本實用新型涉及一種放射線治療的輻射屏蔽裝置，尤其是一種基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽裝置。

背景技術(shù)：

隨著原子科學(xué)的發(fā)展，例如鈷六十、直線加速器、電子射束等放射線治療已成為癌癥治療的主要手段之一。然而傳統(tǒng)光子或電子治療受到放射線本身物理條件的限制，在殺死腫瘤細(xì)胞的同時，也會對射束途徑上大量的正常組織造成傷害；另外由于腫瘤細(xì)胞對放射線敏感程度的不同，傳統(tǒng)放射治療對于較具抗輻射性的惡性腫瘤(如：多行性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素細(xì)胞瘤(melanoma))的治療成效往往不佳。

為了減少腫瘤周邊正常組織的輻射傷害，化學(xué)治療(chemotherapy)中的標(biāo)靶治療概念便被應(yīng)用于放射線治療中；而針對高抗輻射性的腫瘤細(xì)胞，目前也積極發(fā)展具有高相對生物效應(yīng)(relative biological effectiveness,RBE)的輻射源，如質(zhì)子治療、重粒子治療、中子捕獲治療等。其中，中子捕獲治療便是結(jié)合上述兩種概念，如硼中子捕獲治療，借由含硼藥物在腫瘤細(xì)胞的特異性集聚，配合精準(zhǔn)的中子射束調(diào)控，提供比傳統(tǒng)放射線更好的癌癥治療選擇。

放射線治療過程中會產(chǎn)生各種放射線，如硼中子捕獲治療過程產(chǎn)生低能至高能的中子、光子，這些放射線可能會對人體正常組織造成不同程度的損傷。因此在放射線治療領(lǐng)域，如何在達(dá)到有效治療的同時減少對外界環(huán)境、醫(yī)務(wù)人員或患者正常組織的輻射污染是一個極為重要的課題。而現(xiàn)有的放射線治療設(shè)備，對輻射的屏蔽還主要集中于放置設(shè)備的房間、設(shè)備本身，而沒有針對從設(shè)備出口出來的放射線對患者正常組織的輻射，更不能根據(jù)患者的個體差異，如腫瘤位置、大小、形狀等，形成有針對性、精確度高的輻射屏蔽。

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)或電子計算機斷層掃描(Computed Tomography,CT)等醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)能夠針對人體體內(nèi)特征提供較為詳細(xì)的組織幾何結(jié)構(gòu)信息，為人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實體建模提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，有必要提出一種基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽裝置，能夠形成有針對性、精確度高的輻射屏蔽，減少或避免對患者正常組織的輻射。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了屏蔽放射線照射裝置對被照射體的正常組織的輻射，本實用新型一方面提供了一種基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽裝置，其包括醫(yī)學(xué)影像掃描裝置，掃描被照射體的照射部位，并輸出醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置，根據(jù)醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)建立三維假體組織模型，并根據(jù)三維假體組織模型建立屏蔽體三維模型；屏蔽體，由屏蔽體三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機打印形成，位于放射線照射裝置和照射部位之間。

作為一種優(yōu)選地，屏蔽體三維模型是根據(jù)三維假體組織模型，結(jié)合放射線照射裝置的數(shù)據(jù)信息及放射線照射裝置與照射部位的位置關(guān)系建立的。

作為一種優(yōu)選地，屏蔽體的材料包括屏蔽中子的材料或屏蔽光子的材料中的至少一種，屏蔽體固定在被照射體表面，與被照射體表面外形相互匹配。屏蔽體具有中心通孔，中心通孔的直徑與被照射體體內(nèi)的病變組織在垂直于射束方向的最大尺寸的比值區(qū)間為1-2，屏蔽體最大厚度的數(shù)值范圍為3-20mm，屏蔽體外表面的面積范圍為10-200cm²。

作為一種優(yōu)選地，放射線照射裝置產(chǎn)生的放射線經(jīng)過屏蔽體后被衰減的比例為≥50％，放射線經(jīng)過屏蔽體后對正常組織的輻射深度與不經(jīng)過屏蔽體相比的比例≤50％。

本實用新型另一方面提供了一種放射線治療裝置，放射線治療裝置包括放射線照射裝置和屏蔽體，放射線照射裝置照射被照射體，形成照射部位；屏蔽體位于放射線照射裝置和照射部位之間，并由3D打印機打印形成。

