一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统的制作方法

本实用新型属于放射治疗技术领域，涉及医用诊断X射线领域的三维数字透视领域，更具体地说，涉及一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统。

背景技术：

现在，四维单源γ刀是一种智能三维五轴机器人臂激光定位非等中心适形调强跟踪聚焦照射单个γ源放射外科治疗系统。四维单源γ刀的焦点跟踪采用的是高度智能的、高精准度的位置传感器焦点跟踪数学模型系统。建立焦点跟踪数学模型必须把位置传感器的数据与焦点四维坐标典型特征数据关联。焦点四维坐标典型特征数据来自于外部的MRI、CT，还来自于三维双数字X射线透视系统和四维坐标系统，前者用于采集必须的人体器官、组织、灵敏细胞、靶、焦点的三维数字信息，后者与前者的数据关联实现坐标融合，后者与体表高性能组合式MEMS位置传感器关联建立位移焦点跟踪数学模型。

现有的放射治疗焦点跟踪技术，先植入人体内金标，放射治疗全过程X射线影像系统连续照射获取焦点/金标影像，计算中心算出金标位置移动数据后修正入射束方位。现有技术是滞后的修正方法，修正指令形成下达到入射束方位改变，焦点已经移动到其他位置了，造成聚焦不精准。放疗中用于跟踪焦点的X射线长期连续照射不但给患者造成严重辐射危害，而且，还会严重干扰激光定位功能。

该实用新型用于为四维单源γ刀建立焦点跟踪数学模型，位置传感器数据直接修正入射束方位，并且在数学模型指引下可以进行预测控、前馈控、自适应等特殊控制算法，达到精准到微米级的位移焦点跟踪聚焦控制。放疗过程中无X射线照射。无金标植入。

现有γ刀焦点追踪采用X射线影像下植入金标追踪。用于追踪的X射线影像或连续透视照射、或连续脉冲点片，在长时间的放射治疗过程中患者又受到了大剂量追踪X射线的辐射危害。数学模型焦点跟踪系统只在建立数学模型时使用三维双数字X射线影像系统对患者点片2次，透视3个平静呼吸、3个深呼吸、3次咳嗽的时间，不足1分钟，完全避免了利用X射线影像追踪所致辐射危害，而且避免了追踪X射线对焦点跟踪的严重干扰。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，利用三维双数字X射线影像技术，获取放射治疗靶和焦点的性质形态位置四维典型特征数据，实现自动融合坐标，自动建立位移焦点跟踪数学模型，实现四维单源γ刀的激光定位非等中心适形调强跟踪聚焦照射放射治疗。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，包括坐标系统、三维透视系统、数据计算中心、影像工作站、设备运行控制系统、放疗技师操控台、患者固定绑缚系统和自动协同治疗床，坐标系统、三维透视系统、影像工作站、设备运行控制系统、放疗技师操控台、患者固定绑缚系统、自动协同治疗床均与数据计算中心连接，所述坐标系统与自动协同治疗床连接，影像工作站、患者固定绑缚系统、自动协同治疗床均与放疗技师操控台连接，

所述坐标系统、数据计算中心、影像工作站、设备运行控制系统、放疗技师操控台、患者固定绑缚系统、自动协同治疗床均与三维透视系统连接，所述三维透视系统包括高压发生器、臂框架、两组透视机构，两组透视机构均安装在臂框架上且均与高压发生器相连，自动协同治疗床位于两组透视机构构成的环形内腔的中心位置，单组所述的透视机构包括相对设置且相连的X射线源组装体和数字影像接受器。

进一步的，所述高压发生器用于为透视机构的X射线源组装体提供产生X射线的管电压，所述高压发生器的管电压的范围为28-150kV连续可调，其调节间隔为1kV。

进一步的，所述臂框架为C形，臂框架与运动底座或者吊轨连接。

进一步的，两组所述的透视机构相互垂直设置，单个所述的X射线源组装体包括X射线管球组装体、可变光野遮光器，可变光野遮光器的最大光野边界在所述数字影像接受器边沿内，所述X射线管球组装体的最高管电压为150kV，透视管电流在0.1mA-100mA之间连续可调。

