專利名稱：腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體是ー種腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置。
技術(shù)背景放射治療是進(jìn)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(qū)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，減少正常組織的并發(fā)癥。因此，放射治療必須做到“精確診斷、精確設(shè)計(jì)、精確定位、精確治療”?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)靶器官的定位，大多都是通過在該器官組織上植入金標(biāo)，用對(duì)金標(biāo)的定位方法來完成對(duì)祀器官組織的定位。美國Accuray公司的CyberKnife系統(tǒng)和德國BraiLab公司的Novalis系統(tǒng)中，對(duì)靶器官組織定位是將兩個(gè)X射線源固定于治療室的天花板上，兩個(gè)X射線接收器放置于地上的某個(gè)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(biāo)組織處正交。定位過程是通過將患者初始定位CT重建的數(shù)字影像DDR與兩個(gè)射線方向的圖像進(jìn)行融合，從而得到靶器官金標(biāo)的位置信息。對(duì)金標(biāo)的植入有嚴(yán)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(gè)X射線的投影方向固定，不利于更好的反映患者體內(nèi)金標(biāo)的三維位置信息。對(duì)于受呼吸動(dòng)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(shí)候就必須考慮呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)靶器官位置的影響。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)X射線源和X射線接收器固定，不能對(duì)靶器官的運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(nèi)靶器官的三維位置信息，并可以對(duì)靶器官的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位跟蹤的腫瘤放射治療中靶器官的定位裝置。本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本實(shí)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(jī)器人(2)、C形臂(I)、數(shù)控治療床(7)組成，其特征在干C形臂(I)置于六自由度的機(jī)器人手臂(3)上，X射線源(4)與X射線接收器(5)分別固定于C形臂(I)的兩端，用于產(chǎn)生靶器官的X射線圖像；應(yīng)變片放置在患者(6)體表上，應(yīng)變片隨患者(6)的呼吸動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，處理后獲得患者(6)的呼吸運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的幅度圖。本實(shí)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(tǒng)中，特別是用于機(jī)器人放射治療系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型采用六維自由度機(jī)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(cè)目標(biāo)體的軸線方向旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，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(zhǔn)確的靶器官位置信息提供基礎(chǔ)?？朔爽F(xiàn)有的靶器官定位方法中X射線方向相對(duì)固定、對(duì)金標(biāo)的植入有嚴(yán)格要求的缺陷，更好的反應(yīng)了患者體內(nèi)靶器官的準(zhǔn)確位置信息。根據(jù)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人設(shè)計(jì)出了配準(zhǔn)靶器官金標(biāo)定位的算法，能夠迅速計(jì)算出金標(biāo)的空間位置。由于肺、肝、胰、腎等器官受呼吸作用其位置會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此不同個(gè)體患者的呼吸運(yùn)動(dòng)必須個(gè)體化加以檢測(cè)，才能實(shí)現(xiàn)不同患者靶器官的運(yùn)動(dòng)定位。本實(shí)用新型采用應(yīng)變片的方法來跟蹤患者的呼吸運(yùn)動(dòng)，解決了受呼吸運(yùn)動(dòng)影響較大的器官的靶器官金標(biāo)定位的問題，即在患者體表放置一定數(shù)量的應(yīng)變片，當(dāng)呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)變片發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，處理這些信號(hào)后獲得呼吸相位幅度，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者呼吸運(yùn)動(dòng)引起的靶器官運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤。本實(shí)用新型還為整個(gè)放射治療系統(tǒng)中呼吸追蹤系統(tǒng)提供了保證，為后續(xù)治療過程中實(shí)時(shí)追蹤打下了基礎(chǔ)。因此，本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)X射線源和X射線接收器固定，不能對(duì)靶器官的運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(nèi)靶器官的三維位置信息，并可以對(duì)靶器官的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位跟蹤。


圖1是本實(shí)用新型的裝置示意圖。圖2是本實(shí)用新型A，B兩個(gè)成像位置點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型示意圖。圖3是本實(shí)用新型的金標(biāo)投影在X射線圖像中的坐標(biāo)圖。圖4是本實(shí)用新型的呼吸運(yùn)動(dòng)隨時(shí)·間變化的示意圖。圖5是本發(fā)明的C形臂第一個(gè)投影時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況示意圖。圖6是本發(fā)明的C形臂第二個(gè)投影時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況示意圖。附圖中，各數(shù)字的含義為1 :C形臂，2 :機(jī)器人，3 :機(jī)器人手臂，4 :X射線源，5 :X射線接收器，6 :患者，7 :數(shù)控治療床，8 :治療床升降轉(zhuǎn)軸，0 :患者體內(nèi)金標(biāo)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(nèi)金標(biāo)第一次投影在X射線接收器上的投影點(diǎn)，Sb :第二次投影過程中X射線源的空間位置，Ob :患者體內(nèi)金標(biāo)第二次投影在X射線接收器上的投影點(diǎn)，Ia :金標(biāo)投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標(biāo)位置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)ー步詳述本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型不僅限于所述實(shí)施例。