专利名称：一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械，更具体地讲涉及一种可用于呼吸动度较大的胸部肿瘤放射 治疗的呼吸控制定位装置。
背景技术：
精确放射治疗要求照射靶区接受到高剂量照射的同时又要保证靶区周围正常组 织的吸收剂量尽可能降低，以最大限度的提高肿瘤治疗增益比。但对于胸腹部肿瘤，由于呼 吸运动而导致肿瘤位置的不断改变，这就导致了肿瘤放射治疗过程中对照射靶区定位的不 确定性。目前，假如不考虑对肿瘤靶区的呼吸运动进行控制，那么在常规制订普通三维适形 计划或是三维立体调强计划的时候，就只能在CTV(临床靶区)边界的基础之上再外放一定 范围的边界而变成PTV (计划靶区)，其目的是为了确保照射靶区在呼吸运动或是在其他不 确定因素，比如摆位误差或是肿瘤组织变形的影响之下照射位置范围仍然不会越出计划内 的照射高剂量区域，而外放边界范围的大小主要取决于肿瘤靶区呼吸运动最大的位移量。 Ekberg等利用X线透视的方法测量了肺癌患者在治疗体位时的肿瘤运动范围，在平静呼吸 的情况下，前后和左右方向的最大运动范围为5mm，平均2. 4mm，上下方向的最大运动范围 为12mm，平均3. 9mm。根据以上数据分析，在如此之大的肿瘤靶区呼吸运动范围的限制之下 PTV的外放边界将会扩大很多，这样就势必导致较多额外的正常组织也会被勾划进计划内 的照射区域，如此会造成正常组织的吸收剂量大大增加，同时又会极大地降低肿瘤组织的 受照剂量上限。因此，肿瘤靶区的呼吸运动成为制约精确放射治疗效果的瓶颈。为了解决这一放 疗技术上的难题，众多的肿瘤靶区呼吸运动控制方法应运而生。目前，运用于放疗的呼吸控 制技术主要有如下几种被动加压技术、深吸气后屏气技术、主动呼吸控制技术、呼吸门控 技术、实时跟踪放射技术、慢速CT扫描、4D CT等。研究表明，这些方法都能有效地减少呼吸 运动对肿瘤靶区精确照射造成的不利影响，与未采取呼吸控制技术进行放疗的最终结果相 对比，最终都能够在一定程度上提高TCP (肿瘤局部控制率)或是降低NTCP (正常组织并发 症概率)。但是这几种方法都各有不足，主动呼吸控制技术的缺点在于每次呼吸控制前，因 患者的功能残气量不同、重复吸气控制造成疲劳以及肺肿瘤患者多伴有呼吸装置症状而致 患者耐受性较差；实时跟踪放射技术，患者能自由呼吸，通过监测外置的或植于肿瘤中的标 志物的运动，使患者呼吸或肿瘤位置处于某一特定范围时开始实施照射，其缺点是需要额 外的设备，患者内部解剖结构和外置标志物运动时相的不一致性已有报道，植入标志物为 有创操作，并且需要合适的数目和位置来完全识别肿瘤的变形和旋转运动；慢速CT扫描较 标准扫描能更好的重建靶区，其缺点是不能抓住呼吸的每一时相，扫描耗时长，图像运动伪 影重，对纵隔结构的显示较差，仅适用于周围型病灶。4DCT扫描是指在患者身体纵轴某个 感兴趣区域扫描大量CT图像的同时，提取患者的呼吸信号，图像采集完成以后，将所采集 图像按时相分类，依据相应的呼吸信号将CT图像分到不同的呼吸时相，获得不同呼吸时相 的三维CT图像集，各个三维CT图像集就构成时间上相互连续包括整个呼吸周期的4DCT图像，并在此基础上勾画患者的个体化内靶区。但4DCT图像采集时间比诊断CT的采集时间 长得多(3 5倍)，这就不可避免地增加了患者的X线受量。另外，呼吸运动是一种半自主 运动，采集4DCT图像需要进行多个呼吸周期的CT扫描，不规则的呼吸会明显增加4DCT的 运动伪影。因此，采集前要进行适当的呼吸训练，采集过程中进行呼吸引导，以保证在放疗 定位时患者呼吸模式有良好的重复性。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便，可准 确、快速定位并减少正常组织受损的用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置。本发明的目的可通过如下技术措施来实现该装置的定位体架为后壁留空的近似箱体，箱体前、左、右、上、下壁构成的箱内壁 连有水囊，箱体的上、下、前壁可在各自轴向上调节，液控装置通过箱体壁与水囊连通，抽气 装置的端口位于水囊内侧的腔内，箱体上设有分控制器，主控制器分别与抽气装置、液控装 置和分控制器联接。本发明的目的还可通过如下技术措施来实现所述的水囊通过数个连接点连于箱体前、左、右、上、下壁构成的箱内壁；所述的水 囊为乳胶水囊；所述的箱体为碳纤维箱体；所述的抽气装置由抽气泵和连有气体阀门的气 体输送管组成；所述的液控装置由液体泵、连有液体泵的液体输送管和与液体输送管连通 的水容器组成。