进一步的，所述自动协同治疗床包括可升降的底座支架、可前后左右平移的床板集成体，床板集成体由低原子序数、低密度、γ射线吸收率反射率低的材料制成。

进一步的，所述患者固定绑缚系统与自动协同治疗床相配合使用。

进一步的，所述坐标系统分别安装在臂框架上、自动协同治疗床床侧，坐标系统包括原子钟同步授时系统、骨定位坐标系统、三维激光定位坐标系统、基准定位坐标系统、加工定位坐标系统、位置传感器坐标系统、靶虚拟三维坐标系统、靶特征坐标与定位坐标自动融合系统，原子钟同步授时系统分别与骨定位坐标系统、三维激光定位坐标系统、基准定位坐标系统、加工定位坐标系统、位置传感器坐标系统、靶虚拟三维坐标系统、靶特征坐标与定位坐标自动融合系统相连。

进一步的，所述骨定位坐标系统定位在患者体表，所述三维激光定位坐标系统分别设置在自动协同治疗床周围且与自动协同治疗床连接。

进一步的，所述影像工作站包括影像数据处理系统、计算机系统、影像显示系统和信息输入系统，影像数据处理系统、影像显示系统、信息输入系统分别与计算机系统连接，影像显示系统、信息输入系统分别与影像数据处理系统连接。

本实用新型的有益效果是：

一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，利用三维双数字X射线影像技术，获取放射治疗靶和焦点的性质形态位置四维典型特征数据，实现自动融合坐标，自动建立位移焦点跟踪数学模型，实现四维单源γ刀的激光定位非等中心适形调强跟踪聚焦照射放射治疗。具体表现以下几个方面：

1、能够同步采集两个三维数字X射线影像数据，合成三维影像，刻画靶的虚拟三维坐标和坐标原点即焦点；

2、能够同步抓取焦点四维典型特征数据和MEMS位置传感器的数据，分析数据关联特征，智能建立位移焦点跟踪数学模型；

3、位移焦点跟踪数学模型的焦点跟踪无延时误差，聚焦投照更精准，克服了图像采集分析后纠偏的时过境迁错误；

4、不植入金标，无金标植入的痛苦、不适和植入风险；

5、不使用框架钢钉固定，无钢钉固定痛苦；

6、不在放射治疗过程中使用X射线，无焦点跟踪X射线长时间照射造成的辐射危害，无X射线对激光定位的干扰；

7、该系统数据支持建立的数学模型焦点跟踪系统的焦点跟踪是连续高效的、聚焦精准度达到微米级的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型系统的结构示意图；

图2为本实用新型系统的原理框图；

图中标记：1、坐标系统，101、原子钟同步授时系统，102、骨定位坐标系统，103、三维激光定位坐标系统，2、三维透视系统，3、数据计算中心，4、影像工作站，401、影像数据处理系统，402、计算机系统，403、影像显示系统，404、信息输入系统，5、设备运行控制系统，6、放疗技师操控台，7、患者固定绑缚系统，8、自动协同治疗床，801、底座支架，802、床板集成体，9、高压发生器，10、臂框架，11、透视机构，1101、X射线源组装体，1102、数字影像接受器。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本实用新型技术方案为前提的最佳实施例，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-2所示，一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，包括坐标系统1、三维透视系统2、数据计算中心3、影像工作站4、设备运行控制系统5、放疗技师操控台6、患者固定绑缚系统7和自动协同治疗床8，坐标系统1、三维透视系统2、影像工作站4、设备运行控制系统5、放疗技师操控台6、患者固定绑缚系统7、自动协同治疗床8均与数据计算中心3连接，所述坐标系统1与自动协同治疗床8连接，影像工作站4、患者固定绑缚系统7、自动协同治疗床8均与放疗技师操控台6连接，

所述坐标系统1、数据计算中心3、影像工作站4、设备运行控制系统5、放疗技师操控台6、患者固定绑缚系统7、自动协同治疗床8均与三维透视系统2连接，所述三维透视系统2包括高压发生器9、臂框架10、两组透视机构11，两组透视机构11均安装在臂框架10上且均与高压发生器9相连，自动协同治疗床8位于两组透视机构11构成的环形内腔的中心位置，单组所述的透视机构11包括相对设置且相连的X射线源组装体1101和数字影像接受器1102。

进一步的，所述高压发生器9用于为透视机构11的X射线源组装体1101提供产生X射线的管电压，所述高压发生器9的管电压的范围为28-150kV连续可调，其调节间隔为1kV。

进一步的，所述臂框架10为C形，臂框架10与运动底座或者吊轨连接。

进一步的，两组所述的透视机构11相互垂直设置，单个所述的X射线源组装体1101包括X射线管球组装体、可变光野遮光器，可变光野遮光器的最大光野边界在所述数字影像接受器1102边沿内，所述X射线管球组装体的最高管电压为150kV，透视管电流在0.1mA-100mA之间连续可调，进一步优选的，最大管电流不小于500mA。自动或者手动控制均可。进一步优选的，数字影像接受器1102选用17″×17″、空间分辨力≥5.0 lp/mm数字透视高速板。

