专利名称：六自由度g形臂实时影像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备领域，具体为一种六自由度G形臂实时影像系统。
背景技术：
目前的G形臂实时影像系统只有一个旋转的自由度，用于产生一个区域的两幅正交的X射线图像，在专利CN102715914A中，展示了一种单自由度的G形臂实时影像系统，该设备用于产生三维图像，由于它只有一个自由度，工作范围窄，动作不灵活、需要人为将设备推到合适的位置，因此该设备使用起来十分不便，效率低，精度低。由于对心脏、血管等组织器官运动变化速度快(比如心脏运动:平均心跳约为80次/分，最高瞬时线速度可达I米/秒)，这就要求成像设备到达相 应位置的速度快且准确，目前的单自由度的G形臂和C形臂实时影像系统无法对位置变化量较大且运动速度快的组织器官进行很好的实时定位跟踪。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术工作范围窄，动作不灵活，不能应用于某些组织或器官的动态定位追踪过程等的缺陷，提供一种工作范围宽，动作灵活，能够同时得到两幅正交的X射线图像，可以实现对肿瘤的动态跟踪的六自由度G形臂实时影像系统，既可进行全身肿瘤精确放疗，也可进行心血管疾病治疗和肾神经疾病无创调节。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明的六自由度G形臂实时影像系统由G形臂(11)、G臂滑轨(6)、G臂转轴(3)、G臂俯仰轴(2)和基座(I)依次连接构成，X射线发生器(4)和X射线平面动态探测板(8)为一组，X射线发生器(7)和X射线平面动态探测板(5)为另一组，两组对应安装在G形臂(11)上，基座(I)安装在轨道(10)中，轨道(10)安装在治疗室天花板(12)或地面上，使基座(I)可在天花板平面上做二维运动或在地面上做沿三维治疗床(9 )方向的纵向运动。上述方案中，所述G形臂(11)可做升降运动，G臂滑轨(6)可引导两组X射线发生器和X射线平面动态探测板做大于90度的运动，G形臂(11)可绕G臂转轴(3) 土 90°转动，可绕G臂俯仰轴(2)前后摆动土 15° ;X射线发生器(4)、(7)和X射线平面动态探测板(5)、(8)以滑动连接方式加固定螺钉安装在G形臂(11)两侧，以便调节两组X射线发生器和X射线平面动态探测板的连线为相互垂直或不垂直，X射线发生器为千伏(KV)级，在80 150KV之间可调，X射线平面动态探测板为CXD影像增强器或非晶硅平板探测器或非晶硒平板探测器，X射线平面动态探测板最大有效探测面积可达41cm X 41cm。上述方案中，所述轨道(10)安装在治疗室天花板(12)上时，轨道(10)由两个相互垂直的分导轨(13)和分导轨(14)组成。上述方案中，所述轨道(10)安装在地面上时，G臂俯仰轴由伸缩机构(15)、垂直导轨(16)和转轴(17)依次连接组成，伸缩机构(15)与G臂转轴(3)连接，转轴(17)与基座(I)连接。本发明的六自由度G形臂实时影像系统是一个机电化的设备，可以通过计算机控制相应电机转动，使G形臂到达空间中的任意位置，对空间中的任意位置的任意方向进行X射线投影，形成该方向的X射线图像。本发明与传统C形臂得到X射线图像的方式不同，本发明能够同时得到两幅正交的X射线图像，同时减少X射线的曝光时间，从而减少了病人吸收的X射线的剂量，这一创新发明，可使非肿瘤患者，如进行心血管疾病治疗和肾神经疾病无创调节的病人，接受到最小的辐射剂量。因此，本设备具有最小的手术风险、缩短手术时间、减少病人恢复时间、手术一次到位、最小的放射剂量等优点。本发明的六自由度G形臂实时影像系统可以实现对肿瘤靶组织器官的动态跟踪，具体的方法如下描述:
