一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，低剂量CT成像装置对治疗对象进行扫描成像，获得肿瘤的空间位置、大小、周围重要结构信息；深部肿瘤光动力治疗装置将特定的X射线激发光敏剂经静脉注射到治疗对象体内，并在肿瘤组织聚集，被X射线激发后产生单态氧，对深部肿瘤进行光动力治疗；放射治疗装置制定满足治疗需求的放疗方案，对肿瘤组织进行放射治疗；深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置可同时对肿瘤组织进行光动力和放射治疗。本发明专利技术按照设定参数可进行肿瘤组织的光动力/放射治疗联合治疗，亦可实现独立的光动力或放射治疗。本发明专利技术可在提高对体内深部肿瘤治疗效果的同时，有效降低对正常组织的照射剂量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗药械
，尤其涉及一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统。
技术介绍
(一)放射治疗技术(RadiationTherapy)肿瘤放射治疗(简称放疗)是利用各种射线束(如α射线，X射线及电子束)来治疗恶性肿瘤的一门技术，其根本目的是利用放射线损伤或者消灭肿瘤细胞，同时尽可能使其它组织不受放射线的损伤和侵害。然而，放射治疗的照射剂量大(通常为60-80Gy)，会来严重的副作用，如放射性炎症、脱发、血细胞损伤等，而且不适用于多发性、转移性、以及放射不敏感肿瘤的治疗。随着放射治疗技术的发展和进步，三维适形放射治疗、调强放射治疗、容积动态调强治疗等能实现肿瘤组织和周围组织的剂量梯度明显，能提高肿瘤组织的处方剂量同时减少周围组织的受照剂量。其优点是“高精度、高剂量、高疗效、低损伤”，即靶区(肿瘤病变区)内受照剂量最大，靶区周围正常组织受照剂量最小，靶区内剂量分布最均匀，靶区定位及照射最准确。精确放疗很大程度上降低了放疗对人体正常组织的损伤，然而由于放疗技术的特点是仅对治疗的局部起作用而且对组织损伤没有选择性，采用高剂量的放射射线对肿瘤组织进行灭杀时，对人体正常组织的损伤也难以避免。如何利用较低的放射剂量提高对肿瘤组织的灭杀率并降低对正常组织的损伤，一直是学者研究的关注重点，也是本专利技术的目的之一。(二)光动力治疗(PhotodynamicTherapy,PDT)光动力疗法是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化学反应。其过程是特定波长的激光照射使组织内的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性氧特别是活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。由于具有安全、无创、高选择性、副作用小、可重复性和相对低成本等优势，PDT已广泛应用于临床肿瘤治疗。理论上光动力疗法可用于所有肿瘤的治疗，但由于受到光在人体组织内穿透距离的限制，目前PDT主要用于体表或浅组织区域的恶性肿瘤、食管癌、胃肠道肿瘤、口腔肿瘤、膀胱癌等，难以用于人体深部肿瘤的治疗，极大限制了PDT的研究和发展。随着纳米技术的快速发展，采用可被X射线激发的发光纳米材料(scintillatingnanoparticles,ScNP)作为PDT中光敏剂的光源，即X线激发光动力学治疗(X-rayexcitedPDT,XE-PDT)，得到极大关注，有望解决穿透深度问题。目前XE-PDT的研究大部分集中在X线激发纳米材料的研究及与光敏剂的结合。表1给出了部分研究小组实验所用的X线激发光动力学治疗试剂，所有试剂均由两部分组成，第一项是可被X射线激发的闪烁材料ScNP，第二项是光敏剂，用来产生单态氧，两者间用“/”隔开。可以看出，对于XE-PDT试剂的研究，关键在于闪烁纳米材料的发光效率及能量在两者间的有效传递。