用于自动定位待治疗/诊断患者的装置制造方法及图纸

一种用于将靠在可移动的患者定位组合上的患者相对于治疗／诊断设备上的固定参照点自动地精确定位在固定的基本位置上的装置，所述装置包括： 多个设在所述患者身上的间隔分开的基准点； 激光束产生装置，用于产生多个激光束，沿相对于所述固定参照点的不同方向投射在患者身上，其照射点与患者处于上述固定的基本位置时的所述基准点相吻合； 相机装置，用于产生所述基准点和照射点的图象；和 根据所述图象产生控制信号的装置，用于驱动所述可移动的患者定位组合使得所述基准点与照射点相吻合，从而将患者定位在上述固定的基本位置上。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及一种自动定位患者的装置，而让患者相对于治疗/诊断设备(例如放射治疗设备)靠在可移动的病床组合上。
技术介绍
在保角放射疗法中，从不同的角度将高能放射束照向肿瘤，以便尽量提高对肿瘤的照射同时尽量减少对周围健康组织的照射。为了产生多束治疗射束，不但需要移动患者依靠的病床，而且要移动发出射束的直线加速器。在利用高能射束进行治疗之前，需要利用低能照射在类似机器上进行模拟，以便在肿瘤位置与机器的参照框架之间建立可重复的关系。为了确保在治疗机上能够重复此相同关系，采用光学系统来建立患者相对于机器框架的方位。这通过利用在一共同参照平面内投射三束激光束并且使其在该机器等角点相交来完成。机器等角点为直线加速器所有发射位置的放射束所通过的点。典型地是，两束射束沿相反方向水平照射，而第三射束从顶板向下垂直照射。为了确定患者位置，对病床组合定位使得该治疗平面通过治疗点。例如，对于胸部肿瘤，对病床定位使得对于仰卧患者，治疗平面横向通过其胸部，而且三束激光束照射患者胸部的前部和两侧。在三束激光束所照射的点处，对患者施加皮肤标记或基准点。当患者接着被转到治疗机上并且相对于治疗平面大致安放在相同位置时，其安放误差可以由皮肤标记或基准点与激光束照射在患者身上的激光标记或点之间的距离加以表示。目前，由技术人员人工轻微调整病床组合，或许还要调整患者在病床上的位置，直到基准点与激光束照射点相吻合。这需要病床组合在4个自由度上的移动协调，从而需要技巧并且也很耗时。这也限制了对于许多肿瘤或扩散病症等需要多重患者对准的治疗能力。在复杂的保角放射疗法中，治疗点定位于虚拟等角点处，它沿来自真实等角点的放射束移动。这使得在四个自由度上移动病床组合以使所述三个基准点与激光束照射点相吻合更加复杂化。在进行多种治疗时必须精确重复患者的这种对准。已知一些实验室中研制出的由摄像机控制的机器人定位系统。一般地说，该系统需要对于大量系统参数的精确知识。此种系统不仅难于建立，而且其部件的任何改变(即使是相同型号的相机互换)，也需要重新校准。另外，对系统的干扰(例如部件的意外撞击)也需要重新校准。因此，需要一种能够相对于治疗/诊断设备自动定位患者的装置。需要这样一种装置，它能够迅速而且精确地定位患者，并且不必进行不舒适的或不确定的移动。并且还需要这样一种装置，它无须精确测量定位系统的参数，并且在任意部件改变或者受到意外干扰时无需重新校准。专利技术概述本专利技术研制出的将靠在可移动的患者定位组合上的患者相对于治疗/诊断设备的固定参照点自动精确定位在固定的基本位置上的装置，满足了上述以及其它需要。该装置包括多个设在患者身上的间隔分开的基准点。这些基准点或皮肤标记可以是人工施加的标记或者患者皮肤上的自然产生的可识别标记。激光束产生装置产生多个激光束，沿相对于固定参照点的不同方向投射在患者身上，其照射点与患者处于固定的基本位置时的基准点相吻合。相机装置产生基准点和照射点的图象。根据相机图象产生控制信号的装置驱动可移动的患者定位组合使得基准点与照射点相吻合，从而将患者定位在固定的基本位置上。优选地，激光束产生装置包括用于在机器的治疗平面内正交投射并且在机器等角点相交的三束激光束的装置。它们可以是一对相反的水平光束和一束垂直向下投射的光束。在此情况下，在患者身上设有三个基准点，以便在基本位置时与患者身上的激光束照射点相吻合。