专利名称：分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位系统及方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备，特别涉及放射治疗设备使用过程中的定位系统及方法。
背景技术：
放疗是治疗癌症(病灶)最有效的手段之一，随着三维适形放疗(3D conformal radiotherapy)和调强放疗(IMRT)的发展，对于放疗过程的精确性要求越来越高，其中一 个重要环节就是尽量减少临床靶区(CTV)和计划靶区(PTV)的差别。近年来影像引导动 态追踪放疗(IGRT)技术的提出和应用正是为了解决这一难题。临床靶区和计划靶区的差 别主要反映在放疗过程的两个环节，一是分次放疗间的病灶位置的变化，二是分次放疗中 病灶位置的运动和形状的改变。分次放疗间的病灶位置的变化主要来自以下因素放疗师 在治疗床上安置病人的技巧、消化器官和泌尿器官的不同充盈状况、体重的变化、或者甚至 病人的神志状态。不仅在分次放疗间，病灶的位置会产生变化，同时在放疗的分次治疗过程 中，病灶的位置和形状也会产生变化，其主要来自以下因素正常的呼吸、心跳、和胃肠等能 蠕动的器官的运动，和病人的不自主运动，例如咳嗽等。对于分次放疗间的病灶位置的确定，临床可以采用病人体表的标记定位、体内植 入标记、正交的KV级前后(AP)和侧位(LR)的X射线影像，参考治疗计划的相应标记和影像 进行二维配准，得到控制病人治疗床的三维空间坐标和旋转坐标，从而这些信息反馈下载 到治疗床的位置和方向控制系统，对治疗床的空间位置进行调整。但是由于体表标记和植 入标记都不是直接的病灶，同时目前KV级前后(AP)和侧位(LR)的X射线影像的二维影像 匹配是基于骨结构特征的，所以都不是直接的对于病灶本身的定位。而利用机载影像处理 器(OBI)的CT的三维成像，使得放疗师可以直接利用病灶本身的解剖学特性，参考治疗计 划中的三维影像进行三维影像匹配定位，或二维影像匹配定位，直接对病灶本身进行定位， 但是机载影像处理器实现上复杂度较高，同时利用机载影像处理器的CT三维成像精度，相 对于治疗计划CT影像的精度较差，此外，对于小孔径的CT机来说，要由于受到径向空间的 限制，要调整移动治疗床的位置也是比较困难的。
发明内容
本发明提供一种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位系统及方法，采用移动 治疗床架、床板和CT机在CT机扫描成像平面内相对位置固定，而在垂直扫描成像平面方向 上可调，配合分步定位的方法，解决现有技术中应用小孔径CT机的困难、影像处理复杂度 高、机载影像处理器的CT三维成像精度相对于治疗计划CT影像精度较差的技术问题。本发明为解决上述技术问题而提供的放疗系统包括移动治疗床架和床板、放疗设 备、CT机以及控制上述设备工作的控制系统，所述CT机和移动治疗床架与床板之间活动连 接，所述控制系统包括影像匹配系统和位置控制系统，本发明的具体方案是CT机与移动治 疗床架之间固定连接，而移动治疗床架与床板之间通过轴向移动机构连接，在与CT机扫描 成像平面垂直方向上可相对移动。
这种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法包括以下步骤A.首先在放 疗设备、CT机以及移动治疗床架和床板均固定的情况下，CT机进行第一次扫描，获得病灶 的扫描断层影像，所述放疗设备包括但不限于伽玛刀和直线加速器；B.将A步骤所获得的 影像信息输入控制系统的影像匹配系统中，以断层影像中心与治疗计划中断层影像中心进 行影像匹配，获得当前断层影像中心与治疗计划中断层影像中心三维坐标中三个坐标的偏 差值，进而计算得到当前断层影像中心与放疗设备焦点的三维坐标中三个坐标的偏差值； C.分至少两步调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置 以及床板与移动治疗床架和CT机在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置，直至消除步 骤B中所述三个坐标的偏差值。本发明的进一步改进在于步骤C还可以分为以下分步骤Cl.调整CT机和移动 治疗床架与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置；C2.调整床板与放疗设备之间在垂 直于扫描断层平面方向上的相对位置。本发明中放射治疗系统包括放疗设备、移动治疗床架和床板、CT机，影像匹配加速 卡及工作站；移动治疗床架和床板和CT机相连接，其连接方式是，在CT机扫描成像平面内， 移动治疗床架和床板和CT机相对位置固定不变，而在与CT机扫描成像平面垂直方向上，相 对位置可以改变。本发明的方法直接利用病灶影像，经过三个步骤进行病灶的精确定位。