機器人之間發生碰撞且使金標之間無投影重合。通過控制機器人手臂(安裝有C形臂的機器人)各關節的轉動、C形臂I及數控治療床7的姿態和高度，以使X射線源4和X射線接收器5置於最佳投影位置，如圖2所示，抽象出了 X射線源4、X射線接收器5、成像後目標體和待跟蹤目標體的位置關係，其中Sa為X射線源4的空間位置，Oa為金標第一次投影在X射線接收器上的投影點，0為目標體患者6體內金標的空間位置，如此之後得到這個檢測周期的第一幅X射線的圖像。要確定目標0的空間坐標位置至少需要得到2個方向的X射線圖像，因此至少還需要從另ー個方向對目標體進行X射線投影，同樣地，通過控制機器人的狀態信息，系統自動選擇一個最優的投影方向，這個位置既能避免C形臂與治療機器發生碰撞，還能得到X射線成像效果最好的投影效果，兩次投影方向在空間正交。這個過程是通過控制機器人手臂3和C形臂I來使X射線源4和X射線接收器5到達指定的位置，如圖2所示的Sb點、Ob點的位置關係，其中Sb為第二次投影過程中X射線源4的空間位置，Ob為金標第二次投影在X射線接收器上的投影點。第一個投影方向如圖3所示金標投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標位置( , %)，如圖5所示，機器人手臂3末端沿C形臂導軌划動的角度為Citl，機器人手臂3末端的旋轉角度為％，機器人手臂3末端的坐標為(xa，ya，za)。由空間坐標的平移和旋轉的方法，得到Sa，Oa的空間位置，其中的坐標可分別表示為X射線源4的空間坐標Sa(xsa，ysa，zsa)，金標投影的空間坐標Oa (xfa, yfa, zfa)，
Xsa yiaf O0 O ]
y!a = ya +[& . o +[&,] 0+0 ゲ
ZsaZa し I 、R 2 R
XfaXa 0 ^ O XO~P
yfa= y a + s 0 + i] 0 + ツo I *
ZfaZa R 0 JJ其中，
COS &0-Sm 00 0[i2 * ]= Sm 0occ<s &o 0 稱為繞 z 軸的旋轉矩陣，
00 1—
cos ft —sin &i 0[Rn. .]= sin 0i cos A 0 稱為繞x軸的旋轉矩陣，
0 0 1_R表示C臂的半徑。第二個投影方向金標投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標位置(Xl，Y1)，如圖5所示，機器人手臂3末端沿C形臂導 軌划動的角度為a i，機器人手臂3末端的旋轉角度為Q1，機器人手臂3末端的坐標為(Xb，yb，zb)。由空間坐標的平移和旋轉的方法，得到Sa，Sb的空間位置，其中的坐標可分別表示為X射線源4的空間坐標Sb(xsb，ysb, zsb)，金標投影的空間坐標Ob (xfb, yft, zfb)。用上述第一個投影方向的方法，同理可得到
權利要求1. 一種腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置，由六維自由度機器人(2)、C形臂(I)和數控治療床(7)組成，其特徵在於C形臂(I)置於六自由度的機器人手臂(3)上，X射線源 (4)與X射線接收器(5)分別固定於C形臂(I)的兩端；應變片放置在患者(6)體表上，應變片隨患者(6)的呼吸動作發生相應的形變，產生相應的電信號，處理後獲得患者(6)的呼吸運動隨時間變化的幅度圖。
專利摘要本實用新型是醫療設備領域中的一種腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置，由六維自由度機器人(2)、Ｃ形臂(1)、數控治療床(7)組成，其特徵在於Ｃ形臂(1)置於六自由度的機器人手臂(3)上，Ｘ射線源(4)與Ｘ射線接收器(5)分別固定於Ｃ形臂(1)的兩端，用於產生靶器官的Ｘ射線圖像；應變片放置在患者(6)體表上，應變片隨患者(6)的呼吸動作發生相應的形變，產生相應的電信號，處理後獲得患者(6)的呼吸運動隨時間變化的幅度圖。本實用新型提供的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置，操作方便，能夠更好的反映患者體內靶器官的三維位置信息，並可以對靶器官的運動進行定位跟蹤。
文檔編號A61B6/00GK202875358SQ20122060816
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月18日 優先權日2012年11月18日
發明者姚進, 尤在勇, 熊端平, 韋崇高, 陳威銘, 吳大可 申請人:成都威銘科技有限公司