實(shí)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(jī)器人2、C形臂1、數(shù)控治療床7組成，其特征在于C形臂I置于六自由度的機(jī)器人手臂3上，X射線源4與X射線接收器5分別固定于C形臂I的兩端，用于產(chǎn)生靶器官的X射線圖像；應(yīng)變片放置在患者6體表上，應(yīng)變片隨患者6的呼吸動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，處理后獲得患者6的呼吸運(yùn)動(dòng)隨時(shí)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為非晶體硅(硒)平板探測(cè)器，圖像尺寸為40cmX30cm，圖像分辨率為2048X1536或者2048X1536，圖像采集速度為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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，C形臂I可引導(dǎo)X射線源4和X射線接收器5作大于180°運(yùn)動(dòng)，數(shù)控治療床7可在豎直方向運(yùn)動(dòng)，配合X射線源4和X射線接收器5到達(dá)相對(duì)的指定位置。定位及計(jì)算過程的詳細(xì)描述根據(jù)DDR (數(shù)字影像)圖像中金標(biāo)的位置信息和帶有治療機(jī)器人的狀態(tài)信息，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的選擇ー個(gè)最優(yōu)的投影方向，避免C形臂與治療機(jī)器人之間發(fā)生碰撞且使金標(biāo)之間無投影重合。通過控制機(jī)器人手臂(安裝有C形臂的機(jī)器人)各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)、C形臂I及數(shù)控治療床7的姿態(tài)和高度，以使X射線源4和X射線接收器5置于最佳投影位置，如圖2所示，抽象出了 X射線源4、X射線接收器5、成像后目標(biāo)體和待跟蹤目標(biāo)體的位置關(guān)系，其中Sa為X射線源4的空間位置，Oa為金標(biāo)第一次投影在X射線接收器上的投影點(diǎn)，0為目標(biāo)體患者6體內(nèi)金標(biāo)的空間位置，如此之后得到這個(gè)檢測(cè)周期的第一幅X射線的圖像。要確定目標(biāo)0的空間坐標(biāo)位置至少需要得到2個(gè)方向的X射線圖像，因此至少還需要從另ー個(gè)方向?qū)δ繕?biāo)體進(jìn)行X射線投影，同樣地，通過控制機(jī)器人的狀態(tài)信息，系統(tǒng)自動(dòng)選擇一個(gè)最優(yōu)的投影方向，這個(gè)位置既能避免C形臂與治療機(jī)器發(fā)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(gè)過程是通過控制機(jī)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(dá)指定的位置，如圖2所示的Sb點(diǎn)、Ob點(diǎn)的位置關(guān)系，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(biāo)第二次投影在X射線接收器上的投影點(diǎn)。第一個(gè)投影方向如圖3所示金標(biāo)投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標(biāo)位置( , %)，如圖5所示，機(jī)器人手臂3末端沿C形臂導(dǎo)軌劃動(dòng)的角度為Citl，機(jī)器人手臂3末端的旋轉(zhuǎn)角度為％，機(jī)器人手臂3末端的坐標(biāo)為(xa，ya，za)。由空間坐標(biāo)的平移和旋轉(zhuǎn)的方法，得到Sa，Oa的空間位置，其中的坐標(biāo)可分別表示為X射線源4的空間坐標(biāo)Sa(xsa，ysa，zsa)，金標(biāo)投影的空間坐標(biāo)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(zhuǎn)矩陣，
00 1—
cos ft —sin &i 0[Rn. .]= sin 0i cos A 0 稱為繞x軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，
0 0 1_R表示C臂的半徑。第二個(gè)投影方向金標(biāo)投影到X射線接收器5所形成的圖像中坐標(biāo)位置(Xl，Y1)，如圖5所示，機(jī)器人手臂3末端沿C形臂導(dǎo) 軌劃動(dòng)的角度為a i，機(jī)器人手臂3末端的旋轉(zhuǎn)角度為Q1，機(jī)器人手臂3末端的坐標(biāo)為(Xb，yb，zb)。由空間坐標(biāo)的平移和旋轉(zhuǎn)的方法，得到Sa，Sb的空間位置，其中的坐標(biāo)可分別表示為X射線源4的空間坐標(biāo)Sb(xsb，ysb, zsb)，金標(biāo)投影的空間坐標(biāo)Ob (xfb, yft, zfb)。用上述第一個(gè)投影方向的方法，同理可得到
權(quán)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(jī)器人(2)、C形臂(I)和數(shù)控治療床(7)組成，其特征在于C形臂(I)置于六自由度的機(jī)器人手臂(3)上，X射線源 (4)與X射線接收器(5)分別固定于C形臂(I)的兩端；應(yīng)變片放置在患者(6)體表上，應(yīng)變片隨患者(6)的呼吸動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，處理后獲得患者(6)的呼吸運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的幅度圖。
專利摘要本實(shí)用新型是醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)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(jī)器人(2)、Ｃ形臂(1)、數(shù)控治療床(7)組成，其特征在于Ｃ形臂(1)置于六自由度的機(jī)器人手臂(3)上，Ｘ射線源(4)與Ｘ射線接收器(5)分別固定于Ｃ形臂(1)的兩端，用于產(chǎn)生靶器官的Ｘ射線圖像；應(yīng)變片放置在患者(6)體表上，應(yīng)變片隨患者(6)的呼吸動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，處理后獲得患者(6)的呼吸運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的幅度圖。本實(shí)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(nèi)靶器官的三維位置信息，并可以對(duì)靶器官的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位跟蹤。
文檔編號(hào)A61B6/00GK202875358SQ20122060816
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月18日
發(fā)明者姚進(jìn), 尤在勇, 熊端平, 韋崇高, 陳威銘, 吳大可 申請(qǐng)人:成都威銘科技有限公司