一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法

一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法，所述放射治療系統(tǒng)包括放射治療頭、監(jiān)測控制臺和治療床，其中，在所述放射治療頭的相對位置還設(shè)有射線探測裝置，所述射線探測裝置接收來自放射治療頭的治療束,并輸出圖像成像信息給所述監(jiān)測控制臺；所述監(jiān)測控制臺連接并控制所述放射治療頭和/或治療床。本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法，利用射線探測裝置和治療束進行實時成像，并實時調(diào)整治療方案或控制治療進程實現(xiàn)放射精準(zhǔn)治療，從而保證治療監(jiān)測同步進行，并且避免附加成像射線束所帶來的額外劑量沉積。
【專利說明】一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療裝置及其監(jiān)控方法，尤其涉及一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為腫瘤治療的一個重要手段，放射治療的基本原理是通過放射線照射腫瘤，造成腫瘤細(xì)胞的內(nèi)部損害，阻斷細(xì)胞的活動過程，阻止腫瘤細(xì)胞的生長分裂，直至導(dǎo)致其最終死亡,從而達到治療的目的。放射治療主要針對一些對射線感受性強的腫瘤,例如鼻咽癌、乳腺瘤、食道癌、子宮癌等，對感受性不強的腫瘤以及復(fù)發(fā)的腫瘤往往效果不佳。即便是對感受性強的腫瘤，通常也需要優(yōu)化照射治療方案以降低副作用。為了降低輻射對腫瘤周圍正常組織的損害，一些先進的治療技術(shù)，如三維適形放射治療(conformal radiationtherapy, CRT)、強度調(diào)制放射療法(Intensitymodulated radiation therapy, IMRT)等被廣泛地應(yīng)用在臨床治療中。所有這些技術(shù)的實施都需要預(yù)先知道腫瘤的位置、大小和分布等相關(guān)信息，這就需要利用CT、MR1、X-射線、超聲等影像手段來提供。在常用的三維適形放射治療中，先用多葉準(zhǔn)直器約束線束的形狀，使之與該角度的腫瘤截面吻合，減少正常組織受到的不必要的輻射。進一步的，放射線束從不同的角度照射腫瘤，從而獲得理想的劑量沉積。其中，周圍正常組織由于受輻照的范圍增大，所受劑量被大大分散，其生物損害也隨之降低。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的強度調(diào)制放射治療則更進一步對于照射野內(nèi)的輻射進行調(diào)制，在時序和線束輪廓強度上調(diào)節(jié)放射束，從而獲得更為理想的劑量分布。為了進一步減輕輻射帶來的副作用，考慮到正常細(xì)胞的修復(fù)能力優(yōu)于腫瘤細(xì)胞，通常采用所謂分割放療技術(shù)，即每次只照射一定 比例的劑量，分多次照射完成預(yù)定劑量在腫瘤區(qū)域的沉積。照射間歇期，正常組織可以修復(fù)放射帶來的損害。
[0003]人體是一個動態(tài)系統(tǒng)，精確的放射治療必須要考慮到治療過程中組織的運動，例如心臟和肺等周期性的運動，以及病人本身的運動對于劑量輸運的影響。為了把輻射劑量準(zhǔn)確地輸送到目標(biāo)區(qū)域，就要監(jiān)測人體的運動，知道它的實時狀態(tài)?，F(xiàn)有的兩類監(jiān)測方法，一是在治療束之外再引入一個額外的成像束(例如KeV能量段X-射線)進行監(jiān)測，由于監(jiān)測和治療是分開進行的，這一方式通常不能提供真正的實時圖像，而且頻繁使用KeV監(jiān)測射線束也會給病人帶來不必要的額外劑量損害。二是在治療束序列之間插入成像束以提供人體狀態(tài)的信息，并在人體的對面探測穿透人體的射線分布，即放射投影圖像。這一方法成像過程和治療過程也是分開進行的，也無法提供真正的實時信息，正常組織也會因為成像受到額外的輻射劑量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法，能夠保證治療成像同步進行，并且避免附加成像射線束所帶來的額外劑量沉積。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種放射治療系統(tǒng)，包括放射治療頭、監(jiān)測控制臺和治療床，其中，在所述放射治療頭的相對位置還設(shè)有射線探測裝置，所述射線探測裝置接收來自放射治療頭的治療束，并輸出圖像成像信息給所述監(jiān)測控制臺；所述監(jiān)測控制臺連接并控制所述放射治療頭和/或治療床。
