專利名稱：機器人放射治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種機器人放射治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腫瘤放射治療的目的是給腫瘤靶區(qū)最大的治療劑量，而使周圍正常組織和器官受的照射劑量最小，以提高腫瘤的局部控制率，減少正常組織的并發(fā)癥。要達到這個目的，在進行放射治療工作時，必須做到“四精”，即精確診斷、精確設(shè)計、精確定位和精確治療。近年來，隨著放射物理學、放射生物學、臨床腫瘤學和醫(yī)學影像學等相關(guān)學科的發(fā)展，放射治療技術(shù)發(fā)生了巨大變化。傳統(tǒng)的常規(guī)放療正向精確放射治療轉(zhuǎn)變。所謂精確放射治療技術(shù)，就是指采用現(xiàn)代化的計算機技術(shù)、醫(yī)學影像技術(shù)、放射生物技術(shù)、放射物理技術(shù)和臨床腫瘤治療技術(shù)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(shù)。
精確放射治療技術(shù)包括三維適形放射治療(3D-CRT)技術(shù)、調(diào)強放射治療(IMRT)技術(shù)、立體定向放射治療(SRT)技術(shù)、立體定向放射外科(SRS)、圖像引導的放射治療(IGRT)以及斷層掃描調(diào)強治療(Tomotherapy)和自控刀(如“Cyberknife”)等。精確放射治療技術(shù)能明顯提高腫瘤的局部控制率，降低正常組織的并發(fā)癥，從而提高治療效果。其中，中國專利200410081270.6“自控動態(tài)立體定向放射治療系統(tǒng)”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(shè)備、縮短治療過程、提高治療精度、降低治療成本的優(yōu)點，但仍然有可進一步完善的地方。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種機器人放射治療系統(tǒng)，將現(xiàn)代放射治療中的模擬定位、治療計劃、圖像引導、精確定位、適形治療、劑量驗證完全集成在一起，以成為真正“智能型”、“一體化”的全身腫瘤精確放射治療系統(tǒng)。
本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的本實用新型的機器人放射治療系統(tǒng)由正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，射線源，實時劑量驗證系統(tǒng)六大模塊組成，其中，正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)通過網(wǎng)絡分別與三維數(shù)控治療床、實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、射線源、實時劑量驗證系統(tǒng)相連，三維數(shù)控治療床與實時影像自動跟蹤系統(tǒng)相連，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)相連，機器人系統(tǒng)與射線源相連，射線源與實時劑量驗證系統(tǒng)相連；其特征在于實時影像自動跟蹤系統(tǒng)由C型臂實時影像系統(tǒng)、紅外自動跟蹤定位儀(13)和電磁自動跟蹤定位儀(14)組成，腫瘤治療靶區(qū)吸收劑量實時劑量驗證系統(tǒng)由二維矩陣電離室或非晶硅(硒)EPID(電子射野圖像系統(tǒng))組成，安裝在二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)上。
上述方案中，C型臂實時影像系統(tǒng)由C臂滑軌(1)、C臂轉(zhuǎn)軸(2)、C臂底座(3)和安裝在C臂滑軌兩端的X射線源(4)、X線探測器(5)組成，C臂滑軌(1)可引導X射線源(4)和X線探測器(5)作大于180°運動，臂深可控制在750mm～1000mm之間，C臂水平軸可旋轉(zhuǎn)±180°，垂直軸左右擺動±12°；X射線源(4)能量為KV級，在80～150KV之間可調(diào)。
上述方案中，X線探測器(5)可為CCD影像增強器或非晶硅(硒)平板探測器，探測器最大有效探測面積可達41cm×41cm。
