專利名稱：機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
放射治療是進(jìn)行腫瘤治療的重要手段之一。在進(jìn)行放射治療工作時(shí)，必須做到“四精”，即精確診斷、精確設(shè)計(jì)、精確定位和精確治療。所謂精確放射治療技術(shù)，就是指采用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)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(duì)腫瘤進(jìn)行“精確診斷、精確定位、精確計(jì)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)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。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(qiáng)放射治療(MRT)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(dǎo)的放射治療(IGRT)以及螺旋斷層掃描調(diào)強(qiáng)治療等。如美國Accurary公司的Cyberknife系統(tǒng)，螺旋斷層放療TomoTherapy系統(tǒng)?？v觀各類圖像引導(dǎo)精確放療方法和動(dòng)態(tài)放療方法，基本的解決路線歸納為:快速獲取腫瘤三維形態(tài)和參考坐標(biāo)，精確估計(jì)腫瘤的運(yùn)動(dòng)并計(jì)算偏移量，預(yù)測經(jīng)傳輸和治療延時(shí)后的腫瘤位置，通過相應(yīng)的設(shè)備補(bǔ)償腫瘤運(yùn)動(dòng)。在上述解決路線中，問題關(guān)鍵在于實(shí)時(shí)探測腫瘤并跟蹤靶區(qū)位置。在這一現(xiàn)實(shí)條件下，圖像引導(dǎo)放療可以按照兩類情況發(fā)展:一是簡捷動(dòng)態(tài)治療系統(tǒng)，它主要關(guān)心和跟蹤腫瘤的質(zhì)心和設(shè)備的等中心點(diǎn)，并采用特定的誤差(如系統(tǒng)誤差、隨機(jī)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(tǒng)的放射治療；二是復(fù)合動(dòng)態(tài)治療系統(tǒng)，它除了包含簡捷動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，主要利用加入時(shí)間變量的容積成像技術(shù)、目標(biāo)探測與圖像配準(zhǔn)技術(shù)、電生理信號(hào)控制等方案精確引導(dǎo)放療過程，這便是四維放射治療的基本內(nèi)容。然而，現(xiàn)在大部分放療設(shè)備還沒有達(dá)到可以進(jìn)行四維放療的要求。其中，中國專利200410081270.6 “自控動(dòng)態(tài)立體定向放射治療系統(tǒng)”將模擬定位、治療計(jì)劃、圖像引導(dǎo)、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(diǎn)，但仍然有可進(jìn)一步完善的地方。中國專利CN101015723A公開的基于C臂的機(jī)器人放射治療系統(tǒng)，采用了 C臂單個(gè)X光成像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)和引導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)靶區(qū)的位置校正和靶區(qū)追蹤。但由于C臂只有一個(gè)X光發(fā)射源，需要選取兩個(gè)位置進(jìn)行靶區(qū)投影才能聚合出靶區(qū)的三維坐標(biāo)，這就增加了動(dòng)態(tài)跟蹤定位成像時(shí)間，并且不同位置成像會(huì)有時(shí)間差，造成投影時(shí)間不匹配問題，有進(jìn)一步改進(jìn)的必要。Cyberknife系統(tǒng)的外掛式X — sight模式，采用雙束正交X光成像系統(tǒng)進(jìn)行位置配準(zhǔn)和校正，可以快速地得到靶區(qū)的空間坐標(biāo)，有利于進(jìn)行靶區(qū)位置的實(shí)時(shí)跟蹤。但是，它只能通過雙束正交KV成像聚合出靶區(qū)的三維坐標(biāo)位置，而不能在一個(gè)位置得到三維的圖像數(shù)據(jù)，其反映的信息不足以描述腫瘤的實(shí)時(shí)的真切物理形狀。此外，Cyberknife系統(tǒng)的X — sight只能在固定的位置和角度上獲取靶區(qū)二維圖像，如果需要校正等中心位置，還需要對(duì)治療床進(jìn)行移動(dòng)，既費(fèi)時(shí)又降低了治療精度。這種X線圖像引導(dǎo)結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)要求更精細(xì)，更準(zhǔn)確，多角度，多方位需要進(jìn)行血管和神經(jīng)系統(tǒng)造影動(dòng)態(tài)定位跟蹤的心血管疾病治療。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)投影時(shí)間不匹配，費(fèi)時(shí)，治療精度低的缺陷，提供一種機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，以圖像引導(dǎo)為基礎(chǔ)，既可進(jìn)行全身腫瘤精確放療，也可進(jìn)行心血管疾病治療和腎神經(jīng)疾病無創(chuàng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床(15)，四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)(17)，放射源，輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)七大模塊組成；其中，放射治療計(jì)劃系統(tǒng)是本系統(tǒng)核心部分，通過網(wǎng)絡(luò)分別與三維數(shù)控治療床(15)、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)(17)、放射源、輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)相連；三維數(shù)控治療床(15)與四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)相連；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)(17)相連；機(jī)器人系統(tǒng)(17)與放射源相連；放射源與輔助治療系統(tǒng)相連；其特征在于三維數(shù)控治療床(15)、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)(17)、放射源和輔助治療系統(tǒng)都與集成控制系統(tǒng)相連；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)由六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)和智能追蹤系統(tǒng)組成；六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)由G形臂(6)、G臂滑軌(I)、G臂轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)平板探測器(7)為一組，兩組對(duì)應(yīng)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(yùn)動(dòng)或在地面上做沿三維數(shù)控治療床(15)方向的縱向運(yùn)動(dòng)；智能追蹤系統(tǒng)由紅外自動(dòng)追蹤定位儀(11)、電磁自動(dòng)追蹤定位儀(13)和呼吸監(jiān)控傳感器(14)組成；輔助治療系統(tǒng)根據(jù)治療不同類型病患需要，由實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)或輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。上述方案中，所述六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)中的G形臂(6)可做升降運(yùn)動(dòng)，G臂滑軌(I)可引導(dǎo)兩組X射線源(5)和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)做大于90度的運(yùn)動(dòng)，G形臂(6)可繞G臂轉(zhuǎn)軸(2)±90°轉(zhuǎn)動(dòng)，可繞G臂俯仰軸(3)前后擺動(dòng)±15° ;X射線源(5)和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)以滑動(dòng)連接方式加固定螺釘安裝在G形臂(6)兩側(cè)，以便調(diào)節(jié)兩組射線源(5 )和X射線動(dòng)態(tài)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(jí)，在80 150KV之間可調(diào)，X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)可為CXD影像增強(qiáng)器或非晶硅動(dòng)態(tài)平板探測器或非晶硒動(dòng)態(tài)平板探測器，探測器最大有效探測面積可達(dá)41cm X41cm。上述方案中，所述智能追蹤系統(tǒng)采用在體表皮膚放置體表標(biāo)記物(10)的紅外自動(dòng)追蹤定位儀(11)和采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器(12)的電磁自動(dòng)追蹤定位儀
(13)，為了更好地追蹤呼吸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)特配一套呼吸監(jiān)控傳感器(14)。上述方案中，所述放射源為一臺(tái)6MV水冷直線加速器(18)，安裝在機(jī)器人系統(tǒng)
(17)上，在水冷直線加速器(18)前端配有可變野準(zhǔn)直器(19)適配機(jī)構(gòu)，根據(jù)治療的病種的不同需要選擇不同的準(zhǔn)直器，如圓形準(zhǔn)直器、方形準(zhǔn)直器、微細(xì)口徑準(zhǔn)直器、針孔準(zhǔn)直器或空白準(zhǔn)直器(即沒有孔徑、射野為零的準(zhǔn)直器)。上述方案中，所述實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)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)或非晶硒電子射野圖像系統(tǒng)(EPID)組成，安裝在三維數(shù)控治療床(15)上的二維矩陣劑量儀運(yùn)動(dòng)支撐架(20)上，用于放射治療時(shí)，實(shí)時(shí)驗(yàn)證腫瘤治療靶區(qū)吸收劑量。上述方案中，所述輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)由音樂放松系統(tǒng)和語音提示系統(tǒng)組成。上述方案中，所述三維數(shù)控治療床(15)的移動(dòng)重復(fù)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(diào)節(jié)，可左右移動(dòng)調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)沿X (人體左右)、Y (人體縱向)、Ζ (上下)三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)；三維數(shù)控治療床(15)安裝的治療輔助系統(tǒng)根據(jù)治療不同類型病患需要配置。本發(fā)明的設(shè)備部分由四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、三維數(shù)控治療床、機(jī)器人系統(tǒng)和治療輔助系統(tǒng)設(shè)備四大部分組成。