一种双能加速器治疗装置及其控制方法与流程

本发明涉及加速器治疗装置，具体涉及一种双能加速器治疗装置及其控制方法。

背景技术：

随着肿瘤放射学与材料科学的发展，作为治疗癌症的一种重要手段，放疗逐步迈入精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”时代。现有技术中，需要先对病患进行ct成像，制定治疗方案，然后再在加速器治疗仪上进行摆位和放射治疗，最后再对治疗剂量及效果进行验证。以前，这三个过程分别在kv级设备上mv级设备上完成，为了提高工作效率，希望将kv级的成像功能和mv级的治疗功能整合在一台设备上，一种方案是改造mv级加速器的结构，使之可以产生两个或以上能级的射线，低能射线完成成像及剂量验证，高能射线用于治疗，但是其结构复杂，目前还未见实际应用于临床的设备。另一种就是将kv级球管及kv级数字探测平板直接安装在mv级加速器的机架上，一般与mv级加速器主机呈90°排布，二者同时跟随主机架旋转，但是这样在治疗和成像时需要主机架进行大幅度的旋转，以便二者获得需要照射或成像位置，影响工作效率。本发明人在之前提出了一种新的方案，将kv级球管及kv级数字探测平板安装在一个独立的滑环上，使之可以独立于mv级加速器单独沿滑环旋转，这样，可以独立控制二者的相对位置，减少在切换治疗和成像验证时主机架的转动幅度，提高工作效率，但是，由于kv级球管的fov视场角为一固定值，且其与kv级数字探测平板之间的距离也一般是固定的，因此其成像范围被限制(即fov视场不可调)，需要kv级从很多角度进行照射成像，才能完成一个信息较完成的图像资料，其效率依然有待提高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、可靠的、有效提升工作效率的双能加速器治疗设备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种双能加速器治疗设备，包括主机架和设于主机架上的mv级加速器，还包括kv数字探测平板组件和kv级加速器，所述kv级数字探测平板组件包括kv数字探测平板和驱动组件，所述驱动组件带动kv数字探测平板沿与其旋转圆周相切的切线方向来回移动，和/或，沿与其旋转轴线平行的方向做来回移动。

kv数字探测平板绕等中心旋转，kv数字探测平板的工作面所处的平面与该旋转的圆形轨迹是相切的，kv数字探测平板的旋转轴线穿过等中心点，且与工作面所在的平面平行，该旋转轴线也是主机架、mv级加速器、kv级加速器绕等中心旋转时的共同旋转轴线，一般定义其为z轴，kv数字探测平板在驱动组件的带动下，可以工作面所在的平面上做沿z轴方向(与z轴平行的一条直线上)的来回移动，或/和，可以在工作面所在的平面上沿与z轴垂直的一条直线上做来回移动。一般来说，病人是沿z轴躺在治疗床上，kv数字探测平板沿z轴方向移动时，可以扩展该方向(人体身高的方向)的fov视场范围；在与z轴垂直的一条直线上做来回移动时，则扩展人体横向的fov视场范围。当kv级加速器(例如kv级球管)的fov视场角固定(如30°)且其角度不可以调整或转动，那么，kv级加速器发出的射线轴线不可偏转，一般会穿过等中心点，当其与kv数字探测平板的距离一定时，理论上fov视场范围已经固定，此时，为了获得全视场的成像，kv数字探测平板的面积是可以计算确定的，而采用本发明的技术方案后，则可以采用较小(例如一半面积)，利用其来回移动，从而将所有视场的信号扫描一遍，以获得完整的图像信息，这样可以大大减小kv数字探测平板的体积；当我们采用射线轴线可以偏转的kv级加速器系统时，射线轴线穿过等中心点时所在的直线，并设定该直线的角度为零，与射线轴线偏转时所在的直线之间存在一个角度，则该角度位于一个正负角度范围内。从而等同于扩大了kv级加速器的fov视场角，例如只需要偏转正负15°，则等同于将kv级加速器的fov视场角由30°扩大到60°。此时，配合kv数字探测平板的来回移动，获得更大的fov视场范围的成像。