上述方案中，三維數(shù)控治療床由可前、后、左、右、上、下和旋轉(zhuǎn)運動的數(shù)控移動碳纖維床板(7)、帶支架和面罩的頭部固定器(17)、可上、下及360°旋轉(zhuǎn)運動治療床升降轉(zhuǎn)軸(9)以及可使二維矩陣電離室或非晶硅(硒)EPID(電子射野圖像系統(tǒng))作X、Y、Z三維數(shù)控運動的二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)和控制系統(tǒng)組成；三維數(shù)控治療床的控制系統(tǒng)和實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)以及射線源的控制系統(tǒng)互動連接，在治療過程中，通過控制系統(tǒng)，可以非常精準實現(xiàn)機器人放療系統(tǒng)的射束輸出—靶區(qū)—治療體位三位一體的配合。
上述方案中，機器人系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和機器人(10)組成。
上述方案中，射線源由控制系統(tǒng)和安裝在機器人(10)的手臂上的6MV X波段水冷直線加速器(11)組成，在直線加速器(11)前端配有變野準直器(12)適配器，根椐病人病情需要選擇不同的準直器。
本實用新型提出的機器人放射治療系統(tǒng)(Robort RadiotherapySystem)(RRTS)，是一種集成(或一體化)放射治療系統(tǒng)。
RRTS系統(tǒng)主要治療的疾病有
頭頸部腫瘤如膠質(zhì)細胞瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、顱底腫瘤、轉(zhuǎn)移瘤、鼻咽癌等；體部實體腫瘤如肺部腫瘤、乳腺腫瘤、胰腺腫瘤、肝臟腫瘤、腎臟腫瘤、乳腺腫瘤；脊髓部位腫瘤、前列腺腫瘤、婦科腫瘤、骨科腫瘤；血管畸形如動靜脈血管畸形和海綿狀血管畸形等；神經(jīng)系統(tǒng)疾病如三叉神經(jīng)痛、癲癇、帕金森病、腰神經(jīng)根病變；良性瘤如腦膜瘤、聽神經(jīng)瘤、神經(jīng)鞘膜瘤、垂體瘤、血管母細胞瘤、其它良性腫瘤等；部分心血管疾病。
RRTS系統(tǒng)的特點“RRTS”是利用一個能產(chǎn)生6MV X波段射線、重約150公斤的水冷式輕型直線電子加速器作為治療射線源；該系統(tǒng)配有一個六自由度機械臂，加速器依附在機械臂上，通過計算機軟件運算和操作；采用圖像引導技術(shù)獲取的低劑量三維容積圖像(3D Volume Image)追蹤腫瘤位置，運用實時測得的劑量校正引導機器人放射治療系統(tǒng)束流劑量，然后再以準確劑量的放射線來照射腫瘤。計算機控制的機器手的位置重復精度小于0.2毫米，幾乎可以接近傳統(tǒng)立體定位放射外科(X刀、γ刀)所無法達到的所有病變部位。系統(tǒng)既可作常規(guī)共面或非共面等中心照射，也可作非等中心照射；既可實現(xiàn)常規(guī)圓形射野治療技術(shù)，也可實現(xiàn)方野多種調(diào)強放射治療技術(shù)；完全不使用框架和頭盔，對病人進行無創(chuàng)傷治療，解除了病人的有創(chuàng)定位痛苦和心理壓力，使治療過程更有效地進行；先進的容積影像引導技術(shù)和紅外電磁自動跟蹤定位系統(tǒng)可以在治療過程中動態(tài)實時追蹤病人和靶目標，對肺、肝、腎、胰等運動組織器官腫瘤可實施高精準“動態(tài)放療”，這是目前所有放療設(shè)備和技術(shù)均作不到的；非等中心照射的優(yōu)勢可使放射劑量在病變部位達到最佳的均勻分布和適形性，完全消除劑量分布上的冷點和熱點，療效明顯增強；采取可變野的圓形和方形準直器，運用獨創(chuàng)的射野--距離—時間調(diào)強技術(shù)，解決了在大野照射腫瘤時，自控刀(如“Cyberknife”)不能進行調(diào)強放治療的弱點，大大提高了設(shè)備的使用效率和應用范圍，這也是RRTS和其它治療技術(shù)根本根本不同的地方之一。
配備有實時劑量測量系統(tǒng)，可以即時測定計算出體內(nèi)腫瘤靶區(qū)的受照劑量，保證放療計劃的準確執(zhí)行，這也是其它治療技術(shù)完全不具備的功能。
可提供正向治療計劃，也可提供逆向治療計劃；可單次治療，也可分次治療，兼容放射外科和放射治療兩種功能。
6MV加速器產(chǎn)生的X射線束通過可變野準直器用單束或多束多種調(diào)強方式從不同的方向聚焦至病灶點，使病灶點承受高劑量的放射，減少對周圍的組織的放射。
綜上所述，由于RRTS獨有的容積圖像引導的IMRT精確放療和多部位非等中心治療等特性，使之能夠靈活應用于治療常規(guī)立體定向放射治療系統(tǒng)(γ刀、X刀)所難以接近的顱內(nèi)損傷，例如腦膜瘤、鼻咽癌、轉(zhuǎn)移瘤、腦神經(jīng)瘤、脊髓瘤特別能夠接近顱部比較低處的孔、凹和頸髓上的損傷部位，以及靠近關(guān)鍵部位的顱內(nèi)病變。尤其是，它能夠?qū)θ泶蟛糠制鞴俳M織的實體腫瘤進行治療，是真正意義上的圖像引導的人工智能放射治療和全身放射外科設(shè)備。而它的射束具有近乎“激光制導”的精準和6個自由度的靈巧，因此也為用于外照射預防和治療某些心血管疾病開辟了一條新的途徑。
