【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于肿瘤放疗，特别是涉及一种肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统。
技术介绍
1、放射治疗是利用高能射线对恶性肿瘤进行照射使其生长受到抑制而致死的一种疗法，简称放疗。放疗的基本原则是破坏恶性肿瘤和保存正常组织。
2、目前，临床上给患者进行放射治疗前，需采用体位固定装置如热塑膜、发泡胶或真空袋将患者身体的肿瘤部位固定，防止照射时人体受照部位移动，从而确保靶区得到准确照射。然而上述固定装置在应用过程中存在以下问题：
3、首先，随着放疗和其他同期治疗如化疗的进行，患者往往出现消瘦，体重减轻，体表外轮廓体积出现不规则的缩小，此时传统的体位固定装置如热塑模、发泡胶或真空袋往往与人体表面出现空隙，不能实现很好的贴合或包裹，此时通过固定装置表面的十字线摆位，人体或肿瘤靶区的位置固定欠佳。本专利技术一方面通过追踪人体皮肤外轮廓的变化对固定装置中的支撑组件进行调整从实现放疗时人体位姿的校准。
4、另外，受呼吸运动等因素的影响，胸腹肿瘤放疗患者在不同分次放疗间及单次放疗过程中仍不可避免的出现一些体位或者肿瘤自主或不自主的变化，导致肿瘤靶区的位置发生改变，影响放疗时射线照射的位置精度。
5、此时临床常采用扩大照射野的方式，使肿瘤的移动范围位于射野内，从而保证肿瘤不脱靶，但是这种方式会导致正常组织受照剂量增加，增加了正常组织并发症概率，可能会影响患者生活质量。另一方面，为了实时监测人体体表或内部肿瘤靶区的空间位置，目前临床上利用4dcbct、4dmr、实时超声、光学体表引导或电磁引导等系统，当上述
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，提供一种肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，可以达到精确照射肿瘤靶区的目的，通过追踪肿瘤靶区的实时位置变化，通过支撑组件的实时调整，修正人体质心位置来实现肿瘤靶区的实时位移补偿，进而实现肿瘤的精确照射。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，包括：位姿重建装置、位姿控制装置和位姿追踪装置和u型底座；其中，可伸缩支撑杆矩阵式排列于u型底座上面形成支撑矩阵，可伸缩支撑杆底部设有步进驱动电机，通过丝杆精确控制可伸缩支撑杆的伸缩长度；可伸缩支撑杆上端连接非金属的圆形抵持球托，抵持球托外由硅胶层包裹，内有可被床尾部的毫米探测器探测到的非金属材料；治疗床的尾部设有毫米波探测器，毫米波探测器通过发射毫米波，可对所有抵持球托进行扫描，探测每个球托的空间位置；u型底座下方设有支撑齿轮，齿轮旋转驱动u型底座实现在基座横断面的旋转。
4、作为优选，肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统用于头颈部、胸部、腹部或四肢全身各处的定位。
5、作为优选，位姿重建装置用于获取模拟定位ct扫描时采集4dct影像或者ct定位影像，根据4dct影像或者ct定位影像中每个像素点的空间坐标值，计算得到支撑矩阵中支撑杆所在位置对应的抵持球托的高度信息。
6、作为优选，支撑矩阵中所有支撑杆的抵持球托的高度信息传输至位姿控制装置后，控制装置控制支撑矩阵中的每个驱动电机，每个电机驱动支撑柱伸缩对应长度，推动支撑柱末端的抵持球托上升，使所有抵持球托到达预定高度。
7、作为优选，在线体表追踪中，位姿追踪装置通过毫米波探测器探测抵持球托，即探测支撑矩阵中所有支撑杆相连的抵持球托所在位置对应的高度空间位置信息，利用与人体接触的抵持球托的空间位置信息可重建出部分虚拟人体外轮廓并得到虚拟人体外轮廓几何质心的位置；与位姿重建装置计算得到支撑矩阵中所有支撑杆的抵持球托所在位置对应的高度空间位置信息进行位置复核，经计算得出矩阵中每个球托的空间位置偏差，然后将该偏差数据信息传至位姿控制装置；
