專利名稱：三維適形近距離放射治療集成系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備領域，具體是一種三維適形近距離放射治療集成系統。
背景技術：
1898年居里夫人發現了鐳，并將其用于淺表腫瘤的治療。其后，美國、法國、瑞典，英國等國家的許多治療中心(醫院)對這種治療方法作了不斷的改進和完善，形成了一套較為規范的腫瘤治療方法，也從此開始了腫瘤的放射治療學。所謂近距離治療是源于希臘詞匯brachytherapy，brachy在希臘語中是“近”或“短”的意思，而Teletherapy之意則是“遠距離治療”即我們現在稱之為“(體)外放射治療”，如深部X線機治療，鈷60機治療、直線加速器治療和重離子治療機治療等。近距離治療主要有以下幾種方式和技術(1)腔內照射治療；(2)管內照射治療；(3)組織間照射治療；(4)敷貼照射治療；(5)術中照射治療。腔內和管內照射治療是將放射源通過施源器放入病人體內器官腔內(包括血管)進行放射治療的一種技術方法，在臨床應用非常廣泛，如口腔、鼻咽腔、鼻腔、氣管、支氣管、食道、膽管、子宮腔、陰道、直腸，血管等。該方法適用于較小或淺表(1～1.5cm)的腔內或管內組織病灶。組織間照射治療是采用一定的固定模式，通過模板式的定位器，將放射源直接插(植)入病人體內組織或器官，對腫瘤進行高劑量照射的一種技術方法，該方法應用也非常廣泛，如頭頸部腫瘤、前列腺腫瘤、膀胱癌、乳腺癌、腦瘤及軟組織肉瘤等。敷貼照射治療技術主要是將放射源放在不同的施源器中，按一定規律固定在不同的模板上，使之敷貼在腫瘤表面進行照射的一種方法，主要用于治療極其淺表(5mm)以下的腫瘤，如表淺的頰黏膜瘤、表淺的硬腭腫瘤、眼眶或上頜竇術后腔內殘留腫瘤等。這是一種因人和病變部位不同，個體化極強的照射技術。術中照射治療是在外科手術時將施源器軟管置留在無法切除的病灶處、瘤體附近或種植如I125和Pd103放射性核素粒子對腫瘤進行照射。該方法的優點是可以不受解剖位置限制，準確的將放射源置于腫瘤部位，而讓正常組織和重要器官得到保護。是一種技術高、難度大，療效極好的近距離治療方法。在有條件的醫院，也廣泛的用于腦膠質瘤、腦轉移瘤、鼻咽癌、口腔癌、肺癌、胰腺癌、直腸癌，前列腺癌等腫瘤的治療。
近距離放射治療有著與傳統外放射治療方法完全不同的獨有的物理劑量學特點和放射生物學特點。因此，在治療病人時采用的方法、手段、技術用語、甚至于臨床醫生的思維方式都和外照射治療存在很大的區別。為了提示這種異同和幫助臨床醫生以及物理師更好的理解近距離放射治療的特點，ICRU(國際輻射測量與單位委員會)分別于1985年和1997年發表了38號報告和58號報告，AAPM(美國醫學物理學會)發表了TG-43號報告，分別就涉及近距離放射治療的劑量學術語、臨床劑量學概念進行了說明和解釋，以求公眾對近距離放射治療有進一步的理解及廠家在產品設計時應當達到的規范與最低要求。
近距離放射治療在我國已有50余年的歷史，以往主要用于婦科腫瘤的治療，放射源和治療機器的使用比較單一，技術較為落后。近年來，隨著放射源品種的不斷增加，計算機和機電一體化技術的飛速發展，放射治療計劃系統的不斷改進，我國的近距離治療的范圍已擴大到全身各種腫瘤的治療如鼻咽癌、口腔內各種癌、食道癌、前列腺癌、直腸癌、肺癌、支氣管癌、膽管癌、胰腺癌、以及血管介入治療等。治療機器也迅速增加到500余臺(套)。但是，這些系統大部份都是由一個主機(近距離放射源照射機器)，一個簡單的二維計劃系統和幾種簡易施源器組成。既無實時影像檢查、定位和劑量驗證系統，也無對病灶不同影像診斷(計算機斷層影像技術CT、磁共振影像技術MRI、正電子斷層掃描技術PET、彩色超聲技術US、X-Sim)融合分析和三維重建功能，更無法進行動態三維適形治療。甚至一直沿襲著上世紀30、40年代治療時，采用的個別參考點和皮膚下幾公分這種粗放模式計算劑量和進行評估。嚴重影響了醫生、物理師應用近距離放射治療技術的準確性和可靠性，也給病人的治療效果帶來諸多不確定因素，制約了我國近距離治療技術水平的進一步提高和發展。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種三維適形近距離放射治療集成系統，為近距離放射治療三維立體定位和適形治療提供一種全新的、個體化特征鮮明的全面解決方案和可行途徑，并可以為不同的用戶“量身定制”，滿足不同的臨床要求。
