機器人無創放射治療系統技術方案

本發明專利技術涉及醫療設備領域中的一種機器人無創放射治療系統，由放射治療計劃系統，三維數控治療床，四維實時影像自動追蹤系統，機器人系統，放射源，輔助治療系統和集成控制系統七大模塊組成；四維實時影像自動追蹤系統由六自由度G形臂實時影像系統和智能追蹤系統組成；六自由度G形臂實時影像系統由G形臂、G臂滑軌、G臂轉軸、G臂俯仰軸和G臂滑座依次連接，X射線源和X射線動態平板探測器為一組，兩組對應安裝在G形臂上，G臂滑座安裝在軌道(9)中。本發明專利技術克服了現有技術投影時間不匹配，費時，治療精度低的缺陷，既可進行全身腫瘤精確放療，也可進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及醫療設備領域，具體為一種機器人無創放射治療系統。
技術介紹
放射治療是進行腫瘤治療的重要手段之一。在進行放射治療工作時，必須做到“四精”，即精確診斷、精確設計、精確定位和精確治療。所謂精確放射治療技術，就是指采用現代化的計算機技術、醫學影像技術、放射生 物技術、放射物理技術和臨床腫瘤治療技術為手段，對腫瘤進行“精確診斷、精確定位、精確計劃、精確治療”的一種新的放射治療技術。精確放射治療技術能明顯提高腫瘤的局部控制率，降低正常組織的并發癥，從而提高治療效果。精確放射治療技術包括三維適形放射治療(3D-CRT)技術、調強放射治療(MRT)技術、立體定向放射治療(SRT)技術、立體定向放射外科(SRS)、圖像引導的放射治療(IGRT)以及螺旋斷層掃描調強治療等。如美國Accurary公司的Cyberknife系統，螺旋斷層放療TomoTherapy系統。縱觀各類圖像引導精確放療方法和動態放療方法，基本的解決路線歸納為:快速獲取腫瘤三維形態和參考坐標，精確估計腫瘤的運動并計算偏移量，預測經傳輸和治療延時后的腫瘤位置，通過相應的設備補償腫瘤運動。在上述解決路線中，問題關鍵在于實時探測腫瘤并跟蹤靶區位置。在這一現實條件下，圖像引導放療可以按照兩類情況發展:一是簡捷動態治療系統，它主要關心和跟蹤腫瘤的質心和設備的等中心點，并采用特定的誤差(如系統誤差、隨機誤差、劑量誤差)控制措施，保證治療過程的安全性，如前述的基于X射線成像系統的放射治療；二是復合動態治療系統，它除了包含簡捷動態系統的特點，主要利用加入時間變量的容積成像技術、目標探測與圖像配準技術、電生理信號控制等方案精確引導放療過程，這便是四維放射治療的基本內容。然而，現在大部分放療設備還沒有達到可以進行四維放療的要求。其中，中國專利200410081270.6 “自控動態立體定向放射治療系統”將模擬定位、治療計劃、圖像引導、精確照射、適形治療完全集成在一起，具有減少放療設備、縮短治療過程、提高治療精度、降低治療成本的優點，但仍然有可進一步完善的地方。中國專利CN101015723A公開的基于C臂的機器人放射治療系統，采用了 C臂單個X光成像進行圖像配準和引導，可以實現靶區的位置校正和靶區追蹤。但由于C臂只有一個X光發射源，需要選取兩個位置進行靶區投影才能聚合出靶區的三維坐標，這就增加了動態跟蹤定位成像時間，并且不同位置成像會有時間差，造成投影時間不匹配問題，有進一步改進的必要。Cyberknife系統的外掛式X — sight模式，采用雙束正交X光成像系統進行位置配準和校正，可以快速地得到靶區的空間坐標，有利于進行靶區位置的實時跟蹤。但是，它只能通過雙束正交KV成像聚合出靶區的三維坐標位置，而不能在一個位置得到三維的圖像數據，其反映的信息不足以描述腫瘤的實時的真切物理形狀。此外，Cyberknife系統的X — sight只能在固定的位置和角度上獲取靶區二維圖像，如果需要校正等中心位置，還需要對治療床進行移動，既費時又降低了治療精度。這種X線圖像引導結構無法適應要求更精細，更準確，多角度，多方位需要進行血管和神經系統造影動態定位跟蹤的心血管疾病治療。