8、位姿控制装置用于控制u形底座由齿轮驱动配合进行角度旋转或者进退方向移动，纠正摆位的旋转偏差以及头脚方向的误差，然后支撑矩阵在电机驱动下基于抵持球托的空间位置偏差改变支撑杆的伸缩长度即调整抵持球托的位置。
9、作为优选，位姿重建装置根据由实时在线图像引导装置获得患者实时在线的影像信息，进行分割皮肤外轮廓；其中，位姿重建装置将分割得到的ct影像皮肤外轮廓与模拟定位图像的皮肤外轮廓进行刚性配准，得到患者摆位的旋转偏差以及头脚方向的误差数据；位姿重建装置同时读取ct影像皮肤外轮廓每个像素点的空间坐标值，然后利用接收到的实时体表外轮廓每个体素点的空间位置计算出所有能与人体接触的抵持球托的空间位置信息，继而得到与初始位姿重建出的每个抵持球托的空间位置偏差。
10、作为优选，通过实时在线图像引导装置监测患者实时的肿瘤靶区每个体素点的实时空间位置信息，位姿重建装置对肿瘤靶区轮廓进行分割，并且得到实时肿瘤轮廓的几何质心位移向量场；
11、通过位姿追踪装置对肿瘤靶区位置进行位移补偿；
12、位姿追踪装置基于人体虚拟外轮廓几何质心位移向量场计算支撑矩阵中每个抵持球托的实时运动向量场；所有抵持球托的实时升降位移通过对实时肿瘤轮廓的几何质心位移补偿最终实现人体位姿的实时追踪和校准。
13、作为优选，通过位姿追踪装置对肿瘤靶区位置进行位移补偿具体为：计算虚拟人体外轮廓几何质心，该虚拟人体外轮廓由位姿追踪装置通过毫米波探测器探测抵持球托的位置并重建得到；基于肿瘤轮廓的几何质心位移向量场计算该质心相对静止时的运动补偿位移向量场，进而计算出虚拟外轮廓几何质心位移向量场对肿瘤靶区位置变化进行位移补偿
14、本专利技术能够实现放疗过程中患者实时体位姿势的调整，不需要扩大照射野，通过对人体皮肤外轮廓和肿瘤靶区的实时位移补偿从而保证肿瘤靶区始终位于射野区域内，减少正常组织副反应，提高直线加速器治疗效率，确保患者的治疗效果。采用本系统和装置实施放射治疗时，传统的体位固定装置的制作则不再需要。模拟定位ct扫描时同样不再需要复杂的体位固定装置，肿瘤患者可以实现放疗的摆位要求即可。本装置和系统能够替代传统直线加速器的治疗床(只有四个或六个维度的移动)，通过矩阵式分布的可独立调节的支撑组件最终实现人体或肿瘤靶区大于6个自由度的体位实时跟踪以及校准。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，包括：位姿重建装置、位姿控制装置和位姿追踪装置和U型底座；其中，可伸缩支撑杆矩阵式排列于U型底座上面形成支撑矩阵，可伸缩支撑杆底部设有步进驱动电机，通过丝杆精确控制可伸缩支撑杆的伸缩长度；可伸缩支撑杆上端连接非金属的圆形抵持球托，抵持球托外由硅胶层包裹，内有可被床尾部的毫米探测器探测到的非金属材料；治疗床的尾部设有毫米波探测器，毫米波探测器通过发射毫米波，可对所有抵持球托进行扫描，探测每个球托的空间位置；U型底座下方设有支撑齿轮，齿轮旋转驱动U型底座实现在基座横断面的旋转。
2.如权利要求1所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统用于头颈部、胸部、腹部或四肢全身各处的定位。
3.如权利要求2所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，位姿重建装置用于获取模拟定位CT扫描时采集4DCT影像或者CT定位影像，根据4DCT影像或者CT定位影像中每个像素点的空间坐标值，计算得到支撑矩阵中支撑杆所在位置对应的抵持球托的高度信息。
4.如权利要
5.如权利要求4所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，在线体表追踪中，位姿追踪装置通过毫米波探测器探测抵持球托，即探测支撑矩阵中所有支撑杆相连的抵持球托所在位置对应的高度空间位置信息，利用与人体接触的抵持球托的空间位置信息可重建出部分虚拟人体外轮廓并得到虚拟人体外轮廓几何质心的位置；与位姿重建装置计算得到支撑矩阵中所有支撑杆的抵持球托所在位置对应的高度空间位置信息进行位置复核，经计算得出矩阵中每个球托的空间位置偏差，然后将该偏差数据信息传至位姿控制装置；
