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用于精准放射治疗研究的动物实验装置
申请号	CN201610209906.3	申请日	2016-04-05	公开(公告)号	CN105769235A	公开(公告)日	2016-07-20
申请人	浙江大学;			发明人	王静; 牛田野; 蔡秀军;
摘要	本发明公开了一种医疗器械技术领域的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，包括：C形架构旋转平台和载物运动平台，其中：C形架构旋转平台的旋转中心轴线和载物运动平台的旋转中心轴线垂直相交。C形架构旋转平台包括：带有平移装置的C形支架、带有光栅的 X射线光源、锥束CT成像探测器、SPECT成像探测器和旋转驱动装置。本发明所涉及的装置准确模拟人体精准放疗过程，可实现结构和功能精准影像实时引导，以及目标靶区精准照射等功能，是集高精度定位、高精度多模态结构和功能图像引导以及高精度多模式逆向放疗计划于一体的新型放射治疗科研仿真平台，适用于放射肿瘤预临床研究，例如肿瘤产生和发展机理、治疗响应、肿瘤和正常组织放射生物效应等预临床研究应用场合。
权利要求	1.一种用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征在于，包括：C形架构旋转平台和载物运动平台，其中：C形架构旋转平台的旋转中心轴线和载物运动平台的旋转中心轴线垂直相交；所述的C形架构旋转平台包括：带有平移装置的C形支架、带有光栅的X射线光源、锥束CT成像探测器、SPECT成像探测器和旋转驱动装置，其中：C形支架带有平移装置的一端固定锥束CT成像探测器，与之相对的另一端固定X射线光源，X射线中心线束与锥束CT成像探测器平面垂直，SPECT成像探测器固定于C形支架另一正交端，与锥束CT成像主轴平行放置，旋转驱动装置与C形支架旋转中心固定连接。 2.根据权利要求1所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的带有平移装置的C形支架包括：中心支撑座、X射线光源支撑臂、锥束CT成像探测器支撑臂、SPECT成像探测器支撑臂和平移装置，其中：X射线光源支撑臂和锥束CT成像探测器支撑臂分别与中心支撑座固定连接，并呈周向180度对置，SPECT成像探测器支撑臂与中心支撑座固定连接，并与X射线光源支撑臂和锥束CT成像探测器支撑臂呈周向90度布置，平移装置设置于锥束CT成像探测器支撑臂同一端。 3.根据权利要求2所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的中心支撑座与旋转驱动装置固定连接。 4.根据权利要求2所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的平移装置包括：导轨、滑块和驱动部件，其中：导轨固定于中心支撑座上，导轨上设有滑块，滑块固定于锥束CT成像探测器支撑臂上，驱动部件固定端与中心支撑座连接，驱动部件移动端与锥束CT成像探测器支撑臂连接。 5.根据权利要求1所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的带有光栅的X射线光源包括：光栅准直器和X射线球管，其中：光栅准直器设置于X射线球管的出光孔处。 6.根据权利要求1所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的载物运动平台包括：载物台、x向平移装置、y向平移装置、z向平移装置和z轴旋转装置，其中：载物台固定于z向平移装置上，z向平移装置固定于x向平移装置上，x向平移装置固定于y向平移装置上，y向平移装置固定于z轴旋转装置上。 7.根据权利要求6所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的载物台台面平行于x‐y平面，一端悬空，另一端与z向平移装置固定连接。 8.根据权利要求1所述的用于精准放射治疗研究的动物实验装置，其特征是，所述的载物运动平台旋转中心z轴与锥束CT成像主轴共面。