本發明的目的是通過下述技術方案來實現的本發明的三維適形近距離放射治療集成系統由數字化近距離放射治療機(1)、C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)、計劃比較驗證系統(8)組成，并通過近距離放射治療網絡和管理系統(SBNMiS)連接，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)采用全中文圖形化用戶操作界面(9)；其中，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)一方面接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并接收虛擬模擬人治療系統軟件(7)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)的指令，另一方面向近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)輸送數據，并向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；影像診斷單元(12)一方面接受病人(10)或人體模型(11)和醫院數據庫(13)的數據，另一方面向C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)和醫院數據庫(13)輸送診斷方案；近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)還向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放療科數據庫(14)或醫院數據庫(13)輸送數據。
上述方案中，放療科數據庫(14)向醫院數據庫(13)輸送數據并生成QA報告(15)。
上述方案中，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)由C-型臂X光機(16)和一套實時三維圖像重建、校準、融合和分析計算機系統組成，C-型臂X光機(16)由可移動的具有數控精度的3個自由度機座和一個可以旋轉360°和180°兩個自由度的可拆卸的C-型臂組成，C-型臂的兩端分別安裝X線球管(17)和影像增強接受器(18)；X線球管(17)接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并輸送到影像增強接受器(18)；實時三維圖像重建、校準、融合和分析的程序為從影像增強接受器(18)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)和影像診斷單元(12)中取得信息，依次進行“圖像配準”、“圖像融合”、“圖像分割”、“三維重構成像”步驟，然后進行判斷“治療病人中嗎？”，如果“是”，則進行“治療信息與計劃信息比較”，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；如果“不是”，則進入近距離放射治療計劃軟件(5)和三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)，再進入計劃比較驗證系統(8)進行病人計劃與人體模型或虛擬模擬人計劃的比較，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令。
上述方案中，數字化近距離放射治療機(1)為近距離后裝治療機，包括Co60機(19)、Ir192機(20)、I125機(21)、Pd103粒子(22)、血管介入(23)。
上述方案中，近距離放射治療計劃軟件(5)由腔內照射治療計劃模塊、管內照射治療計劃模塊、組織間插植照射治療計劃模塊、敷貼治療計劃模塊、手術中照射治療計劃模塊組成，運用蒙特卡洛算法精確計算體內劑量的分布和進行適形靶區的優化；并在不同影像學(CT、MRI、US、PET/CT)解剖結構上顯示治療計劃三維等劑量線，對實時計劃等劑量線和三維圖像進行交互式實時顯示和比較，進行內、外照射劑量合成和比較，提供體積直方圖和經典近距離治療的標準圖譜。
上述方案中，三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)首先由醫生或物理師設定施源器的數量，分布位置，靶區腫瘤最大劑量，最小劑量，緊要器官的限制劑量以及每種要求的重要度(或適形指數)；再根據CT和C-型臂實時獲取的真實治療情況的圖像信息，確定各施源器中不同位置上放射源的駐留時間，并通過調整重要度(適形指數)來進行自動適形；利用體模實驗和虛擬人實驗軟件，進行病人治療方案的比較和選擇；在CT圖、DVH圖上同時顯示劑量分布及優化劑量分布。
