專利名稱：一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，更具體地講涉及一種可用于呼吸動度較大的胸部腫瘤放射 治療的呼吸控制定位裝置。
背景技術(shù)：
精確放射治療要求照射靶區(qū)接受到高劑量照射的同時又要保證靶區(qū)周圍正常組 織的吸收劑量盡可能降低，以最大限度的提高腫瘤治療增益比。但對于胸腹部腫瘤，由于呼 吸運(yùn)動而導(dǎo)致腫瘤位置的不斷改變，這就導(dǎo)致了腫瘤放射治療過程中對照射靶區(qū)定位的不 確定性。目前，假如不考慮對腫瘤靶區(qū)的呼吸運(yùn)動進(jìn)行控制，那么在常規(guī)制訂普通三維適形 計劃或是三維立體調(diào)強(qiáng)計劃的時候，就只能在CTV(臨床靶區(qū))邊界的基礎(chǔ)之上再外放一定 范圍的邊界而變成PTV (計劃靶區(qū))，其目的是為了確保照射靶區(qū)在呼吸運(yùn)動或是在其他不 確定因素，比如擺位誤差或是腫瘤組織變形的影響之下照射位置范圍仍然不會越出計劃內(nèi) 的照射高劑量區(qū)域，而外放邊界范圍的大小主要取決于腫瘤靶區(qū)呼吸運(yùn)動最大的位移量。 Ekberg等利用X線透視的方法測量了肺癌患者在治療體位時的腫瘤運(yùn)動范圍，在平靜呼吸 的情況下，前后和左右方向的最大運(yùn)動范圍為5mm，平均2. 4mm，上下方向的最大運(yùn)動范圍 為12mm，平均3. 9mm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，在如此之大的腫瘤靶區(qū)呼吸運(yùn)動范圍的限制之下 PTV的外放邊界將會擴(kuò)大很多，這樣就勢必導(dǎo)致較多額外的正常組織也會被勾劃進(jìn)計劃內(nèi) 的照射區(qū)域，如此會造成正常組織的吸收劑量大大增加，同時又會極大地降低腫瘤組織的 受照劑量上限。因此，腫瘤靶區(qū)的呼吸運(yùn)動成為制約精確放射治療效果的瓶頸。為了解決這一放 療技術(shù)上的難題，眾多的腫瘤靶區(qū)呼吸運(yùn)動控制方法應(yīng)運(yùn)而生。目前，運(yùn)用于放療的呼吸控 制技術(shù)主要有如下幾種被動加壓技術(shù)、深吸氣后屏氣技術(shù)、主動呼吸控制技術(shù)、呼吸門控 技術(shù)、實(shí)時跟蹤放射技術(shù)、慢速CT掃描、4D CT等。研究表明，這些方法都能有效地減少呼吸 運(yùn)動對腫瘤靶區(qū)精確照射造成的不利影響，與未采取呼吸控制技術(shù)進(jìn)行放療的最終結(jié)果相 對比，最終都能夠在一定程度上提高TCP (腫瘤局部控制率)或是降低NTCP (正常組織并發(fā) 癥概率)。但是這幾種方法都各有不足，主動呼吸控制技術(shù)的缺點(diǎn)在于每次呼吸控制前，因 患者的功能殘氣量不同、重復(fù)吸氣控制造成疲勞以及肺腫瘤患者多伴有呼吸裝置癥狀而致 患者耐受性較差；實(shí)時跟蹤放射技術(shù)，患者能自由呼吸，通過監(jiān)測外置的或植于腫瘤中的標(biāo) 志物的運(yùn)動，使患者呼吸或腫瘤位置處于某一特定范圍時開始實(shí)施照射，其缺點(diǎn)是需要額 外的設(shè)備，患者內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)和外置標(biāo)志物運(yùn)動時相的不一致性已有報道，植入標(biāo)志物為 有創(chuàng)操作，并且需要合適的數(shù)目和位置來完全識別腫瘤的變形和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；慢速CT掃描較 標(biāo)準(zhǔn)掃描能更好的重建靶區(qū)，其缺點(diǎn)是不能抓住呼吸的每一時相，掃描耗時長，圖像運(yùn)動偽 影重，對縱隔結(jié)構(gòu)的顯示較差，僅適用于周圍型病灶。4DCT掃描是指在患者身體縱軸某個 感興趣區(qū)域掃描大量CT圖像的同時，提取患者的呼吸信號，圖像采集完成以后，將所采集 圖像按時相分類，依據(jù)相應(yīng)的呼吸信號將CT圖像分到不同的呼吸時相，獲得不同呼吸時相 的三維CT圖像集，各個三維CT圖像集就構(gòu)成時間上相互連續(xù)包括整個呼吸周期的4DCT圖像，并在此基礎(chǔ)上勾畫患者的個體化內(nèi)靶區(qū)。但4DCT圖像采集時間比診斷CT的采集時間 長得多(3 5倍)，這就不可避免地增加了患者的X線受量。