[0006]上述的放射治療系統(tǒng)，其中，所述放射治療頭的放射源為X射線源、電子源、同步輻射源或中子源。
[0007]上述的放射治療系統(tǒng)，其中，所述射線探測裝置為實時射線強度分布探測器。[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種上述放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，包括如下步驟:a)獲取治療束序列，并按順序?qū)嵤┮粋€治療束；b)調(diào)整所述治療束，使其對準(zhǔn)目標(biāo)病灶區(qū)域；c)所述射線探測裝置接收放射治療頭的治療束序列穿過目標(biāo)病灶區(qū)域后的射線，并進行實時成像；d)所述成像信息輸出到所述監(jiān)測控制臺，所述監(jiān)測控制臺將實時投影成像的位置形狀和預(yù)定成像的位置形狀進行比較，控制并實時調(diào)整所述放射治療頭和/或治療床。
[0009]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述步驟a)中獲取治療束序列后對治療束序列的配送順序或/和時間間隔進行調(diào)整。
[0010]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述對治療束序列的調(diào)整包括調(diào)整治療束射線的數(shù)目、劑量大小和劑量分割。
[0011]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述步驟b)中調(diào)整治療束包括調(diào)整治療束的位置和形狀；所述調(diào)整治療束的位置包括調(diào)整治療束射線的入射位置和入射角度；所述調(diào)整治療束的形狀包括調(diào)整治療束射線的線束形狀和線束強度分布。
[0012]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，對治療束調(diào)整時，還包括通過調(diào)節(jié)治療束的脈沖寬度使得調(diào)整前后的沉積劑量保持不變。
[0013]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述步驟d)中僅對含有腫瘤特征信息的關(guān)鍵位置治療束比較成像位置形狀偏差；所述監(jiān)測控制臺在發(fā)射下一個關(guān)鍵位置治療束前完成當(dāng)前關(guān)鍵位置治療束的成像比較及后續(xù)治療束調(diào)整。
[0014]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述腫瘤特征信息包括腫瘤邊界、腫瘤特征形狀、骨邊緣、鈣化斑和/或特征標(biāo)記物。
[0015]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述步驟d)通過調(diào)整放射治療頭和/或治療床糾正治療偏差。
[0016]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述步驟d)還包括:所述監(jiān)測控制臺將實時投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀進行比較，當(dāng)位置形狀發(fā)生偏差時，調(diào)整放射治療頭或/和治療床，直到投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀一致；位置形狀相一致后，對偏差引起的劑量變化進行折算，并比較沉積劑量是否達到預(yù)定劑量，如未達到，繼續(xù)照射放射線，達到預(yù)定劑量后準(zhǔn)備下一個治療束。
[0017]上述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其中，所述調(diào)整放射治療頭包括調(diào)節(jié)治療束射線的位置、截面形狀、入射角度或脈沖寬度。