上述方案中，虛擬模擬人治療系統軟件(7)通過輸入CT圖像和C-型臂三維重構圖像，多窗口動態顯示三維病人模型；提供近距離治療模擬病人的解剖圖形和施源器分布的幾何參數；提供各種治療選擇方法的計算結果和三維劑量分布。
上述方案中，計劃比較驗證系統(8)由仿真人體模型驗證系統和虛擬計劃驗證系統組成，其中，仿真人體模型驗證系統由《成都劑量體模》和SCARTS放射治療圖像處理及計劃驗證系統組成，通過對實測膠片圖像劑量分布和計劃系統計劃形成的劑量圖像進行比較驗證，對照射方案進行比較，并給出分析誤差，供醫生和物理師擇優選取最好方案；虛擬計劃驗證系統由虛擬模擬人治療系統軟件(7)提供的軟件獲取分析數據和比較結果；兩套系統可以獨立運行，結果可以進行互動比較。
上述方案中，影像診斷單元(12)包括CT、MRI、PET、US、X-Sim。
本發明具有以下特點1.數字化近距離放射治療機本系統適用于各種高劑量率的近距離后型治療機，如荷蘭核通公司的Nueletron系列機型、Varian公司系列機型和我國威達、新華、恒嘉等近距離后裝治療機，這些機器的一個主要特點是全部工作過程都是由計算機控制的數字化系統，其主要特點是整個機器的控制程序是基于Windows操作系統，操作方便、簡單、快捷；微型銥192放射源和精細柔軟導向線，可以通過1cm半徑的曲線管道，做全身各個部位的治療；源進出次數超過25000次以上，并置有內置式的檢測器提供較為可靠的保證放射源到位和回位；施源系統能保證施源器和導管之間的安全連接，在系統不正常情況下，真源不會輸出，在每個駐留位置都設有2套獨立的計時裝置，核實治療時間的準確性；所有的通道都進行了數字編碼，保證每個管道的正確使用和避免出錯；微機控制的高精度步進馬達和光學編碼器完全確保放射源和施源器的準確位置；治療病人時，整個機器運行過程和控制過程全部由計算機記錄在案，以供檢查和核實。
2.C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統本系統由一個可移動的、多維、高精度、可拆卸C-型臂的X光機和一套實時三維圖像重建，校準、融合和分析計算機系統組成。
為了便于已有近距離后裝機用戶安裝配套使用本系統和在特定外科手術室中對各類不同病人進行術中插植放射治療用，特殊設計的C-型臂X光機由可移動的具有數控精度的3個自由度機座和一個可以旋轉360°和180°兩個自由度的可拆卸的C-型臂組成。C-型臂的兩端分別安裝X線球管和影像增強接受器，球管和增強接受器之間的距離可以任意的調整，最大可達990mm(670～990mm)，等中心旋轉精度≤1mm。為用戶提供了一個高精度和高可靠性的近距離立體定位治療系統和近距離三維適形放射治療的強有力的工具。其主要特點有整機運輸安裝容易，不受任何場地限制，對已有近距離治療機的用戶，不用新建或改建治療室；C-型臂的多維高精度旋轉和移動系統確保了病人可不作任何調整和移動，獲得任意角度的高質量實時影像，不再需要任何重建箱；由于C-型臂和三維數字控制治療床的配合使用，使得病人重建的圖像極為方便用于TPS(正向、逆向)計劃設計以及進行各種影像資料的融合比較；實時驗證，減少施源器放置錯誤造成醫療事故；提高術中照射和插植的效率和質量；可使治療計劃設計，施源器放置或(術中插植)，劑量優化與驗證同時進行，大大節省了治療時間，減少了醫生、護士的工作量和病人的痛苦；整個系統是無膠片的數字化系統，為醫院和病人減少了治療費用；醫療過程和資料自動記錄保存。
3.多功能三維治療床本治療床是一種組合式的多功能治療床。用戶可以根據自己醫院治療病人或病種的需要加以選擇定購。治療床由可三維微調的固定床座，可拆卸的組合床板和各種專用特殊支撐和固定裝置組成，以滿足婦科腫瘤治療病人、口腔腫瘤治療病人、頭頸腫瘤治療病人、胸部腫瘤治療病人、腹部腫瘤治療病人以及身體其它部位腫瘤治療病人的不同要求。治療床上配有三維激光定位裝置，以滿足和C-型臂等中心定位時配準需要。為了減少床面對X線影像的影響床面板選用碳素纖維板。
主要特點多功能、多用途，可三維移動。
4.多種規格的專用施源器及模板本系統提供由中國醫生結合中國人體解剖結構和病種研制開發的多種高精度、多用途、適用各種腔穴和管道的施源器，以及不同部位而設計的模板和插植針管，并為用戶即時加工定制特殊要求的施源器，以保證治療的需要。
所有的施源器和模板都留有特別標記，以幫助醫生和物理師定位和作計劃時識別和準確定位。