进一步的，所述自动协同治疗床8包括可升降的底座支架801、可前后左右平移的床板集成体802，床板集成体802由低原子序数、低密度、γ射线吸收率反射率低的材料制成。进一步优选的，自动协同治疗床8采用碳纤维材料制造，自动协同治疗床8多靶治疗时能自动移靶对焦。

进一步的，所述患者固定绑缚系统7与自动协同治疗床8相配合使用。

进一步的，所述坐标系统1分别安装在臂框架10上、自动协同治疗床8床侧，坐标系统1包括原子钟同步授时系统101、骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103、基准定位坐标系统、加工定位坐标系统、位置传感器坐标系统、靶虚拟三维坐标系统、靶特征坐标与定位坐标自动融合系统，原子钟同步授时系统101分别与骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103、基准定位坐标系统、加工定位坐标系统、位置传感器坐标系统、靶虚拟三维坐标系统、靶特征坐标与定位坐标自动融合系统相连。进一步的，坐标系统1具有点片功能、透视功能、影像数据处理功能，具有坐标融合功能，具有采集、储存、分析、影像数据中靶、焦点、灵敏细胞、组织、器官的性质、形态、位置的典型特征数据和刻画标识典型特征数据功能，具有动态影像典型特征数据刻画标识、抓捕、跟踪功能等。该坐标系统1用于四维单源γ刀放射治疗计划制定前建立焦点跟踪数学模型时，配合位置传感器等系统使用。

进一步的，所述骨定位坐标系统102定位在患者体表，所述三维激光定位坐标系统103分别设置在自动协同治疗床8周围，即自动协同治疗床8的上、下、前、后、左、右位置，且与自动协同治疗床8连接。

进一步的，所述数据计算中心3用于获取、储存、运算各个系统的数据，分析并三维刻画组织、器官、肿瘤或病灶的形态、性质、位置特征并分类标记投照区块，智能图像分析、图像识别、图像诊断、自学习能力。

进一步的，所述影像工作站4包括影像数据处理系统401、计算机系统402、影像显示系统403和信息输入系统404，影像数据处理系统401、影像显示系统403、信息输入系统404分别与计算机系统402连接，影像显示系统403、信息输入系统404分别与影像数据处理系统401连接。所述影响工作站4用于采集、储存、分析、影像数据中靶、焦点、灵敏细胞、组织、器官的性质、形态、位置的典型特征数据并加以刻画标识，用于动态影像特征数据的抓捕、跟踪，位移焦点四维特征数据的刻画标识。

进一步的，放疗技师操控台6是放疗技师工作站，放疗技师操控台6分别与三维透视系统2、数据计算中心3、影像工作站4、设备运行控制系统5、自动协同治疗床8连接，放疗技师操控台6控制三维双数字X射线透视系统，实现四维坐标系统的融合，获取焦点四维典型特征数据和体表位置传感器数据进而建立位移焦点跟踪数学模型，两个技师密匙解锁下达执行经过高级放疗医师授权的激光定位非等中心适形调强跟踪聚焦照射放射治疗计划。

进一步的，设备运行控制系统5，用于控制系统电源、控制系统开关机、控制机架移动、控制床板移动，控制遮光器大小，自动控制管电压、管电流、影像质量，手动控制管电压、管电流、影像质量，点片控制、透视控制，时间同步控制，自动获取和处理影像数据等。

实施例1

本实用新型的一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统的使用方法的具体实施例，包括以下步骤：

1、设备工程师在放疗技师的配合下启动系统，检测四维单源γ刀系统性能，确保系统一切正常，确认机房环境状况一切正常；

2、授权的高级放疗医师在四维单源γ刀系统内完整录入已经确诊的患者信息，完成预约，确定靶和焦点，放疗处方，建立静态非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划并审定；

3、二位授权的放疗技师同时到场，接受患者、验证患者身份，固定绑缚患者到床板上定位坐标系统要求位置，交代安全注意事项，注射镇静剂；

4、移动调整C形臂框架到定位坐标要求的位置，三维双数字X射线透视系统纵向的和水平向的焦点，与数字影像接受器中点连线的交汇点自动定位到设备的三维激光定位坐标系统103的原点上方10cm；放疗技师完成人工摆位，离开机房，关闭机房门；