优选的，kv级加速器还包括角度控制装置，以及第一kv级转轴和/或第二kv级转轴，所述角度控制装置带动kv级加速器沿与其旋转轴线垂直的平面绕第一kv级转轴做来回转动，使kv级加速器发射的射线中轴线在该平面绕kv级转轴转动；和/或，所述角度控制装置带动kv级加速器沿与其旋转轴线平行的平面做来回转动，使kv级加速器发射的射线中轴线在该平面绕第二kv级转轴转动。

设置第一kv级转轴和/或第二kv级转轴的目的，是为了使得kv级加速器可以跟随kv数字探测平板的移动而转动，以确保做fov视场范围调整时，二者之间配合完成数字成像。如前所述，采用射线轴线可以偏转的kv级加速器系统，射线轴线穿过等中心点时所在的直线，并设定该直线的角度为零，与射线轴线偏转时所在的直线之间存在一个角度，则该角度位于一个正负角度范围内。从而等同于扩大了kv级加速器的fov视场角值，例如只需要偏转正负15°，则等同于将kv级加速器的fov视场角扩大到60°。此时，配合kv数字探测平板的来回移动，获得更大的fov视场范围的成像。

优选的，所述kv级加速器和kv数字探测平板组件设于旋转支架上，所述旋转支架带动kv级加速器和kv数字探测平板组件绕等中心旋转，旋转支架既可以独立于主机架自行旋转，也可以跟随主机架一起旋转。

利用独立的旋转支架来悬挂kv级加速器和kv数字探测平板组件，既可以实现kv级加速器和kv数字探测平板组件的本系统的公转，又可以实现与主机架同步旋转的整个系统的公转，当kv级加速器进行角度调整时，则是实现了kv级加速器的自转，因此对kv级加速器来说，其可以实现两种公转和一种自转。从而大大拓展了设备的应用手段，提升了设备的工作效率和可操控性能。

优选的，所述驱动组件包括纵向导轨和连接组件，所述连接组件安装于纵向导轨上并可沿纵向导轨来回移动，所述kv数字探测平板固定安装于连接组件上。

优选的，所述驱动组件还包括设于纵向导轨上第一电磁驱动器、设于连接组件上的第二电磁驱动器，以及设置于连接组件与纵向导杆之间的阻尼装置，当第一电磁驱动器和第二电磁驱动器通电后，二者之间的电磁力驱动连接组件沿纵向导轨移动。

优选的，所述连接组件包括横向导轨和连接部，所述连接部安装于横向导轨上并可沿横向导轨来回移动，所述横向导轨安装于纵向导轨上，并可沿纵向导轨来回移动，所述kv数字探测平板固定安装于连接部上。

本发明还提供一种如上述的双能加速器治疗设备的控制方法，包括以下步骤中的一个、两个或两个以上：

控制主机架、mv级加速器、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起同步旋转的步骤；

控制主机架、mv级加速器旋转的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件静止不动的步骤；

控制主机架、mv级加速器旋转的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件与主机架级mv级加速器做异步旋转的步骤；

控制主机架、mv级加速器静止不动的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转一个角度后，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起再同向旋转一个角度的步骤；

控制主机架、mv级加速器静止不动的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转的步骤；

控制kv级加速器和kv数字探测平板组件静止不动的同时，控制主机架、mv级加速器旋转一个角度后，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起再同向旋转一个角度的步骤。

优选的，还包括以下步骤：

控制kv数字探测平板沿与其旋转圆周相切的切线方向来回移动，和/或，沿与其旋转轴线平行的方向做来回移动；同时启动kv级加速器进行成像工作。

优选的，还包括以下步骤：

控制kv级加速器跟随kv数字探测平板移动方向转动。

优选的，还包括以下步骤：控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转90°，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起同向再旋转90°。

其中kv数字探测平板包括数字化射线摄影装置dr(digitalradiography)。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明一种示例的示意图；

