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一种基于复合双重旋转机架加速器非共面放射治疗装置

阅读:560发布:2023-01-29

专利汇可以提供一种基于复合双重旋转机架加速器非共面放射治疗装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于复合双重旋转 机架 的 加速 器非共面 放射 治疗 装置,包括沿xz平面转动的主机架、与主机架转动连接的次机架,次机架沿yz平面转动,主机架承载有两套CBCT子系统,两套CBCT子系统 正交 布置,次机架承载有加速器 辐射 头和EPID 平板探测器 。本发明可实现多 线束 立体定向 放射治疗 ,结构简洁、等中心 精度 高、成本较低、运行高效、治疗安全。,下面是一种基于复合双重旋转机架加速器非共面放射治疗装置专利的具体信息内容。

1.一种基于复合双重旋转机架加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:包括沿xz平面转动的主机架、与主机架转动连接的次机架,所述次机架沿yz平面转动,所述主机架承载有两套CBCT子系统,两套CBCT子系统正交布置,次机架承载有加速器辐射头和EPID平板探测器
2.一种基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:还包括立架,所述主机架为圆环盘状主机架,所述次机架为双环矩形次机架,所述圆环盘状主机架与立架转动连接,所述双环矩形次机架两个圆环和两个拐臂,两个圆环正对并竖直设置,圆环盘状主机架连接两个次机架支撑架,两个圆环分别与两个次机架支撑架转动连接,两个次机架支撑架与圆环盘状主机架固连,两个圆环的转动平面与圆环盘状主机架的转动平面垂直,两个圆环的上端分别连接两个拐臂的下端,两个拐臂的上端之间连接加速器辐射头,所述EPID平板探测器与加速器辐射头正对,EPID平板探测器与双环矩形次机架连接,EPID平板探测器低于圆环的底部。
3.根据权利要求2所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:两套CBCT子系统包括位于两个拐臂和两个圆环之间的第一CBCT球管、第一CBCT平板探测器、第二CBCT球管、第二CBCT平板探测器,所述第一CBCT球管、第一CBCT平板探测器、第二CBCT球管、第二CBCT平板探测器均连接圆环盘状主机架,所述第一CBCT平板探测器与第一CBCT球管正对,所述第二CBCT平板探测器与第二CBCT球管正对;所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器相对倾斜布置,所述第一CBCT球管、第二CBCT球管位于第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器的上方。
4.根据权利要求3所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述第一CBCT球管、第二CBCT球管高于圆环的圆心,所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器低于圆环的圆心。
5.根据权利要求3或4所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述第一CBCT球管、第二CBCT球管分别通过第一球管支臂、第二球管支臂连接圆环盘状主机架,所述第一球管支臂、第二球管支臂为阶梯型。
6.根据权利要求5所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述双环矩形次机架设有可移动配重,所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器分别通过单关节旋转机械臂连接支臂,所述支臂连接圆环盘状主机架。
