一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的制作方法

本实用新型涉及医疗设备领域，尤其涉及一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统。

背景技术：

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用硼制剂对超热中子具有高俘获截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子俘获及核分裂反应产生⁴He和⁷Li两个重荷电粒子。两个重荷电粒子的射程分别为9um与5um，两个重荷电粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当硼制剂选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到杀死肿瘤细胞的目的。

BNCT治疗过程中，患者接受到的剂量直接决定了BNCT治疗的肿瘤控制率与并发症发生率，进而影响患者治疗后的生活品质。所以精准的肿瘤定位、精准的治疗计划、精准的照射执行是BNCT精准治疗的三个关键环节，而其中的“精准的照射执行”仍然面临很多困难。 BNCT治疗所产生的剂量是由热中子与硼-10发生核反应而来的，而硼-10会随着硼制剂在患者体内的代谢过程而发生时间-空间分布变化。这种硼制剂代谢的时空变化具有明显的随机性，从而导致患者接受到的剂量与治疗计划所规定的剂量之间出现偏差。大的偏差可能会导致BNCT治疗的肿瘤控制率下降或并发症发生率增加。

为能准确判断出肿瘤所在位置，临床上常使用磁共振造影设备(Magnetic Resonance Imaging,MRI)或计算机断层影像(Computed Tomography,CT)进行肿瘤所在区域判断。磁共振成像是一种较新的医学成像技术，国际上从一九八二年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。磁共振成像装置除了具备基于X射线作用的CT解剖图像之外，还可借助核磁共振原理精确地测出原子核弛豫时间，将人体组织中有关化学结构的信息反映出来，可将同样密度的不同组织和同一组织的不同化学结构通过影像显示表征出来，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性，其软组织的对比度也更为精确。

为了准确知道肿瘤位置的硼浓度分布，近年来，改进后的BNCT临床流程中，患者会先施予对肿瘤具备高亲和性的¹⁸F-BPA药物，利用正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography，PET)观察药物于身体聚积程度，借此判断患者的硼制剂聚积效果是否良好，并根据PET影像上肿瘤组织和正常组织的药物分布差异，作为治疗计划计算依据，其治疗流程如图1所示。中国专利CN206026890U中提出一种平板PET引导的硼中子俘获治疗系统，该系统借由捕捉混合入硼制剂的¹⁸F标记物，在硼中子俘获治疗过程中较为准确的获得硼制剂在照射病灶区内实时、定量、动态的分布信息。但由于PET造影结果空间分辨率不佳，该造影结果仅可作为硼制剂分布信息参考，无法作为人体内组织结构对位，临床应用中依然需要利用光学照相机或计算机断层影像等装置进行治疗前患者摆位确认，花费大量等待时间。

基于上述情况，有必要对图像引导的硼中子俘获治疗系统及其使用方法进行改进，以解决上述现有技术的问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于，提出一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统，通过MRI造影系统提供在BNCT治疗过程中的准确的组织结构信息，以及得知硼制剂在照射病灶区的实时、定量、动态分布信息。

本实用新型的另一目的在于，提供一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的操作方法，可通过MRI造影系统来引导治疗过程中BNCT参数的调整，实现更精准化的治疗。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统，包括：

MRI造影系统，用于对病灶区进行造影，确定肿瘤的位置和硼浓度；

BNCT治疗系统，用于根据造影结果调整患者体位及调整治疗方案，以对病灶区进行治疗。

优选的，所述BNCT治疗系统包括承载系统，所述承载系统用于承载患者及调整患者体位，并与所述MRI造影系统相配合。

优选的，所述承载系统包括：照射床和升降装置。所述升降装置可以控制所述照射床的运动以进行患者体位调整。

优选的，所述病灶区含有造影剂混合物，所述造影剂混合物包括硼制剂和MRI造影剂。

近年来，除了造影设备的发展日趋蓬勃，新型态硼制剂亦有长足的发展，其中有一类硼制剂与MRI造影剂混合，使其可以被MRI造影系统测得，混合后同样富有高肿瘤亲和力。这种硼制剂为病灶区药物浓度的动态、实时、定量、在线监测提供了可能性。同时，MRI造影提供了极高的影像空间分辨率，为实现影像导引硼中子捕获治疗(Image Guided Boron Neutron Capture Therapy,IG-BNCT)提供了可能性。