图3是驱动组件的一种示例的示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.主机架；2.mv级加速器；3.mv级数字探测平板；4.kv级加速器；5.kv数字探测平板组件；6.旋转支架；7.等中心；8.病人。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图3所示，一种双能加速器治疗设备，包括主机架1和设于主机架1上的mv级加速器2、mv级数字探测平板3，还包括kv数字探测平板组件5和kv级加速器4，所述kv级数字探测平板组件5包括kv数字探测平板41和驱动组件52，所述驱动组件52带动kv数字探测平板51沿与其旋转圆周相切的切线方向来回移动，和/或，沿与其旋转轴线平行的方向做来回移动。

kv数字探测平板51绕等中心7旋转，kv数字探测平板51的工作面所处的平面与该旋转的圆形轨迹是相切的，kv数字探测平板51的旋转轴线穿过等中心7，且与工作面所在的平面平行，该旋转轴线也是主机架2、mv级加速器1、kv级加速器4绕等中心旋转时的共同旋转轴线，一般定义其为z轴，kv数字探测平板51在驱动组件52的带动下，可以工作面所在的平面上做沿z轴方向(与z轴平行的一条直线上)的来回移动，或/和，可以在工作面所在的平面上沿与z轴垂直的一条直线上做来回移动。一般来说，病人8是沿z轴躺在治疗床上，kv数字探测平板51沿z轴方向移动时，可以扩展该方向(人体身高的方向)的fov视场范围；在与z轴垂直的一条直线上做来回移动时，则扩展人体横向的fov视场范围。当kv级加速器4(例如kv级球管)的fov视场角固定(如30°)且其角度不可以调整或转动，那么，kv级加速器4发出的射线轴线不可偏转，一般会穿过等中心点，当其与kv数字探测51的距离一定时，理论上fov视场范围已经固定，此时，为了获得全视场的成像，kv数字探测平板51的面积是可以计算确定的，而采用本发明的技术方案后，则可以采用较小(例如一半面积)，利用其来回移动，从而将所有视场的信号扫描一遍，以获得完整的图像信息，这样可以大大减小kv数字探测平板的体积；当我们采用射线轴线可以偏转的kv级加速器系统时，射线轴线穿过等中心点时所在的直线，并设定该直线的角度为零，与射线轴线偏转时所在的直线之间存在一个角度，则该角度位于一个正负角度范围内。从而等同于扩大了kv级加速器的fov视场角值，例如只需要偏转正负15°，则等同于将kv级加速器的fov视场角扩大到60°。此时，配合kv数字探测平板的来回移动，获得更大的fov视场范围的成像。图1所示中，kv数字探测平板51可以在工作面所在的平面沿与z轴垂直的一条直线上来回移动，kv级加速器4跟随其移动方向偏转射线中轴线，以大幅度提高成像范围。

例如，如图2所示，kv级加速器包括角度控制装置42和kv级球管41，以及第一kv级转轴421，所述角度控制装置42带动kv级加速器沿与其旋转轴线垂直的平面绕第一kv级转轴421做来回转动，使kv级球管41发射的射线中轴线在该平面绕kv级转轴转动，在图2中，即第一kv级转轴421与z轴垂直，而z轴一般是与水平面平行的一条直线，kv级球管41绕第一kv级转轴421来回转动，则kv级球管41发出的射线轴线在等中心所在的一个与水平面垂直的平面上摆动，kv级球管41绕第一kv级转轴421来回转动形成一个跟随kv级加速器4绕等中心(z轴)旋转且来回摆动的扇形扫描区域，但都位于同一个平面上。当病人沿z轴平卧在治疗床上时，这个摆动的扇形扫描扩展了人体横截面方向的fov视场角度范围，因此，kv级加速器在旋转轨道上的每一个位置，都可以对该方位的病灶进行完整的成像，避免因为fov视场角过小而无法一次完整呈现的问题。