5、在放疗技师操控台6操作三维双数字X射线透视系统，选择点片、自动点片，让患者憋气，首次点片；

数据计算中心3统领影像数据处理系统401分析、刻画、抓取点片中靶的典型形态和坐标数据，与系统中已有的靶和焦点数据比对，自动调整床位把系统刻画的虚拟的靶的坐标原点，即放射治疗的焦点，移动到设备基准定位坐标系统的原点，完成靶虚拟三维坐标系统与骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103的融合；

6、令患者憋气，再次点片，数据计算中心3采集时间同步的三维影像数据、体表高性能组合式MEMS的位置传感器与焦点位移跟踪三维数字坐标系统的数据，关联虚拟的靶坐标系统、骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103、体表高性能组合式MEMS位置传感器与焦点位移跟踪三维数字坐标系统的坐标特征数据，完成四维坐标系统融合；

7、三维双数字X射线透视系统连续透视，时间覆盖平静呼吸三次、深呼吸三次、咳嗽三次，时间同步的两个数字影像接受器1102的动态影像数据被采集、传输、储存、分析、刻画、特征典型数据提取、焦点和靶三维坐标原点运动特征典型数据提取、特征典型数据与时间同步的MEMS位置传感器数据综合分析关联、智能建立随呼吸或心跳靶的位移焦点跟踪数学模型。

实施例2

本实用新型的一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，在乳腺癌保形放射治疗时的使用方法，包括以下步骤：

1、设备工程师在放疗技师的配合下启动系统，检测四维单源γ刀系统性能，确保系统一切正常，确认机房环境状况一切正常；

2、授权的高级放疗医师在四维单源γ刀系统内完整录入已经确诊的患者信息，完成预约，确定靶和焦点，放疗处方，建立静态非等中心适形调强聚焦照射放射治疗计划并审定；

3、二位授权的放疗技师同时到场，接受患者、验证患者身份。固定绑缚患者到床板上定位坐标系统要求位置，使用乳腺夹板夹持固定患侧乳腺。交代安全注意事项，注射镇静剂；

4、移动调整C形臂框架到定位坐标要求的位置，三维双数字X射线透视系统纵向的和水平向的焦点，与数字影像接受器中点连线的交汇点自动定位到设备的三维激光定位坐标系统103的原点上方10cm；放疗技师完成人工摆位，离开机房，关闭机房门；

5、在放疗技师操控台6操作三维双数字X射线透视系统，选择点片、自动点片，让患者憋气，首次点片；

数据计算中心3统领影像数据处理系统401分析、刻画、抓取点片中靶的典型形态和坐标数据，与系统中已有的靶和焦点数据比对，自动调整床位把系统刻画的虚拟的靶的坐标原点，即放射治疗的焦点，移动到设备基准定位坐标系统的原点，完成靶虚拟三维坐标系统与骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103的融合；

6、令患者憋气，再次点片，数据计算中心3采集时间同步的三维影像数据、体表高性能组合式MEMS的位置传感器与焦点位移跟踪三维数字坐标系统的数据，建立虚拟的靶坐标系统、骨定位坐标系统102、三维激光定位坐标系统103、体表高性能组合式MEMS位置传感器与焦点位移跟踪三维数字坐标系统的坐标特征数据关联，完成整个坐标系统融合；

7、选择透视、乳腺透视，连续透视覆盖三次平静呼吸、三次深呼吸、三次咳嗽。时间同步的两个数字影像接受器1102的动态影像数据被采集、传输、储存，数据计算中心3、影像工作站4、运动靶典型特征分析刻画系统、运动靶图像识别抓取系统，抓取虚拟靶坐标系统的原点，即治疗的焦点，在基准三维激光定位坐标系统、投照激光定位坐标系统中随呼吸或心跳位移特征典型数据，采集时间同步的体表高性能组合式MEMS位置传感器三维数字坐标系统的数据与焦点位移关联特征典型数据，关联时间同步的焦点特征典型数据和MEMS位置传感器特征典型数据，智能建立位移焦点跟踪数学模型。

综上所述，本实用新型的一种四维单源γ刀三维双数字X射线透视系统，利用三维双数字X射线影像技术，获取放射治疗靶和焦点的性质形态位置典型特征数据，实现自动融合坐标，自动建立位移焦点跟踪数学模型，实现四维单源γ刀的激光定位非等中心适形调强跟踪聚焦照射放射治疗。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征、基本原理以及本实用新型的优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。