為了能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測和治療由于呼吸而產(chǎn)生移位的運(yùn)動(dòng)腫瘤(或靶器官)，如肺部腫瘤、肝癌等，本發(fā)明配備了智能追蹤系統(tǒng)，即針對(duì)由于呼吸、患者移位而引起體內(nèi)運(yùn)動(dòng)器官(如肝、肺、腎、心等)運(yùn) 動(dòng)，造成體位和腫瘤靶區(qū)移動(dòng)誤差，配備了兩套自動(dòng)定位追蹤系統(tǒng)。自動(dòng)定位追蹤系統(tǒng)采用在體表皮膚放置體表標(biāo)記物的紅外自動(dòng)追蹤定位儀和采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器的電磁自動(dòng)追蹤定位儀，同時(shí)為了更好地追蹤呼吸運(yùn)動(dòng)，特配一套呼吸監(jiān)控傳感器。在治療過程中，患者的體位和因內(nèi)部器官運(yùn)動(dòng)造成的靶區(qū)細(xì)小移動(dòng)，通過這兩種自動(dòng)追蹤定位系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和G形臂四維實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、比較，將修正后的數(shù)據(jù)輸送給機(jī)器人放射治療系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明針對(duì)患者對(duì)于放射治療過程的恐懼、壓抑、緊張等情緒會(huì)影響患者生理動(dòng)作(如呼吸、心跳、脈動(dòng)等)和體內(nèi)器官(如肝、肺、心、腎等)運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定，以及引起身體的持續(xù)移動(dòng)而需要連續(xù)的實(shí)時(shí)追蹤、實(shí)時(shí)成像、實(shí)時(shí)位置補(bǔ)償，特配備了輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。采用智能追蹤系統(tǒng)追蹤到的患者呼吸、脈動(dòng)等信號(hào)，識(shí)別患者當(dāng)前情緒，進(jìn)而將此情緒信號(hào)數(shù)據(jù)輸送給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，自動(dòng)控制音樂的音調(diào)、舒緩，同時(shí)根據(jù)不同狀態(tài)情緒信號(hào)觸發(fā)自動(dòng)語音提示系統(tǒng)，對(duì)患者進(jìn)行相應(yīng)的語音提示，從而減小由于患者治療過程中的不穩(wěn)定情緒、動(dòng)作帶來的治療誤差。此外，本發(fā)明的治療計(jì)劃根據(jù)需要，對(duì)患者的治療設(shè)計(jì)最佳治療計(jì)劃，選擇射線能量、靶區(qū)、劑量分布及其它參數(shù)。系統(tǒng)提供以下治療計(jì)劃的選項(xiàng):逆向治療計(jì)劃、非等中心投射治療計(jì)劃、分期分次治療計(jì)劃，自適應(yīng)治療計(jì)劃等。治療計(jì)劃是本系統(tǒng)的核心，它根據(jù)患者的CT、MR1、US、PET等醫(yī)學(xué)圖像資料所獲取的腦部或體部器官和腫瘤組織的三維圖像，初步設(shè)計(jì)出采用放射治療的技術(shù)方式(常規(guī)放療，IMRT或自適應(yīng)放射治療)和各種機(jī)器參數(shù)，計(jì)算和優(yōu)化出病灶點(diǎn)需接受的放射劑量。還要隨時(shí)根據(jù)位移跟蹤系統(tǒng)和劑量驗(yàn)證系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)修改計(jì)劃。本發(fā)明中六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)具備滿足兩方面的要求的能力，一是類似于CBCT成像模式，正交的X射線動(dòng)態(tài)平板探測系統(tǒng)圍繞等中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定角度進(jìn)行錐束(CB)斷層成像，獲取靶區(qū)的三維目標(biāo)的容積成像數(shù)據(jù)；二是G形臂的雙束正交Kv級(jí)X光成像系統(tǒng)，不斷定位靶區(qū)質(zhì)心和設(shè)備的等中心點(diǎn)，獲得靶區(qū)的實(shí)時(shí)位置。然后將G形臂實(shí)時(shí)的“雙束正交X光成像”圖像與該容積圖像配準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)傳輸給放射治療系統(tǒng)進(jìn)行位置、誤差補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償治療?？梢姡瑑蓚€(gè)目標(biāo)在一個(gè)設(shè)備中即可實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的系統(tǒng)在用于心血管疾病房顫患者時(shí)，配置三維心臟電解剖標(biāo)測系統(tǒng)，根據(jù)標(biāo)測“信號(hào)”創(chuàng)建感興趣心腔的3D心內(nèi)膜圖像，采用特定算法計(jì)算心內(nèi)膜激動(dòng)的虛擬電信號(hào)，將其投射到心腔的3D圖像上，基于這些虛擬電信號(hào)構(gòu)建電位圖，同時(shí)結(jié)合核磁共振、血管造影等，采用圖像融合技術(shù)，在X線機(jī)系統(tǒng)生成心腔的三維結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行透明化處理，然后結(jié)合心內(nèi)膜激動(dòng)電位圖進(jìn)行電位異常心腔部定位，從而引導(dǎo)加速器射線產(chǎn)生的輻射完成房顫的無創(chuàng)治療。在用于腎病或者腎神經(jīng)調(diào)節(jié)患者時(shí)，配置專用的三維立體神經(jīng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過對(duì)患者身體存在的解剖標(biāo)記或外部引入的參考點(diǎn)(如外部框架，患者皮膚標(biāo)記，植入的金標(biāo)，磁性元素等)以及它們的組合為追蹤參考點(diǎn)，沿著人體脊柱(如椎體),主動(dòng)脈，腎動(dòng)脈，分支腎動(dòng)脈，腎靜脈，腎和/或腎神經(jīng)上的點(diǎn)，利用G形臂正交的X線三維圖像技術(shù)融合DSA，MRI或功能性磁共振成像圖像，進(jìn)行腎神經(jīng)的目標(biāo)定位和/或追蹤，利用加速器射線產(chǎn)生的輻射完成降低交感腎神經(jīng)活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)腎神經(jīng)調(diào)節(jié)，達(dá)到治療某些疾病(包括高血壓、心力衰竭、慢性腎病、胰島素抵抗癥、糖尿病、代謝綜合征等)的可能。本發(fā)明的系統(tǒng)的工作流程如下:
首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和建立模型；然后，進(jìn)行放射治療前的預(yù)處理；再進(jìn)行放射治療中的處理。其中，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和建立模型時(shí)，通過CT、MR1、PET或G臂X線采集多模圖像；建立以骨形解剖特點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型；以骨形解剖定位坐標(biāo)系的定義和刻度；進(jìn)行治療機(jī)物理劑量參數(shù)的采集。進(jìn)行放射治療前的預(yù)處理時(shí)，將多模圖像和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多模圖像的配準(zhǔn)，再與坐標(biāo)系結(jié)合建立模型和三維動(dòng)態(tài)顯示，然后結(jié)合治療機(jī)物理劑量參數(shù)設(shè)計(jì)制定TPS-放療方案，根據(jù)放療方案和三維動(dòng)態(tài)顯示來動(dòng)態(tài)模擬治療全過程。進(jìn)行放射治療中的處理時(shí)，先要獲取靶區(qū)和機(jī)器手的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再與模型和三維動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證的結(jié)果相結(jié)合得到治療中靶區(qū)三維圖像定位與配準(zhǔn)，進(jìn)行治療過程中的干預(yù)與修正，并將修正情況返回TPS-放療方案設(shè)計(jì)制定步驟；治療過程中的干預(yù)與修正與動(dòng)態(tài)模擬治療全過程共同控制進(jìn)行自動(dòng)跟蹤定位照射。本發(fā)明的特點(diǎn):
首次結(jié)合使用六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)和六自由度機(jī)器人系統(tǒng)，可進(jìn)行全身腫瘤放射治療(如:頭頸部、體部實(shí)體瘤、脊椎部等)，同時(shí)滿足心血管疾病(房顫、心律不齊)、調(diào)節(jié)性腎病(如:高血壓、糖尿病等)治療。

本發(fā)明的治療計(jì)劃根據(jù)需要，對(duì)患者的治療設(shè)計(jì)最佳治療計(jì)劃，選擇射線能量、靶區(qū)、劑量分布及其它參數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)提供以下治療計(jì)劃的選項(xiàng):逆向治療計(jì)劃、非等中心投射治療計(jì)劃、分期分次治療計(jì)劃、自適應(yīng)放射治療等。本發(fā)明采用“病人笫一”為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)的思想，將治療床的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為六自由度G形臂和六自由度機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，減少由于治療床轉(zhuǎn)動(dòng)給病人帶來的不舒適感和心理壓力；同時(shí)引入輔助患者調(diào)節(jié)系統(tǒng)，減小病人治療過程中的恐懼、壓抑。本發(fā)明的六自由度G形臂既可實(shí)現(xiàn)CBCT功能，又可進(jìn)行雙束正交X光定位成像，實(shí)時(shí)跟蹤。本發(fā)明引入實(shí)時(shí)三維劑量驗(yàn)證系統(tǒng)，增強(qiáng)治療的精確性。本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)病人實(shí)施無創(chuàng)傷治療，解除病人的心理壓力，使治療過程更加人性化有效的實(shí)施。本發(fā)明的系統(tǒng)采用等中心和非等中心照射，可使放射劑量在病變部位達(dá)到最佳的均勻分布和適形性，完全消除劑量分布上的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)，療效明顯增強(qiáng)。本發(fā)明的系統(tǒng)可兼容放射外科和放射治療兩種功能。本發(fā)明中的兩組X射線源和X探測器可獨(dú)立使用，也可一起使用。當(dāng)單獨(dú)使用其中一組X射線源和X探測器時(shí)，G形臂實(shí)際可作為C形臂作用，實(shí)現(xiàn)定位、校準(zhǔn)等功能；當(dāng)兩組X射線源和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器同時(shí)使用時(shí)，既可實(shí)現(xiàn)擺位、定位，也可實(shí)現(xiàn)四維實(shí)時(shí)成像，進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤和實(shí)時(shí)定位圖像的獲取。綜上，本機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)投影時(shí)間不匹配，費(fèi)時(shí)，治療精度低的缺陷，是一個(gè)真正的“智能化、靈巧化、一體化”的以圖像引導(dǎo)為基礎(chǔ)的多病種精確無創(chuàng)治療系統(tǒng)，既可進(jìn)行全身腫瘤精確放療，也可進(jìn)行心血管疾病治療和腎神經(jīng)疾病無創(chuàng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，有利于為其他疾病的治療開辟一條新路徑。