优选的，所述MRI造影系统(100)包括影像工作站。

具体的，所述影像工作站功能有二，第一功能为根据MRI图像确定肿瘤的位置，并与治疗计划的图像进行比对，以校正患者体位；第二功能为根据MRI图像确定病灶区硼浓度分布，并与治疗计划的硼浓度进行比对，以调整治疗计划。

进一步优选的，所述影像工作站包括MRI信号采集与存储模块、图像重建模块、不同医学影像配准与比对模块、医学影像手动与自动感兴趣区域划分模块、病灶区硼制剂浓度分析模块以及实时MRI影像与治疗计划系统影像比对模块。

具体的，第一功能的实现为根据所述MRI信号采集与存储模块所采集的MRI信号，通过所述图像重建模块重建为三维图像，再通过不同医学影像配准与比对模块，将临床治疗前重建的三维图像与治疗计划图像配准比较，所述不同医学影像配准与比对模块可以对MRI、 CT、PET等图像进行识别及比对，一旦两者图像出现明显差异，则可透过患者重新摆位调整照射位置，或利用治疗床、升降装置运动机构，在空间中实现多自由度移动，调整患者相对于BNCT治疗系统位置，使其与治疗计划系统图像匹配，实现IG-BNCT。第二功能的实现则是根据医学影像手动与自动感兴趣区域划分模块得知感兴趣区域的造影剂混合物中硼制剂的分布情形，通过感兴趣区域硼制剂浓度分析模块重建为患者中的三维硼制剂动态分布结果，再通过实时MRI影像与治疗计划系统影像比对模块将该结果与治疗计划原始输入进行比对，作为治疗参数差异修正，以实时于治疗过程中进行调整治疗计划。

优选的，所述MRI造影系统(100)还包括磁体、波谱仪、MRI屏蔽装置。

进一步优选的，所述磁体选自开放式磁体或环状式磁体。

具体的，所述开放式磁体的结构为上下各设置一个磁性材料，所产生的主恒定磁场垂直于地面；所述环状式磁体的结构为一个封闭的环形，在封闭的环形空间内产生主恒定磁场。

优选的，所述BNCT治疗系统还包括：中子产生设备、中子慢化器、射束出口和中子照射系统控制工作站。

进一步优选的，所述中子产生设备选自放射性核素、质子加速器轰击金属靶材或核反应堆中的任意一种。

具体的，所述中子产生设备产生中子束，所述中子慢化器则针对不同中子产生装置特性予以调整几何结构与材质，使中子能量被缓速至约0.5eV～40keV，以使照射中子束达到最好的BNCT治疗效果，所述射束出口将照射中子束导出至患者病灶区。

优选的，所述中子照射系统控制工作站包括束流监控系统、剂量监控系统和照射视野控制系统，用于控制照射中子束相关参数，包括视野大小、照射时间、照射模式及照射角度等。

另一方面，提供一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的操作方法，MRI造影系统对病灶区进行造影，确定肿瘤的位置和硼浓度；BNCT治疗系统根据造影结果调整患者体位及调整治疗方案，以对病灶区进行治疗。