[0018]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法，設(shè)置的射線探測裝置探測穿透人體的治療射線束，給出實時的治療影像，對比治療計劃后通過控制平臺對治療進程或治療方案進行實時控制和調(diào)整，因此，本發(fā)明無需添加額外獨立的成像裝置，實現(xiàn)了治療過程中的實時監(jiān)測，從而保證治療和成像同步進行，并且避免附加成像射線束所帶來的額外劑量沉積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明放射治療系統(tǒng)不意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控主流程示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例放射治療系統(tǒng)中治療束的實時監(jiān)測治療流程示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例治療束系列片段及其對應(yīng)的腫瘤特征示意圖。
[0023]圖中:
[0024]I放射治療頭2監(jiān)測控制臺3治療床
[0025]4射線探測裝置5病人6腫瘤邊界
[0026]7骨邊緣8鈣化斑9特征標(biāo)記物
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0028]圖1為本發(fā)明放射治療系統(tǒng)示意圖。
[0029]請參見圖1，本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)包括放射治療頭1、監(jiān)測控制臺2、治療床3和射線探測裝置4，射線探測裝置4和放射治療頭I相對設(shè)置，射線探測裝置4接收來自放射治療頭I輸出的治療束進 行實時投影成像，并輸出圖像成像信息給監(jiān)測控制臺2 ;監(jiān)測控制臺2連接并控制所述放射治療頭I和/或治療床3，接收來自射線探測裝置4的監(jiān)控圖像并實時調(diào)整放射治療頭和/或治療床3實現(xiàn)放射精準(zhǔn)治療。放射治療頭I的放射源可選用X射線源、電子源、同步輻射或中子源。射線探測裝置4可選用平板探測器或者其他一些高能射線探測裝置。
[0030]本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)利用實際治療方案中治療束自身成像實時監(jiān)測腫瘤運動和治療過程的系統(tǒng)和方法，通過調(diào)節(jié)和優(yōu)化治療過程中所用治療束的配送順序和相應(yīng)治療束照射野的大小及形狀，實現(xiàn)真正的實時監(jiān)測。此外，本發(fā)明易于實施，成本相對較低，同時徹底消除了由于現(xiàn)有方案監(jiān)測過程中由于需要附加成像射線束(KeV或者MeV)所帶來的額外劑量沉積。
[0031]圖2為本發(fā)明實施例放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控主流程示意圖。
[0032]請繼續(xù)參見圖2，本發(fā)明放射治療系統(tǒng)的具體實行步驟如下:
[0033]步驟S201:在制定合適治療方案的基礎(chǔ)上獲取治療束系列，并按順序?qū)嵤┮粋€治療束。
[0034]步驟S202:對治療束的位置形狀進行調(diào)整，使得治療束對準(zhǔn)目標(biāo)病灶區(qū)域；調(diào)整治療束的位置包括調(diào)整治療束射線的入射位置和入射角度；調(diào)整治療束的形狀包括調(diào)整治療束射線的線束形狀和線束強度分布。
[0035]步驟S203:在治療過程中，射線探測裝置4接收放射治療頭I的治療束穿過目標(biāo)病灶區(qū)域后的射線，并進行實時成像，可以實時觀察治療束范圍內(nèi)的腫瘤的運動及變化。在此方案中，穿透人體的治療束本身即攜帶了人體內(nèi)部組織包括腫瘤特征的信息，利用射線探測裝置4可以提取所含的信息，從而不需要除治療束以外的額外成像射線束以及其帶來的附加劑量。并且每次的治療束的成像覆蓋區(qū)域一般都遠(yuǎn)小于常規(guī)診斷成像區(qū)域，因而需要讀出的數(shù)據(jù)量也大大降低，從而大大提高速度，實現(xiàn)實時監(jiān)測。治療束的能量很容易飽和，射線探測裝置4可以利用快門或者衰減塊等技術(shù)手段控制曝光量。
[0036]步驟S204:所述成像信息輸出到所述監(jiān)測控制臺2，監(jiān)測控制臺2將實時投影成像的位置形狀和預(yù)定成像的位置形狀進行比較，控制并實時調(diào)整放射治療頭I和/或治療床