所以，本實用新型的機器人放射治療系統(tǒng)，將現(xiàn)代放射治療中的模擬定位、治療計劃、圖像引導、精確定位、適形治療、劑量驗證完全集成在一起，成為了真正“智能型”、“一體化”的全身腫瘤精確放射治療系統(tǒng)。


圖1是本實用新型實施例的正面示意圖。
圖2是本實用新型實施例的側(cè)面示意圖。
圖3是本實用新型的軟件工作模塊圖。
圖4是本實用新型的工作流程圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例進一步詳述本實用新型，但本實用新型不僅限于所述實施例。
附圖中，各數(shù)字的含義為1C臂滑軌；2C臂轉(zhuǎn)軸；3C臂底座；4X線射線源；5X線探測器；6病人；7數(shù)控移動碳纖維床板；8二維矩陣劑量儀運動支撐架；9治療床升降轉(zhuǎn)軸；10機器人；11治療放射源；12可變野準直器；13紅外自動跟蹤定位儀；14電磁自動跟蹤定位儀；15體表標記物；16電磁發(fā)生器；17頭部固定器。
如圖1和圖2所示，本實用新型的機器人放射治療系統(tǒng)由正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，射線源，實時劑量驗證系統(tǒng)六大模塊組成，其中，放射治療計劃系統(tǒng)分別與三維數(shù)控治療床、實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、射線源、實時劑量驗證系統(tǒng)相連，三維數(shù)控治療床與實時影像自動跟蹤系統(tǒng)相連，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)相連，機器人系統(tǒng)與射線源相連，射線源與實時劑量驗證系統(tǒng)相連；其特征在于實時影像自動跟蹤系統(tǒng)由C型臂實時影像系統(tǒng)、紅外自動跟蹤定位儀(13)和電磁自動跟蹤定位儀(14)組成，腫瘤治療靶區(qū)吸收劑量實時劑量驗證系統(tǒng)由二維矩陣電離室或非晶硅(硒)EPID(電子射野圖像系統(tǒng))組成，并安裝在二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)上，在治療過程中，矩陣電離室或非晶硅(硒)EPID的中心點始終和靶區(qū)中心點保持一致。為了進一步提高系統(tǒng)治療精度和自動化程度，本系統(tǒng)針對體內(nèi)運動器官(如肝、肺、腎、心等)運動造成體位和腫瘤靶區(qū)移動誤差，配備了兩套自動定位跟蹤系統(tǒng)采用在體表皮膚放置體表標記物(15)的紅外自動跟蹤定位儀(13)和采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器(16)的電磁自動跟蹤定位儀(14)，在治療過程中，病人的體位和因內(nèi)部器官運動造成的靶區(qū)細小移動，通過這兩種自動跟蹤定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和C型臂實時影像系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、比較，將修正后經(jīng)主治醫(yī)生確認的數(shù)據(jù)輸送給機器人(10)的控制系統(tǒng)進行調(diào)整。
C型臂實時影像系統(tǒng)由C臂滑軌(1)、C臂轉(zhuǎn)軸(2)、C臂底座(3)和安裝在C臂滑軌兩端的X射線源(4)、X線探測器(5)組成，C臂滑軌(1)可引導X射線源(4)和X線探測器(5)作大于180°運動，臂深可控制在750mm和1000mm之間，C臂水平軸可旋轉(zhuǎn)±180°，垂直軸左右擺動±12°；X射線源(4)能量為KV級，在80～150KV之間可調(diào)。
X線探測器(5)可為CCD影像增強器或非晶硅(硒)平板探測器，探測器最大有效探測面積可達41cm×41cm。
病人(6)被放置在三維數(shù)控治療床上，三維數(shù)控治療床由可前、后、左、右、上、下和旋轉(zhuǎn)運動的數(shù)控移動碳纖維床板(7)、帶支架和面罩的頭部固定器(17)、可上、下及360°旋轉(zhuǎn)運動治療床升降轉(zhuǎn)軸(9)以及可使二維矩陣電離室或非晶硅(硒)EPID作X、Y、Z三維數(shù)控運動的二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)和控制系統(tǒng)組成；三維數(shù)控治療床的控制系統(tǒng)和實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)以及射線源的控制系統(tǒng)互動連接。在常規(guī)治療過程中，通過控制系統(tǒng)，可以非常精準實現(xiàn)機器人放療系統(tǒng)的射束輸出—靶區(qū)—治療體位三位一體的配合。