在实际应用中，角度控制装置42可以还设有第二kv级转轴422，或者单独设置第二kv级转轴422，所述角度控制装置42带动kv级球管41沿与其旋转轴线(z轴)平行的平面做来回转动，使kv级球管41发射的射线中轴线在该平面绕第二kv级转轴422转动，由于kv级加速器可以绕z轴旋转，因此这里所说的平面根据kv级加速器所在的位置而不同，当kv级球管41发出的射线轴线位于水平面(xz轴所定义的平面)时，kv级球管41绕第二kv级转轴422来回转动形成一个在水平面上来回摆动的扇形扫描区域；当kv级球管41发出的射线轴线位于垂直平面(yz轴所定义的平面)时，kv级球管41绕第二kv级转轴422来回转动形成一个在yz轴所定义的垂直平面上来回摆动的扇形扫描区域。当kv级加速器4绕z轴旋转一周，这个扇形扫描区域所在的平面形成一个以z轴为轴心的圆柱体(以kv级加速器的旋转圆周为圆柱体的横截面)。当病人沿z轴平卧在治疗床上时，这个摆动的扇形扫描扩展了人体身高方向的fov视场角度范围，因此，kv级加速器在旋转轨道上的每一个位置，都可以对病灶身高方向进行完整的成像，避免因为fov视场角过小而无法一次完整呈现的问题。

当同时具备上述两个方向的扫描能力时，这个实现对大尺寸病灶或器官进行一次性全尺寸扫描成像。那么，kv级加速器绕z轴旋转一周，并同时控制在上述两个方向(或根据实际需要在其中一个方向)进行扫描成像，则可以完成三维立体扫描成像。

设置第一kv级转轴和/或第二kv级转轴的目的，是为了使得kv级加速器可以跟随kv数字探测平板的移动而转动，以确保做fov视场范围调整时，二者之间配合完成数字成像。如前所述，采用射线轴线可以偏转的kv级加速器系统，射线轴线穿过等中心点时所在的直线，并设定该直线的角度为零，与射线轴线偏转时所在的直线之间存在一个角度，则该角度位于一个正负角度范围内。从而等同于扩大了kv级加速器的fov视场角，例如只需要偏转正负15°，则等同于将kv级加速器的fov视场角扩大到60°。此时，配合kv数字探测平板的来回移动，获得更大的fov视场范围的成像。

在实际应用中，还可以将所述kv级加速器和kv数字探测平板组件设于旋转支架6上，所述旋转支架6带动kv级加速器和kv数字探测平板组件绕等中心旋转，旋转支架6既可以独立于主机架1自行旋转，也可以跟随主机架1一起旋转。如图1所示。

利用独立的旋转支架来悬挂kv级加速器和kv数字探测平板组件，既可以实现kv级加速器和kv数字探测平板组件的本系统的公转，又可以实现与主机架同步旋转的整个系统的公转，当kv级加速器进行角度调整时，则是实现了kv级加速器的自转，因此对kv级加速器来说，其可以实现两种公转和一种自转。从而大大拓展了设备的应用手段，提升了设备的工作效率和可操控性能。

如图3所示，在实际应用中，所述驱动组件可以采用以下方案：包括纵向导轨521和连接组件522，所述连接组件522安装于纵向导轨521上并可沿纵向导轨521来回移动，所述kv数字探测平板51固定安装于连接组件522上。这样可以实现kv数字探测平板51沿切线方向来回移动，该切线位于kv数字探测平板工作面所在平面上或与其平行，且与z轴垂直。在这个方向移动，配合kv级加速器绕第一kv级转轴转动，实现人横截面方向的fov视场角的扩展。

在实际应用中，所述驱动组件的动力单元可以采用设于纵向导轨上第一电磁驱动器、设于连接组件上的第二电磁驱动器，以及设置于连接组件与纵向导杆之间的阻尼装置，当第一电磁驱动器和第二电磁驱动器通电后，二者之间的电磁力驱动连接组件沿纵向导轨移动。

为了进一步配合kv级加速器绕第二kv级转轴转动，实现人体身高方向的fov视场角扩展，所述连接组件可以采用以下结构：包括横向导轨5221和连接部5222，所述连接部5222安装于横向导轨5221上并可沿横向导轨5221来回移动，所述横向导轨5221安装于纵向导轨521上，并可沿纵向导轨521来回移动，所述kv数字探测平板51固定安装于连接部5222上。从而实现kv数字探测平板51在一个平面上的自由移动。

