一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，包括放射治疗计划系统、放疗投照系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统、辅助治疗系统，各个系统互相连接，三维四轴双数字X射线透视系统与跟踪器同时采集的数据建立追踪靶的数字跟踪模型，放疗投照系统在放射治疗计划系统、追踪靶的数字跟踪模型、跟踪器、四维六轴协同治疗床、集成控制系统、辅助治疗系统协同配合下，对靶进行四维自适应数字跟踪适形调强聚焦照射，该精准放射治疗系统放疗计划精准、放疗投照适形精准、放疗投照聚焦精准、放疗投照靶追踪精准、靶剂量精准、靶剂量分布均匀、靶边界外剂量断崖式下降，可一次对靶投照致死剂量并个性化保护靶外组织器官不受辐射伤害。并个性化保护靶外组织器官不受辐射伤害。并个性化保护靶外组织器官不受辐射伤害。

A precise radiotherapy system based on four-dimensional adaptive digital tracking conformal intensity modulated focusing medical electron accelerator

【技术实现步骤摘要】
一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统


[0001]本专利技术属于医学肿瘤精准放射治疗领域，具体涉及一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，以下简称本专利技术。

技术介绍

[0002]放射疗法是治疗癌症的主要疗法之一。约70%的肿瘤患者需要接受放疗提高综合治疗的临床疗效。放疗设备技术落后、放疗病人俗称烤电综合净收益低、严重并发症多使得医患双方都心存芥蒂。放疗装备必须随现代科技进步同步发展。
[0003]现有放射治疗设备的最大问题是：一、靶跟踪：胸部、腹部器官因呼吸运动位移10
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30mm左右，放疗时靶跟踪非常重要。现状痛点是或没有靶跟踪系统、或影像跟踪、或影像跟踪加呼吸门控，总使得靶剂量不准确、靶剂量不均匀、靶边界勾画向外扩大又扩大、靶外正常组织器官被大剂量的有用线束照射而产生严重并发症；影像跟踪有治疗机构遮挡成像区间使得影像接受器没有靶影像而导致系统死机简称致盲死机造成致死性放射事故的风险；影像跟踪是先读出影像、再分析影像中的有用信息、然后再跟踪打靶，总是时过境迁，无法保证打靶准确；影像跟踪施加给正常组织器官剂量约1Gy，足以造成伤害和癌变。
[0004]二、投照：投照必须精准适形聚焦、靶剂量精准并且分布均匀。现状痛点是或1—7个固定射野、或投照区无差别照射的螺旋束照射，固定野照射使靶剂量分布在几个入射方向边沿剂量高、皮肤和浅表组织剂量大、靶剂量分布不均匀；螺旋束照射受多源束聚焦一点的锥形束先天缺陷影响也无法使靶剂量均匀分布，靶外正常组织器官被无差别照射无法得到个性化保护产生严重并发症。
[0005]三、智能化程度低，需要物理工程师深度参与其中的几十次照射、上百次摆位根本无法保证精准照射，投照不能即时随靶适形。
[0006]大剂量、长疗程照射。放疗处方总剂量大约60
±
10Gy被迫分几十次、疗程几个月，导致新癌发生和癌转移；60Gy是有氧细胞致死剂量的60倍左右、乏氧细胞致死剂量的12倍左右，正常组织器官累积剂量及其放射损伤同比增加。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，该精准放射治疗系统采用在机器人臂末端设置放射源构成放疗投照机构，放射源选用医用电子加速器产生高能电子束，医用电子加速器出束口设置X射线靶、初级准直器、集成转换器、射野指示灯反光装置、向下连接次级准直准直器、多叶准直器、剂量测控电离室、防触碰头等集成在防护外壳内，调制发射准直适形调强电离辐射束简称有用线束，包括电子束、X射线束，放疗投照系统在数学跟踪模型和跟踪器采集的位置信息引导和四维六轴协同治疗床的配合下实现四维自适应数字跟踪适形调强聚焦投照，使靶
获得百倍于其周围组织器官的辐射剂量而靶边界外剂量断崖式下降、靶组织剂量分布均匀、靶组织累积剂量达到致死剂量而坏死，产生类似外科手术切除的放射治疗效果，正常组织器官都得到个性化剂量限值保护实现精准放射治疗，最大程度提高放疗增益比。
[0008]1、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，包括放射治疗计划系统、放疗投照系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统、辅助治疗系统，其中，放射治疗计划系统包括软件和硬件通过计算机系统网络分别与放疗投照系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统、辅助治疗系统相连，放疗投照系统包括放射源、六轴机器人臂互相相连、且与放射治疗计划系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、集成控制系统、辅助治疗系统相连，数