机器人术中放疗制造技术

术中放疗涉及设置在机器人臂的远端上的治疗头。所包括的作为治疗头的一部分的X射线部件产生X射线波长范围内的放疗性放射。至少一个患者运动传感器检测患者身体的呼吸运动。控制系统通过在组成机器人臂的可移动关节中的至少一个中引起位置变化来动态地控制治疗头的位置。该移动被管理为使得治疗头和患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。

Robot intraoperative radiotherapy

Intraoperative radiotherapy involves a therapeutic head located at the distal end of the robot arm. The X-ray component included as part of the therapeutic head generates radiotherapeutic radiation within the X-ray wavelength range. At least one patient motion sensor detects the breathing movement of the patient's body. The control system dynamically controls the position of the therapeutic head by causing a position change in at least one of the movable joints constituting the robot arm. The movement is managed to minimize the relative motion between the therapeutic head and the tumour bed in the patient.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人术中放疗相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月13日提交的美国专利申请No.62/361,715的优先权。上述申请的内容通过引用整体并入本文。
本专利技术的布置涉及放疗，并且更具体地涉及用于术中放疗的机器人系统和方法。
技术介绍
癌症手术可涉及去除癌肿瘤和肿瘤周围的一些正常组织。例如，乳房保留手术(BreastConservingSurgery,BCS)是一种癌症手术，其中在手术期间去除癌肿块和周围乳房组织的一部分(与整个乳房相对)。手术后通常是中等剂量的放疗，该放疗旨在从瘤床根除任何痕量的癌组织(癌肿瘤周围的血管和基质组织)。放疗技术可涉及使用称为外部束放疗(externalbeamradiotherapy,EBRT)技术的外部输送放射剂量。但是传统的EBRT会增加错过预期目标体积的风险。为了解决这个问题，有时使用术中放疗(intraoperativeradiotherapy,IORT)。IORT涉及在切除手术期间瘤床被暴露并且可接近时向该区域施加治疗性水平的放射。IORT的好处在于它可以将高剂量的放射精确地输送到目标区域，同时最低限度地暴露于周围组织。IORT还避免与癌组织的手术去除和EBRT之间的时间相关的常见延迟。当IORT适当时，外科医生将去除癌肿瘤，之后放射肿瘤医师将放射施加器定位在肿瘤先前所在的区域中。传统的IORT方法和系统可涉及使用电子束和/或低能X射线。用于此目的的电子束可以像通常用于EBRT的放疗那样通过线性加速器产生。在此情况下，接受手术的患者被从手术室运送到屏蔽的放疗设施，然后在完成放疗治疗后返回手术室。最近，已经开发出在手术室中使用的专用加速器。
技术实现思路
本公开涉及用于术中放疗(IORT)的机器人系统。该系统包括由多个可移动关节组成的机器人臂。所述机器人臂第一端固定到基部。在所述机器人臂的远离所述基部的第二端上设置有治疗头。所述治疗头包括至少一个X射线部件，所述至少一个X射线部件被配置为促成X射线波长范围内的放疗性放射的产生。提供至少一个患者运动传感器，用于检测与呼吸相关的患者身体的移动(即，空气进入和离开胸腔的吸气和呼气)。控制系统响应来自所述至少一个患者运动传感器的患者运动数据。所述控制系统被配置为促成对所述治疗头的动态位置控制。其通过选择性地改变组成所述机器人臂的所述可移动关节中至少一个的位置来实现该结果。由所述控制系统促成的这种动态位置控制被配置为在使用所述治疗头进行放射治疗时使所述治疗头和所述患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。根据一个方面，所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头在三个正交方向上的运动。在一些情况下，这些操作可涉及选择性地控制所述治疗头的位置，以在患者呼吸活动期间使所述治疗头内的放疗性放射的X射线源与瘤床的内表面之间的距离变化最小化。根据另一方面，所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头的转动，以在与呼吸相关的患者身体移动的情况下使所述放疗性放射的源相对于包括瘤床的表面的位置的角度变化最小化。在一些情况下，所述患者运动传感器由力传感器组成。所述力传感器可以被配置为感测由于患者移动(例如，与呼吸相关的患者移动)而施加在所述机器人臂上的力。根据一个方面，所述力传感器由至少一个关节传感器组成，所述至少一个关节传感器被配置为感测施加在组成所述机器人臂的所述多个可移动关节中的至少一个上的力。也可以使用其他患者运动传感器。例如，在一些情况下，所述患者运动传感器可以是光学传感器，所述光学传感器被配置为检测至少一个基准标记(例如，置于患者身体上的基准标记)的位置。可以预期，可以使用不止一种类型的感测来促成本文所述的对患者身体移动的检测。本文描述的机器人臂可以支持多个功用通道以促成IORT功能和操作。这种功用通道可包括流体功用通道、电力功用通道和数据功用通道中的一个或多个。根据另一方面，设置可膨胀球囊构件以至少封闭所述治疗头的远端，所述放疗性放射源自所述远端。在这种情况下，所述流体功用通道被有利地配置为使流体传入和传出所述球囊构件的内部，用于使球囊膨胀和收缩。所述机器人臂或所述治疗头可以支持至少一个成像装置，以促成在切除癌肿瘤后在癌肿瘤留下的腔内对所述治疗头的光学引导。在这种情况下，由所述数据功用通道承载的数据可以包括视频或图像数据。同样，在所述治疗头上可以支持超声探头。所述超声探头或换能器可以促成对切除癌肿瘤之后残留在患者体内的瘤床的超声成像。如果提供这种超声换能器，则所述数据功用通道承载的数据将包括超声成像数据。本公开还涉及一种用于术中放疗的方法。该方法涉及将治疗头固定在机器人臂的远离机器人臂基部的安装端上。