首先，将六自由度的G形臂移动到合适的位置，调整两个X射线发生器和X射线平面动态探测板的位置，使其对准肿瘤靶区。然后，两X射线发生器向肿瘤靶区辐射X射线，X射线平面动态探测板获得两幅X射线图像。最后，计算机自动找出从CT图像重建的DDR对应位置，将获得的X射线图像与DRR进行非刚性的图像配准，得到X射线图像相对于DRR在空间中平移和旋转的变化量，通过这些变化量计算出当前肿瘤靶区的实时位置信息。本发明的六自由度G形臂实时影像系统具备满足两方面的要求的能力:一是类似于CBCT成像模式，正交的X射线探测系统围绕等中心点旋转一定角度进行锥束(CB)断层成像，获取靶区的三维目标的容积成像数据；二是G形臂的双束正交Kv级X光成像系统，不断定位靶区质心和设备的等中心点，获得靶区的实时位置。然后将G形臂实时的“双束正交X光成像”图像与该容积图 像配准，将数据传输给放射治疗系统进行位置、误差补偿，实现实时跟踪补偿治疗，两个目标在一个设备中即可实现。本发明的系统在用于心血管疾病房颤患者时，配置三维心脏电解剖标测系统，根据标测“信号”创建感兴趣心腔的3D心内膜图像，采用特定算法计算心内膜激动的虚拟电信号，将其投射到心腔的3D图像上，基于这些虚拟电信号构建电位图，同时结合核磁共振、血管造影等，采用图像融合技术，在X线机系统生成心腔的三维结构，并进行透明化处理，然后结合心内膜激动电位图进行电位异常心腔部定位，从而引导加速器射线产生的辐射完成房颤的无创治疗。在用于肾病或者肾神经调节患者时，配置专用的三维立体神经导航定位系统，通过对患者身体存在的解剖标记或外部引入的参考点(如外部框架，患者皮肤标记，植入的金标，磁性元素等)以及它们的组合为追踪参考点，沿着人体脊柱(如椎体)，主动脉，肾动脉，分支肾动脉，肾静脉，肾和/或肾神经上的点，利用G形臂正交的X线三维图像技术融合DSA，MRI或功能性磁共振成像图像，进行肾神经的目标定位和/或追踪，利用加速器射线产生的辐射完成降低交感肾神经活性，实现对肾神经调节，达到治疗某些疾病(包括高血压、心力衰竭、慢性肾病、胰岛素抵抗症、糖尿病、代谢综合征等)的可能。本发明的六自由度G形臂实时影像系统具有六个自由度，较常规的单自由度(一个方向上旋转)或者三自由度(X，Y，Z三个方向上的移动)的G形臂而言，本发明具有以下几个优势:
(1)在工作空间上有实质性的增加，能够给G形臂的姿态提供无限数量的构成；
(2)能够提供光滑的运动轨迹；(3)提供更多节点和更多路径以到达节点，还可提供路径的优化以到达节点；
(4)能够设定G形臂安全区域,防止与安全区域外的对象发生碰撞。(5)通过优化运动路径，可快速高效的达到指定位置，可定位和跟踪一些快速运动的组织器官。(6)若定位过程中，患者位置发生变化时，不用调整治疗床进行补偿，可利用六自由G形臂调整相应的位置即可实现其补偿过程，方便灵活且不会给患者产生不适的感觉。综上，本六自由度G形臂实时影像系统克服了现有技术的缺陷，工作范围宽，动作灵活，能够同时得到两幅正交的X射线图像，可以实现对肿瘤的动态跟踪，既可进行全身肿瘤精确放疗，也可进行心血管疾病治疗和肾神经疾病无创调节。本发明的结构，有利于为其他疾病的治疗开辟一条新路径。
图1为本发明 实施例一的正面示意图。图2为本发明实施例一的侧面示意图。图3为天花板平面导轨布局图。图4为本发明实施例四的正面示意图。图5为本发明实施例四的侧面示意图。附图中，1:基座；2:G臂俯仰轴；3:G臂转轴；4:X射线发生器；5:X射线平面动态探测板；6:G臂滑轨；7:X射线发生器；8:X射线平面动态探测板；9:三维治疗床；10:导轨；11:G形臂；12:天花板；13:分导轨；14:分导轨；15:伸缩机构；16:垂直导轨；17:转轴。
具体实施例下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。实施例一
本例的六自由度G形臂实时影像系统如图1、图2和图3所示，由G形臂11、G臂滑轨