说明书全文	用于精准放射治疗研究的动物实验装置技术领域 [0001] 本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种用于精准放射治疗研究的动物实验装置。背景技术 [0002] 放射治疗(放疗)作为癌症治疗的一种疗效和成本效益均显著的手段，是肿瘤综合治疗过程中的至关重要和不可分割的组成部分。精准放疗以其毒副作用和对患者损伤小的优点已部分取代了既往以手术为主要治疗手段的肿瘤治疗。预临床研究是新型放疗理论研究中不可或缺的一环，主要是高能射线产生的电离辐射对正常组织损伤较大，理论研究在进入人体临床实验之前需要在预临床环境中进行充分验证，并在离体和活体样本上进行放射治疗模拟照射来验证理论可靠性，比如动物实验。现有的动物放疗设备局限性较大，限制了其在多种科研环境中的应用，主要体现在机械结构、图像引导方式和剂量投放方法等几个方面：1)机械系统普遍采用实验台架构，虽然机械结构较为简单但是缺乏人体放疗设备的逼真环境，治疗方法不能直接应用于人体设备；2)缺乏有效的实时图像引导系统，难以实现肿瘤靶区精确定位，导致生物组织实际接收剂量不确定，妨碍了临床相关的放疗策略实施；3)缺乏适用于小动物的精准放疗计划系统，无法适形精确投放辐射剂量到感兴趣的解剖结构，导致大量多余剂量进入临近的正常组织，产生毒性，使得实验的执行和结果解释很困难。发明内容 [0003] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于精准放射治疗研究的动物实验装置，解决精准放射治疗动物实验与临床应用不匹配、缺乏实时图像引导等问题，具有准确模拟人体精准放疗过程、结构和功能精准影像实时引导、目标靶区精准照射等特点，对于放射肿瘤预临床研究，例如肿瘤产生和发展机理、治疗响应、肿瘤和正常组织放射生物效应等预临床研究具有重要的应用价值。 [0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于精准放射治疗研究的动物实验装置，包括：C形架构旋转平台和载物运动平台，其中：C形架构旋转平台的旋转中心轴线和载物运动平台的旋转中心轴线垂直相交。 [0005] 进一步地，所述的C形架构旋转平台包括：带有平移装置的C形支架、带有光栅的X射线光源、锥束CT成像探测器、SPECT成像探测器和旋转驱动装置，其中：C形支架带有平移装置的一端固定锥束CT成像探测器，与之相对的另一端固定X射线光源，X射线中心线束与锥束CT成像探测器平面垂直，SPECT成像探测器固定于C形支架另一正交端，与锥束CT成像主轴平行放置，旋转驱动装置与C形支架旋转中心固定连接。 [0006] 进一步地，所述的带有平移装置的C形支架包括：中心支撑座、X射线光源支撑臂、锥束CT成像探测器支撑臂、SPECT成像探测器支撑臂和平移装置，其中：X射线光源支撑臂和锥束CT成像探测器支撑臂分别与中心支撑座固定连接，并呈周向180度对置，SPECT成像探测器支撑臂与中心支撑座固定连接，并与X射线光源支撑臂和锥束CT成像探测器支撑臂呈周向90度布置，平移装置设置于锥束CT成像探测器支撑臂同一端。 [0007] 进一步地，所述的中心支撑座与旋转驱动装置固定连接。 [0008] 进一步地，所述的平移装置包括：导轨、滑块和驱动部件，其中：导轨固定于中心支撑座上，导轨上设有滑块，滑块固定于锥束CT成像探测器支撑臂上，驱动部件固定端与中心支撑座连接，驱动部件移动端与锥束CT成像探测器支撑臂连接。 [0009] 进一步地，所述的带有光栅的X射线光源包括：光栅准直器和X射线球管，其中：光栅准直器设置于X射线球管的出光孔处。 [0010] 进一步地，所述的载物运动平台包括：载物台、x向平移装置、y向平移装置、z向平移装置和z轴旋转装置，其中：载物台固定于z向平移装置上，z向平移装置固定于x向平移装置上，x向平移装置固定于y向平移装置上，y向平移装置固定于z轴旋转装置上。 [0011] 进一步地，所述的载物台台面平行于x‐y平面，一端悬空，另一端与z向平移装置固定连接。 [0012] 进一步地，所述的载物运动平台旋转中心z轴与锥束CT成像主轴共面。 [0013] 本装置工作原理如下： [0014] C形架构旋转平台高度集成多模影像数据采集设备和放射治疗设备，成像和治疗双重用途的X射线光源与锥束CT成像探测器相对放置，SPECT成像探测器与锥束CT成像主轴平行放置，避免光源的X射线对核医学成像干扰。通过旋转驱动装置可带动C形支架绕旋转中心轴线自由转动，X射线光源、锥束CT成像探测器和SPECT成像探测器与C形支架的相对位置固定，跟随C形支架绕旋转中心轴线360度转动，从而能够实现围绕载物台的旋转功能，并进行360度CT扫描成像和放射治疗射束投射。通过C形支架上的平移装置，可带动锥束CT成像探测器相对于C形支架沿垂直于旋转中心轴线方向平行移动，调节探测器与旋转中心的距离，从而能够实现多种尺度物体的锥束CT成像。 [0015] 载物运动平台具备沿x‐y‐z三个方向的平移自由度和绕中心轴线的转动自由度。载物台通过z向平移装置带动，可沿z轴方向平行移动；通过x向平移装置带动，可沿x轴方向平行移动；通过y向平移装置带动，可沿y轴方向平行移动，从而能够实现被测试物体空间位置的实时在线动态调整。