优选的，所述磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的操作方法，具体包括以下步骤：

S1：根据治疗计划，在患者体内注入造影剂混合物；

S2：使用MRI造影系统获取患者的MRI图像；

S3：将所述MRI图像与治疗计划图像进行比对，判断MRI图像与治疗计划图像是否在设定误差范围内；

当是时，执行步骤S4；

当否时，调整患者位置，再重复步骤S2；

S4：使用BNCT治疗系统进行中子束照射；

S5：使用MRI造影系统获取感兴趣区域的硼浓度，并计算所需照射参数；

S6：将所述所需照射参数与治疗计划照射参数进行比对，判断所需照射参数与治疗计划照射参数是否相同；

当是时，执行步骤S7；

当否时，调整治疗计划照射参数，再执行步骤S4；

S7：将实际照射剂量与治疗计划照射剂量进行比对，判断实际照射剂量是否达到治疗计划照射剂量；

当是时，执行步骤S8；

当否时，执行步骤S4；

S8：停止中子束照射，完成BNCT治疗。

本实用新型提供的磁共振引导的硼中子俘获治疗系统，将MRI造影系统与BNCT治疗系统进行良好整合，首先，通过MRI造影系统传回高分辨率的MRI图像，并与治疗计划图像进行比对以调整患者体位，实现IG-BNCT；其次，通过MRI造影系统还可以获取患者体内实时硼制剂分布情形，并与治疗计划进行比对，提供准确的照射参数修正因子以调整治疗计划，针对病灶区给予精准化的辐射治疗。

附图说明

图1为现有技术的BNCT治疗流程图；

图2为本实用新型装置的结构示意图；

图3为本实用新型装置另一视角的结构示意图；

图4为本实用新型装置的使用流程图。

其中，MRI造影系统100，磁体110；BNCT治疗系统200，中子产生设备210，中子慢化器220，射束出口230；承载系统300，照射床310，升降装置320。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统，包括：

MRI造影系统100，用于对病灶区进行造影，确定肿瘤的位置和硼浓度；

BNCT治疗系统200，用于根据造影结果调整患者体位及调整治疗方案，以对病灶区进行治疗。

BNCT治疗系统200包括承载系统300，用于承载患者及调整患者体位，并与MRI造影系统100相配合。

在BNCT治疗过程中，在使用中子束进行照射前，需要向患者体内注入硼制剂，硼制剂具有亲肿瘤性质，会在肿瘤区域富集，富集完成后采集患者靶区部位的核医学影像，来获取当前硼制剂在患者体内的分布特征，并建立剂量计算的硼制剂模型，据此开展治疗计划制定，治疗计划参数包括肿瘤靶区参数、照射参数以及剂量等，肿瘤靶区参数包括肿瘤位置、肿瘤尺寸等，治愈肿瘤所需的照射参数包括硼制剂参数和中子束参数，硼制剂参数包括硼-10浓度分布及其在体内代谢曲线，中子束参数包括照射时间、照射角度、照射强度等。需要说明的是，硼制剂与硼-10浓度具有一一对应关系，即硼制剂浓度可以通过单位换算得到硼-10浓度。可知，治疗计划中各参数的确定是基于照射治疗前患者体内的硼制剂分布，而硼-10会随着硼制剂在患者体内的代谢过程而发生时间-空间分布变化，即，患者实际所需照射参数以及实际照射剂量会与治疗计划有一定的偏差。大的偏差可能会导致BNCT治疗的肿瘤控制率下降或并发症发生率增加。

本实用新型中，BNCT治疗时，先通过MRI造影系统100的造影结果，确定肿瘤的具体位置，将造影结果与治疗计划进行比对，从而对患者的体位进行调整，符合治疗计划后再开始中子照射治疗；通过治疗过程中实时的MRI造影系统100的造影结果，确定感兴趣区域的实时硼浓度，得到实际所需照射参数，从而指导调整治疗计划，以达到更精准的治疗。而现有技术中只能在中子照射前检测感兴趣区域的硼浓度，无法实现根据实时的硼浓度结果调整治疗计划。

本实施例还提供上述磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的操作方法，MRI造影系统对病灶区进行造影，确定肿瘤的位置和硼浓度；BNCT治疗系统根据造影结果调整患者体位及调整治疗方案，以对病灶区进行治疗。

实施例二

本实施例作为实施例一的改进方案，与实施例一的区别在于：

于本实施例中，为了得到更准确的造影结果，需要对含有造影剂混合物的病灶区进行造影，造影剂混合物包括硼制剂和MRI造影剂。具体的，在造影前给患者注入造影剂混合物，其中硼制剂与MRI造影剂混合成为造影剂混合物，这样造影剂混合物既富有高肿瘤亲和力，会在人体肿瘤区域富集，同时造影剂混合物又可以被MRI造影装置测得，因此在MRI图像中，可通过调色将高硼制剂浓度肿瘤区域和低硼制剂浓度肿瘤区域，以及肿瘤区域和正常组织予以区分，即可根据颜色的差异勾画出确切的肿瘤区域，明确确定肿瘤的边界以及其中硼制剂的浓度分布，硼制剂的浓度可换算为硼浓度。