5.近距離放射治療計劃軟件本計劃系統完全建立在現代醫學影像基礎之上，充分利用病人已有的各種醫學影像學信息，加上高精度C-型臂X光機獲取的各種體位的單幅、多幅影像資料及三維重建醫學影像資料。根據影像學反映的腫瘤部位的大小，功能代謝情況、浸潤范圍，周圍正常組織的解剖位置來確定靶區，制定計劃方案。運用蒙特卡洛算法精確計箕體內劑量的分布和進行適形靶區的優化。該計劃系統包括腔內照射治療計劃模塊、管內照射治療計劃模塊、組織間插植照射治療計劃模塊、敷貼治療計劃模塊、手術中照射治療計劃模塊。適合全部近距離照射治療。主要特點有根據病人提供的醫學診斷影像資料或C-型臂獲取的病灶靶區影像資料，快速完成放射治療計劃設計；自動優化靶區劑量；治療計劃三維等劑量線，可在不同影像學(CT、MRI、US、PET/CT)解剖結構上顯示；計劃評估和分析軟件可對實時計劃等劑量線和三維圖像進行交互式實時顯示和比較；提供體積直方圖；可進行內、外照射劑量合成和比較；
提供經典近距離治療的標準圖譜。
6.三維逆向近距離放射治療計劃軟件三維逆向運算軟件用來快速優化常規近距離治療計劃。醫生或物理師首先設定施源器的數量，分布位置，靶區腫瘤最大劑量，最小劑量，緊要器官的限制劑量以及每種要求的重要度(或適形指數)。軟件將根據CT和C-型臂實時獲取的真實治療情況的圖像信息，確定各施源器中不同位置上放射源的駐留時間，并可以通過調整重要度(適形指數)來進行自動適形。
主要特點可以利用體模實驗和虛擬人實驗軟件，進行病人治療方案的比較和選擇；通過鍵盤或圖像勾畫靶區和重要器官輪廓，輸入最大、最小劑量和限制指數；自由選擇腫瘤靶區和附近緊要器官受照射的重要度(適形指數)，快速優化；在CT圖、DVH圖上同時顯示劑量分布及優化劑量分布。
7.虛擬模擬人治療系統軟件采用CT圖像為基礎的數字化虛擬人計算機技術，提供近距離放射治療的模擬所需要確定的患者不同組織器官的解剖形態、施源器、放射源分布幾何參數、計算結果和三維劑量分布圖像，以及各種優化設計方案的比較，并可與C-型臂實時三維成像結果進行多窗口或單窗口對照比較。幫助醫生選擇、確定和執行最佳治療方案。
主要特點提供近距離治療模擬病人的解剖圖形和施源器分布的幾何參數；三維病人模型來自CT圖像和C-型臂三維重構圖像，可多窗口動態顯示；提供各種治療選擇方法的計算結果和三維劑量分布。
8.近距離放射治療計劃比較驗證系統本系統提供兩種可以相互比較驗證系統仿真人體模型驗證系統和虛擬計劃驗證系統。仿真人體模型驗證系統由《成都劑量體模》和SCARTS放射治療圖像處理及計劃驗證系統組成，通過對實測膠片圖像劑量分布和計劃系統計劃形成的劑量圖像進行比較驗證，對照射方案進行比較，并給出分析誤差，供醫生和物理師擇優選取最好方案。虛擬計劃驗證系統由(7)提供的軟件獲取分析數據和比較結果。兩套系統可以獨立運行，結果可以進行互動比較。
主要特點采用ICRU 48號報告推薦的《成都劑量體模》。該體模具有標準中國人體參數、外形結構和對X(γ)射線組織等效的臟器和腔道；SCARTS放射治療圖像處理及計劃驗證系統具有多種圖像處理功能并能進行絕對劑量測量；體模驗證準確可靠，但費時較多。虛擬驗證快速、直觀，但準確性往往稍差；每次治療時，都要向病人提供一種方式的近距離放射治療系統劑量驗證報告，同時自動記入病歷檔案。
9.近距離放射治療網絡和管理系統(SBNMiS)在信息醫學時代，掌握病人的醫療信息資料越多，對疾病治療的準確性和效果就會越好。SBNMiS(Super Brachytherapy Network andManagement Information System)是一條專用于腫瘤近距離放射治療的局部網絡。它將病人和醫生、物理師、技術員、護士、和醫院管理有機聯系在一起。把病人所有的病歷資料信息(包括文字的和圖像的)與治療過程(模擬定位、計劃設計、計劃優化、驗證和計劃執行)集合為一個整體，實現了無縫連接，大大提高了工作效率和放射治療的質量。
主要特點可連接各個不同廠家生產的各型近距離治療機；可連接各型數字影像診斷設備，如X光機、CT、MRI、PET/CT、US，當然也包括本系統的C-型臂X光機；可連接各個廠家提供的TPS；治療方案的分析與評估；提供相關腫瘤與體外放療、化療、生物治療、熱療聯合治療的參考方案；病人病歷檔案資料管理；放療科室行政、業務和經濟管理；可通過PACS與全球各大腫瘤中心聯網，共享診斷和治療資源。
10.全中文圖形化用戶操作界面本系統采用大屏幕全中文圖形化操作界面。應用多種功能窗口顯示和互動技術，讓操作人員對整體治療、定位、計劃、實時驗證及執行過程一目了然。界面采用三維動化方式提供治療機、C-型臂、治療床的運動方位和幾何參數值，使醫生和物理師更直觀、實時、動態掌握治療時瞬間出現情況，以便即時解決與處理。它將SBNMiS數據庫和3D-CBIS系統緊密結合在一起。應用三維圖像顯示，多種評估、虛擬實時驗證以及友好互動交流，使整個治療過程更加直觀化、個性化和科學化。