载物台通过z轴旋转装置带动，可绕z轴自由转动，从而能够实现非共轴线模式的CT扫描成像和放射治疗。附图说明 [0016] 图1为实施例1的结构示意图。 [0017] 图2为C形支架的结构示意图。 [0018] 图3为载物运动平台的结构示意图。 [0019] 图中：1C形架构旋转平台、2载物运动平台、3带有平移装置的C形支架、4带有光栅的X射线光源、5锥束CT成像探测器、6SPECT成像探测器、7旋转驱动装置、8中心支撑座、9X射线光源支撑臂、10锥束CT成像探测器支撑臂、11SPECT成像探测器支撑臂、12平移装置、13导轨、14滑块、15驱动部件、16光栅准直器、17X射线球管、18载物台、19x向平移装置、20y向平移装置、21z向平移装置、22z轴旋转装置。具体实施方式 [0020] 以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 [0021] 实施例1 [0022] 如图1所示，本实例包括：C形架构旋转平台1和载物运动平台2，其中：C形架构旋转平台1的旋转中心轴线和载物运动平台2的旋转中心轴线垂直相交。 [0023] 所述的C形架构旋转平台1包括：带有平移装置的C形支架3、带有光栅的X射线光源4、锥束CT成像探测器5、SPECT成像探测器6和旋转驱动装置7，其中：C形支架3带有平移装置的一端固定锥束CT成像探测器5，与之相对的另一端固定X射线光源4，X射线中心线束与锥束CT成像探测器5平面垂直，SPECT成像探测器6固定于C形支架3另一正交端，与锥束CT成像主轴平行放置，旋转驱动装置7与C形支架3旋转中心固定连接。 [0024] 所述的带有平移装置的C形支架3包括：中心支撑座8、X射线光源支撑臂9、锥束CT成像探测器支撑臂10、SPECT成像探测器支撑臂11和平移装置12，其中：X射线光源支撑臂9和锥束CT成像探测器支撑臂10分别与中心支撑座8固定连接，并呈周向180度对置，SPECT成像探测器支撑臂11与中心支撑座8固定连接，并与X射线光源支撑臂9和锥束CT成像探测器支撑臂10呈周向90度布置，平移装置12设置于锥束CT成像探测器支撑臂10同一端。 [0025] 所述的中心支撑座8与旋转驱动装置7固定连接。 [0026] 所述的平移装置12包括：导轨13、滑块14和驱动部件15，其中：导轨13固定于中心支撑座8上，导轨13上设有滑块14，滑块14固定于锥束CT成像探测器支撑臂10上，驱动部件15固定端与中心支撑座8连接，驱动部件15移动端与锥束CT成像探测器支撑臂10连接。 [0027] 所述的带有光栅的X射线光源4包括：光栅准直器16和X射线球管17，其中：光栅准直器16设置于X射线球管17的出光孔处。 [0028] 所述的载物运动平台2包括：载物台18、x向平移装置19、y向平移装置20、z向平移装置21和z轴旋转装置22，其中：载物台18固定于z向平移装置21上，z向平移装置21固定于x向平移装置19上，x向平移装置19固定于y向平移装置20上，y向平移装置20固定于z轴旋转装置22上。 [0029] 所述的载物运动平台2旋转中心z轴与锥束CT成像主轴共面。 [0030] 所述的载物台18台面平行于x‐y平面，一端悬空，另一端与z向平移装置21固定连接。 [0031] 本装置工作过程如下： [0032] C形架构旋转平台1高度集成多模影像数据采集设备和放射治疗设备，成像和治疗双重用途的X射线光源4与锥束CT成像探测器5相对放置，SPECT成像探测器6与锥束CT成像主轴平行放置，避免光源的X射线对核医学成像干扰。通过旋转驱动装置7可带动C形支架3绕旋转中心轴线自由转动，X射线光源4、锥束CT成像探测器5和SPECT成像探测器6与C形支架3的相对位置固定，跟随C形支架3绕旋转中心轴线360度转动，从而能够实现围绕载物台18的旋转功能，并进行360度CT扫描成像和放射治疗射束投射。通过C形支架3上的平移装置 12，可带动锥束CT成像探测器5相对于C形支架3沿垂直于旋转中心轴线方向平行移动，调节锥束CT成像探测器5与旋转中心的距离，从而能够实现多种尺度物体的锥束CT成像。 [0033] 载物运动平台2具备沿x‐y‐z三个方向的平移自由度和绕中心轴线的转动自由度。载物台18通过z向平移装置21带动，可沿z轴方向平行移动；通过x向平移装置19带动，可沿x轴方向平行移动；通过y向平移装置20带动，可沿y轴方向平行移动，从而能够实现被测试物体空间位置的实时在线动态调整。载物台18通过z轴旋转装置22带动，可绕z轴自由转动，从而能够实现非共轴线模式的CT扫描成像和放射治疗。

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