另外，呼吸運(yùn)動是一種半自主 運(yùn)動，采集4DCT圖像需要進(jìn)行多個呼吸周期的CT掃描，不規(guī)則的呼吸會明顯增加4DCT的 運(yùn)動偽影。因此，采集前要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮粑?xùn)練，采集過程中進(jìn)行呼吸引導(dǎo)，以保證在放療 定位時患者呼吸模式有良好的重復(fù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可準(zhǔn) 確、快速定位并減少正常組織受損的用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置。本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)該裝置的定位體架為后壁留空的近似箱體，箱體前、左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁 連有水囊，箱體的上、下、前壁可在各自軸向上調(diào)節(jié)，液控裝置通過箱體壁與水囊連通，抽氣 裝置的端口位于水囊內(nèi)側(cè)的腔內(nèi)，箱體上設(shè)有分控制器，主控制器分別與抽氣裝置、液控裝 置和分控制器聯(lián)接。本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)所述的水囊通過數(shù)個連接點(diǎn)連于箱體前、左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁；所述的水 囊為乳膠水囊；所述的箱體為碳纖維箱體；所述的抽氣裝置由抽氣泵和連有氣體閥門的氣 體輸送管組成；所述的液控裝置由液體泵、連有液體泵的液體輸送管和與液體輸送管連通 的水容器組成。定位體架為后壁留空的近似箱體，箱體材料為碳纖維，上、下、前壁可在各自軸向 上調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的人體尺寸。乳膠水囊通過數(shù)個連接點(diǎn)與箱體前、左、右、上、下壁相聯(lián) 接。通過液體導(dǎo)管連接到液體閥門上并繼續(xù)連接到水箱，該液體閥門為雙向、電控、可計量、 精密閥門，該液體閥門可由主控制器控制開放、閉合并可設(shè)定一閾值，當(dāng)壓力超過該閾值時 閥門自動開放；水箱上附有液體泵。該液體泵由主控制器控制，可實(shí)現(xiàn)液體的精確、快速的 沖入與吸出。該定位裝置的定位體架為箱式，它采用碳纖維材料，該體架除后壁外均附有可充 盈乳膠水囊，乳膠厚度約為3mm。乳膠水囊外壁與體架內(nèi)壁之間形成的空腔可容納人體自 肩部至?xí)帯Ｔ摽涨唤?jīng)一管腔與外界相通并可與抽氣泵相連，當(dāng)抽氣泵工作時可將此空腔 降至負(fù)壓以使乳膠水囊外壁與人體皮膚緊密結(jié)合并可對抗由于吸氣運(yùn)動導(dǎo)致的二者分離 力量。乳膠水囊經(jīng)由一雙向、電控、可計量、精密的液體閥門由液體導(dǎo)管連至一液體泵，該液 體泵由主控制器(例如，計算機(jī))控制，可實(shí)現(xiàn)液體的精確、快速的沖入與吸出。這樣，可將 人體的呼吸運(yùn)動轉(zhuǎn)化為乳膠水囊內(nèi)液體的減少與增加，而液體減少、增加的數(shù)量反映了呼 吸幅度的大小，在適當(dāng)?shù)暮粑鼤r相時，關(guān)閉閥門將中止患者的呼吸運(yùn)動，記錄此時乳膠水囊 內(nèi)液體量即記錄患者此時的呼吸時相及幅度，當(dāng)需要再次達(dá)到患者此時的呼吸時相及幅度 時，通過閥門及液體泵的作用重復(fù)此時乳膠水囊內(nèi)液體量。進(jìn)行CT模擬定位時，患者自然平臥于床上，將此定位體架自上方扣在患者身上， 囑其平靜呼吸，在患者的體側(cè)、正面分別作標(biāo)記，將患者與該定位體架立體關(guān)系固定。此時 液體閥門處于開放狀態(tài)，用抽氣泵將氣腔內(nèi)的氣體盡量吸出，使水囊外壁與患者皮膚之間 形成負(fù)壓并達(dá)一定數(shù)值后停止抽氣并關(guān)閉氣體閥門。此時患者仍可自由呼吸，呼吸幅度的大小、呼吸位相可經(jīng)過液體閥門計量并可在計算機(jī)上顯示。