11.近距離放射治療個體化的全面解決方案本系統利用SBNMiS網絡系統，把整個近距離放射治療過程，全部集成在一個高度數字化的系統的掌控之下。使得近距離放射治療技術變得更加方便、快捷、精準和安全可靠。為用戶提供了近距放射治療個體化的全面解決方案的技術支撐平臺。醫生根據每個來做近距離放射治療病人腫瘤的實際情況，應用已有的近距離經典治療原則和臨床實踐經驗，從診斷、定位、計劃、施源器放置、驗證到計劃執行，可以為每位病人量身定做一套個體化的治療方案，以達到最好的治療目的。
主要特點利用現代醫學網絡技術，共享所有醫療信息；治療臨床處理、設計和方案個體化；治療計劃、驗證和執行個體化；聯合治療方案個體化。
綜上所述，本發明的三維適形近距離放射治療集成系統(3D-Conformal Brachytherapy Integrated System)或簡稱3D-CBIS系統，提出了一種利用以C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位為基礎，以及用病人已有的腫瘤影像診斷資料(包括X-線、CT、MRI、SPECT、PET/CT、US等)，采用蒙特卡洛算法進行各種近距離放射治療(腔內、管內、組織間插植、敷貼、術中照射)劑量分布計算，三維放射治療計劃的設計。用三維逆向放射治療計劃和體模與數字化虛擬人相結合的重建技術，進行計劃的優化和驗證。在與體模或虛擬設計的“理想”放療計劃比較、優選確認后，給出醫生和物理師共同認可的最佳治療的處方劑量和治療機執行方案指令，進行近距離放射治療的一體化集成系統。整個系統在一個SBNMiS網絡中快捷、安全、可靠的運行。為近距離放射治療三維立體定位和適形治療提供了一種全新的、個體化特征鮮明的全面解決方案和可行的途徑。本系統的一個最大的特點，還在于可以為不同的用戶“量身定制”滿足不同臨床要求的三維近距離放射治療系統。特別是那些已經擁有了各種不同型號近距離治療機的用戶，可以根據自己醫療專業特點和經濟能力，選擇本系統的部分配置和軟件，將原系統升級成為功能多樣的、嶄新的三維適形放射治療系統。
圖1是本發明的示意圖。
圖2是本發明實施例的示意圖。
圖3是本發明C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例進一步詳述本發明，但本發明不僅限于所述實施例。
圖1、圖2和圖3中，各數字的含義為1三維適形近距離放射治療集成系統由數字化近距離放射治療機；2C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統；3多功能三維治療床；4專用施源器及模板；5近距離放射治療計劃軟件；6三維逆向近距離放射治療計劃軟件；7虛擬模擬人治療系統軟件；8計劃比較驗證系統；9全中文圖形化用戶操作界面；10病人；11人體模型；12影像診斷單元；13醫院數據庫；14放療科數據庫；15QA報告；16C-型臂X光機；17X線球管；18影像增強接受器；19Co60機；20Ir192機；21I125機；22Pd103粒子23血管介入；24C型臂手控盒；25X線影像；26引導管；27三維重建劑量圖；28防護墻；29鉛玻璃；30治療機控制臺31TBS設計臺；32IBS圖像處理工作站；33C型臂控制臺。
如圖1所示，本發明的三維適形近距離放射治療集成系統由數字化近距離放射治療機(1)、C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)、計劃比較驗證系統(8)組成，并通過近距離放射治療網絡和管理系統(SBNMiS)連接，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)采用全中文圖形化用戶操作界面(9)；其中，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)一方面接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并接收虛擬模擬人治療系統軟件(7)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)的指令，另一方面向近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)輸送數據，并向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；影像診斷單元(12)一方面接受病人(10)或人體模型(11)和醫院數據庫(13)的數據，另一方面向C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)和醫院數據庫(13)輸送診斷方案；近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)還向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放療科數據庫(14)或醫院數據庫(13)輸送數據。