6.如权利要求5所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，位姿重建装置根据由实时在线图像引导装置获得患者实时在线的影像信息，进行分割皮肤外轮廓；其中，位姿重建装置将分割得到的CT影像皮肤外轮廓与模拟定位图像的皮肤外轮廓进行刚性配准，得到患者摆位的旋转偏差以及头脚方向的误差数据；位姿重建装置同时读取CT影像皮肤外轮廓每个像素点的空间坐标值，然后利用接收到的实时体表外轮廓每个体素点的空间位置计算出所有能与人体接触的抵持球托的空间位置信息，继而得到与初始位姿重建出的每个抵持球托的空间位置偏差。
7.如权利要求6所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，通过实时在线图像引导装置监测患者实时的肿瘤靶区每个体素点的实时空间位置信息，位姿重建装置对肿瘤靶区轮廓进行分割，并且得到实时肿瘤轮廓的几何质心位移向量场；
8.如权利要求7所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，通过位姿追踪装置对肿瘤靶区位置进行位移补偿具体为：计算虚拟人体外轮廓几何质心，该虚拟人体外轮廓由位姿追踪装置通过毫米波探测器探测抵持球托的位置并重建得到；基于肿瘤轮廓的几何质心位移向量场计算该质心相对静止时的运动补偿位移向量场，进而计算出虚拟外轮廓几何质心位移向量场对肿瘤靶区位置变化进行位移补偿。
...【技术特征摘要】
1.一种肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，包括：位姿重建装置、位姿控制装置和位姿追踪装置和u型底座；其中，可伸缩支撑杆矩阵式排列于u型底座上面形成支撑矩阵，可伸缩支撑杆底部设有步进驱动电机，通过丝杆精确控制可伸缩支撑杆的伸缩长度；可伸缩支撑杆上端连接非金属的圆形抵持球托，抵持球托外由硅胶层包裹，内有可被床尾部的毫米探测器探测到的非金属材料；治疗床的尾部设有毫米波探测器，毫米波探测器通过发射毫米波，可对所有抵持球托进行扫描，探测每个球托的空间位置；u型底座下方设有支撑齿轮，齿轮旋转驱动u型底座实现在基座横断面的旋转。
2.如权利要求1所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统用于头颈部、胸部、腹部或四肢全身各处的定位。
3.如权利要求2所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，位姿重建装置用于获取模拟定位ct扫描时采集4dct影像或者ct定位影像，根据4dct影像或者ct定位影像中每个像素点的空间坐标值，计算得到支撑矩阵中支撑杆所在位置对应的抵持球托的高度信息。
4.如权利要求3所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，支撑矩阵中所有支撑杆的抵持球托的高度信息传输至位姿控制装置后，控制装置控制支撑矩阵中的每个驱动电机，每个电机驱动支撑柱伸缩对应长度，推动支撑柱末端的抵持球托上升，使所有抵持球托到达预定高度。
5.如权利要求4所述的肿瘤放疗实时人体位姿追踪和校准系统，其特征在于，在线体表追踪中，位姿追踪装置通过毫米波探测器探测抵持球托，即探测支撑矩阵中所有支撑杆相连的抵持球托所在位置对...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国前，张书旭，何鑫，罗华军，王锐濠，雷怀宇，苟亮倩，
申请(专利权)人：广州医科大学附属肿瘤医院广州市癌症防治中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。