机器人低能光子近距离放射治疗系统技术方案

本发明专利技术属于医疗设备领域内的一种机器人低能光子近距离放射治疗系统，主要由影像系统、六自由度机器人治疗床、六自由度手术机器人和计划软件系统组成；其影像系统为C臂影像系统或/和非X射线源探测器系统，六自由度机器人治疗床由治疗床支撑臂和床面连接而成；六自由度手术机器人由手术机器人移动装置、手术机器人手臂、低能光子射线源和施源适配器依次连接而成。本发明专利技术克服了现有近距离放射治疗存在剂量“冷点”，治疗设备适用性不广的缺陷，提供的机器人低能光子近距离放射治疗系统可以优化治疗剂量设计，照射准确，消除剂量“冷点”，操作简单，安全可靠，适合广大基层医院肿瘤临床治疗。

Low energy photon near distance radiotherapy system for robot

The present invention relates to a robot in the field of medical equipment, low energy photon brachytherapy system mainly consists of six degrees of freedom robot imaging system, treatment bed, six degree of freedom robot operation and planning software system; the imaging system for the C arm imaging system or / and non X ray source detector system, six degrees of freedom robot the treatment bed of a therapeutic bed support arm and bed connection; six degree of freedom robot surgery by surgical robot mobile device, surgical robot, low energy photon ray source and source adapter which are connected in turn. The invention overcomes the defects of the existing brachytherapy dose \cold spot\, treatment equipment suitability has defects, the robot provides low-energy brachytherapy system can optimize the therapeutic dose of irradiation dose design, accuracy, eliminate the \cold spot\, simple operation, safe and reliable, suitable for primary hospital clinical therapy of tumor.