作為一種優(yōu)選地，放射線治療裝置還包括三維影像掃描裝置和數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置，三維影像掃描裝置掃描照射部位并輸出三維數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置根據(jù)三維數(shù)據(jù)建立照射部位三維模型，并根據(jù)照射部位三維模型建立屏蔽體三維模型；屏蔽體由屏蔽體三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機打印形成。

作為一種優(yōu)選地，放射線治療裝置還包括醫(yī)學(xué)影像掃描裝置和數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置，醫(yī)學(xué)影像掃描裝置掃描照射部位并輸出醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置根據(jù)醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)建立三維假體組織模型，并根據(jù)三維假體組織模型建立屏蔽體三維模型；屏蔽體由屏蔽體三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機打印形成。

作為一種優(yōu)選地，放射線照射裝置包括放射線產(chǎn)生裝置、射束整形體、準(zhǔn)直器，放射線產(chǎn)生裝置能夠產(chǎn)生放射線，射束整形體能夠調(diào)整放射線的射束品質(zhì)，準(zhǔn)直器能夠匯聚經(jīng)過所述射束整形體的放射線，屏蔽體位于準(zhǔn)直器和照射部位之間。

進一步地，放射線治療裝置為硼中子捕獲治療裝置，被照射體為癌癥患者，放射線產(chǎn)生裝置為中子產(chǎn)生裝置，中子產(chǎn)生裝置包括加速器和靶材，加速器對帶電粒子進行加速，中子由加速的帶電粒子與靶材作用產(chǎn)生。

進一步地，患者正常組織在硼中子捕獲治療過程中接受的輻射劑量小于18Gy。

作為一種優(yōu)選地，放射線治療裝置還包括治療臺，放射線經(jīng)過屏蔽體后作用到治療臺上的患者的病變組織，屏蔽體固定在被照射體表面或治療臺或準(zhǔn)直器上。

本實用新型所述的基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽裝置，屏蔽體經(jīng)3D打印形成，能夠依據(jù)不同被照射體的個體差異分別成型，且能夠?qū)?fù)雜形狀快速成型，針對性更強、精確度更高，能夠獲得更好的輻射屏蔽效果。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中的硼中子捕獲治療裝置示意圖；

圖2為本實用新型實施例中的基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽方法的邏輯框圖；

圖3為本實用新型實施例中的屏蔽體與被照射體的位置關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

如圖1，本實施例中的放射線治療裝置優(yōu)選為硼中子捕獲治療裝置100，包括中子產(chǎn)生裝置10、射束整形體20、準(zhǔn)直器30和治療臺40。中子產(chǎn)生裝置10包括加速器11和靶材T，加速器11對帶電粒子(如質(zhì)子、氘核等)進行加速，產(chǎn)生如質(zhì)子線的帶電粒子線P，帶電粒子線P照射到靶材T并與靶材T作用產(chǎn)生中子線(中子束)N，靶材T優(yōu)選為金屬靶材。依據(jù)所需的中子產(chǎn)率與能量、可提供的加速帶電粒子能量與電流大小、金屬靶材的物化性等特性來挑選合適的核反應(yīng)，常被討論的核反應(yīng)有⁷Li(p,n)⁷Be及⁹Be(p,n)⁹B，這兩種反應(yīng)皆為吸熱反應(yīng)。兩種核反應(yīng)的能量閥值分別為1.881MeV和2.055MeV，由于硼中子捕獲治療的理想中子源為keV能量等級的超熱中子，理論上若使用能量僅稍高于閥值的質(zhì)子轟擊金屬鋰靶材，可產(chǎn)生相對低能的中子，不須太多的緩速處理便可用于臨床，然而鋰金屬(Li)和鈹金屬(Be)兩種靶材與閥值能量的質(zhì)子作用截面不高，為產(chǎn)生足夠大的中子通量，通常選用較高能量的質(zhì)子來引發(fā)核反應(yīng)。理想的靶材應(yīng)具備高中子產(chǎn)率、產(chǎn)生的中子能量分布接近超熱中子能區(qū)(將在下文詳細(xì)描述)、無太多強穿輻射產(chǎn)生、安全便宜易于操作且耐高溫等特性，但實際上并無法找到符合所有要求的核反應(yīng)，本實用新型的實施例中采用鋰金屬制成的靶材。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，靶材T的材料也可以由鋰、鈹之外的金屬材料制成，例如由鉭(Ta)或鎢(W)等形成；靶材T可以為圓板狀，也可以為其他固體形狀，也可以使用液狀物(液體金屬)。加速器11可以是直線加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器，中子產(chǎn)生裝置10也可以是核反應(yīng)堆而不采用加速器和靶材。無論硼中子捕獲治療的中子源來自核反應(yīng)堆或加速器帶電粒子與靶材的核反應(yīng)，產(chǎn)生的實際上皆為混合輻射場，即射束包含了低能至高能的中子、光子。對于深部腫瘤的硼中子捕獲治療，除了超熱中子外，其余的輻射線含量越多，造成正常組織非選擇性劑量沉積的比例越大，因此這些會造成不必要劑量的輻射應(yīng)盡量降低。另外，對于被照射體的正常組織來說，各種輻射線應(yīng)避免過多，同樣造成不必要的劑量沉積。