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一設(shè)備部分的正面示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一設(shè)備部分的側(cè)面示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中G臂滑軌的某一位置示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例一中G形臂俯仰狀態(tài)側(cè)面示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例一中導(dǎo)軌的示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例四設(shè)備部分的正面示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例四中G形臂的另一位置示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例四中G形臂開口朝下位置示意圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例四設(shè)備部分的側(cè)面示意圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例四中G形臂俯仰狀態(tài)側(cè)面示意圖。圖11是本發(fā)明的軟硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是本發(fā)明的軟件工作模塊示意圖。附圖中，1:G臂滑軌；2:G臂轉(zhuǎn)軸；3:G臂俯仰軸；4:G臂滑座；5:X射線源；6:G形臂；7:X射線動(dòng)態(tài)平板探測器；8:天軌；9:軌道；10:體表標(biāo)記物；11:紅外追蹤儀；12:電磁發(fā)生器；13:電磁追蹤儀；14:呼吸傳感器；15:三維數(shù)控治療床；16:患者；17:機(jī)器人系統(tǒng)；18:水冷直線加速器；19:可變野準(zhǔn)直器；20:劑量儀運(yùn)動(dòng)支撐架；CT:電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)；MR1:磁共振成像；PET:正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像；PACS:醫(yī)學(xué)圖像歸檔通訊系統(tǒng)；MRT:適形調(diào)強(qiáng)放射治療；DSA:血管造影；US:超聲成像；TPS:治療計(jì)劃。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于所述實(shí)施例。實(shí)施例一
本例的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床15，四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)17，放射源，輔助治療系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理平臺(tái)七大模塊組成；其中，放射治療計(jì)劃系統(tǒng)是本系統(tǒng)核心部分，通過網(wǎng)絡(luò)分別與三維數(shù)控治療床15、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)17、放射源、輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)相連；三維數(shù)控治療床15與四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)相連；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)17相連；機(jī)器人系統(tǒng)17與放射源相連；放射源與輔助治療系統(tǒng)相連；其特征在于三維數(shù)控治療床15、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)17、放射源和輔助治療系統(tǒng)都與集成控制系統(tǒng)相連，但三維數(shù)控治療床15、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)17、放射源和輔助治療系統(tǒng)又自成一體，具有獨(dú)立動(dòng)作性；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)由六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)和智能追蹤系統(tǒng)組成；六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)由G形臂6、G臂滑軌1、G臂轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)平板探測器 為一組，兩組對(duì)應(yīng)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上，使G臂滑座4可在天花板平面上做二維運(yùn)動(dòng)；智能追蹤系統(tǒng)由紅外自動(dòng)追蹤定位儀11、電磁自動(dòng)追蹤定位儀13和呼吸監(jiān)控傳感器14組成；輔助治療系統(tǒng)根據(jù)治療不同類型病患需要，由實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)或輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。