7.根据权利要求6所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述加速器辐射头的外观为扁平柱状,加速器辐射头外挂锥形孔准直器。
8.根据权利要求6或7所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述EPID平板探测器安装在支撑架的顶端,所述支撑架的两端分别通过L板连接两个圆环的底部,所述可移动配重与支撑架活动连接,支撑架包括矩形框,所述矩形框位于支撑架的底部,矩形框的至少一个侧面敞开,所述可移动配重位于矩形框内。
9.根据权利要求8所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:还包括加速器控制系统,所述可移动配重受控于加速器控制系统,所述加速器控制系统固化有CBCT子系统、加速器辐射头和EPID平板探测器组合状态的可移动配重的位置
10.根据权利要求2所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,其特征在于:所述圆环通过圆环型旋转轴承连接次机架支撑架。

说明书全文

一种基于复合双重旋转机架加速器非共面放射治疗装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种医疗设备,尤其涉及一种基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置。

背景技术

[0002] 到目前为止,X(γ)射线放射治疗技术有三大主要成就,分别是以非共面照射为基础的多线束聚焦照射技术、由多叶光栅(Multileaf Collimator,MLC)实施的调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)以及建立在KV级X射线锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)基础上的图像引导放射治疗(Image Guided Radiotherapy,IGRT)。
[0003] 实践证明,非共面多线束方式的照射可以主动避开临近靶区或射线路径上的危险器官、减少人体受照体积并降低其总剂量,因此来提高瘤体的靶区剂量。由于传统加速器的旋转机架只能在一个平面内共面旋转,非共面照射是通过治疗床在平面上的等中心旋转实现的;由于辐射头的准直器端面距离等中心点的净空间只能做到400mm左右,治疗床旋转以后会导致辐射头与治疗床或患者之间的相互碰撞险,而且大多数情况下旋转机架的旋转范围较窄,造成许多照射死,因此传统加速器仍然较难照射诸如癌、肝癌和垂体瘤等部位的病灶,还会引发诸如放射性肺炎的严重副作用。另外,附加安装的CBCT进一步限制了治疗床的可旋转范围和设备的技术效率。第三,治疗过程中的床旋转运动增加了靶区移动的风险。
[0004] 采用加速器X辐射源实现真正意义上非共面多线束照射的产品为美国安科瑞(Accuray)公司生产的射波刀(CyberKnife)和日本三菱重工业株式会社生产的Vero。
[0005] 射波刀的加速器辐射头由六自由度机器人承载,标称源轴距(Source to Axial Distance,SAD)SAD=800mm,为非共面多定点方式照射。该产品的不足之处,一是kV级X射线图像为静态X光影像,没有CBCT功能且没有MV级X射线电子影像验证装置(Electronic Portal Imaging Device,EPID);二是不能进行旋转拉弧照射;三是采用多关节机器人承载加速器,增加了逆向计划过程中机械臂路径规划的难度,从而增大了放射治疗计划系统(Radiation Therapy Treatment Planning System,TPS)的开发成本并因此导致产品售价在800万美元左右。
