专利名称：肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗设备领域，具体是ー种肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置。
技术背景放射治疗是进行肿瘤治疗的重要手段之一。肿瘤放射治疗的目的是给肿瘤靶区最大的治疗剂量，而使肿瘤周围的正常组织和器官吸收的照射剂量最小，从而提高肿瘤的局部控制率，减少正常组织的并发症。因此，放射治疗必须做到“精确诊断、精确设计、精确定位、精确治疗”。现有技术对靶器官的定位，大多都是通过在该器官组织上植入金标，用对金标的定位方法来完成对祀器官组织的定位。美国Accuray公司的CyberKnife系统和德国BraiLab公司的Novalis系统中，对靶器官组织定位是将两个X射线源固定于治疗室的天花板上，两个X射线接收器放置于地上的某个位置，X射线源和接收器的位置必须保证两束X射线在靶器官目标组织处正交。定位过程是通过将患者初始定位CT重建的数字影像DDR与两个射线方向的图像进行融合，从而得到靶器官金标的位置信息。对金标的植入有严格的要求，才能得到合格的X射线图像。该方法X射线源和X射线接收器固定，两个X射线的投影方向固定，不利于更好的反映患者体内金标的三维位置信息。对于受呼吸动作影响较大的器官，如肺、肝、胰等，其形状、体积和位置都有一定的变化，在定位的时候就必须考虑呼吸运动对靶器官位置的影响。发明内容本实用新型的目的是为了克服现有技术X射线源和X射线接收器固定，不能对靶器官的运动进行定位跟踪的缺陷，提供ー种操作方便，能够更好的反映患者体内靶器官的三维位置信息，并可以对靶器官的运动进行定位跟踪的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置。本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的本实用新型的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置由六维自由度机器人(2)、C形臂(I)、数控治疗床(7)组成，其特征在干C形臂(I)置于六自由度的机器人手臂(3)上，X射线源(4)与X射线接收器(5)分别固定于C形臂(I)的两端，用于产生靶器官的X射线图像；应变片放置在患者(6)体表上，应变片随患者(6)的呼吸动作发生相应的形变，产生相应的电信号，处理后获得患者(6)的呼吸运动随时间变化的幅度图。本实用新型的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置可用在各种高低能同位素放射源和X射线源的放射治疗系统中，特别是用于机器人放射治疗系统。其优点在于本实用新型采用六维自由度机器人手臂和C形臂来改变X射线的投射方向，C形臂能够分别围绕待测目标体的轴线方向旋转和移动，使其能够灵活的选择最佳的X射线的投射方向，为得到更准确的靶器官位置信息提供基础。克服了现有的靶器官定位方法中X射线方向相对固定、对金标的植入有严格要求的缺陷，更好的反应了患者体内靶器官的准确位置信息。根据本实用新型的结构和组成特点，设计人设计出了配准靶器官金标定位的算法，能够迅速计算出金标的空间位置。由于肺、肝、胰、肾等器官受呼吸作用其位置会发生明显的变化，因此不同个体患者的呼吸运动必须个体化加以检测，才能实现不同患者靶器官的运动定位。本实用新型采用应变片的方法来跟踪患者的呼吸运动，解决了受呼吸运动影响较大的器官的靶器官金标定位的问题，即在患者体表放置一定数量的应变片，当呼吸运动时，应变片发生相应的形变，产生相应的电信号，处理这些信号后获得呼吸相位幅度，实现对患者呼吸运动引起的靶器官运动进行跟踪。本实用新型还为整个放射治疗系统中呼吸追踪系统提供了保证，为后续治疗过程中实时追踪打下了基础。因此，本实用新型克服了现有技术X射线源和X射线接收器固定，不能对靶器官的运动进行定位跟踪的缺陷，提供的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置，操作方便，能够更好的反映患者体内靶器官的三维位置信息，并可以对靶器官的运动进行定位跟踪。
图1是本实用新型的装置示意图。图2是本实用新型A，B两个成像位置点的数学模型示意图。图3是本实用新型的金标投影在X射线图像中的坐标图。图4是本实用新型的呼吸运动随时·间变化的示意图。图5是本发明的C形臂第一个投影时的运动情况示意图。图6是本发明的C形臂第二个投影时的运动情况示意图。附图中，各数字的含义为1 :C形臂，2 :机器人，3 :机器人手臂，4 :X射线源，5 :X射线接收器，6 :患者，7 :数控治疗床，8 :治疗床升降转轴，0 :患者体内金标的空间位置，Sa :第一次投影过程中X射线源的空间位置，Oa:患者体内金标第一次投影在X射线接收器上的投影点，Sb :第二次投影过程中X射线源的空间位置，Ob :患者体内金标第二次投影在X射线接收器上的投影点，Ia :金标投影到X射线接收器5所形成的图像中坐标位置。
具体实施方式
