离子束呼吸门控治疗中的呼吸引导装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及利用同步加速器提供脉冲离子束进行适形调强放射治疗时，针对因患者呼吸而运动肿瘤靶区呼吸门控技术中的靶区运动补偿方法技术领域，尤其是涉及一种离子束呼吸门控治疗中的呼吸引导装置及方法。其利用脉冲式束流配送同步加速器实施呼吸门控治疗效率低的问题，通过将患者呼吸模式与加速器磁激励模式进行同步，使治疗效率得到大幅提高；患者在视听反馈系统的引导下重复呼吸屏气的生理动作，这样可以有效减小呼吸门控窗内肿瘤靶区的残余运动，提高了治疗的精度；呼吸引导模型是建立在患者自由呼吸状态下的平均呼吸幅度和呼吸周期的基础上，其对加速器的操作更简单，大大降低了操作的复杂度，同时减小了失误出现的概率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及利用同步加速器提供脉冲离子束进行适形调强放射治疗时，针对因患者呼吸而运动肿瘤靶区呼吸门控技术中的靶区运动补偿方法
，尤其是涉及一种。其利用脉冲式束流配送同步加速器实施呼吸门控治疗效率低的问题，通过将患者呼吸模式与加速器磁激励模式进行同步，使治疗效率得到大幅提高；患者在视听反馈系统的引导下重复呼吸屏气的生理动作，这样可以有效减小呼吸门控窗内肿瘤靶区的残余运动，提高了治疗的精度；呼吸引导模型是建立在患者自由呼吸状态下的平均呼吸幅度和呼吸周期的基础上，其对加速器的操作更简单，大大降低了操作的复杂度，同时减小了失误出现的概率。【专利说明】
本专利技术涉及利用同步加速器提供脉冲离子束进行适形调强放射治疗时，针对因患者呼吸而运动肿瘤靶区呼吸门控技术中的靶区运动补偿方法
，尤其是涉及一种。
技术介绍
相比传统光子线(X、Y射线)放射治疗，离子束放疗的主要优势在于可以将剂量精确的定位在Bragg峰区，这样在高效杀死肿瘤细胞的同时使正常组织得到保护。另外，重离子(例如碳离子)还具有高的相对生物学效应和横向散射小的特性。对于位置和形状相对固定肿瘤靶区的治疗，例如头颈部肿瘤，患者只需要在照射前进行良好的定位和固定就可以保证足够高的治疗精度。然而，胸腹部的肿瘤，包括肺癌、肝癌以及前列腺癌等，随患者呼吸运动而运动。在实际治疗当中，肿瘤靶区的运动和动态的束流配送相互作用会造成离子束辐射场内剂量分布严重畸变，导致局部剂量冷点和热点的出现，甚至对肿瘤靶区周围的健康组织造成严重损伤，很大程度上影响离子束治疗的疗效。为充分发挥离子束治疗的优势，进一步提高离子束治疗的疗效和减轻离子束对健康组织的辐射损伤，非常有必要在离子束治疗中开展针对运动肿瘤靶区的离子束适形调强治疗技术的研发，这也是国际上离子束治疗研究中重要的发展方向和趋势。 现有的呼吸门控技术和呼吸屏气技术已经广泛地应用于临床治疗中来减小或消除祀区运动带来的影响。最近，Park等人提出了一种新的呼吸运动补偿方法，将传统的呼吸门控技术、呼吸屏气技术以及个体化的视听反馈系统结合在一起(Y.K.Park, et al.Quas1-breath-hold technique using personalized aud1-visualb1feedback for respiratory mot1n management in rad1therapy.MedicalPhysics.2011, 38:3114-3124.)。在该技术中，患者在视听反馈系统的引导下重复呼吸屏气的生理动作，这样可以使患者的呼吸频率和幅度变得均匀，并且可以有效减小呼吸门控窗内靶区的残余运动。另外，相比单纯的呼吸屏气技术，该技术可以减小治疗过程中医患配合的复杂度。然而，该技术的应用对象是基于直线加速器提供的连续束流配送模式下的传统光子放射治疗。 目前，在离子束放射治疗中有两种加速器系统:回旋加速器和同步加速器。其中回旋加速器提供类似直线加速器的连续束流配送方式，因此在优化呼吸门控治疗参数方面相对比较简单，Park等人提出的视听反馈方法可以直接移植过来。对于基于同步加速器的离子束加速系统，它提供脉冲式的束流配送方法，并且磁激励周期接近于人的呼吸周期。同步加速器采用束流慢引出方式，只有在磁激励周期中的一部分时间段有束流引出。整个周期包括加速阶段、平顶阶段(束流引出)和减速阶段，门控治疗中只有在门控开启状态和平顶阶段重合的时间段才能有束流引出。因此，实施高效的呼吸门控治疗的前提是优化加速器激励周期与患者呼吸周期同步。这两者之间微小的差别就可能导致呼吸门控治疗效率的下降。 