[0006] Vero采用孔径式结构,O形环型机架在曲臂驱动下作±180°旋转,实现传统加速器机架的360°共面旋转功能,在此基础上,增加了环型机架在水平面上、相对于治疗床x轴的±60°旋转功能,实现非共面照射,SAD=1000mm;30对精细度5mm的MLC叶片在等中心平面形成150mm×150mm照射野。由于需要环型机架与治疗床之间能够无干涉地形成±60°角度,承载加速器辐射头的环型机架孔径势必较大,致使在某些角度辐射头会产生轻微挠曲,为了补偿这种挠曲,采用可以在环型机架圆环方向以及垂直于环型机架平面的轴线方向均可旋转±2.5°的万向机头机构来瞄准等中心点,因此导致该产品结构复杂,进而造成制造成本较高并最终导致售价较高,另外未提供锥形孔准直器

发明内容

[0007] 本发明旨在提供一种基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,可实现多线束立体定向放射治疗和立体定向放射外科,结构简洁、等中心精度高、成本较低、运行高效、治疗安全。
[0008] 为达到上述目的,本发明是采用以下技术方案实现的:
[0009] 本发明的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,包括沿xz平面转动的主机架、与主机架转动连接的次机架,所述次机架沿yz平面转动,所述主机架承载有两套CBCT子系统,两套CBCT子系统正交布置,次机架承载有加速器辐射头和EPID平板探测器
[0010] 进一步的,还包括立架,所述主机架为圆环盘状主机架,所述次机架为双环矩形次机架,所述圆环盘状主机架与立架转动连接,所述双环矩形次机架两个圆环和两个拐臂,两个圆环正对并竖直设置,圆环盘状主机架连接两个次机架支撑架,两个圆环分别与两个次机架支撑架转动连接,两个次机架支撑架与圆环盘状主机架固连,两个圆环的转动平面与圆环盘状主机架的转动平面垂直,两个圆环的上端分别连接两个拐臂的下端,两个拐臂的上端之间连接加速器辐射头,所述EPID平板探测器与加速器辐射头正对,EPID平板探测器与双环矩形次机架连接,EPID平板探测器低于圆环的底部。
[0011] 优选的,两套CBCT子系统包括位于两个拐臂和两个圆环之间的第一CBCT球管、第一CBCT平板探测器、第二CBCT球管、第二CBCT平板探测器,所述第一CBCT球管、第一CBCT平板探测器、第二CBCT球管、第二CBCT平板探测器均连接圆环盘状主机架,所述第一CBCT平板探测器与第一CBCT球管正对,所述第二CBCT平板探测器与第二CBCT球管正对;所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器相对倾斜布置,所述第一CBCT球管、第二CBCT球管位于第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器的上方。
[0012] 优选的,所述第一CBCT球管、第二CBCT球管高于圆环的圆心,所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器低于圆环的圆心。
[0013] 优选的,所述第一CBCT球管、第二CBCT球管分别通过第一球管支臂、第二球管支臂连接圆环盘状主机架,所述第一球管支臂、第二球管支臂为阶梯型。
[0014] 进一步的,所述双环矩形次机架设有可移动配重,所述第一CBCT平板探测器、第二CBCT平板探测器分别通过单关节旋转机械臂连接支臂,所述支臂连接圆环盘状主机架。
[0015] 优选的,所述加速器辐射头的外观为扁平柱状,加速器辐射头外挂锥形孔准直器。
[0016] 优选的,所述EPID平板探测器安装在支撑架的顶端,所述支撑架的两端分别通过L板连接两个圆环的底部,所述可移动配重与支撑架活动连接,支撑架包括矩形框,所述矩形框位于支撑架的底部,矩形框的至少一个侧面敞开,所述可移动配重位于矩形框内。
[0017] 进一步的,还包括加速器控制系统,所述可移动配重受控于加速器控制系统,所述加速器控制系统固化有CBCT子系统、加速器辐射头和EPID平板探测器组合状态的可移动配重的位置