字跟踪系统包括跟踪器、张力传感环带、心电采集电极、靶追踪数学建模软件与放射治疗计划系统、放疗投照系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统相连，四维六轴协同治疗床包括六轴机器人臂、床板、手持控制器通过计算机系统网络与放射治疗计划系统、放疗投照系统、数字跟踪系统、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统、辅助治疗系统相连，三维四轴双数字X射线透视系统包括软件和自动悬吊四轴机器人C形臂、两组透视机构与放射治疗计划系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统、辅助治疗系统相连，集成控制系统包括软件和硬件通过计算机系统网络与放射治疗计划系统、放疗投照系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、辅助治疗系统相连，辅助治疗系统包括人机交互系统、计算机系统、保障系统与放射治疗计划系统、放疗投照系统、数字跟踪系统、四维六轴协同治疗床、三维四轴双数字X射线透视系统、集成控制系统相连，可实现肿瘤放射治疗过程的四维自适应数字跟踪适形调强聚焦投照、360
°
多弧非共面连续自适应数字跟踪适形调强聚焦投照区别于多视野分别照射、中途人工调换射野、放疗过程中自由呼吸区别于呼吸门控、无影像跟踪区别于影像跟踪。
[0009]2、进一步的，放射源包括医用电子加速器系统、X射线靶装置、初级准直器、集成转换装置、射野指示灯反光装置、次级准直器、多叶准直器、剂量测控电离室、防触碰头，它们从上至下依次设置安装在集成组架内并被防护外壳封包为整体，外壳上段重心水平位置设置双耳用于连接机器人臂末端，外壳环周设置集成坐标与位置交互导航器组件一，集成坐标与位置交互导航器组件一和计算机系统中设置的时间系统BD GPS授时组件一构成放疗投照系统四维自适应投照导航控制系统，医用电子加速器系统与供给MeV级连续可调高压的电源及高压发生调控系统、剂量测控系统、剂量测控电离室、放射治疗计划系统、集成控制系统、人机交互系统、计算机系统相连构成肿瘤放射治疗电离辐射有用线束能量、输出剂量率的反馈控制回路，医用电子加速器系统的出束口端设置X射线靶被加速射出的电子束射击产生X射线，初级准直器由初级准直器伺服电机连杆驱动选孔器调制，初级准直器为厚片/盘状、设多个不同直径的准直孔、孔径传感器、开机连锁装置，选择不同直径的准直孔以控制放疗最大射野，集成转换装置包括X射线均整器与电子束散射片由集成转换装置伺服电机连杆驱动装置调控向下与射野指示灯反光装置相连，准直适形系统包括初级准直器、次级准直器、多叶适形准直器、从上到下依次相连安装在集成组架内，多叶适形准直器下方的有用线束通路上设置电离室、射野指示灯装置，放射源的末端设置防触碰头，准直适形系
统、防护外壳均采用铅、钼、钨或其合金质材，初级准直器为厚片/盘状、设多个不同直径的准直圆孔、伺服电机连杆驱动选孔器、孔径传感器、开机连锁装置，选择不同直径的准直圆孔以控制放疗最大射野，次级准直器厚板片状共八片分四组安装在集成组架内、组间夹角为45
°
、每块板片有独立伺服电机连杆驱动器控制可过中心遮蔽射野，多叶适形准直器叶片厚片状36片—72片、每片的横断面呈梯形凸凹面、片间凸凹交错排列、每片由独立伺服电机连杆驱动器控制以随靶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，包括放射治疗计划系统（1）、放疗投照系统（2）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）、辅助治疗系统（7），其中，放射治疗计划系统（1）包括软件和硬件通过计算机系统（72）网络分别与放疗投照系统（2）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）、辅助治疗系统（7）相连，放疗投照系统（2）包括放射源（21）、六轴机器人臂（22）二者相连、且与放射治疗计划系统（1）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、集成控制系统（6）、辅助治疗系统（7）相连，数字跟踪系统（3）包括跟踪器（31）、张力传感环带（32）、心电采集电极（33）、靶追踪数学建模软件（34）与放射治疗计划系统（1）、放疗投照系统（2）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）相连，四维六轴协同治疗床（4）包括六轴机器人臂（41）、床板（42）、手持控制器（43）通过计算机系统（72）网络与放射治疗计划系统（1）、放疗投照系统（2）、数字跟踪系统（3）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）辅助治疗系统（7）相连，三维四轴双数字X射线透视系统（5）包括软件和自动悬吊四轴机器人C形臂（51）、两组透视机构（52）与放射治疗计划系统（1）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）、辅助治疗系统（7）相连，集成控制系统（6）包括软件和硬件通过计算机系统（72）网络与放射治疗计划系统（1）、放疗投照系统（2）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、辅助治疗系统（7）相连，辅助治疗系统（7）包括人机交互系统（71）、计算机系统（72）、保障系统（73）与放射治疗计划系统（1）、放疗投照系统（2）、数字跟踪系统（3）、四维六轴协同治疗床（4）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）相连，可实现肿瘤放射治疗过程的四维自适应数字跟踪适形调强聚焦投照、放疗过程中自由呼吸（区别于呼吸门控）、无影像跟踪（区别于影像跟踪）。