这其中，稀土发光纳米材料由于发光效率高，已成为ScNP的有力竞争者。表1.X射线激发光动力学治疗(XE-PDT)试剂及射线激发参数XE-PDT试剂X射线激发参数LaF3:Tb3+/MTCP250KeV,0.44Gy/minTb2O3/SiO2/Porphyrin44kV,40mA,0.324Gy/minLaF3:Ce3+/DMSO/PPIX/PLGA90kV,5mA,0.5Gy/minZnS:Cu,Co/TBrRh123120kVp,2Gy/minLaF3:Tb/RB75kV,20mASrAl2O4:Eu2+/MC54050kV,70μA,1Gy/h对X射线激发的光动力治疗方法的临床应用来说，光敏剂所需的X射线能量至关重要，若激发能量过高，会对X线路径上的组织造成伤害，极大限制在人体中的应用。目前ScNP的研究虽然取得很大进展，然而大部分研究所使用的激发X线剂量率约在0.5Gy/min，高于常规放疗剂量，且在单态氧的产生量、细胞破坏和肿瘤抑制方面，X射线激发的光动力治疗方法仍未达到传统光动力治疗的效率。(三)光动力与放疗联合治疗考虑到XE-PDT技术的出现和相应激发试剂的研制，以及X线本身对肿瘤的放射治疗作用，如果两者进一步结合，可增强单一治疗模式对肿瘤的治疗效果，为体内肿瘤的治疗提供一种更有效、低剂量的PDT/放疗联合治疗模式。目前还没有光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，旨在利用光动力/放疗之间的增强作用，以较低的X线剂量对深部肿瘤组织进行光动力学和放射治疗两种模态的联合治疗。本专利技术的目的在于提供一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，所述治疗系统包括：低剂量CT成像装置，用于对治疗对象进行低剂量CT扫描成像，获得肿瘤的空间位置、大小、周围重要组织结构信息；所述低剂量CT成像装置采用低剂量扫描模式获得稀疏的投影数据，采用基于压缩感知原理的保证成像质量的图像总变差最小化的少角度重建算法进行CT图像重建，降低对治疗对象的辐射剂量；深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的CT图像制定满足治疗需求的联合治疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行联合治疗；深部肿瘤光动力治疗装置，用于将特定的由X射线激发的光敏剂经过静脉注射到治疗对象体内，经过X射线激发后产生单态氧对肿瘤组织进行光动力治疗；放射治疗装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的CT图像制定满足治疗需求的放疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行放射治疗；光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，首先利用低剂量CT成像装置对治疗对象进行低剂量CT成像，得到肿瘤大小、位置和周围环境的信息；然后利用深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置对治疗对象进行联合治疗，或利用深部肿瘤光动力治疗装置、放射治疗装置对治疗对象进行单独治疗。进一步，所述低剂量CT成像装置包括：X射线源，用于产生X射线对治疗对象进行扫描；准直器，与所述X射线源相连接，用于X射线束的准直；X射线探测器，用于接收和检测穿过治疗对象的X射线光子，经过数模转换后转换为投影数据；数据采集卡，与所述X射线探测器和数据工作站相连接，用于采集所述X射线探测器的投影数据，并传输至数据工作站；数据工作站，与所述数据采集卡相连接，用于接收所述数据采集卡传输的投影数据，并进行CT图像重建；...

