本發(fā)明主要涉及醫(yī)療設備，尤其涉及一種放射治療模擬機。

背景技術：

放射治療(后文簡稱放療)模擬機是在使用放療設備(如醫(yī)用加速器)對患者進行放射治療前，對患者進行校位、定位和驗證醫(yī)療計劃，對治療過程進行模擬的放療配套設備。模擬機使用時，主要采集各運動軸的位移，幫助技術員實現(xiàn)模擬定位以及模擬治療過程。

模擬機的機架可旋轉、機頭可轉動、治療床各部分均可運動，限束器開閉、距離指示、照射野指示都與醫(yī)用加速器保持一致，從而準確地模擬加速器的一切機械運動。此外，模擬機可以利用X線影像系統(tǒng)確定腫瘤的照射位置、面積、腫瘤深度以及等中心位置等幾何參數(shù)。機架、機頭的旋轉角度，源瘤距、源皮距、射野形狀等機械參數(shù)均可通過模擬機模擬獲取，為治療擺位提供了有力的依據(jù)，確保放療的正確實施。

現(xiàn)有X線模擬機是使用一個多葉光柵(MLC)來模擬加速器的多葉光柵。不過，現(xiàn)有X線模擬機的多葉光柵類型單一，無法模擬不同機型的加速器；而且現(xiàn)有X線模擬機的多葉光柵精細度無法與實際放療的加速器相比。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種放射治療模擬機，具有更好的射野模擬效果。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種放射治療模擬機，包括病床、機架和數(shù)字化光野投影機構，該機架上設有機頭，該數(shù)字化光野投影機構包括設于該機頭之下的投影部件和位于該機架內的驅動單元，該投影部件在該驅動單元的驅動下向病床方向投射用來模擬計劃射野形狀的可見光光野。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的放射治療模擬機還包括掃描機構，其包括設于該機頭內的CT球管、設于該機架上并與該機頭相對設置的影像平板、設于該機架內的高壓發(fā)生器以及數(shù)據(jù)采集單元，該高壓發(fā)生器連接該CT球管，該數(shù)據(jù)采集單元連接該影像平板。

在本發(fā)明的一實施例中，該CT球管的輻射強度是KV級。

在本發(fā)明的一實施例中，該CT球管是錐形束CT球管。

在本發(fā)明的一實施例中，該掃描機構是4D掃描機構。

在本發(fā)明的一實施例中，該機架包括一高度調節(jié)機構，該機頭設于該高度調節(jié)機構上。

在本發(fā)明的一實施例中，該機架是可旋轉的。

在本發(fā)明的一實施例中，該機頭是可伸縮的。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的放射治療模擬機還包括控制器，該控制器向該驅動單元提供從放射治療計劃數(shù)據(jù)中獲得的數(shù)字化射野信息。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的放射治療模擬機還包括數(shù)據(jù)處理器和顯示單元，該數(shù)據(jù)處理器連接該數(shù)據(jù)采集單元，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理以重建患者的成像區(qū)的圖像，該顯示單元顯示該圖像。

在本發(fā)明的一實施例中，該圖像是包含患者器官運動的4D圖像。

在本發(fā)明的一實施例中，該數(shù)據(jù)處理器還將從放射治療計劃數(shù)據(jù)中獲得的數(shù)字化射野信息疊加在該圖像上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明使用數(shù)字化光野來模擬射野，相比使用多葉光柵，可以模擬多種不同型號的限束設備，并且數(shù)字化控制的精確性有利于射野模擬的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的機械結構圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的側視結構及組成框圖。

圖3是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的模擬光野疊加在X射線圖像上的示意圖。

圖4是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的模擬光野示意圖。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

圖1是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的機械結構圖。參考圖1所示，放療模擬機主要包括機架100和病床200。機架100連接支撐臂110和機頭120，機頭120通過支撐臂110支撐在機架100上。機架100是可旋轉的，例如繞圖中方向A旋轉，旋轉角度例如是360°，從而帶動機頭120隨之旋轉。機架100上還可設置高度調節(jié)機構130，支撐臂110連接在高度調節(jié)機構130上。通過高度調節(jié)機構130的調節(jié)(例如按圖中方向B調節(jié))，機頭120的高度可以被調節(jié)。另外，機頭120設計為可伸縮(例如按圖中方向C伸縮)，這樣機頭120的自身高度是可變化的，當然圖1中方向B和方向C僅為示例，當機架100繞方向A旋轉時，對應的方向B和方向C也會相應變化。機頭自身高度的變化可以模擬不同廠家加速器的機頭，真實反映治療過程中是否有碰撞的可能。機頭120上配置錐形束CT(CBCT)球管140和投影部件150。病床200可以六維運動，與醫(yī)用加速器的病床實際運動行為一致。當患者躺在病床200上后，機頭120上的CBCT球管140可以工作，向患者照射X射線。另一方面，投影部件150也可以工作，向患者投射光野。機架100上還設置影像平板160，該影像平板160設置在與機頭120相對的一側，用于接收穿過病床200的X射線。圖2是放療模擬機的側視結構及組成框圖。參考圖2所示，機架100內設有數(shù)據(jù)采集單元170、驅動單元180和高壓發(fā)生器190。這些部件與外部的操作控制臺300連接，且基于從操作控制臺300輸出的控制信號，對患者210進行校位、定位，對治療過程進行模擬從而驗證醫(yī)療計劃。

