[發(fā)明專利]放療位置和劑量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及定位裝置、腫瘤放射治療系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010858729.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111991710B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李毅;楊蘊(yùn)一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院
• 主分類號(hào): G01T1/22
• 分類號(hào): G01T1/22;A61N5/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

為解決現(xiàn)有的腫瘤放療實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同步采集裝置采集到的切倫科夫輻射信號(hào)位置與放射靶區(qū)位置可能具有不一致性，以及當(dāng)出現(xiàn)臨床偏差時(shí)無(wú)法定位具體偏差位置、產(chǎn)生原因的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于CLI和結(jié)構(gòu)光技術(shù)的放療位置和劑量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及定位裝置、腫瘤放射治療系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)三個(gè)CLI攝像頭實(shí)時(shí)獲得患者三維體表劑量分布，通過(guò)三組位置同步監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)獲得患者三維體表輪廓分布，通過(guò)空間坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)三維體表劑量和體表輪廓的配準(zhǔn)融合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者放療劑量和治療位置的準(zhǔn)確性。一旦有位置劑量超出臨床偏差，可定位劑量出現(xiàn)偏差的準(zhǔn)確位置，且可判斷偏差原因，為調(diào)整患者體位或加速器劑量提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于切倫科夫光發(fā)光成像技術(shù)和結(jié)構(gòu)光技術(shù)的放療位置和劑量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及定位裝置、腫瘤放射治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)

切倫科夫輻射(Cerenkov Radiation，CR)是指高速帶電粒子在非真空介質(zhì)中穿行時(shí)，當(dāng)粒子的速度大于光穿過(guò)該介質(zhì)的速度時(shí)，會(huì)在運(yùn)動(dòng)路徑的方向產(chǎn)生局部極化，并在回到平衡態(tài)的過(guò)程中釋放可見(jiàn)光和近紅外光子，同樣，當(dāng)放射線粒子進(jìn)入生物組織中時(shí)也會(huì)出現(xiàn)切倫科夫輻射(CR)現(xiàn)象。

Robertson等人首次將切倫科夫輻射應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域并提出切倫科夫光發(fā)光成像(Cerenkov Luminescence Imaging，CLI)概念。切倫科夫發(fā)光成像(CLI)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于腫瘤放療過(guò)程中的體表位置成像，并作為治療過(guò)程的質(zhì)量保證，且CLI圖像中包括患者體表血管信息。由于該技術(shù)具有成像速度快、無(wú)輻射和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在腫瘤放療中擁有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有切倫科夫發(fā)光成像設(shè)備已應(yīng)用于腫瘤放射治療的研究之中。該設(shè)備包括支撐架和設(shè)置在支撐架上的CLI數(shù)據(jù)采集裝置。CLI數(shù)據(jù)采集裝置包括設(shè)置在支撐架上的探測(cè)器和數(shù)字化讀出組件。探測(cè)器采集到CLI信號(hào)經(jīng)數(shù)字化讀出組件后生成二維圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)中的GAMOS軟件模塊轉(zhuǎn)化為二維人體體表劑量分布，實(shí)現(xiàn)放療定位和劑量定量的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)有的切倫科夫發(fā)光成像設(shè)備針對(duì)放療切倫科夫輻射微弱光和脈沖式的特點(diǎn)，將像增強(qiáng)器和CMOS相機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)出了具有與放療射線同步、高增益和高幀率的切倫科夫輻射探測(cè)器，但其在應(yīng)用過(guò)程中暴露出一些突出問(wèn)題：

首先，腫瘤放射治療過(guò)程中，治療角度多且連續(xù)變化，但由于現(xiàn)有切倫科夫發(fā)光成像設(shè)備位于加速器的一側(cè)，在使用先進(jìn)腫瘤放射治療技術(shù)(例如調(diào)強(qiáng)放射治療和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療)的過(guò)程中，機(jī)架頭的位置容易遮擋切倫科夫光子，使之無(wú)法到達(dá)待探測(cè)區(qū)域，導(dǎo)致放療過(guò)程中部分角度照射時(shí)，探測(cè)器無(wú)法成像。

其次，由于加速器治療機(jī)頭一直在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以加速器放射線的方向一直在變化，而現(xiàn)有切倫科夫發(fā)光成像設(shè)備中探測(cè)器的位置一直不變，始終以固定角度探測(cè)放療靶區(qū)的切倫科夫輻射，由于信號(hào)采集的角度與射線入射角不一致，導(dǎo)致采集到的切倫科夫輻射信號(hào)位置與放射靶區(qū)位置具有不一致性，從而為放射劑量定量帶來(lái)困難。

為克服上述弊端，申請(qǐng)?zhí)枮?01910612838.9的中國(guó)專利文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種基于CLI的腫瘤放療實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同步采集裝置及監(jiān)控儀器，其CLI數(shù)據(jù)采集裝置通過(guò)位于治療床上方的三組ICCD探測(cè)器從不同角度對(duì)放療靶區(qū)成像，且這三組ICCD探測(cè)器與加速器治療機(jī)頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)，因而進(jìn)行CLI成像時(shí)不受加速器機(jī)頭影響。但是該方案仍然存在以下缺點(diǎn)：

1.治療床的位置容易遮擋切倫科夫光子，使之無(wú)法到達(dá)待探測(cè)區(qū)域，導(dǎo)致放療過(guò)程中部分角度照射時(shí)，探測(cè)器無(wú)法成像。

2.探測(cè)器以與加速器治療機(jī)頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)角度，探測(cè)放療靶區(qū)的切倫科夫輻射。加速器發(fā)出機(jī)頭運(yùn)動(dòng)角度信號(hào)給控制單元，控制單元驅(qū)動(dòng)CLI數(shù)據(jù)采集裝置同步轉(zhuǎn)動(dòng)，收集切倫科夫信號(hào)，由于在容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療中加速器機(jī)頭角度不斷高速變化，且是先同步后采集信號(hào)，因此信號(hào)采集存在延時(shí)，導(dǎo)致采集到的切倫科夫輻射信號(hào)位置可能與放射靶區(qū)位置具有不一致性。

3.角度同步需要高精度的硬件和軟件配套，造價(jià)成本較高。