【技术保护点】
一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，其特征在于，所述治疗系统包括：低剂量CT成像装置，用于对治疗对象进行低剂量CT扫描成像，获得肿瘤的空间位置、大小、周围重要组织结构信息；所述低剂量CT成像装置采用低剂量扫描模式获得稀疏的投影数据，采用基于压缩感知原理的保证成像质量的图像总变差最小化的少角度重建算法进行CT图像重建，降低对治疗对象的辐射剂量；深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的CT图像制定满足治疗需求的联合治疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行X射线激发光动力/放射治疗联合治疗；深部肿瘤光动力治疗装置，用于将特定的由X射线激发的光敏剂经过静脉注射到治疗对象体内，经过X射线激发后产生单态氧对肿瘤组织进行X射线激发光动力治疗；放射治疗装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的CT图像制定满足治疗需求的放疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行放射治疗；低剂量CT成像装置对治疗对象进行低剂量CT成像，得到肿瘤大小、位置和周围环境的信息；深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置对治疗对象进行联合治疗，或利用深部肿瘤光动力治疗装置、放射治疗装置对治疗对象进行单独治疗。

【技术特征摘要】
1.一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，其特征在于，所述治疗
系统包括：
低剂量CT成像装置，用于对治疗对象进行低剂量CT扫描成像，获得肿瘤
的空间位置、大小、周围重要组织结构信息；所述低剂量CT成像装置采用低剂
量扫描模式获得稀疏的投影数据，采用基于压缩感知原理的保证成像质量的图
像总变差最小化的少角度重建算法进行CT图像重建，降低对治疗对象的辐射剂
量；
深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的
CT图像制定满足治疗需求的联合治疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行X射线
激发光动力/放射治疗联合治疗；
深部肿瘤光动力治疗装置，用于将特定的由X射线激发的光敏剂经过静脉
注射到治疗对象体内，经过X射线激发后产生单态氧对肿瘤组织进行X射线激
发光动力治疗；
放射治疗装置，用于根据低剂量CT成像装置获得的CT图像制定满足治疗
需求的放疗方案，对治疗对象的肿瘤组织进行放射治疗；
低剂量CT成像装置对治疗对象进行低剂量CT成像，得到肿瘤大小、位置
和周围环境的信息；深部肿瘤光动力/放射治疗联合装置对治疗对象进行联合治
疗，或利用深部肿瘤光动力治疗装置、放射治疗装置对治疗对象进行单独治疗。
2.如权利要求1所述的光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，其特征
在于，所述低剂量CT成像装置包括：
X射线源，用于产生X射线对治疗对象进行扫描；
准直器，与所述X射线源相连接，用于X射线束的准直；
X射线探测器，用于接收和检测穿过治疗对象的X射线光子，经过数模转
换后转换为投影数据；
数据采集卡，与所述X射线探测器和数据工作站相连接，用于采集所述X
射线探测器的投影数据，并传输至数据工作站；
数据工作站，与所述数据采集卡相连接，用于接收所述数据采集卡传输的
投影数据，并进行CT图像重建；
控制系统，与所述X射线源、准直器、X射线探测器、数据采集卡和数据
工作站相连接，用于控制X射线的产生和准直、投影数据的采集和CT图像的
重建和显示；
低剂量CT成像装置对治疗对象的肿瘤部位进行低剂量CT成像：控制系统
控制X射线源发出X射线，控制准直器将X射线准直，准直后的X射线穿过治
疗对象，被X射线探测器接收，控制系统控制数据采集卡采集到X射线探测器
接收的低剂量CT投影，控制系统将投影数据保存在数据工作站并进行CT重建，
重建完的图像通过控制系统进行图像显示。
3.如权利要求1所述的光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统，其特征
在于，所述光动力治疗装置包括：
X射线源，用于产生X射线对所述X射线激发光敏剂进行激发；
准直器，与所述X射线源相连接，用于X射线束的准直；
X射线激发光敏剂，由纳米发光材料与光敏剂耦合，具有生物兼容性，经
所述X射线源产生的X射线激发后，用于损伤和灭杀肿瘤组织；
静脉注射装置，用于将所述X射线激发光敏剂注射到治疗对象体内；
计划系统，用于计算所述X射线激发光敏剂的浓度和所述X射线的激发能
量和剂量，制定满足治疗需求的光动力治疗方案；
控制系统，与所述X射线源、准直器和静脉注射装置相连接，用于控制X
射线的产生和准直、光敏剂的注射和激发、光动力治疗方案的制定、光动力治
疗；
光动力治疗装置利用低剂量CT成像装置得到的CT图像，由计划系统进行
光动力治疗计划的制定：由肿瘤大小和位置确定光敏剂的浓度、用量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢虹冰，刘文磊，戎军艳，高鹏，廖琪梅，张国鹏，常小红，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61