中子產(chǎn)生裝置10產(chǎn)生的中子束N依次通過射束整形體20和準(zhǔn)直器30照射向治療臺40上的患者200。射束整形體20能夠調(diào)整中子產(chǎn)生裝置10產(chǎn)生的中子束N的射束品質(zhì)，準(zhǔn)直器30用以匯聚中子束N，使中子束N在進行治療的過程中具有較高的靶向性，通過調(diào)整準(zhǔn)直器30能夠調(diào)整射束的方向及射束與治療臺40上的患者200的位置關(guān)系，治療臺40及患者200的位置也可以進行調(diào)整，使射束對準(zhǔn)患者200體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞M。這些調(diào)整可以人工手動操作的，也可以是通過一系列控制機構(gòu)自動實現(xiàn)的?？梢岳斫猓緦嵱眯滦鸵部梢圆痪哂袦?zhǔn)直器，射束從射束整形體20出來后直接照射向治療臺40上的患者200。

射束整形體20進一步包括反射體21、緩速體22、熱中子吸收體23、輻射屏蔽體24和射束出口25，中子產(chǎn)生裝置10生成的中子由于能譜很廣，除了超熱中子滿足治療需要以外，需要盡可能的減少其他種類的中子及光子含量以避免對操作人員或患者造成傷害，因此從中子產(chǎn)生裝置10出來的中子需要經(jīng)過緩速體22將其中的快中子能量調(diào)整到超熱中子能區(qū)，緩速體22由與快中子作用截面大、超熱中子作用截面小的材料制成，作為一種優(yōu)選實施例，緩速體13由D₂O、AlF₃、Fluental、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一種制成；反射體21包圍緩速體22，并將穿過緩速體22向四周擴散的中子反射回中子射束N以提高中子的利用率，由具有中子反射能力強的材料制成，作為一種優(yōu)選實施例，反射體21由Pb或Ni中的至少一種制成；緩速體22后部有一個熱中子吸收體23，由與熱中子作用截面大的材料制成，作為一種優(yōu)選實施例，熱中子吸收體23由Li-6制成，熱中子吸收體23用于吸收穿過緩速體22的熱中子以減少中子束N中熱中子的含量，避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量；輻射屏蔽體24圍繞射束出口25設(shè)置在反射體后部，用于屏蔽從射束出口25以外部分滲漏的中子和光子，輻射屏蔽體24的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一種，作為一種優(yōu)選實施例，輻射屏蔽體24的材料包括光子屏蔽材料鉛(Pb)和中子屏蔽材料聚乙烯(PE)。準(zhǔn)直器30設(shè)置在射束出口25后部，從準(zhǔn)直器30出來的超熱中子束向患者200照射，經(jīng)淺層正常組織后被緩速為熱中子到達(dá)腫瘤細(xì)胞M?？梢岳斫?，射束整形體20還可以有其他的構(gòu)造，只要能夠獲得治療所需超熱中子束即可。

患者200服用或注射含硼(B-10)藥物后，含硼藥物選擇性地聚集在腫瘤細(xì)胞M中，然后利用含硼(B-10)藥物對熱中子具有高捕獲截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕獲及核分裂反應(yīng)產(chǎn)生⁴He和⁷Li兩個重荷電粒子。兩荷電粒子的平均能量約為2.33MeV，具有高線性轉(zhuǎn)移(Linear Energy Transfer,LET)、短射程特征，α短粒子的線性能量轉(zhuǎn)移與射程分別為150keV/與射、815，而⁷Li重荷粒子則為175keV/μm、5μm，兩粒子的總射程約相當(dāng)于一個細(xì)胞大小，因此對于生物體造成的輻射傷害能局限在細(xì)胞層級，便能在不對正常組織造成太大傷害的前提下，達(dá)到局部殺死腫瘤細(xì)胞的目的。

