一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法与流程

本发明涉及肿瘤放射治疗医学领域，特别的，涉及一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法。

背景技术：

放疗是肿瘤治疗的主要方法之一，其在肿瘤治疗中的普适性和良好的治疗效果使其受到人们的广泛关注。碳离子放疗技术是一种以碳离子束为放射粒子源的新型放疗技术，其一大特点是可控性更强，能够更集中地释放能量。因此，在碳离子放疗下，患者摆位设备的运动精确性、快速性、稳定性成为了制约碳离子放疗技术向精确放疗和放疗过程自动化发展的关键问题之一。

现有的碳离子放疗摆位过程一般是通过手动操作实现的，首先需要在模拟治疗室进行初次摆位，确定患者的治疗体位后，再将患者转移至治疗室进行重新摆位。同时，在摆位过程中医师或放疗师需要手动调节治疗终端的设备位置，工作量大，耗时长，摆位精度低，延长了摆位验证和修正的工作量，浪费医疗资源。

因此，对于人工手动摆位操作过程中存在的耗时长、精度低等问题，有必要提供一种能够精确、高效、稳定的实现患者自动摆位的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法，该方法能够提高肿瘤碳离子放疗摆位过程中的精确性、快速性、稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法，包括如下步骤：

b1：获取治疗参数：

结合过患者的体检结果及治疗方案，在患者体表束流照射位置处做标记点，并且获得患者客观治疗参数及肿瘤相对病患体表标记点的相对位置，建立坐标系；为患者制作热塑体模，并确定患者和热塑体模相对治疗床的治疗参数；

b2：获得肿瘤在治疗床坐标系中的坐标：

将人体坐标系通过热塑体模后得到的治疗参数与治疗床坐标系建立联系：

b3：生成摆位数据：

将所得到的治疗参数通过终端设备输入计算机的摆位系统，运行生成自动摆位数据；

b4：拟运行：

将得到的摆位数据在摆位系统中的拟运行模块中进行模拟运行；

b5：传输摆位数据：

将拟运行无误的数据变换为控制器可读取的变量格式，传输至治疗床控制器；

b6：执行摆位：

执行摆位命令，完成自动摆位。

进一步，所述步骤b3中摆位系统的自动摆位数据生成是通过如下步骤实现的：

s1：建立治疗床各关节子坐标系，治疗床子坐标系为直角坐标系，包括固定基础坐标系、底部大回转坐标系、床身小回转坐标系、升降坐标系、水平y轴移动坐标系、水平x轴移动坐标系；

s2：将治疗床子坐标系间的坐标变换关系以矩阵形式表示，在各子坐标系中任意点可经变换矩阵得到在固定基础坐标系中的坐标值；

s3：建立障碍模型，得到障碍危险区域，并将危险区域范围反映到固定基础坐标系中；

s4：将治疗床各关节边缘节点作为碰撞危险点，记录各节点坐标；

s5：通过治疗参数及治疗床子坐标系变换矩阵计算肿瘤在固定基础坐标系中始末坐标；

s6：结合肿瘤始末坐标通过计算求解治疗床运动学逆解，得到各关节运动量；

s7：记录各关节边缘节点运行轨迹所构成区域，并与碰撞危险区域进行对比。若存在重合区域，则改变重合关节运动量，重复s6、s7环节；若不存在重合区域，则进行下一环节；所述的各关节边缘节点运行轨迹所构成区域与碰撞危险区域的对比并非实时进行；

s8：将完成对比的各关节运动量转换成摆位数据。

本发明的有益效果在于：

本发明将人体坐标系通过热塑体模后得到的治疗参数与治疗床坐标系建立联系，进而获得准确的肿瘤坐标，将包括肿瘤坐标的治疗参数通过摆位系统的步骤执行实现摆位数据的自动生成，在摆位系统中拟运行后，通过治疗床控制器对治疗床实现控制，实现最终的摆位；本发明方法无需进行初次摆位来模拟治疗，减少摆位过程中医师或放疗师的工作量，大大缩短肿瘤碳离子放疗的治疗辅助时间，使医疗资源得到合理利用；本发明摆位数据的生成通过摆位系统来实现，摆位系统充分考虑了碰撞危险区对摆位精度的影响，因此，提高了碳离子放疗摆位的精确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明肿瘤碳离子放疗自动摆位方法总体步骤框图；