Tsunashima等人对基于脉冲式同步加速器的质子呼吸门控放射治疗的效率进行过石开究(Y.Tsunashima, et al.Efficiency of respiratory-gated deliveryof synchrotron-based pulsed proton irradiat1n.Physics in Medicine andB1logy.2008, 53:1947-1959.)。在他们的研究工作中，真实地模拟了不同加速器控制参数和患者呼吸参数之间的相互作用，试图找到最优的参数设置来提高呼吸门控治疗的效率。他们发现采用固定加速器激励周期的方法将导致治疗时间翻三倍，而采用变激励周期的方式可使治疗时间减小到两倍。在他们的另一项研究中也发现变激励周期方法可以同时提高治疗的精度(Y.Tsunashima, et al.The precis1n of respiratory-gateddelivery of synchrotron-based pulsed beam proton therapy.Physics in Medicineand B1logy.2010, 55:7633-7647.)。尽管该方法可以有效提高治疗的疗效，但是往往一个治疗计划的实施需要多个束流脉冲，而且每个激励周期都必须在上一个脉冲结束到下一个脉冲开始前设置好，从而要求对患者下一次呼吸的周期在下一个脉冲开始前进行预测，这样才能决定下一个磁激励周期的设置。虽然该方法相对于固定激励周期的模式提高了治疗效率，但是复杂的操作过程容易导致错误的出现，因此整个治疗时间仍旧翻倍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术在基于同步加速器脉冲式束流配送治疗运动靶区时过程繁琐，效率低和系统误差较大的问题，提供一种。该方法有效地将个体化视听反馈系统、呼吸屏气技术和基于同步加速器的呼吸门控技术结合起来，帮助患者将自己的呼吸周期与加速器磁激励周期同步。在该技术中，患者在视听反馈系统的协助下重复呼吸屏气或者深呼吸屏气，使自己的呼吸波形紧跟显示在显示器上的个体化标准曲线或者患者自己的代表性曲线。该方法使患者的呼吸周期与加速器磁激励周期同步，这样治疗效率会得到有效提高，另外结合屏气技术会使靶区在门控窗内的残余运动减小。 为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:所述的离子束呼吸门控治疗中的呼吸引导装置，其特点是包括用于呼吸运动轨迹的实时记录的呼吸信号探测装置，呼吸信号探测装置连接电脑，通过电脑将视觉反馈信息显示在液晶显示器上，用于辅助视觉上的反馈而进行的听觉反馈的扬声器安装在治疗室内并与电脑相连，电脑内设置有控制系统，所述的控制系统通过呼吸信号探测装置获取患者体表标志物的实时位置信息；通过测量患者在自由呼吸和深呼吸情况下的呼吸运动轨迹曲线，计算平均呼吸周期和平均幅度；根据平均周期和平均幅度建立个体化呼吸引导曲线；将视觉反馈信息中的呼吸引导曲线和患者自己的实时呼吸运动曲线显示在液晶显示器上；根据患者平均呼吸幅度设置呼吸门控阈值；将门控信号和实时束流配送信号显示在液晶显示器上；待患者跟上呼吸引导曲线后实施照射，同时记录患者在照射过程中的呼吸运动轨迹。 所述的呼吸信号探测装置、液晶显示、扬声器、电脑和控制系统组成视听反馈系统，该系统中的呼吸信号探测装置用于探测位于患者腹部标记物的位置信息从而反映患者的呼吸运动轨迹，其呼吸信号采样频率范围为10Hz-50Hz ;液晶显示器设置在患者脸部正上方，用于显示患者自己的实时呼吸运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子束呼吸门控治疗中的呼吸引导装置，其特征是包括用于呼吸运动轨迹的实时记录的呼吸信号探测装置，呼吸信号探测装置连接电脑，通过电脑将视觉反馈信息显示在液晶显示器上，用于辅助视觉上的反馈而进行的听觉反馈的扬声器安装在治疗室内并与电脑相连，电脑内设置有控制系统，所述的控制系统通过呼吸信号探测装置获取患者体表标志物的实时位置信息；通过测量患者在自由呼吸和深呼吸情况下的呼吸运动轨迹曲线，计算平均呼吸周期和平均幅度；根据平均周期和平均幅度建立个体化呼吸引导曲线；将视觉反馈信息中的呼吸引导曲线和患者自己的实时呼吸运动曲线显示在液晶显示器上；根据患者平均呼吸幅度设置呼吸门控阈值；将门控信号和实时束流配送信号显示在液晶显示器上；待患者跟上呼吸引导曲线后实施照射，同时记录患者在照射过程中的呼吸运动轨迹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺鹏博，李强，戴中颖，刘新国，赵婷，付廷岩，申国盛，马圆圆，黄齐燕，闫渊林，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62