第一个步 骤是在分次放疗开始时，病人、移动治疗床架和床板和CT机的相对位置和绝对位置均固 定不变，此时利用CT机获取当前病人病灶的扫描断层影像，经过影像匹配，得到病灶影像 中心位置和治疗计划中断层影像中心位置的三个坐标偏差、和；第二个步骤是在CT机扫 描成像平面内，同时移动病人、移动治疗床架和床板和CT机的位置，即病人、移动治疗床架 和床板和CT机的相对位置不变，但是绝对位置发生改变，使得和得到补偿，即将病灶影像 中心位置的CT机扫描成像平面坐标和治疗计划中断层影像中心位置的CT机扫描成像平面 坐标重合；第三个步骤是在与CT机扫描成像平面垂直的方向上，同时移动病人和床板，CT 机的绝对位置不变，但是与床板的相对位置发生改变，移动，其中是治疗计划中断层影像中 心位置和放疗设备焦点在与CT机扫描成像平面垂直方向的位移值，因此使得得到补偿，即 将病灶影像中心位置和放疗设备焦点与CT机扫描成像平面垂直方向的坐标重合。经过上 述三个步骤的病灶定位，病灶影像中心位置的三维坐标和放疗设备焦点的三维坐标完全重 合。本发明的影像匹配结果，包括CT机获得的断层影像中病灶影像中心位置和放疗设备焦 点位置的三个坐标偏差ΔΧ、Ay和Δζ。本发明步骤C中的步骤Cl和步骤C2的顺序可以对调。本发明的再进一步改进在于所述步骤Cl还可以进一步分解为以下步骤Cll. 调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的水平向相对位置；C12. 调整CT机和移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的垂直向相对位置。本发明的更进一步改进在于步骤B中的影像匹配定位系统包括有影像匹配加速 卡以及影像匹配工作站，，所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站进行匹配， 所述控制系统还包括位置控制系统，所述位置控制系统控制调整CT机和移动治疗床架和 床板。所述的影像匹配加速卡和影像匹配工作站，是将治疗计划扫描断层影像数动治疗床架和床板的位置控制系统，从而调整移动治疗床架和床板移动的位移量。本发明中的CT机用于在分次放疗开始时，对病灶进行断层扫描成像，所述的CT机 获得的断层影像，与治疗计划中的断层影像进行影像匹配，得到影像匹配结果。本发明中的CT机扫描成像平面，是CT机内径园所在的平面，也是CT机X射线球 管沿园周轨迹运动形成的平面。本发明中的与CT机扫描成像平面垂直的方向，是所述CT机扫描成像平面相垂直 的矢量方向。本发明中，由于病人、移动治疗床架和床板和CT机在CT机扫描成像平面内相对位 置不发生改变，因此克服了在精确影像定位过程中，应用小孔径CT机的困难；本发明中，CT 机可以直接选用市场上技术成熟的中低端CT机，关键部分不需要进行重新设计或进一步 改造，因此，本发明具有结构紧凑、可靠性高、造价低的优点。
图1是一种分次放射治疗间，直接应用病灶影像进行精确影像定位系统的Y坐标 方向截面示意图；图2是一种分次放射治疗间，直接应于病灶影像进行精确影像定位系统的X坐标方向 截面示意图；图3是本发明方法中第一个步骤时的精确影像定位系统Y坐标方向截面示意图； 图4是本发明方法中第二个步骤时的精确影像定位系统Y坐标方向截面示意图； 图5是本发明方法中第二个步骤时的精确影像定位系统X坐标方向截面示意图； 图6是本发明方法中第三个步骤时的精确影像定位系统X坐标方向截面示意图。图中标记放疗设备一 1 : CT机一2 ；移动治疗床架一3 ；影像匹配工作站一4 ；影 像匹配加速卡一5 ；床板一6 ；病人病灶一M。
具体实施例方式结合上述
本发明的具体实施例。在病人体表做标记后，将病人放置在床板上，用CT机获取治疗计划影像。如图1和图3中所示；在分次放射治疗开始时，首先核对标记，然后将病人放置在 放疗系统中的床板6上，在分次放射治疗开始时，病人、移动治疗床架3和床板6和CT机2 的相对位置和绝对位置均固定不变，此时利用CT机获取当前病人病灶的扫描断层影像。在影像匹配加速卡5和影像匹配工作站4中，经过影像匹配，得到病灶影像中心位 置和治疗计划中断层影像中心位置的三个坐标偏差ΔΧ、Ay和Δζ。将坐标偏差Δ χ和Δ ζ输入到位置控制系统，在CT机扫描成像平面内，如图4所 示，即在X-Z平面中，同时移动病人、移动治疗床架和床板和CT机的位置，即病人、移动治疗 床架、床板和CT机的相对位置不变，但是绝对位置发生改变，使得ΔΧ和Δ Z得到补偿，即 将病灶影像中心位置的CT机扫描成像平面坐标和治疗计划中断层影像中心位置的CT机扫 描成像平面坐标重合，即如图4所示，在X-Z平面中同时移动ΔΧ和Δζ，使得病灶影像中心 位置的X和Z坐标和治疗计划中断层影像中心位置的X和Z坐标重合，同时也就是使得病 灶影像中心位置的X和Z坐标和放疗设备1焦点位置的X和Z坐标重合。