3。在治療前，可以調(diào)節(jié)已有的治療方案中所采用的治療束序列的配送順序，使得相應(yīng)的治療束序列能夠滿足實時覆蓋目標(biāo)病灶區(qū)域(通常為含有特征信息的腫瘤、腫瘤的一部分或者其邊緣區(qū)域)的要求:即在整個劑量遞送過程中，每隔一定的時間間隔就有可以覆蓋目標(biāo)病灶區(qū)域的治療束存在；如果已有的治療束序列不能完全滿足實時覆蓋的要求，則可以根據(jù)需要，進一步調(diào)節(jié)和優(yōu)化已有治療方案；包括調(diào)整射線的數(shù)目、劑量大小和劑量分割，產(chǎn)生新的滿足實時覆蓋要求的新的治療束序列，使得射線探測裝置4能夠?qū)崟r成像并與治療過程保持同步。沉積的劑量可以通過調(diào)節(jié)治療束的脈沖寬度來實時監(jiān)測和精確控制，確保劑量不超標(biāo)，即通過調(diào)節(jié)治療束的脈沖寬度使得治療束序列調(diào)整前后總的沉積劑量保持不變。治療開始后，監(jiān)測控制臺2將實時投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀進行比較，如發(fā)生位置形狀偏差，則給出實時反饋，并及時調(diào)整治療束射線形狀以及調(diào)整放射治療頭I或/和治療床3的位置進行實時糾正。從而盡可能地把輻射劑量沉積在腫瘤區(qū)域，減少對于正常組織的輻射損害。
[0037]如圖3所示，治療開始，監(jiān)測控制臺2將實時投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀進行比較，如位置形狀發(fā)生偏差，調(diào)整放射治療頭I或/和治療床3，直到投影成像的位置形狀和預(yù)定成像的位置形狀一致；位置形狀相一致后，對偏差引起的劑量進行折算，并比較沉積劑量是否達到預(yù)定劑量，如未達到，繼續(xù)照射放射線，達到預(yù)定劑量后準(zhǔn)備下一個治療束；從而實現(xiàn)放射精準(zhǔn)治療，圖中N為自然數(shù)。
[0038]為了加快處理速度，可以僅僅對含有腫瘤特征信息的治療束比較成像位置偏差；所述監(jiān)測控制臺2只要在發(fā)射下一個關(guān)鍵位置治療束前完成當(dāng)前關(guān)鍵位置治療束的成像比較及后續(xù)治療束調(diào) 整，從而也可以降低射線探測裝置4成像實時性要求。腫瘤特征信息是指任何可以提供辨識度的信息，包括不規(guī)則的邊緣、相對于骨頭和/或一些鈣化斑的位置、相對于血管氣管等一些對比度增強結(jié)構(gòu)的位置、或者一些外置和內(nèi)置的標(biāo)識物等。請參見圖4，圖中第一行是治療束的截面形狀和大小，第二行是對應(yīng)的射線照射野內(nèi)的腫瘤形狀及特征。顯然，反應(yīng)了腫瘤特征的治療束比較均勻地分布在治療序列內(nèi)，且這樣的治療束截面形狀分別對應(yīng)著腫瘤的特征，如第η和η+2個治療束的邊界和腫瘤邊界6相吻合，第η+3個治療束的邊界和腫瘤旁的骨邊緣7類似,而第η+5個治療束的邊界與鈣化斑8和/或特征標(biāo)記物9的結(jié)構(gòu)相似，η為自然數(shù)。治療過程中監(jiān)測這些反應(yīng)了腫瘤特征的治療束，當(dāng)發(fā)現(xiàn)治療束照射野內(nèi)的腫瘤特征有明顯的位置變化時，采取相應(yīng)的措施補償位置變化，使得該腫瘤區(qū)域回到后續(xù)治療束照射野內(nèi)，從而使劑量都能有效地沉積在感興趣的腫瘤上。
[0039]綜上所述，本發(fā)明提供的放射治療系統(tǒng)及其實時監(jiān)控方法，完全利用治療束進行實時成像，并實時調(diào)整位置偏差實現(xiàn)放射精準(zhǔn)治療，從而保證治療成像同步進行，并且避免附加成像射線束所帶來的額外劑量沉積。具體優(yōu)勢如下:1)相對簡化的成像系統(tǒng)，降低了操作控制的難度，無需添加額外獨立的成像裝置，實施成本也大大降低。2)實現(xiàn)了治療過程中的實時監(jiān)測，并且監(jiān)測的結(jié)果可以快速讀出，提供實時的反饋信號以控制治療進程或者相應(yīng)調(diào)整治療方案，包括對病人的重新擺位，調(diào)節(jié)治療頭輸出放射束的位置、截面形狀和角度等。3)優(yōu)化的劑量沉積，消除了額外成像射線束帶來的附加劑量，同時保證治療束的劑量都能有效地沉積在腫瘤區(qū)域，而正常組織上額外劑量的沉積可以忽略。
[0040]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界 定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種放射治療系統(tǒng)，包括放射治療頭(I)、監(jiān)測控制臺(2 )和治療床(3)，其特征在于，在所述放射治療頭(I)的相對位置還設(shè)有射線探測裝置(4)，所述射線探測裝置(4)接收來自放射治療頭(I)的治療束，并輸出圖像成像信息給所述監(jiān)測控制臺(2);所述監(jiān)測控制臺(2)連接并控制所述放射治療頭(I)和/或治療床(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的放射治療系統(tǒng)，其特征在于，所述放射治療頭(I)的放射源為X射線源、電子源、同步輻射源或中子源。