在CT掃描前準(zhǔn)備工作完成后， 通過對講裝置讓患者自主選擇呼吸任意時相屏氣后，主動或被動關(guān)閉液體閥門，記錄水囊 容量(由計算機(jī)自動完成)進(jìn)行CT掃描。掃描完成后開放閥門(先液體、后氣體)，囑患者 自主呼吸。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄在案。(在掃描期間的任意時刻裝置允許患者通過患者控制器 開放液體閥門)CT數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計劃裝置(TPQ制定放療計劃。放療計劃完善后， 傳輸至加速器。在加速器室內(nèi)另有一相同規(guī)格定位裝置，采用定位時相同方法，當(dāng)患者呼吸 位相、幅度參數(shù)與定位時相同時采用主動或被動方式關(guān)閉液體閥門，實(shí)施照射，照射時間控 制在液體閥門壓力達(dá)到或超過3/4閾值壓力時停止。(在放療期間的任意時刻裝置允許患 者開放液體閥門)患者自由呼吸一段時間后，在相同的呼吸參數(shù)下重復(fù)上述過程直至完成 整個放療計劃。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速定位，減少正常組織受損。通過該定 位裝置的使用，患者在照射時呼吸運(yùn)動在一段時間內(nèi)處于停止?fàn)顟B(tài)，可大大減少正常肺組 織受照射體積，可達(dá)到提高腫瘤受照劑量，提高局部控制率繼而提高遠(yuǎn)期生存率的目的。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主視圖；圖2為圖1側(cè)面的剖視圖；圖3為定位體架的剖面圖。
具體實(shí)施方式
；實(shí)施例1 該裝置的定位體架10為后壁留空的近似箱體，箱體由碳纖維材料制成，箱體前、 左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁通過數(shù)個連接點(diǎn)連有乳膠水囊11，箱體的上、下、前壁可在各 自軸向上調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的人體尺寸，由液體泵6、連有液體閥門4的液體輸送管8和與液 體輸送管8連通的水容器7組成的液控裝置通過箱體壁與乳膠水囊11連通，液體閥門4為 雙向、電控、可計量、精密閥門，該液體閥門4由主控制器5控制開放、閉合并可設(shè)定一閾值， 當(dāng)壓力超過該閾值時閥門自動開放，由抽氣泵1和連有氣體閥門2的氣體輸送管3組成的 抽氣裝置的端口位于乳膠水囊11內(nèi)側(cè)，箱體上設(shè)有分控制器9，主控制器5分別與抽氣泵 1、液體泵6和分控制器9聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)液體的精確、快速的沖入與吸出。使用前，乳膠水囊11處于排空狀態(tài)，患者自然平臥于CT掃描床上，采用激光定位 裝置將患者在三維方向上的位置固定，并在患者體表做標(biāo)記，記錄頭腳方向上患者與CT掃 描床的相對位置?？凵隙ㄎ惑w架10，調(diào)整體架上、下、前壁位置，使之與患者身體相適應(yīng)，開 放液體閥門4讓液體自由進(jìn)入乳膠水囊11，保持液體閥門4在開放狀態(tài)下用抽氣泵1將氣 腔內(nèi)的氣體盡量吸出至一定負(fù)壓后關(guān)閉氣體閥門2，至此仍保持液體閥門4開放，患者仍可 自由呼吸，在此狀態(tài)下進(jìn)行CT掃描前準(zhǔn)備工作，比如造影劑的注入，定位相的掃描，患者屏 氣前準(zhǔn)備工作等等。通過對講裝置與患者溝通，并觀察計算機(jī)上顯示的患者的呼吸時相，在 吸氣末通過主控制裝置5關(guān)閉液體閥門4或由患者通過分控制器9決定何時關(guān)閉液體閥門 4，由此強(qiáng)制患者處于呼吸運(yùn)動停止?fàn)顟B(tài)，立即進(jìn)行多排CT掃描，掃描結(jié)束后立即開放液體 閥門4讓患者可以自由呼吸。在掃描過程中，如果有意外情況發(fā)生時，比如患者出項(xiàng)無法控制的咳嗽導(dǎo)致水囊壓力突然的升高或降低，超過預(yù)先設(shè)定的液體閥門4開放閾值，該閥門 可自動開放，以防意外發(fā)生。開放氣體閥門2，取下該定位體架10，記錄各種參數(shù)，患者離開 掃描床，完成定位過程。 