機器人系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和機器人(10)組成。本系統(tǒng)的最主要裝置是機器人(10)，它有6個自由度，手臂最大負重240公斤，最大回轉(zhuǎn)半徑大于1米，機器手移動重復精度小于0.2mm，通過控制系統(tǒng)的指令，可以非常靈活地用于放射治療。系統(tǒng)既可作常規(guī)共面或非共面等中心照射，也可作非等中心照射，既可實現(xiàn)常規(guī)園形射野治療技術(shù)，也可實現(xiàn)方野多種調(diào)強放射治療技術(shù)，并且可以在醫(yī)生工作站上虛擬模擬治療全過程。
射線源由控制系統(tǒng)和安裝在機器人(10)的手臂上的6MV X波段水冷直線加速器(11)組成，直線加速器(11)在1米處每分鐘的輸出劑量率大于200MU，最大重量不超過150公斤。在直線加速器(11)前端配有變野準直器(12)適配器，根據(jù)病人病情需要選擇不同的準直器。一般說來，對于頭顱、脊柱等部位小于3cm的腫瘤，選用園形準直器，而對于體部較大的實體瘤(如大于6cm)，則選用方形準直器進行調(diào)強放射治療。
如圖3和圖4所示，本實用新型的機器人放射治療系統(tǒng)的工作過程如下當病人確診要進行用機器人放射治療系統(tǒng)治療時，醫(yī)生首先用存在中心數(shù)據(jù)庫內(nèi)病人的CT(X線斷層攝影)、MRI(核磁共振)或PET/CT診斷出來的病灶圖像，根據(jù)病情在正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)(TPS)中設(shè)計出優(yōu)化的放射治療計劃。初步設(shè)計出采用RRTS放射治療的技術(shù)方式(常規(guī)射束或IMRT)和機器參數(shù)，計算和優(yōu)化出病灶點需接受的放射劑量。
將病人送入治療室安放在治療床上，進行病人體位校準。在治療前，利用C臂三維X線影像采集處理系統(tǒng)追蹤病人體部靶區(qū)位置的移動。該系統(tǒng)可以拍X片、連續(xù)圖像和X射線容積圖像，獲得病人在治療位置上的三維容積圖像，無需植入標記物，經(jīng)一次旋轉(zhuǎn)即可采集到具有和CT一樣的對比度，能夠分辨腫瘤或危險器官等軟組織結(jié)構(gòu)的完整三維圖像。
進行治療時，X線追蹤系統(tǒng)(射線導航系統(tǒng))也會不斷把治療過程中所獲取的帶有骨型參考點圖像與先前儲存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的病灶點圖像相互比較，以便決定腫瘤的正確位置，再把這些數(shù)據(jù)輸送至機器人機械臂，隨時實時修正，根據(jù)放射治療計劃的要求，使射束按要求對準靶區(qū)。
RRTS系統(tǒng)的影像引導技術(shù)在治療全過程中追蹤靶目標。該系統(tǒng)與放射影像先前獲得的CT掃描圖像進行融合、配準，反復確定靶目標與骨型參考點解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系。如果采集的影像監(jiān)測到病人靶區(qū)的任何位移，RRTS系統(tǒng)的控制系統(tǒng)指示直線加速器根據(jù)靶目標反饋回來的信息，重新做出非常精確的二次定位。
由于上述圖像引導自動跟蹤過程只作到了射束照射野與腫瘤靶區(qū)的“形似”(即所謂適形)。在治療過程中，腫瘤真實接受到的準確劑量，是由放在病人體后的二維矩陣電離室劑量儀在治療過程中直接測量得到的。對這個實時測量劑量進行重建和TPS計算劑量進行比較，若實時監(jiān)測所照射治療靶區(qū)接受的真實劑量和計劃劑量有差異，當這種差異超過了一定的誤差范圍，系統(tǒng)會自動提示工作人員，或自動修正造成誤差的原因，或修改治療計劃和治療條件，或使機器人中止治療。
在對體內(nèi)可能運動的臟器如肝、肺、心臟等部位靶區(qū)治療時，為了更準確反映靶目標的細小移動，RRTS還配有兩腫自動跟蹤定位儀1).采用在體表皮膚放置體表標記物的紅外自動跟蹤定位儀(被動式)；2).采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器的電磁自動跟蹤定位儀(主動式)。它們捕獲的器官運動位移會即時傳輸給機器人控制系統(tǒng)進行位置修正。
當進行IMRT方式治療時，機器人位置的上下左右移動以及不同位置上變野準直器野的大小和駐留時間都由治療計劃系統(tǒng)TPS軟件和機器人控制程序配合完成。