3.如權(quán)利要求1所述的放射治療系統(tǒng)，其特征在于，所述射線探測裝置(4)為實時射線強度分布探測器。
4.一種如權(quán)利要求1所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，包括如下步驟: a)獲取治療束序列，并按順序?qū)嵤┮粋€治療束； b)調(diào)整所述治療束，使其對準(zhǔn)目標(biāo)病灶區(qū)域； c)所述射線探測裝置(4)接收放射治療頭(I)的治療束序列穿過目標(biāo)病灶區(qū)域后的射線，并進行實時成像； d)所述成像信息輸出到所述監(jiān)測控制臺(2)，所述監(jiān)測控制臺(2)將實時投影成像的位置形狀和預(yù)定成像的位置形狀進行比較，控制并實時調(diào)整所述放射治療頭(I)和/或治療床(3)。
5.如權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟a)中獲取治療束序列后對治療束序列的配送順序或/和時間間隔進行調(diào)整。
6.如權(quán)利要求5所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述對治療束序列的調(diào)整包括調(diào)整治療束射線的數(shù)目、劑量大小和劑量分割。
7.如權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b)中調(diào)整治療束包括調(diào)整治療束的位置和形狀；所述調(diào)整治療束的位置包括調(diào)整治療束射線的入射位置和入射角度；所述調(diào)整治療束的形狀包括調(diào)整治療束射線的線束形狀和線束強度分布。
8.如權(quán)利要求4或5所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，對治療束調(diào)整時，還包括通過調(diào)節(jié)治療束的脈沖寬度使得調(diào)整前后的沉積劑量保持不變。
9.如權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟d)中僅對含有腫瘤特征信息的關(guān)鍵位置治療束比較成像位置形狀偏差；所述監(jiān)測控制臺(2)在發(fā)射下一個關(guān)鍵位置治療束前完成當(dāng)前關(guān)鍵位置治療束的成像比較及后續(xù)治療束調(diào)整。
10.如權(quán)利要求9所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述腫瘤特征信息包括腫瘤邊界、腫瘤特征形狀、骨邊緣、鈣化斑和/或特征標(biāo)記物。
11.如權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟d)通過調(diào)整放射治療頭(I)和/或治療床(3)糾正治療偏差。
12.如權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟d)還包括:所述監(jiān)測控制臺(2)將實時投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀進行比較，當(dāng)位置形狀發(fā)生偏差時，調(diào)整放射治療頭(I)或/和治療床(3)，直到投影成像位置形狀和預(yù)定的成像位置形狀一致；位置形狀相一致后，對偏差引起的劑量變化進行折算，并比較沉積劑量是否達到預(yù)定劑量，如未達到，繼續(xù)照射放射線，達到預(yù)定劑量后準(zhǔn)備下一個治療束。
13.如權(quán)利要求11或12所述的放射治療系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述調(diào)整放射治療頭(I)包括調(diào)節(jié)治療·束射線的位置、截面形狀、入射角度或脈沖寬度。
【文檔編號】A61N5/10GK103845816SQ201210518249
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】劉紅林, 章健 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司