包括至少一个X射线部件作为所述治疗头的一部分；所述X射线部件被配置为促成X射线波长范围内的放疗性放射的产生。所述方法涉及利用至少一个患者运动传感器检测与呼吸相关的患者身体的移动。提供响应患者运动数据的控制系统。所述控制系统通过在组成所述机器人臂的可移动关节中的至少一个中引起位置变化来动态地控制所述治疗头的位置。对所述可移动关节的这种控制被管理为使得所述治疗头和患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。可以在使用所述治疗头进行IORT时进行所述动态运动控制。附图说明本文的公开内容将参考下面附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的项目，并且其中：图1是用于理解机器人IORT系统的框图。图2是用于理解使用机器人臂和治疗头的机器人IORT的实施方式的图。图3是示出设置在图2中的机器人臂上的治疗头的更详细视图的图。图4是用于理解机器人IORT的过程的图。图5是用于理解治疗头的替代实施方式的图，其可用于使用机器人臂的机器人IORT。图6是用于理解可用于促成如本文所述的机器人IORT的控制系统的框图。具体实施方式容易理解的是，本文描述的和附图中示出的系统和方法的组成可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所表示的以下更详细的描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表对理解本公开有用的某些示例性情况。虽然在附图中呈现了各个方面，但是除非特别指出，否则附图不一定按比例绘制。一种低能X射线IORT施加器涉及具有球囊尖端的类似导管的装置。肿瘤被切除之后，将该导管插入肿瘤先前所在的腔内，然后将微型放疗源插入腔内的球囊中，以向瘤床内部输送放射，并用盐水使球囊膨胀，使得膨胀的球囊紧贴在腔内。球囊和盐水溶液用于帮助确保均匀的放射剂量施加到瘤床的所有部分。盐水用于使球囊膨胀并减少如通常在X射线穿过空气时发生的放射衰减。盐水溶液还在球囊内不断循环，以便在治疗期间为X射线微型源提供冗余的冷却剂介质。在一段时间(例如，15分钟)之后，从腔内移除放射源和球囊，并且外科医生闭合切口。这种传统IORT技术的一个关键方面是微型化的X射线源，其足够小，使得它可以如所描述的那样插入导管内。由于这些装置的尺寸和质量非常小，它们可以设置在柔性导管的端部并支撑在盐水球囊内。这是一个重要的考虑，因为可以预期接受IORT的患者的正常呼吸功能会引起胸腔的物理运动。由于盐水球囊固定在瘤床内，所以球囊和设置在其中的X射线源将随患者移动。这防止X射线源相对于瘤床的治疗表面的移动，并且有助于确保均匀的放射剂量精确地施加到瘤床的所有部分。从前述内容可以理解，微型X射线源对于IORT可以是有效的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于术中放疗的机器人系统，包括：机器人臂，其由多个可移动关节组成并且第一端固定在基部；治疗头，其设置在所述机器人臂的远离所述基部的第二端上；所述治疗头包括至少一个X射线部件，所述至少一个X射线部件被配置为促成产生X射线波长范围内的放疗性放射；至少一个患者运动传感器，其用于检测与呼吸相关的患者身体的移动；和控制系统，其由电子电路组成，所述控制系统响应来自所述至少一个患者运动传感器的患者运动数据，并且被配置为通过选择性地改变构成所述机器人臂的所述可移动关节中的至少一个的位置来促成对所述治疗头的动态位置控制，其中所述动态位置控制被配置为在使用所述治疗头进行放射治疗时使所述治疗头和所述患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.13 US 62/361,7151.一种用于术中放疗的机器人系统，包括：机器人臂，其由多个可移动关节组成并且第一端固定在基部；治疗头，其设置在所述机器人臂的远离所述基部的第二端上；所述治疗头包括至少一个X射线部件，所述至少一个X射线部件被配置为促成产生X射线波长范围内的放疗性放射；至少一个患者运动传感器，其用于检测与呼吸相关的患者身体的移动；和控制系统，其由电子电路组成，所述控制系统响应来自所述至少一个患者运动传感器的患者运动数据，并且被配置为通过选择性地改变构成所述机器人臂的所述可移动关节中的至少一个的位置来促成对所述治疗头的动态位置控制，其中所述动态位置控制被配置为在使用所述治疗头进行放射治疗时使所述治疗头和所述患者体内的瘤床之间的相对运动最小化。2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头在三个正交方向上的运动。3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述控制系统被配置为选择性地控制所述治疗头的位置，以在与呼吸相关的所述患者身体移动期间，使所述治疗头内的所述放疗性放射的源与所述瘤床的所有表面之间的距离变化最小化。4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中所述控制系统还被配置为选择性地控制所述治疗头的转动，以在与呼吸相关的患者身体移动的条件下，使所述放疗性放射的源相对于包括所述瘤床的表面的位置的角度变化最小化。5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述至少一个患者运动传感器由力传感器组成，所述力传感器被配置为感测由于所述患者移动而施加在所述机器人臂上的力。6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中所述力传感器由至少一个关节传感器组成，所述至少一个关节传感器被配置为感测施加在组成所述机器人臂的所述多个可移动关节中的至少一个上的力。7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述至少一个患者运动传感器是光学传感器，所述光学传感器被配置为检测至少一个基准标记的位置。8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述机器人臂支撑多个功用通道以促成放射治疗功能和操作，所述功用通道选自流体功用通道、电力功用通道和数据功用通道的组。9.根据权利要求3所述的机器人系统，还包括可膨胀球囊构件，所述可膨胀球囊构件被设置成至少封闭所述治疗头的远端，所述放疗性放射源自所述远端，其中所述流体功用通道被配置为将流体传入和传出所述球囊构件的内部。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯尔曼·费雪曼，
申请(专利权)人：胜赛斯医疗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US