放療科數據庫(14)向醫院數據庫(13)輸送數據并生成QA報告(15)。數字化近距離放射治療機(1)為近距離后裝治療機，包括Co60機(19)、Ir192機(20)、I125機(21)、Pd103粒子(22)、血管介入(23)。
當對病人進行近距離放射治療之前，獲取的病人、體模的影像診斷圖像，或從“虛擬模擬人治療系統軟件(7)”獲取的虛擬人圖像輸入到“C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)”。
未對病人實施治療時，經該系統獲取并處理的數據輸入到“近距離放射治療軟件(5)”或“三維逆向近距離放射治療軟件(6)”，設計的放射治療計劃再輸入到“C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)”，經過適當的交互，確定病人的放射治療計劃；按照確定的治療計劃通過“近距離治療機(1)”、“專用施用器及模板(4)”和“多功能三維治療床(3)”對病人實施治療。在治療過程中，由“C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)”獲取并處理數據，通過這些數據，及時地通過對“近距離治療機(1)”、“專用施用器及模板(4)”和“多功能三維治療床(3)”來調整對病人的治療。
該系統通過“SBNMiS網絡(10)”進行集成，并通過該網絡與系統外部的系統進行連接。
通過“全中文的圖形化用戶操作界面(9)”來對整個系統運行的過程進行方便、實時的監控和操作。
如圖2和圖3所示，本發明中的C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)由C-型臂X光機(16)和一套實時三維圖像重建、校準、融合和分析計算機系統組成，C-型臂X光機(16)由可移動的具有數控精度的3個自由度機座和一個可以旋轉360°和180°兩個自由度的可拆卸的C-型臂組成，C-型臂的兩端分別安裝X線球管(17)和影像增強接受器(18)；X線球管(17)接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并輸送到影像增強接受器(18)；實時三維圖像重建、校準、融合和分析的程序為從影像增強接受器(18)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)和影像診斷單元(12)中取得信息，依次進行“圖像配準”、“圖像融合”、“圖像分割”、“三維重構成像”步驟，然后進行判斷“治療病人中嗎？”，如果“是”，則進行“治療信息與計劃信息比較”，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；如果“不是”，則進入近距離放射治療計劃軟件(5)和三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)，再進入計劃比較驗證系統(8)進行病人計劃與人體模型或虛擬模擬人計劃的比較，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令。近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)向病人(10)施治。
如圖3所示，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統的流程可以描述為在“多功能三維治療床”上的“病人”和“體模”經過“X線球管”發射的X線照射后，“影像增強器”接收到射線信號，信號經過模數轉換為圖像后輸入到計算機中，對C-型臂旋轉采集的多幅圖像進行“圖像配準”，并可與CT或MRI的圖像進行“圖像融合”，可以采用手動或自動分割技術進行“圖像分割”，進行“三維重構成像”；在未對病人進行治療時，將圖像信息輸入到“近距離放射治療軟件”或“三維逆向近距離放射治療軟件”中，將對“體模”或由“虛擬模擬人治療系統軟件”獲取的虛擬人信息和“病人”進行放射治療計劃的設計，將“病人計劃與體模或虛擬人計劃進行比較”并最終確定最佳的治療計劃，使用該治療計劃，然后通過“近距離治療機”、“專用施用器及模板”和“多功能三維治療床”對病人治療；在對病人治療中，將“治療信息與計劃信息比較”，并控制“近距離治療機”、“專用施用器及模板”和“多功能治療床”實時調整對病人的治療。