[0018] 优选的,所述圆环通过圆环型旋转轴承连接次机架支撑架。
[0019] 具体的,上述方案中,加速器辐射头的承载机架不是传统加速器的单轴共面旋转机架,而是一种由主、次机架复合构成的复合双轴旋转机架,实现共面和非共面的复合双重旋转;所述复合双轴旋转机架的一重旋转为圆环盘状主机架绕y轴在xz平面内作±180°旋转,实现360°共面旋转;所述复合二重旋转为双环矩形次机架绕x轴在yz平面内作±45°旋转,实现非共面多线束照射;次机架旋转平面与主机架旋转平面相互垂直,次机架旋转轴x轴与主机架旋转轴y轴均位于等中心水平面且相互正交,交点即为等中心点(按照加速器设备惯例,等中心点即为三维坐标原点)。
[0020] 所述复合双重旋转机架由双环矩形次机架经由次机架支撑架、次机架支撑架与圆环盘状主机架复合连接构成;圆环盘状主机架自身的质心位于y轴上,圆环盘状主机架与立架作圆环型旋转连接,旋转轴为y轴,两套正交CBCT对称安装在yz平面两侧的圆环盘状主机架上,两次机架支撑架对称平行地安装在CBCT系统的外侧关于xy平面和yz平面对称,在复合连接次机架之前,圆环盘状主机架的质心位于yz平面上,在圆环盘状主机架旋转时,通过适当配重将质心置于y轴上;次机架通过次机架旋转支臂、次机架旋转支臂分别与次机架支撑架、次机架支撑架作圆环型旋转轴承连接,旋转轴为x轴,次机架上的所有部件的重心关于xz平面和yz平面对称,在次机架旋转时,通过适当配重将质心置于等中心点。
[0021] 所述主次机架之间的复合旋转连接,采用关于yz平面对称的圆环型旋转轴承连接,由于旋转轴承的高精度,使复合旋转连接自动实现关于xy平面和xz平面对称;在圆环盘状主机架和次机架旋转支臂上,分别为次机架支撑架和加速器辐射头支撑架、EPID和配重的支撑架设置定位销钉,可以减少甚至免除次机架在用户现场的等中心调试;圆环型复合旋转连接不影响操作员在患者病灶位于等中心点时在治疗床两侧观察两侧墙上摆位激光线与患者体表标记的重合。
[0022] 所述加速器辐射头4的外观为扁平柱状,使在次机架±45°的边缘极限位置,在主机架的全部360°旋转范围,围绕y轴包裹一个直径800mm的免除任何碰撞可能的圆柱形的安全净空间;在辐射头内部还集成了所有微波器件,包括磁控管、柔性波导、方向耦合器、四端环流器、相位检波器、水负载和冷却水管;加速器辐射头内部的重心优化为关于xz平面和yz平面对称。
[0023] 所述球管支臂和为阶梯形,阶梯位于圆环盘状主机架上的一二象限的±45°平面,下台阶靠近等中心一侧,垂直安装在圆环盘状主机架上,以便次机架3向+45°旋转时,球管支臂不会与加速器辐射头支撑架发生干涉;上台阶远离等中心,球管安装在上台阶上的安装端面上,保证X线球管焦点距离等中心点1000mm,即球管的焦轴距(Focal to Axial Distance)FAD=1000mm,此时两球管焦点之间相距约1400mm;上台阶上还安装有球管端面调节机构和滤线器组件。
[0024] 所述平板探测器支臂为直线臂,直线臂垂直安装在圆环盘状主机架上,末端为单关节旋转机械臂,具备与直线臂平行的安装端面,平板支架安装在安装端面上,平板探测器安装在平板支架上;两个平板探测器可以分别绕平板支臂的轴向方向相向旋转180°,即使在平板旋转过程中,仍然关于yz平面对称;在CBCT系统作图像引导时,平板探测器处于靠近等中心点的位置,探测器元件面向球管焦点,在CBCT不用或备用状态,平板探测器处于远离等中心点的位置,平板后背侧面覆盖皮,保证加速器治疗时的高能X射线的散射线对探测器元件的损伤最小,延长平板探测器的使用寿命。平板探测器距离等中心约540mm,即源像距SID(Source to Image Distance)约1540mm,SID越大图像越清晰。
[0025] 所述EPID平板探测器可沿射线束方向上下运动,使用时升起而不用时降下;在平板顶部设置沿y方向可对称平行移动开合的薄铅板,在平板升起使用时分开露出平板,在平板降下不用时合上遮住平板,使透过人体的高能X射线对探测器元件的损伤最小,而且不改变平板探测器关于xz平面对称的特性。