定位体架为后壁留空的近似箱体，箱体材料为碳纤维，上、下、前壁可在各自轴向 上调节以适应不同的人体尺寸。乳胶水囊通过数个连接点与箱体前、左、右、上、下壁相联 接。通过液体导管连接到液体阀门上并继续连接到水箱，该液体阀门为双向、电控、可计量、 精密阀门，该液体阀门可由主控制器控制开放、闭合并可设定一阈值，当压力超过该阈值时 阀门自动开放；水箱上附有液体泵。该液体泵由主控制器控制，可实现液体的精确、快速的 冲入与吸出。该定位装置的定位体架为箱式，它采用碳纤维材料，该体架除后壁外均附有可充 盈乳胶水囊，乳胶厚度约为3mm。乳胶水囊外壁与体架内壁之间形成的空腔可容纳人体自 肩部至会阴。该空腔经一管腔与外界相通并可与抽气泵相连，当抽气泵工作时可将此空腔 降至负压以使乳胶水囊外壁与人体皮肤紧密结合并可对抗由于吸气运动导致的二者分离 力量。乳胶水囊经由一双向、电控、可计量、精密的液体阀门由液体导管连至一液体泵，该液 体泵由主控制器(例如，计算机)控制，可实现液体的精确、快速的冲入与吸出。这样，可将 人体的呼吸运动转化为乳胶水囊内液体的减少与增加，而液体减少、增加的数量反映了呼 吸幅度的大小，在适当的呼吸时相时，关闭阀门将中止患者的呼吸运动，记录此时乳胶水囊 内液体量即记录患者此时的呼吸时相及幅度，当需要再次达到患者此时的呼吸时相及幅度 时，通过阀门及液体泵的作用重复此时乳胶水囊内液体量。进行CT模拟定位时，患者自然平卧于床上，将此定位体架自上方扣在患者身上， 嘱其平静呼吸，在患者的体侧、正面分别作标记，将患者与该定位体架立体关系固定。此时 液体阀门处于开放状态，用抽气泵将气腔内的气体尽量吸出，使水囊外壁与患者皮肤之间 形成负压并达一定数值后停止抽气并关闭气体阀门。此时患者仍可自由呼吸，呼吸幅度的大小、呼吸位相可经过液体阀门计量并可在计算机上显示。在CT扫描前准备工作完成后， 通过对讲装置让患者自主选择呼吸任意时相屏气后，主动或被动关闭液体阀门，记录水囊 容量(由计算机自动完成)进行CT扫描。扫描完成后开放阀门(先液体、后气体)，嘱患者 自主呼吸。将各项数据记录在案。(在扫描期间的任意时刻装置允许患者通过患者控制器 开放液体阀门)CT数据通过网络传输至计划装置(TPQ制定放疗计划。放疗计划完善后， 传输至加速器。在加速器室内另有一相同规格定位装置，采用定位时相同方法，当患者呼吸 位相、幅度参数与定位时相同时采用主动或被动方式关闭液体阀门，实施照射，照射时间控 制在液体阀门压力达到或超过3/4阈值压力时停止。(在放疗期间的任意时刻装置允许患 者开放液体阀门)患者自由呼吸一段时间后，在相同的呼吸参数下重复上述过程直至完成 整个放疗计划。本发明结构简单，使用方便，可实现准确、快速定位，减少正常组织受损。通过该定 位装置的使用，患者在照射时呼吸运动在一段时间内处于停止状态，可大大减少正常肺组 织受照射体积，可达到提高肿瘤受照剂量，提高局部控制率继而提高远期生存率的目的。
图1为本发明实施例的主视图；图2为图1侧面的剖视图；图3为定位体架的剖面图。
具体实施方式
；实施例1 该装置的定位体架10为后壁留空的近似箱体，箱体由碳纤维材料制成，箱体前、 左、右、上、下壁构成的箱内壁通过数个连接点连有乳胶水囊11，箱体的上、下、前壁可在各 自轴向上调节以适应不同的人体尺寸，由液体泵6、连有液体阀门4的液体输送管8和与液 体输送管8连通的水容器7组成的液控装置通过箱体壁与乳胶水囊11连通，液体阀门4为 双向、电控、可计量、精密阀门，该液体阀门4由主控制器5控制开放、闭合并可设定一阈值， 当压力超过该阈值时阀门自动开放，由抽气泵1和连有气体阀门2的气体输送管3组成的 抽气装置的端口位于乳胶水囊11内侧，箱体上设有分控制器9，主控制器5分别与抽气泵 1、液体泵6和分控制器9联接，实现液体的精确、快速的冲入与吸出。使用前，乳胶水囊11处于排空状态，患者自然平卧于CT扫描床上，采用激光定位 装置将患者在三维方向上的位置固定，并在患者体表做标记，记录头脚方向上患者与CT扫 描床的相对位置。扣上定位体架10，调整体架上、下、前壁位置，使之与患者身体相适应，开 放液体阀门4让液体自由进入乳胶水囊11，保持液体阀门4在开放状态下用抽气泵1将气 腔内的气体尽量吸出至一定负压后关闭气体阀门2，至此仍保持液体阀门4开放，患者仍可 自由呼吸，在此状态下进行CT扫描前准备工作，比如造影剂的注入，定位相的扫描，患者屏 气前准备工作等等。