如圖2所示，本發明實施例中，由帶有鉛玻璃(29)的防護墻(28)將治療室和控制室分開，治療室中放有多功能三維治療床(3)，C-型臂X光機(16)上的可以旋轉360°和180°兩個自由度的可拆卸的C-型臂兩端分別裝有X線球管(17)和影像增強接受器(18)，X線球管(17)和影像增強接受器(18)分別置于多功能三維治療床(3)的上下兩側，病人(10)置于多功能三維治療床(3)的上面，近距離放射治療機(1)通過引導管(26)向病人(10)施治；C型臂手控盒(24)和控制室內的C型臂控制臺(33)控制C-型臂X光機(16)；影像增強接受器(18)產生X線影像(25)；控制室內的TBS設計臺(31)產生三維重建劑量圖(27)，并輸入給控制室內的治療機控制臺(30)和IBS圖像處理工作站(32)；IBS圖像處理工作站(32)接收影像增強接受器(18)的信息，并輸入給TBS設計臺(31)。
圖2中，C-型臂電動行走；臂部可拆卸；室內外兩種控制方式；安置定位后固定在地面。手術床推動；液壓三維坐標儀；碳素纖維床板；不同病種結構不一樣。TPS功能為常規近距離計劃設計、逆向近距離計劃設計、虛擬理想模擬計劃、優化軟件。3D-CBIS圖像采集與處理系統具有病灶及定位顯示、3D重建、圖像輸出、SBNMiS網絡連接全系統、C-型臂旋轉中心與床等中心自動跟蹤等功能。
權利要求
1.一種三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于該系統由數字化近距離放射治療機(1)、C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)、計劃比較驗證系統(8)組成，并通過近距離放射治療網絡和管理系統(SBNMiS)連接，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)采用全中文圖形化用戶操作界面(9)；其中，C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)一方面接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并接收虛擬模擬人治療系統軟件(7)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)的指令，另一方面向近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)輸送數據，并向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；影像診斷單元(12)一方面接受病人(10)或人體模型(11)和醫院數據庫(13)的數據，另一方面向C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)和醫院數據庫(13)輸送診斷方案；近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)還向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)一方面向病人(10)施治，另一方面向放療科數據庫(14)或醫院數據庫(13)輸送數據。
2.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于放療科數據庫(14)向醫院數據庫(13)輸送數據并生成QA報告(15)。
3.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于C-型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)由C-型臂X光機(16)和一套實時三維圖像重建、校準、融合和分析計算機系統組成，C-型臂X光機(16)由可移動的具有數控精度的3個自由度機座和一個可以旋轉360°和180°兩個自由度的可拆卸的C-型臂組成，C-型臂的兩端分別安裝X線球管(17)和影像增強接受器(18)；X線球管(17)接受病人(10)或人體模型(11)的數據，并輸送到影像增強接受器(18)；實時三維圖像重建、校準、融合和分析的程序為從影像增強接受器(18)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)和影像診斷單元(12)中取得信息，依次進行“圖像配準”、“圖像融合”、“圖像分割”、“三維重構成像”步驟，然后進行判斷“治療病人中嗎？”