6、G臂转轴3、G臂俯仰轴2和基座I依次连接构成，X射线发生器4和X射线平面动态探测板8为一组，X射线发生器7和X射线平面动态探测板5为另一组，两组对应安装在G形臂11上，基座I安装在轨道10中，轨道10安装在治疗室天花板12上，使基座I可在天花板平面上做二维运动。G形臂11可做升降运动，G臂滑轨6可引导两组X射线发生器和X射线平面动态探测板做大于90度的运动，G形臂11可绕G臂转轴3 土 90°转动，可绕G臂俯仰轴2前后摆动土 15° ;X射线发生器4、7和X射线平面动态探测板5、8以滑动连接方式加固定螺钉安装在G形臂11两侧，以便调节两组X射线发生器和X射线平面动态探测板的连线为相互垂直或不垂直，X射线发生器为千伏KV级，在80 150KV之间可调，X射线平面动态探测板为CXD影像增强器，X射线平面动态探测板最大有效探测面积可达41cm X 41cm。轨道10由两个相互垂直的分导轨13和分导轨14组成。实施例二
本例的六自由度G形臂实时影像系统除X射线平面动态探测板为非晶硅平板探测器夕卜，其余同实施例一。
实施例三
本例的六自由度G形臂实时影像系统除X射线平面动态探测板为非晶硒平板探测器夕卜，其余同实施例一。实施例四
本例的六自由度G形臂实时影像系统如图4和图5所示，除轨道10安装在治疗室地面上，使基座I可在地面上做沿三维治疗床9方向的纵向运动，G臂俯仰轴由伸缩机构15、垂直导轨16和转轴17依次连接组成，伸缩机构15与G臂转轴3连接，转轴17与基座I连接外，其余同实施例一。实施例五
本例的六自由度G形臂实时影像系统除X射线平面动态探测板为非晶硅平板探测器夕卜，其余同实 施例四。
权利要求
1.一种六自由度G形臂实时影像系统，其特征在于六自由度G形臂实时影像系统由G形臂(11)、G臂滑轨(6)、G臂转轴(3)、G臂俯仰轴(2)和基座(I)依次连接构成，X射线发生器(4)和X射线平面动态探测板(8)为一组，X射线发生器(7)和X射线平面动态探测板(5)为另一组，两组对应安装在G形臂(11)上，基座(I)安装在轨道(10)中，轨道(10)安装在治疗室天花板(12)或地面上，使基座(I)可在天花板平面上做二维运动或在地面上做沿三维治疗床(9)方向的纵向运动。
2.根据权利要求1所述的六自由度G形臂实时影像系统，其特征在于所述G形臂(11)可做升降运动，G臂滑轨(6)可引导两组X射线发生器和X射线平面动态探测板做大于90度的运动，G形臂(11)可绕G臂转轴(3) 土 90°转动，可绕G臂俯仰轴(2)前后摆动土15° ;X射线发生器(4)、(7)和X射线平面动态探测板(5)、(8)以滑动连接方式加固定螺钉安装在G形臂(11)两侧，以便调节 两组X射线发生器和X射线平面动态探测板的连线为相互垂直或不垂直，X射线发生器为千伏(KV)级，在80 150KV之间可调，X射线平面动态探测板为CCD影像增强器或非晶硅平板探测器或非晶硒平板探测器，X射线平面动态探测板最大有效探测面积可达41cm X 41cm。
3.根据权利要求1所述的六自由度G形臂实时影像系统，其特征在于所述轨道(10)安装在治疗室天花板(12)上时，轨道(10)由两个相互垂直的分导轨(13)和分导轨(14)组成。
4.根据权利要求1所述的六自由度G形臂实时影像系统，其特征在于所述轨道(10)安装在地面上时，G臂俯仰轴由伸缩机构(15)、垂直导轨(16)和转轴(17)依次连接组成，伸缩机构(15 )与G臂转轴(3 )连接，转轴(17 )与基座(I)连接。
全文摘要
本发明属于医疗设备领域中的一种六自由度G形臂实时影像系统，由G形臂、G臂滑轨、G臂转轴、G臂俯仰轴和基座依次连接，两组X射线发生器和X射线平面动态探测板对应安装在G形臂上，基座安装在轨道中，轨道安装在治疗室天花板或地面上，使基座可在天花板平面上做二维运动或在地面上做沿三维治疗床方向的纵向运动。本六自由度G形臂实时影像系统克服了现有技术的缺陷，工作范围宽，动作灵活，能够同时得到两幅正交的X射线图像，可以实现对肿瘤的动态跟踪，既可进行全身肿瘤精确放疗，也可进行心血管疾病治疗和肾神经疾病无创调节。
文档编号A61B6/03GK103211610SQ201310115138
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月6日 优先权日2013年4月6日
发明者吴大可, 陈威铭, 姚进, 李超 申请人:成都威铭科技有限公司