为了使kv级加速器与kv级数字探测平板更好的同步跟随，在竖向导轨和横向导轨上均可设置若干小凹坑，这些小凹坑沿对应的竖向导轨和横向导轨的长轴线排布成一条直线，也可以交错排布为两条直线，每个凹坑之间的距离一定，或随竖向导轨和横向导轨的中点向两端方向距离逐渐变小，在横向导轨上设有检测竖向导轨上的凹坑的传感器，在连接部上设有检测横向导轨上凹坑的传感器。当横向轨道沿纵向轨道移动时，或者连接部沿横向轨道移动时，kv级加速器也对应的绕kv级第一转轴或kv级第二转轴转动，对应的传感器每检测到一个凹坑的信号，系统会校验kv级加速器的对应转角，确保角度正确，并控制其转动速度平稳均匀。由于距离中心越远，kv级加速器需要转动的角度就越小，所以其转速应该是渐渐变慢，因此，可以采用凹坑的距离逐渐减小来匹配。

本发明还提供一种如上述的双能加速器治疗设备的控制方法，包括以下步骤中的一个、两个或两个以上：

控制主机架、mv级加速器、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起同步旋转的步骤；从而实现整个系统的公转。

控制主机架、mv级加速器旋转的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件静止不动的步骤；其一，实现kv级加速器和kv数字探测平板组件组成的kv级成像系统与mv级加速器之间的相对位置调整。其二，实现mv级加速器进行治疗时，kv级成像系统可以对病患的同一视角进行持续的观察和验证。

控制主机架、mv级加速器旋转的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件与主机架级mv级加速器做异步旋转的步骤；其一，实现kv级成像系统的自己绕z轴的公转，即前述的第二个公转。其二可以实现其与mv级加速器之间相对位置的动态调整。

控制主机架、mv级加速器静止不动的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转一个角度后，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起再同向旋转一个角度的步骤；该步骤的意义在于，利用kv级成像系统对病患进行ct扫描时，kv级成像系统从起始位置开始旋转一定的角度，完成这个角度的扫描成像，此时再跟随主机架及mv级加速器一起旋转一定的角度，继续完成另一个角度的扫描成像，这样，只需要kv级成像系统旋转一个角度(自身系统的公转)，配合主机架的旋转(整个大系统的公转)，就可以完成一个较大角度的扫描成像，在这个过程中，需要主机架旋转的角度也大幅度减小。例如，完成180°的半周扫描，只需要kv级成像系统旋转90°，主机架旋转90°即可完成。而不是像现有技术中，需要主机架旋转180°，或者kv级成像系统旋转180°来实现，克服了单一系统大角度旋转带来的弊端。

控制主机架、mv级加速器静止不动的同时，控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转的步骤；利用kv级成像系统独自旋转，调整其与mv级加速器之间的相对位置，及独立完成扫描成像的工作。

控制kv级加速器和kv数字探测平板组件静止不动的同时，控制主机架、mv级加速器旋转一个角度后，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起再同向旋转一个角度的步骤。例如，采用mv级加速器治疗及其配合mv级数字探测平板进行剂量验证等，旋转一定角度后，需要kv级调整位置或者配合进行扫描成像时，采用该步骤。

优选的，还包括以下步骤：

控制kv数字探测平板沿与其旋转圆周相切的切线方向来回移动，和/或，沿与其旋转轴线平行的方向做来回移动；同时启动kv级加速器进行成像工作。如前所述，可以采用较小面积的kv数字探测平板来完成扫描成像，或者，对fov视场角度进行扩展。

优选的，还包括以下步骤：

控制kv级加速器跟随kv数字探测平板移动方向转动。利用kv级加速器的自转，完成fov视场角度的扩展。

优选的，还包括以下步骤：控制kv级加速器和kv数字探测平板组件旋转90°，再控制主机架、mv级加速器旋转、kv级加速器和kv数字探测平板组件一起同向再旋转90°。完成180°的半周扫描，只需要kv级成像系统旋转90°，主机架旋转90°即可完成。而不是像现有技术中，需要主机架旋转180°，或者kv级成像系统旋转180°来实现，克服了单一系统大角度旋转带来的弊端。

其中kv数字探测平板包括数字化射线摄影装置dr(digitalradiography)。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。