六自由度G臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)中的G形臂6可做升降運(yùn)動(dòng)，G臂滑軌I可引導(dǎo)兩組X射線源5和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器7做大于90度的運(yùn)動(dòng)，G形臂6可繞G臂轉(zhuǎn)軸2±90°轉(zhuǎn)動(dòng)，可繞G臂俯仰軸3前后擺動(dòng)±15° ;X射線源5和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器7以滑動(dòng)連接方式加固定螺釘安裝在G形臂6兩側(cè)，以便調(diào)節(jié)兩組射線源5和X射線動(dòng)態(tài)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(jí)，在80 150KV之間可調(diào)，X射線動(dòng)態(tài)平板探測器7為CCD影像增強(qiáng)器，X射線動(dòng)態(tài)平板探測器最大有效探測面積可達(dá)41cmX 41cm0智能追蹤系統(tǒng)采用在體表皮膚放置體表標(biāo)記物10的紅外自動(dòng)追蹤定位儀11和采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器12的電磁自動(dòng)追蹤定位儀13，為了更好地追蹤呼吸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)特配一套呼吸監(jiān)控傳感器14。放射源為一臺(tái)6MV水冷直線加速器18，安裝在機(jī)器人系統(tǒng)17上，在水冷直線加速器18前端配有可變野準(zhǔn)直器19適配機(jī)構(gòu)，根據(jù)治療的病種的不同需要選擇不同的準(zhǔn)直器，如圓形準(zhǔn)直器、方形準(zhǔn)直器、微細(xì)口徑準(zhǔn)直器、針孔準(zhǔn)直器或空白準(zhǔn)直器(即沒有孔徑、射野為零的準(zhǔn)直器)。實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)由二維矩陣電離室組成，安裝在三維數(shù)控治療床15上的二維矩陣劑量儀運(yùn)動(dòng)支撐架20上，用于放射治療時(shí)，三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)驗(yàn)證腫瘤治療靶區(qū)吸收劑
量。 輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)由音樂放松系統(tǒng)和語音提示系統(tǒng)組成。三維數(shù)控治療床15的移動(dòng)重復(fù)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(diào)節(jié)，可左右移動(dòng)調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)沿X (人體左右)、Y (人體縱向)、Ζ (上下)三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)；三維數(shù)控治療床15安裝的治療輔助系統(tǒng)根椐治療不同類型病患需要配置。本例的設(shè)備部分如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示。實(shí)施例二
本例的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)除X射線動(dòng)態(tài)平板探測器7為非晶硅動(dòng)態(tài)平板探測器，實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)由非晶硅電子射野圖像系統(tǒng)(EPID)組成外，其余同實(shí)施例一。實(shí)施例三
本例的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)除X射線動(dòng)態(tài)平板探測器7為非晶硒動(dòng)態(tài)平板探測器，實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)由非晶硒電子射野圖像系統(tǒng)(EPID)組成外，其余同實(shí)施例一。實(shí)施例四
本例的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)除六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)中的軌道9安裝在治療室地面上，使G臂滑座4可在地面上做沿三維數(shù)控治療床15方向的縱向運(yùn)動(dòng)外，其余同實(shí)施例一。本例的設(shè)備部分如圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示。實(shí)施例五
本例的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)除實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)由非晶硅電子射野圖像系統(tǒng)(EPID)組成外，其 余同實(shí)施例四。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床(15)，四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)(17)，放射源，輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)七大模塊組成；其中，放射治療計(jì)劃系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)分別與三維數(shù)控治療床(15)、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)(17)、放射源、輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)相連；三維數(shù)控治療床(15)與四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)相連；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)(17)相連；機(jī)器人系統(tǒng)(17)與放射源相連；放射源與輔助治療系統(tǒng)相連；其特征在于三維數(shù)控治療床(15)、四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)(17)、放射