本發(fā)明主要涉及醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種放射治療模擬機(jī)。

背景技術(shù)：

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

模擬機(jī)的機(jī)架可旋轉(zhuǎn)、機(jī)頭可轉(zhuǎn)動、治療床各部分均可運(yùn)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(zhǔn)確地模擬加速器的一切機(jī)械運(yùn)動。此外，模擬機(jī)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(jī)架、機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)角度，源瘤距、源皮距、射野形狀等機(jī)械參數(shù)均可通過模擬機(jī)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(shí)施。

現(xiàn)有X線模擬機(jī)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(jī)的多葉光柵類型單一，無法模擬不同機(jī)型的加速器；而且現(xiàn)有X線模擬機(jī)的多葉光柵精細(xì)度無法與實(shí)際放療的加速器相比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種放射治療模擬機(jī)，包括病床、機(jī)架和數(shù)字化光野投影機(jī)構(gòu)，該機(jī)架上設(shè)有機(jī)頭，該數(shù)字化光野投影機(jī)構(gòu)包括設(shè)于該機(jī)頭之下的投影部件和位于該機(jī)架內(nèi)的驅(qū)動單元，該投影部件在該驅(qū)動單元的驅(qū)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(shí)施例中，上述的放射治療模擬機(jī)還包括掃描機(jī)構(gòu)，其包括設(shè)于該機(jī)頭內(nèi)的CT球管、設(shè)于該機(jī)架上并與該機(jī)頭相對設(shè)置的影像平板、設(shè)于該機(jī)架內(nèi)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(shí)施例中，該CT球管的輻射強(qiáng)度是KV級。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該CT球管是錐形束CT球管。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該掃描機(jī)構(gòu)是4D掃描機(jī)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該機(jī)架包括一高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)頭設(shè)于該高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該機(jī)架是可旋轉(zhuǎn)的。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該機(jī)頭是可伸縮的。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的放射治療模擬機(jī)還包括控制器，該控制器向該驅(qū)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(shí)施例中，上述的放射治療模擬機(jī)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(shí)施例中，該圖像是包含患者器官運(yùn)動的4D圖像。

在本發(fā)明的一實(shí)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(shù)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(shè)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(shí)施例的放療模擬機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的放療模擬機(jī)的側(cè)視結(jié)構(gòu)及組成框圖。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的放療模擬機(jī)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(shí)施例的放療模擬機(jī)的模擬光野示意圖。

具體實(shí)施方式

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

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)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(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的放療模擬機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。參考圖1所示，放療模擬機(jī)主要包括機(jī)架100和病床200。機(jī)架100連接支撐臂110和機(jī)頭120，機(jī)頭120通過支撐臂110支撐在機(jī)架100上。機(jī)架100是可旋轉(zhuǎn)的，例如繞圖中方向A旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度例如是360°，從而帶動機(jī)頭120隨之旋轉(zhuǎn)。機(jī)架100上還可設(shè)置高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)130，支撐臂110連接在高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)130上。通過高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)130的調(diào)節(jié)(例如按圖中方向B調(diào)節(jié))，機(jī)頭120的高度可以被調(diào)節(jié)。另外，機(jī)頭120設(shè)計為可伸縮(例如按圖中方向C伸縮)，這樣機(jī)頭120的自身高度是可變化的，當(dāng)然圖1中方向B和方向C僅為示例，當(dāng)機(jī)架100繞方向A旋轉(zhuǎn)時，對應(yīng)的方向B和方向C也會相應(yīng)變化。機(jī)頭自身高度的變化可以模擬不同廠家加速器的機(jī)頭，真實(shí)反映治療過程中是否有碰撞的可能。機(jī)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(yùn)動，與醫(yī)用加速器的病床實(shí)際運(yùn)動行為一致。當(dāng)患者躺在病床200上后，機(jī)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(jī)架100上還設(shè)置影像平板160，該影像平板160設(shè)置在與機(jī)頭120相對的一側(cè)，用于接收穿過病床200的X射線。圖2是放療模擬機(jī)的側(cè)視結(jié)構(gòu)及組成框圖。參考圖2所示，機(jī)架100內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集單元170、驅(qū)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(jìn)行校位、定位，對治療過程進(jìn)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(jìn)行升降和旋轉(zhuǎn)。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(jìn)行升降和旋轉(zhuǎn)。同樣地，機(jī)架100及機(jī)頭120也根據(jù)操作控制臺300提供的控制信號，進(jìn)行升降、旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)。高壓發(fā)生器190根據(jù)操作控制臺300提供的強(qiáng)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(qiáng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器(未顯示)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將其輸出給操作控制臺300。