以下结合附图及实施例进ー步详述本实用新型，但本实用新型不仅限于所述实施例。实施例一本例的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置如图1所示，由六维自由度机器人2、C形臂1、数控治疗床7组成，其特征在于C形臂I置于六自由度的机器人手臂3上，X射线源4与X射线接收器5分别固定于C形臂I的两端，用于产生靶器官的X射线图像；应变片放置在患者6体表上，应变片随患者6的呼吸动作发生相应的形变，产生相应的电信号，处理后获得患者6的呼吸运动随时间变化的幅度图。本例中，X射线源4能量为80—150kV，X射线接收器5为非晶体硅(硒)平板探测器，图像尺寸为40cmX30cm，图像分辨率为2048X1536或者2048X1536，图像采集速度为15 30(100)幅/秒。X射线源4和X射线接收器5可绕其轴向作±180°的旋转运动，C形臂I可引导X射线源4和X射线接收器5作大于180°运动，数控治疗床7可在竖直方向运动，配合X射线源4和X射线接收器5到达相对的指定位置。定位及计算过程的详细描述根据DDR (数字影像)图像中金标的位置信息和带有治疗机器人的状态信息，系统能够自动的选择ー个最优的投影方向，避免C形臂与治疗机器人之间发生碰撞且使金标之间无投影重合。通过控制机器人手臂(安装有C形臂的机器人)各关节的转动、C形臂I及数控治疗床7的姿态和高度，以使X射线源4和X射线接收器5置于最佳投影位置，如图2所示，抽象出了 X射线源4、X射线接收器5、成像后目标体和待跟踪目标体的位置关系，其中Sa为X射线源4的空间位置，Oa为金标第一次投影在X射线接收器上的投影点，0为目标体患者6体内金标的空间位置，如此之后得到这个检测周期的第一幅X射线的图像。要确定目标0的空间坐标位置至少需要得到2个方向的X射线图像，因此至少还需要从另ー个方向对目标体进行X射线投影，同样地，通过控制机器人的状态信息，系统自动选择一个最优的投影方向，这个位置既能避免C形臂与治疗机器发生碰撞，还能得到X射线成像效果最好的投影效果，两次投影方向在空间正交。这个过程是通过控制机器人手臂3和C形臂I来使X射线源4和X射线接收器5到达指定的位置，如图2所示的Sb点、Ob点的位置关系，其中Sb为第二次投影过程中X射线源4的空间位置，Ob为金标第二次投影在X射线接收器上的投影点。第一个投影方向如图3所示金标投影到X射线接收器5所形成的图像中坐标位置( , %)，如图5所示，机器人手臂3末端沿C形臂导轨划动的角度为Citl，机器人手臂3末端的旋转角度为％，机器人手臂3末端的坐标为(xa，ya，za)。由空间坐标的平移和旋转的方法，得到Sa，Oa的空间位置，其中的坐标可分别表示为X射线源4的空间坐标Sa(xsa，ysa，zsa)，金标投影的空间坐标Oa (xfa, yfa, zfa)，
Xsa yiaf O0 O ]
y!a = ya +[& . o +[&,] 0+0 ゲ
ZsaZa し I 、R 2 R
XfaXa 0 ^ O XO~P
yfa= y a + s 0 + i] 0 + ツo I *
ZfaZa R 0 JJ其中，
COS &0-Sm 00 0[i2 * ]= Sm 0occ<s &o 0 称为绕 z 轴的旋转矩阵，
00 1—
cos ft —sin &i 0[Rn. .]= sin 0i cos A 0 称为绕x轴的旋转矩阵，
0 0 1_R表示C臂的半径。第二个投影方向金标投影到X射线接收器5所形成的图像中坐标位置(Xl，Y1)，如图5所示，机器人手臂3末端沿C形臂导 轨划动的角度为a i，机器人手臂3末端的旋转角度为Q1，机器人手臂3末端的坐标为(Xb，yb，zb)。由空间坐标的平移和旋转的方法，得到Sa，Sb的空间位置，其中的坐标可分别表示为X射线源4的空间坐标Sb(xsb，ysb, zsb)，金标投影的空间坐标Ob (xfb, yft, zfb)。用上述第一个投影方向的方法，同理可得到
权利要求1. 一种肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置，由六维自由度机器人(2)、C形臂(I)和数控治疗床(7)组成，其特征在于C形臂(I)置于六自由度的机器人手臂(3)上，X射线源 (4)与X射线接收器(5)分别固定于C形臂(I)的两端；应变片放置在患者(6)体表上，应变片随患者(6)的呼吸动作发生相应的形变，产生相应的电信号，处理后获得患者(6)的呼吸运动随时间变化的幅度图。
专利摘要本实用新型是医疗设备领域中的一种肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置，由六维自由度机器人(2)、Ｃ形臂(1)、数控治疗床(7)组成，其特征在于Ｃ形臂(1)置于六自由度的机器人手臂(3)上，Ｘ射线源(4)与Ｘ射线接收器(5)分别固定于Ｃ形臂(1)的两端，用于产生靶器官的Ｘ射线图像；应变片放置在患者(6)体表上，应变片随患者(6)的呼吸动作发生相应的形变，产生相应的电信号，处理后获得患者(6)的呼吸运动随时间变化的幅度图。本实用新型提供的肿瘤放射治疗中靶器官的定位装置，操作方便，能够更好的反映患者体内靶器官的三维位置信息，并可以对靶器官的运动进行定位跟踪。
文档编号A61B6/00GK202875358SQ20122060816
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月18日 优先权日2012年11月18日
发明者姚进, 尤在勇, 熊端平, 韦崇高, 陈威铭, 吴大可 申请人:成都威铭科技有限公司