将坐标偏差Ay输入到位置控制系统，在与CT机扫描成像平面垂直的方向上，如 图5和6所示，即在Y方向上，同时移动病人和床板，CT机的绝对位置不变，但是与床板的 相对位置发生改变，移动Z+Δ y，其中Z是治疗计划中断层影像中心位置和放疗设备焦点在 与CT机扫描成像平面垂直方向的位移值，因此使得Ay得到补偿，即将病灶影像中心位置 的与CT机扫描成像平面垂直方向的坐标和放疗设备焦点与CT机扫描成像平面垂直方向的 坐标重合，如图6所示，即病灶影像中心位置的Y坐标和放疗设备焦点位置的Y坐标完全重I=I O经过以上步骤，应用病灶影像进行病人病灶的精确定位，使得病灶影像中心位置 的三维坐标和放疗设备焦点位置的三维坐标完全重合。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
权利要求
1.一种分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于该方法包括以下 步骤A.首先在放疗设备、CT机以及移动治疗床架和床板均固定的情况下，CT机进行第一 次扫描，获得病灶的扫描断层影像；B.将A步骤所获得的影像信息输入控制系统的影像匹 配定位系统中，以断层影像中心与治疗计划中断层影像中心进行影像匹配，获得当前断层 影像中心与治疗计划中断层影像中心三维坐标中三个坐标的偏差值，进而计算得到当前断 层影像中心与放疗设备焦点的三维坐标中三个坐标的偏差值；C.分至少两步调整CT机和 移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断层平面内的相对位置以及移动床板与放疗设备 在垂直于扫描断层平面方向上的相对位置，直至消除步骤B中所述的当前断层影像中心与 放疗设备焦点的三个坐标的偏差值。
2.根据权利要求1所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于 步骤C还可以分为以下分步骤Cl.调整CT机、移动治疗床架和床板与放疗设备在扫描断 层平面内的相对位置；C2.调整床板与放疗设备在垂直于扫描断层平面方向上的相对位 置。
3.根据权利要求2所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在于 步骤C中的步骤Cl和步骤C2的顺序对调。
4.根据权利要求2或3所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法，其特征在 于所述步骤Cl还可以进一步分解为以下步骤Cll.调整CT机、移动治疗床架和床板与 放疗设备在扫描断层平面内的水平向相对位置；C12.调整CT机、移动治疗床架和床板与 放疗设备在扫描断层平面内的垂直向相对位置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法， 其特征在于步骤B中的影像匹配定位系统包括有影像匹配加速卡以及影像匹配工作站， 所述影像匹配采用影像匹配加速卡和影像匹配工作站进行匹配，所述控制系统还包括位置 控制系统，所述位置控制系统控制调整CT机和移动治疗床架和床板。
6.根据权利要求1至3中任一项所述分次放射治疗间放疗系统的精确影像定位方法， 其特征在于所述放疗设备包括伽玛刀和直线加速器。
7.一种采用权利要求1至6中任一项所述方法的放疗系统，包括移动治疗床架和床板、 放疗设备、CT机以及控制上述设备工作的控制系统，其特征在于所述CT机和移动治疗床 架与床板之间活动连接，所述控制系统包括影像匹配系统和位置控制系统。
8.根据权利要求7所述的放疗系统，其特征在于所述CT机与移动治疗床架之间固定 连接，床板与移动治疗床架之间为活动连接，CT机与移动治疗床架之间在CT机扫描成像 平面内的相对位置固定，移动治疗床架和床板之间在与CT机扫描成像平面垂直方向上可 相对移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于放疗设备分次放疗间的直接应用病灶影像的精确影像定位系统及方法。包括放疗设备1、移动治疗床架和床板3、CT机2、影像匹配加速卡4及工作站5；移动治疗床架和CT机之间固定连接，床板和移动治疗床架在CT机扫描成像平面内相对位置固定，而在扫描成像平面垂直方向上相对位置可调；本发明第一个步骤是在分次放疗开始时，移动治疗床架、床板和CT机不动，进行CT机的断层扫描成像；第二个步骤是治疗床架、床板和CT机在CT机的扫描成像平面中同时移动；第三个步骤是床板在与CT机的扫描成像平面垂直的方向移动，使得病人病灶中心位置和放疗设备焦点坐标完全重合。本发明克服了应用小孔径CT机的困难，同时可以应用现有的CT机，因此技术可靠性高、结构紧凑，价格低廉。
文档编号A61N5/10GK102049106SQ20101058711
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者张岩 申请人:张岩