病床200具有放置平面或表面，患者被置于放置表面上。病床200可受控于手控盒或者病床200上的按鍵，進行升降和旋轉。作為替代，病床200可根據(jù)操作控制臺300提供的控制信號，進行升降和旋轉。同樣地，機架100及機頭120也根據(jù)操作控制臺300提供的控制信號，進行升降、旋轉或伸縮。高壓發(fā)生器190、CBCT球管140、影像平板160和數(shù)據(jù)采集單元170組成掃描機構。高壓發(fā)生器190根據(jù)操作控制臺300提供的強度信號，產(chǎn)生高電壓，讓CBCT球管140發(fā)出X射線。CBCT球管140的輻射強度例如是KV級。同時影像平板160在操作控制臺300提供的控制信號控制下，接收穿過患者的X射線，并轉換為模擬信號提供給數(shù)據(jù)采集單元170，數(shù)據(jù)采集單元170基于操作控制臺300輸出的控制信號獲取影像平板160接收的X射線信號。因此，數(shù)據(jù)采集單元170可采用A/D轉換器(未顯示)將模擬信號轉換成數(shù)字信號并將其輸出給操作控制臺300。

驅動單元180和投影部件150組成數(shù)字化光野模擬投影機構。驅動單元180根據(jù)操作控制臺300提供的數(shù)字化射野信號，產(chǎn)生驅動信號，讓投影部件150在驅動信號的驅動下向病床200的方向投射用來模擬射野的可見光光野。在一實施例中，投影部件150例如是發(fā)光二極管陣列，驅動單元180例如是其驅動電路。使用數(shù)字化投影的光野相比使用多葉光柵具有許多優(yōu)勢。首先，數(shù)字化投影的光野可以模擬多種不同型號的限束設備，比如一家醫(yī)院有幾臺不同的醫(yī)用加速器，其限束設備有0.5cm葉片的和1cm葉片的。如果像傳統(tǒng)上那樣在模擬機上定位及安裝物理形態(tài)的限束設備，無法模擬不同的醫(yī)用加速器上的不同限束設備，而使用本實施例的數(shù)字化光野模擬投影機構則可以模擬不同的限束設備。其次，數(shù)字化投影的光野的精度并不受限于葉片的形態(tài)，因此其在模擬不同型號的限束設備時，精度可以顯著提高。

如圖2所示，操作控制臺300具有控制器301、數(shù)據(jù)處理器302、操作單元303、顯示單元304以及存儲單元305。

控制器301能夠控制數(shù)據(jù)處理器302、操作單元303、顯示單元304以及存儲單元305等各個部分的運作。具體地說，控制器301接收來自操作單元303的操作數(shù)據(jù)，并根據(jù)操作單元303輸入的操作數(shù)據(jù)將控制信號分別輸送給機架100、機頭120、病床200進行機械控制?？刂破?01還將控制信號輸送給數(shù)據(jù)采集單元170、驅動單元180和高壓發(fā)生器190。同時，控制器301將控制信號輸送到數(shù)據(jù)處理器302、顯示單元304和存儲單元305，從而對各部分進行控制?？刂破?01還控制機架100和病床200的運作。

數(shù)據(jù)處理器302執(zhí)行預定的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理器302根據(jù)控制器301提供的控制信號執(zhí)行數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)處理器302可將數(shù)據(jù)采集單元170得到的X射線圖像信號作為數(shù)據(jù)源，據(jù)以重建患者的成像區(qū)的圖像。接著，數(shù)據(jù)處理器302將產(chǎn)生的圖像輸出到顯示單元304。在此，數(shù)據(jù)處理器302可通過普通CBCT或者4D-CBCT重建程序來完成重建。當使用4D-CBCT重建程序時，本實施例的掃描機構對應地為4D掃描機構。數(shù)據(jù)處理器302還可將來自控制器301的數(shù)字化射野信息疊加到患者成像區(qū)的圖像上，從而在圖像上顯示射野的范圍。

操作單元303由操作裝置例如鍵盤、指針設備(如鼠標、觸摸板)等構成。操作單元303輸入操作者的操作數(shù)據(jù)并將其輸出給控制器301。

顯示單元304由顯示器裝置構成，并根據(jù)控制器301輸出的控制信號在其顯示屏上顯示數(shù)據(jù)。例如，顯示單元304以多種形式在顯示屏上顯示與操作者輸入到操作單元303的操作數(shù)據(jù)相對應的輸入項。此外，顯示單元303接收關于根據(jù)來自數(shù)據(jù)處理器302的患者102的X射線圖像信號而生成的患者102的每個圖像的數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示該圖像。