[0026] 配重包括固定位置部分和可调位置部分,自身关于xz平面和yz平面对称,具有足够的分辨率沿射线束方向上下移动调节,加速器控制系统能识别所有状态,并自动控制配重移动到所需位置;加速器辐射头的状态为2种,只用MLC或同时使用锥形孔准直器;EPID平板探测器的状态为2种,降下不用或升起使用;CBCT平板探测器的状态有2种,面朝球管使用或背朝球管不用;次机架旋转角度位置精确到1°,有91个位置;复合机架旋转有2种状态,主机架旋转或次机架旋转;加速器控制系统预先计算并存储所有组合状态下配重的位置,并自动驱动配重到位。
[0027] 到目前为止,已应用于医疗临床的加速器放射治疗装置中,还没有任何产品具备辐射头绕x轴旋转的能,因此所有面世的TPS也不具备所述次机架旋转的照射方法;上述方案中的TPS的特征在于,除了具备常规机架绕y轴旋转的功能,还具备次机架绕x轴旋转的功能;具备任意非共面照射方式下的切面图像的重建功能,任意射线束方向的数字重建影像(Digitally Reconstructed Radiograph,DRR)功能,任意射线束方向的射野方向视图(beams eye view,BEV)功能。
[0028] 本发明的有益效果如下:
[0029] (1)主、次机架的旋转连接均采用圆环型旋转连接,方便在制造时采用旋转轴承,而旋转轴承的平衡要求只需要质心位于旋转轴线上的任意一点,具有很高的轴向和径向载荷能力,在平衡时只需要克服很小的摩擦力即可轻松驱动,而且旋转轴承本身具有微米级的极高精度,易于保证加速器治疗装置的等中心点的精度保持在亚毫米级以上。
[0030] (2)结构简洁的复合双重旋转机架,由于具备精度高且制造成本较低的优势,因此具有较高的市场推广价值。
[0031] (3)主、次机架复合旋转照射方式,本质上是确定次机架角度后的主机架旋转照射,无论是TPS的逆向计划过程,还是真实的治疗过程,都体现了过程简单、运行高效的特点。
[0032] (4)免除了治疗床的旋转运动,加上800mm直径的安全旋转净空间,免除了治疗过程中治疗床旋转运动带来的患者移位风险和与之相应的辐射头碰撞风险,提高了治疗的安全性,也方便呼吸控等治疗辅助装置的使用。
[0033] (5)由于在真正意义上实现了非共面立体定向放射治疗和非共面立体定向放射外科的照射方式,能显著提高肺癌、肝癌和垂体瘤等传统加速器较难照射病灶的放射治疗疗效,降低甚至杜绝肺癌放射治疗中放射性肺炎的发生概率。附图说明
[0034] 图1是本发明的主体结构示意图;
[0035] 图2是实施例一时的主、次机架结构布局的前视示意图;
[0036] 图3是实施例一时的辐射头右侧视图尺寸示意图;
[0037] 图4是实施例二时的主、次机架结构布局的前视示意图;
[0038] 图5是实施例二时的辐射头右侧视图尺寸示意图;
[0039] 图中:1:立架;2:圆环盘状主机架;2-1:次机架支撑架1;2-2:次机架支撑架2;2-3:CBCT1的球管和支臂;2-4:CBCT1的平板探测器和支臂;2-5:CBCT2的球管和支臂;2-6:CBCT2的平板探测器和支臂;3:次机架;3-1:次机架旋转支臂1;3-2:次机架旋转支臂2;3-3:加速器辐射头支撑架;3-4:EPID平板探测器及配重的支撑架;3-5:配重;4:加速器辐射头;4-1:
EPID平板探测器和支架;4-2:加速管;4-3:初级准直器;4-4:均整滤波器;4-5:电离室:4-6:
射野灯反光镜;4-7:y方向钨门;4-8:x方向钨门;4-9:x方向MLC;4-10:锥形孔准直器与安装托架;5:治疗床;5-1:治疗床面;5-2:治疗床面末端配重。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图,对本发明进行进一步详细说明。
[0041] 实施例一