通过对讲装置与患者沟通，并观察计算机上显示的患者的呼吸时相，在 吸气末通过主控制装置5关闭液体阀门4或由患者通过分控制器9决定何时关闭液体阀门 4，由此强制患者处于呼吸运动停止状态，立即进行多排CT扫描，扫描结束后立即开放液体 阀门4让患者可以自由呼吸。在扫描过程中，如果有意外情况发生时，比如患者出项无法控制的咳嗽导致水囊压力突然的升高或降低，超过预先设定的液体阀门4开放阈值，该阀门 可自动开放，以防意外发生。开放气体阀门2，取下该定位体架10，记录各种参数，患者离开 扫描床，完成定位过程。 将CT图像通过网络传输至计划装置(TPQ制定放疗计划，制定计划时应注意至少 使完成一个照射野的时间短于患者一次屏气时间。计划确认后经网络传输至加速器。在加 速器机房内另有一套相同规格的定位装置，将液体阀门4开放后排空乳胶水囊11内液体， 患者采用与定位时相同体位平卧于加速器治疗床上，平静呼吸，参考定位时记录的参数并 用激光定位装置将患者在三维方向上的位置固定，扣上定位体架10，调整体架上、下、前壁 位置以适应不同的患者身体尺寸。开放液体阀门4让液体自由进入乳胶水囊11。保持液体 阀门4在开放状态下用抽气泵1将气腔内的气体尽量吸出至一定负压后关闭气体阀门2，至 此仍保持液体阀门4开放，患者仍可自由呼吸，在此状态下进行放疗前准备工作，通过对讲 装置与患者沟通，并观察主控制器5上显示的患者的呼吸时相，当患者呼吸时相与定位时 相同时通过控制装置关闭液体阀门4，强制患者处于相同的呼吸运动停止状态，立即实施照 射。照射结束后立即开放液体阀门4让患者可以自由呼吸。在照射过程中，如果有意外情 况发生时，比如患者出项无法控制的咳嗽导致水囊压力突然的升高或降低，超过预先设定 的液体阀门4开放阈值，该液体阀门4可自动开放，以防意外发生。多野照射时，照射第二 野的过程与前一野相同，以此类推。完成放疗后开放气体阀门2，取下该定位体架10，患者 离开治疗床，完成治疗过程。
权利要求
1.一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征在于该装置的定位体架为 后壁留空的近似箱体，箱体前、左、右、上、下壁构成的箱内壁连有水囊，箱体的上、下、前壁 可在各自轴向上调节，液控装置通过箱体壁与水囊连通，抽气装置的端口位于水囊内侧，箱 体上设有分控制器，主控制器分别与抽气装置、液控装置和分控制器联接。
2.根据权利要求1所述的一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征在 于所述的水囊为乳胶水囊。
3.根据权利要求1所述的一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征在 于所述的箱体为碳纤维箱体。
4.根据权利要求1所述的一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征在 于所述的水囊通过数个连接点连于箱体前、左、右、上、下壁构成的箱内壁。
5.根据权利要求1所述的一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征在 于所述的抽气装置由抽气泵和连有气体阀门的气体输送管组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置，其特征 在于所述的液控装置由液体泵、连有液体泵的液体输送管和与液体输送管连通的水容器组 成。
全文摘要
本发明提供一种用于胸部肿瘤放射治疗的呼吸控制定位装置。该装置的定位体架为后壁留空的近似箱体，箱体前、左、右、上、下壁构成的箱内壁连有乳胶水囊，箱体的上、下、前壁可在各自轴向上调节，液控装置通过箱体壁与水囊连通，抽气装置的端口位于水囊内侧，箱体上设有分控制器，主控制器分别与抽气装置、液控装置和分控制器联接，所述的箱体为碳纤维箱体，所述的水囊通过数个连接点连于箱体前、左、右、上、下壁内，所述的抽气装置由抽气泵和连有气体阀门的气体输送管组成，所述的液控装置由液体泵、连有液体泵的液体输送管和与液体输送管连通的水容器组成。
文档编号A61N5/00GK102058936SQ20101054846
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者于金明, 孙新东, 李春华, 谢鹏, 贾丽, 赵汉玺 申请人:山东省肿瘤防治研究院