存儲單元305包括存儲器并在其中存儲各種數(shù)據(jù)，例如治療計劃數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)。在存儲單元305中，如果需要，通過控制器301存取存儲數(shù)據(jù)。

操作控制臺300根據(jù)治療計劃數(shù)據(jù)進行治療過程的模擬。治療計劃數(shù)據(jù)可以從外部導入，也可以預先存儲于存儲單元305。操作控制臺300支持以DICOM格式導入治療計劃數(shù)據(jù)。

模擬治療的過程中，操作控制臺300調節(jié)到機頭120相對于地面的高度和自身高度到合適值，以模擬對應醫(yī)用加速器的機頭參數(shù)，然后讓患者躺在病床200上。

放療模擬機可以使用掃描機構來產(chǎn)生患者的成像區(qū)的圖像，用來驗證治療計劃。具體來說，控制器301產(chǎn)生強度信號給高壓發(fā)生器190。高壓發(fā)生器190產(chǎn)生高電壓，讓CBCT球管140發(fā)出X射線。同時影像平板160接收穿過患者的X射線，并轉換為模擬信號提供給數(shù)據(jù)采集單元170。在此過程，控制器301可控制機架100進行旋轉以獲取患者的圖像。數(shù)據(jù)采集單元170獲取影像平板160接收的X射線信號并轉換成數(shù)字信號提供給數(shù)據(jù)處理器302。數(shù)據(jù)處理器302以此數(shù)據(jù)源重建患者的成像區(qū)的圖像，并提供給顯示單元304顯示。這些圖像可以引導對患者位置的微調。另外，這些圖像可用來判斷是否需要進行療前再計劃，若需要再計劃可獲取患者的CT圖像以用來進行更精確的計劃。控制器301進一步根據(jù)治療計劃數(shù)據(jù)中的計劃射野形狀產(chǎn)生數(shù)字化射野信息，將數(shù)字化射野信息提供給數(shù)據(jù)處理器302，數(shù)據(jù)處理器302將數(shù)字化射野信息疊加在成像區(qū)的圖像上，從而在顯示單元304所顯示的圖像上疊加顯示射野的范圍。圖3是本發(fā)明一實施例的放療模擬機的數(shù)字化射野疊加在X射線圖像上的示意圖。參考圖3所示，在實時獲取的影像30上疊加了數(shù)字化射野31。據(jù)此，操作者可以判斷成像區(qū)的圖像上腫瘤的位置與所疊加的射野是否相符，從而確定擺位是否準確，是否需要重新制定計劃。如果需要，可以利用獲取的圖像進行療前再計劃。根據(jù)較佳實施例，如果是掃描機構是4D掃描機構，則所獲得的圖像是包含器官運動的4D圖像。那么在顯示單元304上可以觀察到由于患者的器官運動(例如呼吸引起的器官運動)，病灶是否還在射野范圍內。因此使用4D影像獲取技術，再通過模擬計劃射野形狀，可以更加真實的模擬呼吸運動對治療計劃的影響，并以此來指導門控治療的出束范圍劃分，例如可以根據(jù)上述數(shù)字化射野與病灶在圖像上的相對位置變化關系確定實際放射治療時的出束時間，從而更準確地輻射病灶，減少周圍正常組織的傷害，提高放射治療效率。

放療模擬機還可以模擬治療過程，并通過投影的方式用可見光在患者身體上呈現(xiàn)光野。具體地說，控制器301可以解析DICOM格式治療計劃數(shù)據(jù)，根據(jù)治療計劃數(shù)據(jù)中的計劃射野形狀產(chǎn)生數(shù)字化射野信息，然后提供給驅動單元180。驅動單元180驅動投影部件150向病床200上的患者投射用來模擬射野的可見光，可見光在患者身上形成光野，這一光野代表計劃射野形狀中射野的范圍。如圖4所示，在患者身上投射了光野41。觀察者可以直觀地觀察光野41所代表射野的位置與大小是否與放療計劃的信息相符，從而直觀地了解擺位誤差或器官運動等因素對治療的影響。在模擬治療過程中，按照治療計劃數(shù)據(jù)旋轉機架100，可以判斷在治療過程中是否會發(fā)生碰撞，提高安全性能。因此，本發(fā)明實施例中的放療模擬機可以最大程度的真實模擬治療過程，使醫(yī)生直觀的了解到患者在治療中一些不確定因素(如擺位誤差，器官運動等)對治療的影響，從而對計劃制定與調整起到引導作用。

雖然本發(fā)明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權利要求書的范圍內。