于本实施例中，造影剂混合物为Gd/B/L-LDL化合物。其是利用碳硼烷单元联结低密度脂蛋白(Low-Density Lipoprotein，LDL)作为载体，同时连结钆-四氮杂环十二烷单酰胺复合物(Gd-DOTA)，形成Gd/B/L-LDL化合物，作为造影剂混合物。当Gd/B/L-LDL化合物在细胞内聚积量为每个细胞10⁹时，此时可透过MRI造影系统观察到该细胞，同时该聚积量已足够进行硼中子俘获治疗。即造影过程需要依赖硼制剂，BNCT治疗也需要依赖硼制剂，通常患者需要注入两次硼制剂，以当使用此造影剂混合物时，只需要注入一次硼制剂，即可满足 MRI造影与BNCT治疗的要求。

于本实施例中，如图2、图3所示，MRI造影系统100，包括：磁体110、波谱仪、MRI 屏蔽装置和影像工作站。

磁体110选自开放式磁体或环状式磁体。开放式磁体的结构为上下各设置一个磁性材料，所产生的主恒定磁场垂直于地面；环状式磁体的结构为一个封闭的环形，在封闭的环形空间内产生主恒定磁场。

作为本实用新型的一种改进，影像工作站包括MRI信号采集与存储模块、图像重建模块、不同医学影像配准与比对模块、医学影像手动与自动感兴趣区域划分模块、感兴趣区域硼制剂浓度分析模块以及实时MRI影像与治疗计划系统影像比对模块。

具体的，所述影像工作站功能有二，第一功能为根据MRI图像确定肿瘤的位置，并与治疗计划的图像进行比对，以校正患者体位；第二功能为根据MRI图像确定病灶区硼浓度分布，并与治疗计划的硼浓度进行比对，以调整治疗计划。其中，MRI信号采集与存储模块用于采集MRI信号；图像重建模块是基于GPU加速的图像处理工具，用于将MRI信号重建为三维图像，即得到MRI造影图像；不同医学影像配准与比对模块可以对MRI、CT、PET等图像进行识别及比对，用于将临床治疗前的重建三维图像与治疗计划图像配准比较，当两者图像出现明显差异时则可调整患者相对于BNCT治疗系统位置，使MRI造影图像与治疗计划系统图像匹配，实现IG-BNCT；医学影像手动与自动感兴趣区域划分模块用于得知感兴趣区域的造影剂混合物中硼制剂的分布情形；病灶区硼制剂浓度分析模块用于根据硼制剂分布情况重建为患者中的三维硼制剂动态分布结果，实时MRI影像与治疗计划系统影像比对模块并将该结果与治疗计划原始输入进行比对，作为治疗参数差异修正，以实时于治疗过程中进行治疗计划调整。

需要说明的是，本实用新型中所述感兴趣区域包括肿瘤区域和正常组织区域。具体的， MRI造影时是可以对整个人体进行造影，但只需要获取病灶区的造影结果。

优选的，所述MRI造影系统还包括：磁体、波谱仪、MRI屏蔽装置。虽然硼制剂具有亲肿瘤性质，但在正常组织中也会有一定量的硼制剂存在，同时在中子照射时，照射端口虽然会尽量与肿瘤尺寸相适形，但由于检测精度和加工精度的影响，也会有部分的正常组织会被中子束照射到，当正常组织中接受的中子束照射剂量过大时，会对正常组织造成伤害。因此，通过检测肿瘤区域和正常组织区域的硼浓度，可以更好的指导调整治疗计划，使治疗计划既能实现治疗肿瘤的目的又能确保正常组织的安全。

如图2所示，BNCT治疗系统200，还包括：中子产生设备210、中子慢化器220、射束出口230和中子照射系统控制工作站。

中子产生设备210选自放射性核素、质子加速器轰击金属靶材或核反应堆中的任意一种。中子产生设备210用于产生中子束，中子慢化器220则针对不同中子产生装置特性予以调整几何结构与材质，使中子能量被缓速至约0.5eV～40keV，以使照射中子束达到最好的BNCT 治疗效果，射束出口230将照射中子束导出至患者病灶区。