2.根据权利要求1所述的一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，其特征在于：所述放射源（21）包括医用电子加速器系统（211）、X射线靶装置（212）、初级准直器（213）、集成转换装置（214）、射野指示灯反光装置（215）、次级准直器（216）、多叶准直器（217）、剂量测控电离室（218）、防触碰头（219）、附加过滤板（210），它们从上至下依次设置安装在集成组架（2112）内并被防护外壳（2113）封包为整体，外壳（2113）上段近重心水平位置设置双耳（2114）用于连接机器人臂末端，外壳（2113）环周设置集成坐标与位置交互导航器（7334）组件一（73341），集成坐标与位置交互导航器（7334）组件一（73341）和计算机系统（72）中设置的时间系统（732）BD GPS授时组件一（7321）构成放疗投照系统（2）四维自适应投照导航控制系统（61），医用电子加速器系统 （211）与供给MeV级连续可调高压的电源及高压发生调控系统（731）、剂量测控系统（734）、剂量测控电离室（218）、放射治疗计划系统（1）、集成控制系统（6）、人机交互系统（71）、计算机系统（72）相连构成肿瘤放射治疗电离辐射有用线束能量、输出剂量率的反馈控制回路，医用电子加速器系统（211）的出束口（2111）设置X射线靶装置（212）被加速射出的电子束射击产生X射线，初级准直器（213）由初级准直器伺服电机连杆驱动选孔器（2131）调制，初级准直器（213）为厚片/盘状、设多个不同直径的准直圆孔（2132）、孔径传感器（2133）、开机连锁装置（2134），选择不同直径的准直圆孔（2131）以控制放疗最大射野，集成转换装置（214）包括X射线均整器（2141）、电子束散射片（2142）、由集成转换装置伺服电机连杆驱动装置（2143）调控，次级准
直器（216）厚板片状共八片分四组安装在集成组架（2112）内、组间夹角为45
°
、每块板片（2161）有独立伺服电机连杆驱动器（2162）调控可过中心遮蔽射野，多叶适形准直器（217）叶片（2171）厚片状36片至72片、每片的横断面呈梯形凸凹面、片间凸凹交错排列、每片由独立伺服电机连杆驱动器（2172）控制以随靶形状大小即时调制适形，准直器（213、216、217）和防护外壳（2113）均采用铅、钼、钨或其合金质材质，次级准直器板叶片（2161）内侧面向外扩倾以消除半影，防触碰头（219）球缺环盘状、端面设置激光探测器（2191）3
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6个、或另设触压传感器（2192），在防触碰头（219）的中间通孔的环壁设置附加过滤板（210）卡位（2101），放射源（21）的防护外壳（2113）的外形为近似的鸡蛋形。3.根据权利要求1所述的一种基于四维自适应数字跟踪适形调强聚焦医用电子加速器的精准放射治疗系统，其特征在于：所述跟踪器（31）、由软件和集成六轴惯性陀螺仪角度速度加速度位置传感器（311）、压力传感器（312）、心率传感器（313）、信息接收滤波电路（314）、信号放大电路（315）、芯片电路集成板（316）、信息显示和操控装置（317）、适当铅当量的防电离辐射外壳（318）、数据传输端口（319）开关电源（310）、时间系统（732）的BD GPS授时组件二（7322）等构成，跟踪器（31）放置在腹壁或胸壁体表皮肤上连接张力传感环带（32）、心电采集电极（33），跟踪器（31）通过数据传输端口（319）的数据和控制线缆与计算机系统（72）、靶追踪数学建模软件系统（34）、三维四轴双数字X射线透视系统（5）、集成控制系统（6）、放疗投照系统（2）相连，6轴惯性陀螺仪内含集成坐标与位置交互导航器（7334）组件二（73342），集成坐标与位置交互导航器（7334）组件二（73342）和计算机系统（72）中设置时间系统（732）的BD GPS授时组件一（7321）构成跟踪器（31）的四维靶跟踪位置数据信息控制系统（62），跟踪器（31）的位置信息数据和三维四轴双数字X射线透视系统（5）的影像信息中的靶运动特征数据同时采集、通过计算机系统（72）中的靶追踪数学建模软件系统（34）建立追踪靶的数字跟踪模型（341），放射治疗计划系统（1）、计算机系统（72）、集成控制系统（...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全锋，黄香菊，
申请(专利权)人：王全锋，
类型：发明
国别省市：