【技术实现步骤摘要】
机器人低能光子近距离放射治疗系统
本专利技术属于医疗设备领域，具体涉及一种机器人低能光子近距离放射治疗系统。
技术介绍
近距离放射治疗在我国已有50余年的历史，以往主要用于妇科肿瘤的治疗，放射源和治疗机器的使用比较单一，技术较为落后。近年来，随着放射源品种的不断增加，计算机和机电一体化技术的飞速发展，放射治疗计划系统的不断改进，我国的近距离放射治疗的范围已扩大到全身各种肿瘤的治疗：如鼻咽癌、口腔内各种癌、食道癌、前列腺癌、直肠癌、肺癌、支气管癌、胆管癌、胰腺癌、以及血管介入治疗等。传统近距离放射治疗不利之处在于，治疗靶区外剂量的很快下降和设计不严密带来的剂量“冷点”，可导致清除肿瘤细胞的可能性很快下降。和其他治疗类似，肿瘤内一个区域性的丢失或对一个面积所给予的剂量明显不足时都可能导致整个根治性治疗失败。而且，治疗设备复杂昂贵，不适合在各级综合医院（特别是那些没有放疗专科的医院）临床使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有近距离放射治疗存在剂量“冷点”，治疗设备适用性不广的缺陷，提供一种可以优化治疗剂量设计，照射准确，消除剂量“冷点”，操作简单，安全可靠，适合广大基层医院肿瘤临床治疗的机器人低能光子近距离放射治疗系统。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的：本专利技术的机器人低能光子近距离放射治疗系统，主要由影像系统、六自由度机器人治疗床、六自由度手术机器人和计划软件系统组成；其特征在于所述影像系统为C臂影像系统或/和非X射线源探测器系统，其中，C臂影像系统由C臂支柱1和C臂滑轨2连接而成，X射线源3和平板探测器4安装在C臂滑轨2的两端，非X射线源探测器系统由超声探测器7构成，超声探测器7安装在六自由度机器人治疗床床面6下方或床旁；六自由度机器人治疗床由治疗床支撑臂5和床面6连接而成；六自由度手术机器人由手术机器人移动装置8、手术机器人手臂9、低能光子射线源10和施源适配器11依次连接而成；影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人相互配合；计划软件系统由三维低能光子近距离治疗计划系统、三维逆向近距离放射治疗计划软件和仿真虚拟模拟治疗系统软件组成，并控制影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人的运动。上述方案中，所述C臂影像系统中的C臂滑轨2引导X射线源3和平板探测器4作大于180°运动，臂深在750mm和1000mm之间。上述方案中，所述非X射线源探测器系统，其探测器可在病人体表仼意移动，追踪肿瘤器官靶区。上述方案中，所述低能光子射线源10为鈷60、铱192、碘125粒子或小型低能X光管。上述方案中，所述施源适配器11，通过连接轴与低能光子射线源10直接相连，并使产生X线的金靶端置于施源适配器11的中心位置。上述方案中，所述施源适配器11为球型施源适配器19、针形施源适配器20、平板施源适配器21、管状施源适配器22、表面施源适配器23或特种施源适配器24。上述方案中，所述特种施源适配器24为釆用3D打印机根椐不同影像学（CT、MRI、US、PET/CT）解剖结构上肿瘤靶区形态分布及剂量受量大小个体化定制打印的特殊形态3D施源适配器。上述方案中，所述三维低能光子近距离治疗计划系统由腔内照射治疗计划模块、管内照射治疗计划模块、组织间插植照射治疗计划模块、敷贴治疗计划模块、手术中照射治疗计划模块、组织补偿物理调强及3D施源适配器制作模块组成；其步骤为：根据医学诊断影像资料或C臂影像系统或超声探测器获取的病灶靶区影像资料反映的肿瘤部位的大小，功能代谢情况，浸润范围，周围正常组织的解剖位置来确定靶区，快速完成放射治疗计划设计；运用蒙特卡洛算法精确计算体内剂量的分布和进行三维适形靶区的优化，自动优化靶区剂量；在不同影像学（CT、MRI、US、PET/CT）解剖结构上显示治疗计划三维等剂量线；对实时计划等剂量线和三维图像进行交互式实时显示和比较；提供体积直方图；进行内、外照射剂量合成和比较；提供经典近距离治疗的标准图谱；为3D打印机提供特种施源适配器打印制作数据。上述方案中，所述三维逆向近距离放射治疗计划软件其步骤为：首先根据肿瘤诊断和定位三维图像，设定施源适配器的数量，分布位置，靶区肿瘤最大剂量，最小剂量，紧要器官的限制剂量以及每种要求的适形指数；利用体模实验和虚拟人实验软件，进行治疗方案的仿真比较和选择；通过键盘或图像勾画靶区和重要器官轮廓，输入最大、最小剂量和限制指数；自动选择肿瘤靶区和附近紧要器官受照射的适形指数，快速优化；在CT图、体积直方（DVH）图上同时显示剂量分布及优化剂量分布；根据CT、MRI和C臂影像系统或超声探测器实时获取的真实治疗情况的图像信息，确定各施源适配器中不同位置上放射源的驻留时间，运动轨迹；通过调整适形指数来指挥六自由度手术机器人进行自动适形照射。上述方案中，所述仿真虚拟模拟治疗系统软件其步骤为：采用CT或超声图像为基础的数字化虚拟技术，提供近距离放射治疗的模拟所需要确定的患者不同组织器官的解剖形态、施源适配器和低能光子射线源分布几何参数、计算结果和三维剂量分布图像；进行各种优化设计方案的比较，并可与C臂影像系统或超声探测器实时三维成像结果进行多窗口或单窗口对照比较。本专利技术的机器人低能光子近距离放射治疗系统，是一种由机器人操作、通用的近距离放射治疗系统。由于采用了专门特制的光子射线源和3D打印技术，又融合目前放射治疗中的诸多先进技术，如多模态图像引导技术，四维动态跟踪技术，生物剂量调强技术，并可根据不同类型病种，进行腔内、组织间、敷贴、和术中多种形式的近距离放射治疗，系统具有的医用机器人自动导航系统，治疗剂量设计优化软件，3DVR技术，使得照射准确，操作简单，安全可靠，治疗成本低廉。该系统除可采用同位素放射源外，还可采用X射线管放射源。该放射源从阴极发射的电子经30kV、40kV、50kV三档能量选择的电压加速，通过束流偏转系统的控制，形成高速电子流打在金靶上，产生最高能量50kV的X射线。根据治疗需要，可将产生X射线的靶端与各种规格的适配器连接。常用为球形和半球适配器，其上半圆部分为金属钨，可将X射线方向遮挡以保护操作人员，并形成低能、高剂量、各向同性的X线均匀地作用于治疗区。并可通过三维立体影像用3D打印机实时制作各种形状施源适配器，各种适配器均有连接轴与放射源直接相连，并使产生X线的金靶端置于适配器的中心位置。低能光子线近距离治疗肿瘤时，所产生的X射线能量虽然不大，但能持续的近距离对肿瘤细胞持续起作用，不间断的杀伤肿瘤细胞，经过足够的剂量和足够的时间，能使肿瘤细胞全部失去繁殖能力，从而达到较彻底的治疗效果。临床应用时，直接将施源适配器贴近或植入肿瘤内部及受肿瘤浸润侵犯的组织中，包括肿瘤淋巴扩散途径的组织，通过微型放射源发出持续低能X射线，使肿瘤组织遭受最大程度的毁灭性杀伤，确保正常组织不损伤或仅有微小损伤。可与手术同时进行，实现双疗效；已经全程放疗的区域也可再次放疗，不影响随后的体外放疗和化疗。确保低能光子线近距离治疗物理剂量的准确，做好肿瘤周围正常组织的辐射防护，既是低能光子线近距离治疗成败的关键，也是体现独特生物学效应的前提。由于治疗是在图像引导下在三维空间进行，每种施源适配器物理特性又不相同，因此每一种施源适配器均需要一套特殊的三维治疗计划本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人低能光子近距离放射治疗系统，主要由影像系统、六自由度机器人治疗床、六自由度手术机器人和计划软件系统组成；其特征在于所述影像系统为C臂影像系统或/和非X射线源探测器系统，其中，C臂影像系统由C臂支柱（1）和 C臂滑轨（2）连接而成，X射线源（3）和平板探测器（4）安装在C臂滑轨（2）的两端，非X射线源探测器系统由超声探测器（7）构成，超声探测器（7）安装在六自由度机器人治疗床床面（6）下方或床旁；六自由度机器人治疗床由治疗床支撑臂（5）和床面（6）连接而成；六自由度手术机器人由手术机器人移动装置（8）、手术机器人手臂（9）、低能光子射线源（10）和施源适配器（11）依次连接而成；影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人相互配合；计划软件系统由三维低能光子近距离治疗计划系统、三维逆向近距离放射治疗计划软件和仿真虚拟模拟治疗系统软件组成，并控制影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人的运动。