中子照射系统控制工作站包括束流监控系统、剂量监控系统和照射视野控制系统，用于控制照射中子束相关参数，包括视野大小、照射时间、照射模式及照射角度等。

剂量监控系统用于调整治疗计划并控制治疗计划执行，包括调整治疗计划模块、中子束照射参数调整模块和硼制剂调整模块。

具体的，剂量监控系统的调整治疗计划模块根据MRI造影系统100的造影结果获取当前感兴趣区域的硼-10浓度分布，结合当前剂量率下的累计照射时间，计算得到当前时段患者所接收到的剂量，通过对时间-接受剂量曲线进行积分，可得到患者实际接受剂量与治疗计划中的剂量之间的偏差，再结合当前硼-10浓度分布，生成治疗计划调整方案，治疗计划调整方案包括硼制剂输注方案和中子束照射方案，因人体组织接收到的中子剂量和中子束照射时间、中子束照射强度、硼-10浓度都成正比关系。当需要执行硼制剂输注方案时，通过硼制剂调整模块控制执行，当需要执行中子束照射方案时，通过中子束照射参数调整模块控制执行。

需要说明的是，中子束在到达病灶区前会经过正常组织，比如，中子束需要透过皮肤才能进入肿瘤区域，而皮肤所接收到的中子剂量不能超过安全标准；同时，在治疗过程中，当肿瘤处接收到的中子剂量不足时，通常会先调整中子束参数，如照射时间来确保肿瘤区域接受到的中子剂量符合治疗要求，但照射时间过长可能会导致正常组织接受到的中子剂量过高，则会对人体造成伤害，因此需要控制肿瘤区域的硼-10浓度在一定的安全范围内，以确保正常组织接受到的中子剂量在安全范围内，保证患者的人身安全。

比如，如果当前硼-10浓度满足安全要求，生成中子束照射方案，中子束照射方案中对中子束照射方案进行调整，包括照射角度、照射时间等。比如，如果当前硼-10浓度不满足安全要求，生成硼制剂输注方案，硼制剂输注方案中对硼制剂输注方案进行调整，包括往患者体内补充输注硼制剂的量，以提高患者体内的硼-10浓度等。避免了BNCT治疗因照射靶区剂量不足而出现肿瘤控制率下降或因为正常组织剂量超标而出现并发症发生率增加等问题。

承载系统300，用于承载患者，并与所述MRI造影系统及所述BNCT治疗系统相配合；包括：照射床310和升降装置320。照射床310安装在升降装置320上，升降装置320可以控制照射床310的运动以进行位置调整。

在使用时，先将患者安置在照射床310上，再将照射床310移动至MRI造影系统100的磁场范围内，患者上方形成照射视野，然后进行MRI造影，根据MRI造影图像进行照射床 310位置调整，使患者与照射出口230的位置相适应，根据硼制剂浓度分布结果进行照射参数调整，之后再进行BNCT治疗。

如图4所示，一种磁共振引导的硼中子俘获治疗系统的操作方法，具体包括以下步骤：

S1：根据治疗计划，在患者体内注入造影剂混合物；

S2：获取患者的MRI图像；

S3：将所述MRI图像与治疗计划图像进行比对，判断MRI图像与治疗计划图像是否在设定误差范围内；

当是时，执行步骤S4；

当否时，调整患者位置，再重复步骤S2；

S4：进行中子束照射；

S5：获取感兴趣区域的硼浓度，并计算所需照射参数；

S6：将所述所需照射参数与治疗计划照射参数进行比对，判断所需照射参数与治疗计划照射参数是否相同；

当是时，执行步骤S7；

当否时，调整治疗计划照射参数，再执行步骤S4；

S7：将实际照射剂量与治疗计划照射剂量进行比对，判断实际照射剂量是否达到治疗计划照射剂量；

当是时，执行步骤S8；

当否时，执行步骤S4；

S8：停止中子束照射，完成BNCT治疗。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神与范围。