在患者定位组合不能围绕纵轴转动仰卧患者或者不能围绕横轴倾斜患者从而使患者定位组合只有四个自由度的场合，用于产生两束非平行光束的两个激光束发射器、两个基准点以及两个相机足以唯一地使患者定位。优选地是，根据相机生成的图象产生控制信号的装置，包括用于在两维象素空间内产生出代表基准点和照射点位置的信号的装置，以及根据象素空间中的信号在三维立体空间(room space)中产生控制信号的装置，包含应用将象素空间中的信号转换成立体空间中的信号的转换装置的装置。另外，还设有用于连续地适时修正或更新(updating or refining)转换装置的装置。它包括用于建立最新近似转换装置的装置，用于使患者定位组合运动的装置，用于在特定采样时间反复确定在象素空间内基准点相对于激光照射点的当前(present)位置误差的装置，用于在该采样时间反复确定立体空间内基准点和激光照射点之间当前位置误差的装置，以及用于根据象素空间中的当前位置误差和立体空间中的当前位置误差适时修正转换装置的装置。根据图象产生控制信号的装置，包括用于根据象素空间中的位置信号反复产生象素空间中速度误差信号的装置；而且转换装置包括将象素空间中的速度误差信号转换成立体空间中的速度误差信号的速度转换装置，以便控制驱动患者定位的组合使得基准点与照射点吻合。连续更新转换装置的装置，包括用于建立转换装置的粗略初始值的装置，用于根据基准点和照射点图象反复确定象素空间内基准点相对于激光照射点的当前位置误差的装置，用于根据患者定位组合上的位置编码器的输出反复确定立体空间内基准点与激光照射点之间当前位置误差的装置，以及根据象素空间中的当前位置误差和立体空间中的当前位置误差适时修正转换装置的装置。转换装置包括用于对象素空间中的速度误差信号施加逆的图象雅可比矩阵(Image Jacobian)的装置，以产生用于驱动患者定位组合的立体空间中的速度误差信号。连续更新转换装置的装置，包括根据特定关系式在采样间隔内反复适时修正图象雅可比矩阵的装置。此种结构无需象现有技术中那样对相机的精确校准，而现有技术需要完全掌握相机的位置并且确切了解其参数例如焦距。附图的简要说明从下面结合附图对优选实施例的描述可以获得对本专利技术的全面理解，附图中附图说明图1为采用本专利技术进行动态保角放射疗法的装置的等角投影视图。图2为表示根据本专利技术的相机图象的产生的示意图。图2a为表示根据本专利技术的用于定位患者的标记位置的平面图。图3为根据本专利技术所示实施例的反馈控制回路的示意框图。图4-16为构成本专利技术一部分的软件程序的流程图。优选实施例的描述图1表示用于实施本专利技术的装置1。该装置1包括带有一个台架5的机器3，台架5枢轴式安装在机器基座7上以便绕水平轴9转动。台架5具有第一臂11，其上带有一个准直镜13，用以将一束高能辐射束15(例如一束高能光子)导向沿垂直通过转轴9延长线的路径传播。其交点称作等角点17。在某些机器中，在台架相反一端的第二臂21上与放射束15对准安装有一入口成象器19。入口成象器21记录未被患者吸收的辐射。等角点17用作立体空间坐标系的原点。如图所示，X轴与台架的转轴9重合。因而，当台架转动时其限定了一个含有Y和Z轴的治疗平面。机器3还包括患者定位组合23，它包括一个安装在支座27上的病床25，以相对于支座作垂直、横向和纵向运动。支座设在一个转台29上，转台29的轴31垂直对准在等角点17之下并且与Z轴同心。通过此种结构，患者定位组合23具有四个自由度在立体空间中的X、Y和Z轴上以及绕Z轴转动。这样，患者没有绕病床的纵轴转动或者绕横向通过病床的水平轴倾斜。然而，随着台架在Y-Z治疗平面内的附加转动，可以将放射束15以任意所需方向导引通过躺在病床25上的患者。计算机33控制患者定位组合23的运动，其方式后面将加以说明，使得患者定位在相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·M·卡兰德，乔尔·格林伯格，卡朗·B·西莫加，查拉博斯·N·阿塔纳修，塔克·卡纳德，
申请(专利权)人：匹兹堡大学高等教育联邦体系，
类型：发明
国别省市：