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術投影時間不匹配，費時，治療精度低的缺陷，提供一種機器人無創放射治療系統，以圖像引導為基礎，既可進行全身腫瘤精確放療，也可進行心血管疾病治療和腎神經疾病無創調節。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的: 本專利技術的機器人無創放射治療系統由放射治療計劃系統，三維數控治療床(15)，四維實時影像自動追蹤系統，機器人系統(17)，放射源，輔助治療系統和集成控制系統七大模塊組成；其中，放射治療計劃系統是本系統核心部分，通過網絡分別與三維數控治療床(15)、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統(17)、放射源、輔助治療系統和集成控制系統相連；三維數控治療床(15)與四維實時影像自動追蹤系統相連；四維實時影像自動追蹤系統與機器人系統(17)相連；機器人系統(17)與放射源相連；放射源與輔助治療系統相連；其特征在于三維數控治療床(15)、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統(17)、放射源和輔助治療系統都與集成控制系統相連；四維實時影像自動追蹤系統由六自由度G形臂實時影像系統和智能追蹤系統組成；六自由度G形臂實時影像系統由G形臂(6)、G臂滑軌(I)、G臂轉軸(2 )、G臂俯仰軸(3 )和G臂滑座(4 )依次連接，X射線源(5 )和X射線動態平板探測器(7)為一組，兩組對應安裝在G形臂(6)上，G臂滑座(4)安裝在軌道(9)中，軌道(9)安裝在治療室天花板上的天軌(8)或地面上，使G臂滑座(4)可在天花板平面上做二維運動或在地面上做沿三維數控治療床(15)方向的縱向運動；智能追蹤系統由紅外自動追蹤定位儀(11)、電磁自動追蹤定位儀(13)和呼吸監控傳感器(14)組成；輔助治療系統根據治療不同類型病患需要，由實時劑量驗證系統或輔助患者情緒調節系統組成。上述方案中，所述六自由度G形臂實時影像系統中的G形臂(6)可做升降運動，G臂滑軌(I)可引導兩組X射線源(5)和X射線動態平板探測器(7)做大于90度的運動，G形臂(6)可繞G臂轉軸(2)±90°轉動，可繞G臂俯仰軸(3)前后擺動±15° ;X射線源(5)和X射線動態平板探測器(7)以滑動連接方式加固定螺釘安裝在G形臂(6)兩側，以便調節兩組射線源(5 )和X射線動態平板探測器(7 )的連線為相互垂直或不垂直，X射線源(5 )為千伏(KV)級，在80 150KV之間可調，X射線動態平板探測器(7)可為CXD影像增強器或非晶硅動態平板探測器或非晶硒動態平板探測器，探測器最大有效探測面積可達41cm X41cm。上述方案中，所述智能追蹤系統采用在體表皮膚放置體表標記物(10)的紅外自動追蹤定位儀(11)和采用在體內腫瘤組織上放置電磁發生器(12)的電磁自動追蹤定位儀(13)，為了更好地追蹤呼吸運動，同時特配一套呼吸監控傳感器(14)。上述方案中，所述放射源為一臺6MV水冷直線加速器(18)，安裝在機器人系統(17)上，在水冷直線加速器(18)前端配有可變野準直器(19)適配機構，根據治療的病種的不同需要選擇不同的準直器，如圓形準直器、方形準直器、微細口徑準直器、針孔準直器或空白準直器(即沒有孔徑、射野為零的準直器)。上述方案中，所述實時劑量驗證系統由二維矩陣電離室或非晶硅電子射野圖像系統或非晶硒電子射野圖像系統(EPID)組成，安裝在三維數控治療床(15)上的二維矩陣劑量儀運動支撐架(20)上，用于放射治療時，實時驗證腫瘤治療靶區吸收劑量。上述方案中，所述輔助患者情緒調節系統由音樂放松系統和語音提示系統組成。上述方案中，所述三維數控治療床(15)的移動重復定位精度為±0.02mm，最大承載200 Kg;用于承載患者(16)和輔助定位，治療床可前后縱向伸縮，可上下高度調節，可左右移動調節，即實現沿X (人體左右)、Y (人體縱向)、Ζ (上下)三個方向的直線運動；三維數控治療床(15)安裝的治療輔助系統根據治療不同類型病患需要配置。