硼中子捕獲治療裝置100還包括輻射屏蔽裝置50，雖然中子產(chǎn)生裝置10產(chǎn)生的中子束N經(jīng)過射束整形體20和準(zhǔn)直器30后照射到患者200的主要為治療用超熱中子束，但實際上仍難以完全避免其他中子及光子混雜其中，這些放射線照射到患者200正常組織時還是有可能造成損傷，另外，治療用超熱中子束雖然對人體正常組織的影響極小，仍要進一步降低引起劑量累積的可能性，因此需要在設(shè)置輻射屏蔽裝置50將患者無需被射束照射的部位遮擋加以保護。

輻射屏蔽裝置50又進一步包括醫(yī)學(xué)影像掃描裝置51、數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置52、屏蔽體53。醫(yī)學(xué)影像掃描裝置51掃描患者200照射部位，并輸出醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)，照射部位定義為從放射線照射裝置(由中子產(chǎn)生裝置10、射束整形體20、準(zhǔn)直器30組成)靠近治療臺40的端面沿照射方向取一定的照射深度，垂直于照射方向取一定的照射平面，所形成的立體空間與患者身體的重合部分。醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)可以為核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)、電子計算機斷層掃描(Computed Tomography,CT)、正電子發(fā)射型計算機斷層掃描(Positron Emission Tomography,PET)、PET-CT或X射線成像(X-Ray imaging)，下文實施例中將基于電子計算機斷層掃描(CT)的數(shù)據(jù)來闡述，CT的文件格式通常為DICOM。但本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，還可以使用其他的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，只要該醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)能夠被轉(zhuǎn)換成三維假體組織模型，就能夠應(yīng)用于本實用新型揭示的基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽裝置中。

患者200在治療臺40進行定位后，通過CT掃描患者200照射部位，形成CT數(shù)據(jù)文件，即醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置52根據(jù)醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)建立三維假體組織模型，如利用MI-3DVS軟件或CAD軟件等三維建模軟件進行三維可視化，三維假體組織模型包括病變組織和正常組織，根據(jù)三維假體組織模型，再建立正常組織屏蔽體的三維模型，并確定屏蔽體的安裝位置。屏蔽體三維模型的建立可以結(jié)合放射線照射裝置的數(shù)據(jù)信息，如射束強度、射束通量、射束直徑、照射路徑等，及放射線照射裝置與照射部位的位置關(guān)系，在此過程中還可以根據(jù)實際情況進行人為的修正?？梢岳斫?，也可以在患者200進入治療室之前就進行CT掃描，這樣便不需要將醫(yī)學(xué)影像掃描裝置51集成在治療室內(nèi)，可以利用醫(yī)院現(xiàn)有的CT掃描機，通過掃描確定照射部位，形成照射部位的CT數(shù)據(jù)文件。此時，放射線照射裝置的數(shù)據(jù)信息，如射束強度、射束通量、射束直徑、照射路徑等，和放射線照射裝置與照射部位的位置關(guān)系也要依據(jù)掃描確定的照射部位來進行確定，然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)信息建立屏蔽體三維模型。