，如果“是”，則進行“治療信息與計劃信息比較”，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令；如果“不是”，則進入近距離放射治療計劃軟件(5)和三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)，再進入計劃比較驗證系統(8)進行病人計劃與人體模型或虛擬模擬人計劃的比較，然后向近距離放射治療機(1)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)發送指令。
4.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于數字化近距離放射治療機(1)為近距離后裝治療機，包括Co60機(19)、Ir192機(20)、I125機(21)、Pd103粒子(22)、血管介入(23)。
5.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于近距離放射治療計劃軟件(5)由腔內照射治療計劃模塊、管內照射治療計劃模塊、組織間插植照射治療計劃模塊、敷貼治療計劃模塊、手術中照射治療計劃模塊組成，運用蒙特卡洛算法精確計算體內劑量的分布和進行適形靶區的優化；并在不同影像學(CT、MRI、US、PET/CT)解剖結構上顯示治療計劃三維等劑量線，對實時計劃等劑量線和三維圖像進行交互式實時顯示和比較，進行內、外照射劑量合成和比較，提供體積直方圖和經典近距離治療的標準圖譜。
6.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)首先由醫生或物理師設定施源器的數量，分布位置，靶區腫瘤最大劑量，最小劑量，緊要器官的限制劑量以及每種要求的重要度(或適形指數)；再根據CT和C-型臂實時獲取的真實治療情況的圖像信息，確定各施源器中不同位置上放射源的駐留時間，并通過調整重要度(適形指數)來進行自動適形；利用體模實驗和虛擬人實驗軟件，進行病人治療方案的比較和選擇；在CT圖、DVH圖上同時顯示劑量分布及優化劑量分布。
7.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于虛擬模擬人治療系統軟件(7)通過輸入CT圖像和C-型臂三維重構圖像，多窗口動態顯示三維病人模型；提供近距離治療模擬病人的解剖圖形和施源器分布的幾何參數；提供各種治療選擇方法的計算結果和三維劑量分布。
8.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于計劃比較驗證系統(8)由仿真人體模型驗證系統和虛擬計劃驗證系統組成，其中，仿真人體模型驗證系統由《成都劑量體模》和SCARTS放射治療圖像處理及計劃驗證系統組成，通過對實測膠片圖像劑量分布和計劃系統計劃形成的劑量圖像進行比較驗證，對照射方案進行比較，并給出分析誤差，供醫生和物理師擇優選取最好方案；虛擬計劃驗證系統由虛擬模擬人治療系統軟件(7)提供的軟件獲取分析數據和比較結果；兩套系統可以獨立運行，結果可以進行互動比較。
9.根據權利要求1所述的三維適形近距離放射治療集成系統，其特征在于影像診斷單元(12)包括CT、MRI、PET、US、X-Sim。
全文摘要
本發明是醫療設備領域中的三維適形近距離放射治療集成系統，該系統由數字化近距離放射治療機(1)、C－型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、多功能三維治療床(3)、專用施源器及模板(4)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)、計劃比較驗證系統(8)組成，并通過近距離放射治療網絡和管理系統連接，C－型臂X光機實時三維圖像模擬定位與驗證系統(2)、近距離放射治療計劃軟件(5)、三維逆向近距離放射治療計劃軟件(6)、虛擬模擬人治療系統軟件(7)采用全中文圖形化用戶操作界面(9)；為公眾提供了一種全新的、個體化特征鮮明的全面解決方案和可行途徑，以滿足不同的臨床要求。
文檔編號A61N5/10GK1724089SQ20041004028
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月23日 優先權日2004年7月23日
發明者吳大可, 鄧曉春 申請人:吳大可