本專利技術的設備部分由四維實時影像自動追蹤系統、三維數控治療床、機器人系統和治療輔助系統設備四大部分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機器人無創放射治療系統，由放射治療計劃系統，三維數控治療床（15），四維實時影像自動追蹤系統，機器人系統（17），放射源，輔助治療系統和集成控制系統七大模塊組成；其中，放射治療計劃系統通過網絡分別與三維數控治療床（15）、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統（17）、放射源、輔助治療系統和集成控制系統相連；三維數控治療床（15）與四維實時影像自動追蹤系統相連；四維實時影像自動追蹤系統與機器人系統（17）相連；機器人系統（17）與放射源相連；放射源與輔助治療系統相連；其特征在于三維數控治療床（15）、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統（17）、放射源和輔助治療系統都與集成控制系統相連；四維實時影像自動追蹤系統由六自由度G形臂實時影像系統和智能追蹤系統組成；六自由度G形臂實時影像系統由G形臂（6）、G臂滑軌（1）、G臂轉軸（2）、G臂俯仰軸（3）和G臂滑座（4）依次連接，?X射線源（5）和X射線動態平板探測器（7）為一組，兩組對應安裝在G形臂（6）上，G臂滑座(4)安裝在軌道?(9)中，軌道?(9)?安裝在治療室天花板上的天軌（8）或地面上；智能追蹤系統由紅外自動追蹤定位儀(11)、電磁自動追蹤定位儀(13)和呼吸監控傳感器（14）組成；輔助治療系統由實時劑量驗證系統或輔助患者情緒調節系統組成。...

【技術特征摘要】
1.一種機器人無創放射治療系統，由放射治療計劃系統，三維數控治療床(15)，四維實時影像自動追蹤系統，機器人系統(17)，放射源，輔助治療系統和集成控制系統七大模塊組成；其中，放射治療計劃系統通過網絡分別與三維數控治療床(15)、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統(17)、放射源、輔助治療系統和集成控制系統相連；三維數控治療床(15)與四維實時影像自動追蹤系統相連；四維實時影像自動追蹤系統與機器人系統(17)相連；機器人系統(17)與放射源相連；放射源與輔助治療系統相連；其特征在于三維數控治療床(15)、四維實時影像自動追蹤系統、機器人系統(17)、放射源和輔助治療系統都與集成控制系統相連；四維實時影像自動追蹤系統由六自由度G形臂實時影像系統和智能追蹤系統組成；六自由度G形臂實時影像系統由G形臂(6)、G臂滑軌(I)、G臂轉軸(2)、G臂俯仰軸(3)和G臂滑座(4)依次連接，X射線源(5)和X射線動態平板探測器(7)為一組，兩組對應安裝在G形臂(6)上，G臂滑座(4)安裝在軌道(9)中，軌道(9)安裝在治療室天花板上的天軌(8)或地面上；智能追蹤系統由紅外自動追蹤定位儀(11)、電磁自動追蹤定位儀(13)和呼吸監控傳感器(14)組成；輔助治療系統由實時劑量驗證系統或輔助患者情緒調節系統組成。2.根據權利要求1所述的機器人無創放射治療系統，其特征在于所述六自由度G形臂實時影像系統中的G形臂(6)可做升降運動，G臂滑軌(I)可引導兩組X射線源(5)和X射線動態平板探測器(7)做大于90度的運動，G形臂(6)可繞G臂轉軸(2) ±90°轉動，可繞G臂俯仰軸(3)前后擺動±15° ;X射線源(5)和X射線動態平板探測器(7)以滑動連接方式...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳大可，陳威銘，姚進，李超，
申請(專利權)人：成都威銘科技有限公司，
類型：發明
國別省市：