屏蔽體53由屏蔽體三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機打印形成，將記錄三維模型數(shù)據(jù)的STL格式文件輸入到計算機系統(tǒng)中，并分層成二維切片數(shù)據(jù)，通過計算機控制的3D打印系統(tǒng)進行逐層打印，疊加后最終獲得三維產(chǎn)品。屏蔽體53能夠屏蔽放射線照射裝置產(chǎn)生的射束對患者200正常組織的照射，射束經(jīng)過屏蔽體53后作用到治療臺40上的患者200的腫瘤細(xì)胞M，屏蔽體53位于放射線照射裝置和照射部位之間，優(yōu)選的屏蔽體位于準(zhǔn)直器或射束出口和照射部位之間。屏蔽體53的材料包括屏蔽中子的材料或屏蔽光子的材料中的至少一種。優(yōu)選屏蔽體53為板狀，直接固定在患者照射部位的體表，與患者待安裝位置的體表外形相互匹配，易于正確安裝，固定方式可以是粘附、帶子或卡扣等。屏蔽體53具有中心通孔531，中心通孔531的直徑與患者200體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞M在垂直于射束方向的最大尺寸的比值區(qū)間為1-2，在殺死腫瘤細(xì)胞的同時，最大限度的避免正常組織的損傷，中心通孔531的形狀優(yōu)選為腫瘤細(xì)胞M平行于射束方向的投影的外輪廓形狀，中心通孔限定的直徑即可以理解為該外輪廓形狀的直徑?？梢岳斫?，屏蔽體53也可以不具有中心通孔，而是在中心部分具有與其他部分不同的厚度或者整個屏蔽體都可以在不同的位置具有不同的厚度。屏蔽體53最大厚度的數(shù)值范圍為3-20mm，外表面的面積范圍為10-200cm²。由于采用3D打印，屏蔽體53能夠依據(jù)不同被照射體的個體差異分別成型，且能夠?qū)?fù)雜形狀快速成型，能夠獲得更好的輻射屏蔽效果。在一些形狀特殊的部位，屏蔽體53還可以為多個，方便安裝。屏蔽體53還可以固定在治療臺或準(zhǔn)直器或射束出口上，也可以將3D打印機與治療臺或準(zhǔn)直器或射束出口相結(jié)合，確定相互位置關(guān)系后直接在對應(yīng)位置打印出屏蔽體。通過醫(yī)學(xué)影像掃描患者腫瘤部位，獲得有針對性的3D打印屏蔽體，放射線經(jīng)過屏蔽體后被衰減的比例可以達(dá)到≥50％，優(yōu)選為≥80％，患者正常組織在硼中子捕獲治療過程中接受的輻射劑量小于18Gy。放射線經(jīng)過屏蔽體后對正常組織的輻射深度與不經(jīng)過屏蔽體相比的比例≤50％。屏蔽體53的材料、形狀、結(jié)構(gòu)可以設(shè)計的更為復(fù)雜，能夠改變從準(zhǔn)直器或射束出口出來的中子束的路徑，使其與腫瘤細(xì)胞的立體形狀相匹配，如中心通孔531在沿射束方向由不同的線段組成、屏蔽體53不同部分由不同的材料組成。

本實施例的基于醫(yī)學(xué)影像的輻射屏蔽方法，包括如下步驟：

S1：通過醫(yī)學(xué)影像掃描裝置51掃描患者200照射部位，并輸出所述照射部位的醫(yī)學(xué)影像體素數(shù)據(jù)；

S2：數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置52根據(jù)S1得到的醫(yī)學(xué)影像體素建立三維假體組織模型；

S3：數(shù)據(jù)處理及三維建模裝置52根據(jù)S2得到的三維假體組織模型數(shù)據(jù)建立屏蔽體三維模型；

S4：將屏蔽體三維模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機打印屏蔽體53；

S5：將屏蔽體53進行安裝定位。

步驟S3還包括采集或輸入放射線照射裝置的數(shù)據(jù)信息，如射束強度、射束通量、射束直徑、照射路徑等，及放射線照射裝置與照射部位的位置關(guān)系，然后結(jié)合三維假體組織模型數(shù)據(jù)建立屏蔽體三維模型，并確定屏蔽體安裝位置，在此過程中還可以根據(jù)實際情況進行人為的修正。

本實用新型的實施例中采用醫(yī)學(xué)影像掃描裝置可以獲得患者照射部位的組織構(gòu)成，從而有針對性的根據(jù)腫瘤細(xì)胞的形狀、位置、大小等獲得屏蔽體?？梢岳斫猓緦嵱眯滦鸵部梢圆捎梅轻t(yī)學(xué)影像掃描裝置，如僅對患者體表形狀進行掃描的三維影像掃描裝置，從而獲得患者照射部位外形的三維數(shù)據(jù)進行三維建模，進而獲得與照射部位外形匹配的3D打印屏蔽體。

可以理解，本實用新型還可以應(yīng)用于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他需要對病變組織進行放射線照射，而又要保護正常組織免受或少受放射線輻射/照射的放射線治療領(lǐng)域，則中子產(chǎn)生裝置相應(yīng)地替換為其他放射線產(chǎn)生裝置，如質(zhì)子產(chǎn)生裝置、重離子產(chǎn)生裝置、X射線產(chǎn)生裝置或伽馬射線產(chǎn)生裝置等；也可以應(yīng)用于其他能夠用放射線照射進行治療的疾病，如阿爾茲海默癥、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，則腫瘤細(xì)胞為其他病變組織。本實施例中的被照射體為癌癥患者，可以理解，被照射體也可以為其他生物體，如哺乳動物。

本實用新型實施例中的位置關(guān)系，指的是沿射束傳輸路徑的方向的位置關(guān)系，“后部”指沿射束方向的下游。

盡管上面對本實用新型說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實用新型，但應(yīng)該清楚，本實用新型不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，都在本實用新型要求保護的范圍之內(nèi)。