權(quán)利要求1.一種機器人放射治療系統(tǒng)，由正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，射線源和實時劑量驗證系統(tǒng)六大模塊組成，其中，正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)通過網(wǎng)絡分別與三維數(shù)控治療床、實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、射線源、實時劑量驗證系統(tǒng)相連，三維數(shù)控治療床與實時影像自動跟蹤系統(tǒng)相連，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)相連，機器人系統(tǒng)與射線源相連，射線源與實時劑量驗證系統(tǒng)相連；其特征在于實時影像自動跟蹤系統(tǒng)由C型臂實時影像系統(tǒng)、紅外自動跟蹤定位儀(13)和電磁自動跟蹤定位儀(14)組成，腫瘤治療靶區(qū)吸收劑量實時劑量驗證系統(tǒng)由二維矩陣電離室或非晶硅電子射野圖像系統(tǒng)組成，安裝在二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人放射治療系統(tǒng)，其特征在于C型臂實時影像系統(tǒng)由C臂滑軌(1)、C臂轉(zhuǎn)軸(2)、C臂底座(3)和安裝在C臂滑軌兩端的X射線源(4)、X線探測器(5)組成，C臂滑軌(1)引導X射線源(4)和X線探測器(5)作大于180°運動，臂深控制在750mm～1000mm之間，C臂水平軸可旋轉(zhuǎn)±180°，垂直軸左右擺動±12°；X射線源(4)能量為KV級，在80～150KV之間可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人放射治療系統(tǒng)，其特征在于X線探測器(5)可為CCD影像增強器或非晶硅平板探測器，探測器最大有效探測面積可達41cm×41cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人放射治療系統(tǒng)，其特征在于三維數(shù)控治療床由可前、后、左、右、上、下和旋轉(zhuǎn)運動的數(shù)控移動碳纖維床板(7)、帶支架和面罩的頭部固定器(17)、可上、下及360°旋轉(zhuǎn)運動治療床升降轉(zhuǎn)軸(9)以及可使二維矩陣電離室或非晶硅電子射野圖像系統(tǒng)作X、Y、Z三維數(shù)控運動的二維矩陣劑量儀運動支撐架(8)和控制系統(tǒng)組成；三維數(shù)控治療床的控制系統(tǒng)和實時影像自動跟蹤系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)以及射線源的控制系統(tǒng)互動連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人放射治療系統(tǒng)，其特征在于機器人系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和機器人(10)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人放射治療系統(tǒng)，其特征在于射線源由控制系統(tǒng)和安裝在機器人(10)的手臂上的6MV X波段水冷直線加速器(11)組成，在直線加速器(11)前端配有變野準直器(12)適配器。
專利摘要本實用新型涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中的一種機器人放射治療系統(tǒng)，由正、逆向放射治療計劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床，實時影像自動跟蹤系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)，射線源，實時劑量驗證系統(tǒng)六大模塊組成，其特征在于實時影像自動跟蹤系統(tǒng)由C型臂實時影像系統(tǒng)、紅外自動跟蹤定位儀和電磁自動跟蹤定位儀組成，腫瘤治療靶區(qū)吸收劑量實時劑量驗證系統(tǒng)由二維矩陣電離室或非晶硅(硒)電子射野圖像系統(tǒng)組成，安裝在二維矩陣劑量儀運動支撐架上。本實用新型的機器人放射治療系統(tǒng)，將現(xiàn)代放射治療中的模擬定位、治療計劃、圖像引導、精確定位、適形治療、劑量驗證完全集成在一起，成為了真正"智能型"、"一體化"的全身腫瘤精確放射治療系統(tǒng)。
文檔編號B25J11/00GK2910255SQ20062000509
公開日2007年6月13日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者吳大怡, 吳大可 申請人:吳大怡, 吳大可