【技术特征摘要】
1.一种机器人低能光子近距离放射治疗系统，主要由影像系统、六自由度机器人治疗床、六自由度手术机器人和计划软件系统组成；其特征在于所述影像系统为C臂影像系统或/和非X射线源探测器系统，其中，C臂影像系统由C臂支柱（1）和C臂滑轨（2）连接而成，X射线源（3）和平板探测器（4）安装在C臂滑轨（2）的两端，非X射线源探测器系统由超声探测器（7）构成，超声探测器（7）安装在六自由度机器人治疗床床面（6）下方或床旁；六自由度机器人治疗床由治疗床支撑臂（5）和床面（6）连接而成；六自由度手术机器人由手术机器人移动装置（8）、手术机器人手臂（9）、低能光子射线源（10）和施源适配器（11）依次连接而成；影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人相互配合；计划软件系统由三维低能光子近距离治疗计划系统、三维逆向近距离放射治疗计划软件和仿真虚拟模拟治疗系统软件组成，并控制影像系统、六自由度机器人治疗床和六自由度手术机器人的运动。2.根据权利要求1所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述C臂影像系统中的C臂滑轨（2）引导X射线源（3）和平板探测器（4）作大于180°运动，臂深在750mm和1000mm之间。3.根据权利要求1所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述非X射线源探测器系统，其探测器可在病人体表仼意移动，追踪肿瘤器官靶区。4.根据权利要求1所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述低能光子射线源（10）为鈷60、铱192、碘125粒子或小型低能X光管。5.根据权利要求1所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述施源适配器（11），通过连接轴与低能光子射线源（10）直接相连，并使产生X线的金靶端置于施源适配器（11）的中心位置。6.根据权利要求1所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述施源适配器（11）为球型施源适配器（19）、针形施源适配器（20）、平板施源适配器（21）、管状施源适配器（22）、表面施源适配器（23）或特种施源适配器（24）。7.根据权利要求6所述机器人低能光子近距离放射治疗系统，其特征在于所述特种施源适配器（24）为釆用3D打印机根椐不同影像学解剖结构上肿瘤靶区形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴大可，姚进，吴大怡，
申请(专利权)人：吴大可，
类型：发明
国别省市：四川,51