將CT圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計劃裝置(TPQ制定放療計劃，制定計劃時應(yīng)注意至少 使完成一個照射野的時間短于患者一次屏氣時間。計劃確認(rèn)后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至加速器。在加 速器機(jī)房內(nèi)另有一套相同規(guī)格的定位裝置，將液體閥門4開放后排空乳膠水囊11內(nèi)液體， 患者采用與定位時相同體位平臥于加速器治療床上，平靜呼吸，參考定位時記錄的參數(shù)并 用激光定位裝置將患者在三維方向上的位置固定，扣上定位體架10，調(diào)整體架上、下、前壁 位置以適應(yīng)不同的患者身體尺寸。開放液體閥門4讓液體自由進(jìn)入乳膠水囊11。保持液體 閥門4在開放狀態(tài)下用抽氣泵1將氣腔內(nèi)的氣體盡量吸出至一定負(fù)壓后關(guān)閉氣體閥門2，至 此仍保持液體閥門4開放，患者仍可自由呼吸，在此狀態(tài)下進(jìn)行放療前準(zhǔn)備工作，通過對講 裝置與患者溝通，并觀察主控制器5上顯示的患者的呼吸時相，當(dāng)患者呼吸時相與定位時 相同時通過控制裝置關(guān)閉液體閥門4，強(qiáng)制患者處于相同的呼吸運(yùn)動停止?fàn)顟B(tài)，立即實(shí)施照 射。照射結(jié)束后立即開放液體閥門4讓患者可以自由呼吸。在照射過程中，如果有意外情 況發(fā)生時，比如患者出項(xiàng)無法控制的咳嗽導(dǎo)致水囊壓力突然的升高或降低，超過預(yù)先設(shè)定 的液體閥門4開放閾值，該液體閥門4可自動開放，以防意外發(fā)生。多野照射時，照射第二 野的過程與前一野相同，以此類推。完成放療后開放氣體閥門2，取下該定位體架10，患者 離開治療床，完成治療過程。
權(quán)利要求
1.一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征在于該裝置的定位體架為 后壁留空的近似箱體，箱體前、左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁連有水囊，箱體的上、下、前壁 可在各自軸向上調(diào)節(jié)，液控裝置通過箱體壁與水囊連通，抽氣裝置的端口位于水囊內(nèi)側(cè)，箱 體上設(shè)有分控制器，主控制器分別與抽氣裝置、液控裝置和分控制器聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征在 于所述的水囊為乳膠水囊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征在 于所述的箱體為碳纖維箱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征在 于所述的水囊通過數(shù)個連接點(diǎn)連于箱體前、左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征在 于所述的抽氣裝置由抽氣泵和連有氣體閥門的氣體輸送管組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置，其特征 在于所述的液控裝置由液體泵、連有液體泵的液體輸送管和與液體輸送管連通的水容器組 成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于胸部腫瘤放射治療的呼吸控制定位裝置。該裝置的定位體架為后壁留空的近似箱體，箱體前、左、右、上、下壁構(gòu)成的箱內(nèi)壁連有乳膠水囊，箱體的上、下、前壁可在各自軸向上調(diào)節(jié)，液控裝置通過箱體壁與水囊連通，抽氣裝置的端口位于水囊內(nèi)側(cè)，箱體上設(shè)有分控制器，主控制器分別與抽氣裝置、液控裝置和分控制器聯(lián)接，所述的箱體為碳纖維箱體，所述的水囊通過數(shù)個連接點(diǎn)連于箱體前、左、右、上、下壁內(nèi)，所述的抽氣裝置由抽氣泵和連有氣體閥門的氣體輸送管組成，所述的液控裝置由液體泵、連有液體泵的液體輸送管和與液體輸送管連通的水容器組成。
文檔編號A61N5/00GK102058936SQ20101054846
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者于金明, 孫新東, 李春華, 謝鵬, 賈麗, 趙漢璽 申請人:山東省腫瘤防治研究院