驅(qū)動單元180和投影部件150組成數(shù)字化光野模擬投影機(jī)構(gòu)。驅(qū)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(qū)動信號，讓投影部件150在驅(qū)動信號的驅(qū)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(shí)施例中，投影部件150例如是發(fā)光二極管陣列，驅(qū)動單元180例如是其驅(qū)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(shè)備，比如一家醫(yī)院有幾臺不同的醫(yī)用加速器，其限束設(shè)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(jī)上定位及安裝物理形態(tài)的限束設(shè)備，無法模擬不同的醫(yī)用加速器上的不同限束設(shè)備，而使用本實(shí)施例的數(shù)字化光野模擬投影機(jī)構(gòu)則可以模擬不同的限束設(shè)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(shè)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(yùn)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(jī)架100、機(jī)頭120、病床200進(jìn)行機(jī)械控制。控制器301還將控制信號輸送給數(shù)據(jù)采集單元170、驅(qū)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(jìn)行控制。控制器301還控制機(jī)架100和病床200的運(yùn)作。

數(shù)據(jù)處理器302執(zhí)行預(yù)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(dāng)使用4D-CBCT重建程序時，本實(shí)施例的掃描機(jī)構(gòu)對應(yīng)地為4D掃描機(jī)構(gòu)。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(shè)備(如鼠標(biāo)、觸摸板)等構(gòu)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(gòu)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(yīng)的輸入項。此外，顯示單元303接收關(guān)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(jìn)行治療過程的模擬。治療計劃數(shù)據(jù)可以從外部導(dǎo)入，也可以預(yù)先存儲于存儲單元305。操作控制臺300支持以DICOM格式導(dǎo)入治療計劃數(shù)據(jù)。

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

放療模擬機(jī)可以使用掃描機(jī)構(gòu)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(qiáng)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(zhuǎn)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(jī)架100進(jìn)行旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)對患者位置的微調(diào)。另外，這些圖像可用來判斷是否需要進(jìn)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(jìn)行更精確的計劃。控制器301進(jìn)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(shí)施例的放療模擬機(jī)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(shí)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(zhǔn)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(jìn)行療前再計劃。根據(jù)較佳實(shí)施例，如果是掃描機(jī)構(gòu)是4D掃描機(jī)構(gòu)，則所獲得的圖像是包含器官運(yùn)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(yùn)動(例如呼吸引起的器官運(yùn)動)，病灶是否還在射野范圍內(nèi)。因此使用4D影像獲取技術(shù)，再通過模擬計劃射野形狀，可以更加真實(shí)的模擬呼吸運(yùn)動對治療計劃的影響，并以此來指導(dǎo)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(guān)系確定實(shí)際放射治療時的出束時間，從而更準(zhǔn)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(jī)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(qū)動單元180。驅(qū)動單元180驅(qū)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(yùn)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(zhuǎn)機(jī)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(shí)施例中的放療模擬機(jī)可以最大程度的真實(shí)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(yùn)動等)對治療的影響，從而對計劃制定與調(diào)整起到引導(dǎo)作用。

雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實(shí)施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)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(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本申請的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。