源和輔助治療系統(tǒng)都與集成控制系統(tǒng)相連；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)由六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)和智能追蹤系統(tǒng)組成；六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)由G形臂(6)、G臂滑軌(I)、G臂轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)平板探測器(7)為一組，兩組對(duì)應(yīng)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(tǒng)由紅外自動(dòng)追蹤定位儀(11)、電磁自動(dòng)追蹤定位儀(13)和呼吸監(jiān)控傳感器(14)組成；輔助治療系統(tǒng)由實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證系統(tǒng)或輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)中的G形臂(6)可做升降運(yùn)動(dòng)，G臂滑軌(I)可引導(dǎo)兩組X射線源(5)和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)做大于90度的運(yùn)動(dòng)，G形臂(6)可繞G臂轉(zhuǎn)軸(2) ±90°轉(zhuǎn)動(dòng)，可繞G臂俯仰軸(3)前后擺動(dòng)±15° ;X射線源(5)和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)以滑動(dòng)連接方式加固定螺釘安裝在G臂(6)兩側(cè)，以便調(diào)節(jié)兩組射線源(5)和X射線動(dòng)態(tài)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(jí)，在80 150KV之間可調(diào)，X射線動(dòng)態(tài)平板探測器(7)可為CCD影像增強(qiáng)器或非晶硅動(dòng)態(tài)平板探測器或非晶硒動(dòng)態(tài)平板探測器，探測器最大有效探測面積可達(dá)41cm X 41cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述智能追蹤系統(tǒng)采用在體表皮膚放置體表標(biāo)記物(10)的紅外自動(dòng)追蹤定位儀(11)和采用在體內(nèi)腫瘤組織上放置電磁發(fā)生器(1 2)的電磁自動(dòng)追蹤定位儀(13)，為了更好地追蹤呼吸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)特配一套呼吸監(jiān)控傳感器(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述放射源為一臺(tái)6MV水冷直線加速器(18)，安裝在機(jī)器人系統(tǒng)(17)上，在水冷直線加速器(18)前端配有可變野準(zhǔn)直器(19)適配機(jī)構(gòu)，如圓形準(zhǔn)直器、方形準(zhǔn)直器、微細(xì)口徑準(zhǔn)直器、針孔準(zhǔn)直器或空白準(zhǔn)直器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)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)或非晶硒電子射野圖像系統(tǒng)(EPID)組成，安裝在三維數(shù)控治療床(15)上的二維矩陣劑量儀運(yùn)動(dòng)支撐架(20)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述輔助患者情緒調(diào)節(jié)系統(tǒng)由音樂放松系統(tǒng)和語音提示系統(tǒng)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，其特征在于所述三維數(shù)控治療床(15)的移動(dòng)重復(fù)定位精度為±0.02mm，最大承載200 Kg ;治療床可前后縱向伸縮，可上下高度調(diào)節(jié)，可左右移動(dòng)調(diào)節(jié)；三維數(shù)控治療床(15)安裝的治療輔助系統(tǒng)根據(jù)治療不同類型病患需要配置。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中的一種機(jī)器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，三維數(shù)控治療床，四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)，放射源，輔助治療系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)七大模塊組成；四維實(shí)時(shí)影像自動(dòng)追蹤系統(tǒng)由六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)和智能追蹤系統(tǒng)組成；六自由度G形臂實(shí)時(shí)影像系統(tǒng)由G形臂、G臂滑軌、G臂轉(zhuǎn)軸、G臂俯仰軸和G臂滑座依次連接，X射線源和X射線動(dòng)態(tài)平板探測器為一組，兩組對(duì)應(yīng)安裝在G形臂上，G臂滑座安裝在軌道(9)中。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)投影時(shí)間不匹配，費(fèi)時(shí)，治療精度低的缺陷，既可進(jìn)行全身腫瘤精確放療，也可進(jìn)行心血管疾病治療和腎神經(jīng)疾病無創(chuàng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)A61N5/10GK103143124SQ201310115139
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月6日
發(fā)明者吳大可, 陳威銘, 姚進(jìn), 李超 申請(qǐng)人:成都威銘科技有限公司