图2为本发明肿瘤碳离子放疗自动摆位方法生成摆位数据流程示意图；

图3为人体坐标系示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和技术方案更加明确，下面结合附图和具体实施例对本发明具体实施方式做具体的说明。

本发明一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法总体步骤框图如图1所示，包括获取治疗参数、建立坐标系、确定肿瘤在各坐标系中的坐标、生成摆位数据、拟运行、传输摆位数据、执行摆位几个步骤。

本发明揭示了一种肿瘤碳离子放疗自动摆位方法；该方法包括如下步骤：

b1：获取治疗参数：结合过患者的体检结果及治疗方案，在患者体表束流照射位置处做标记点，并且获得患者身高、体重、体型轮廓等客观治疗参数，对病患进行ct扫描，获得肿瘤相对人体表面束流照射位置标记点的距离；

建立合理的人体坐标系，以患者肚脐为人体坐标系原点，以肚脐水平指向头部方向为y方向，以肚脐水平指向身体左侧方向为x方向，以竖直向上方向为z方向；在患者治疗方式确定后，为达到固定患者的目的，结合体表标记及肿瘤位置为患者制作热塑体模，用于患者的固定；完成热塑体模后，确定患者和体模相对治疗床的治疗参数。

b2：获得肿瘤在治疗床坐标系中的坐标：

将人体坐标系通过热塑体模后得到的治疗参数与治疗床坐标系建立联系：即，通过获得的肿瘤相对人体表面束流照射位置标记点的相对距离和病患体表束流照射位置标记点的位置确定肿瘤在治疗床坐标系中的坐标值。

b3：生成摆位数据：

将所得到的治疗参数通过终端设备输入计算机的摆位系统，运行生成自动摆位数据；其中摆位系统通过如下步骤实现生成自动摆位数据：

s1：建立治疗床各关节子坐标系，治疗床子坐标系为直角坐标系，包括固定基础坐标系、底部大回转坐标系、床身小回转坐标系、升降坐标系、水平y轴移动坐标系、水平x轴移动坐标系；

s2：将治疗床子坐标系间的坐标变换关系以矩阵形式表示，在各子坐标系中任意点可经变换矩阵得到在固定基础坐标系中的坐标值；

s3：建立障碍模型，得到障碍危险区域，并将危险区域范围反映到固定基础坐标系中；

s4：将治疗床各关节边缘节点作为碰撞危险点，记录各节点坐标；

s5：通过治疗参数及治疗床子坐标系变换矩阵计算肿瘤在固定基础坐标系中始末坐标；

s6：结合肿瘤始末坐标通过计算求解治疗床运动学逆解，得到各关节运动量；

s7：记录各关节边缘节点运行轨迹所构成区域，并与碰撞危险区域进行对比。若存在重合区域，则改变重合关节运动量，重复s6、s7环节；若不存在重合区域，则进行下一环节；各关节边缘节点运行轨迹所构成区域与碰撞危险区域的对比并非实时进行，这也是获取精确、稳定、可靠摆位数据的关键；

s8：将完成对比的各关节运动量转换成摆位数据。

b4：拟运行：

将得到的摆位数据在摆位系统中的拟运行模块中进行模拟运行，用以验证运行是否准确无误。

b5：传输摆位数据：

将拟运行无误的数据转换为治疗床控制器可读取的数据格式，传输至治疗床控制器，通过治疗床控制器控制治疗床进行摆位动作。

b6：执行摆位：

治疗床执行控制器发出的摆位命令，完成自动摆位。