[0042] 本发明所述的基于复合双重旋转机架的加速器非共面放射治疗装置,包括:立架1,圆环盘状主机架2,CBCT1的球管和支臂2-3、CBCT1的平板探测器和支臂2-4,CBCT2的球管和支臂2-5、CBCT2的平板探测器和支臂2-6,次机架支撑架2-1、次机架支撑架2-2,双环矩形次机架3(包括次机架旋转支臂3-1、次机架旋转支臂3-2、加速器辐射头支撑架3-3、EPID平板探测器和配重的支撑架3-4),加速器辐射头4,EPID平板探测器和支架4-1,配重3-5,锥形孔准直器4-10,治疗床5,以及TPS(图中未标出)。
[0043] 主、次机架的旋转连接均采用旋转轴承,轴承外套紧固在固定架上,内套则紧固一环型短管,环型短管又紧固在旋转部分上;对于主机架,固定架为固定在预埋底座上的带加强筋的固定立架1,旋转部分为圆环盘状主机架2;对于次机架3,固定架为次机架支撑架2-1和2-2,旋转部分为两只旋转支臂3-1和3-2。环型短管外圈有一圈轮齿,用作齿链传动的齿,将金属链条挂在齿上进行传动。驱动电机用带有减速箱和制动装置的双向旋转直流伺服电机,主机架的驱动电机水平安装在图中右下角方形孔后面的立架1的底板上,电机轴从方形孔伸出,轴上安装有圆盘齿轮,链条套在齿轮上,电机双向旋转以驱动主机架双向旋转;在立架上的适当位置还安装有张紧轮。次机架旋转支臂的驱动方式相同,用双电机同步驱动两只旋转支臂3-1和3-2,电机安装在圆环盘状主机架2上,两电机的轴分别向左、向右垂直于次机架支撑架2-1和2-2的平面,电机轴上的齿轮与次机架支撑架平面平行。次机架支撑架2-1和2-2上的方形孔用于方便各种电缆、冷却水管和六氟化硫气管的穿越。制造过程中,旋转轴承采用永久装配方式,即在工厂中预先将圆环盘状主机架2装配到立架1上,作为一个整体部件包装运输发往用户现场;将次机架的旋转支臂3-1和3-2分别装配到次机架支撑架2-1和2-2上,分别作为整体部件包装运输发往用户现场。
[0044] 按照加速器设备惯例,当射线方向沿z轴垂直向下时,为共面旋转主机架的0°位置,主机架旋转角度的定义为顺时针旋转为0°~+180°,反时针旋转为0°~-180°,主机架可从-180°起旋转360°到+180°止,反之亦然;本发明中,设当射线方向沿z轴垂直向下时,为次机架的0°位置,次机架向主机架方向旋转时的转角为正,次机架向远离主机架方向旋转时的转角为负,次机架的旋转范围为±45°。
[0045] 本实施例采用常规加速器通常采用的源轴距SAD=1000mm,并保证在次机架旋转到±45°极限位置时,加速器辐射头的下沿距离y轴的垂直距离大于或等于400mm,即无论主、次机架处于任何位置,沿y轴都存在一个直径800mm的圆柱形的安全净空间。
[0046] 结合图2和图3所示,此时就形成了CBCT球管支臂2-3和2-5的安装位置、CBCT探测器板支臂2-4和2-6的安装位置、次机架支撑架2-1和2-2的安装位置及其安装在主机架上接触面的长度、次机架旋转支臂3-1和3-2的长度、等中心点的高度、等中心点离开圆环盘状主机架2的距离、加速器辐射头4的高度、辐射头4的宽度、辐射头4的外形、加速管的长度等因素的约束。
[0047] 本实施例初步计算的约束尺寸如下,但不限于更优的尺寸。
[0048] 圆环盘状主机架2的直径2400mm,中心截去的圆的直径800mm,正好等于安全圆柱形净空间的直径,方便安装直径800mm的圆环型防碰传感器,如红外线发射接收器;各种电缆、冷却水管和六氟化硫气管可以从固定立架一侧,经主机架圆环内侧边缘的适当位置穿越到主机架,然后布置到各自该去的目标位置。等中心点的高度1350mm,等中心点距离主机架1050mm。
[0049] CBCT系统位于主机架两侧的±45°线上相互正交,球管支臂的安装位置的中心距离等中心点的垂直距离约600mm,平板探测器支臂的安装位置的中心距离等中心点的垂直距离约635mm。球管支臂为阶梯形,阶梯位于圆环盘状主机架2上一二象限的±45°平面,下台阶靠近等中心一侧,垂直安装在圆环盘状主机架2上,以便次机架3向+45°旋转时,球管支臂2-3和2-5不会与加速器辐射头支撑架3-3发生干涉;上台阶远离等中心,球管安装在上台阶上的安装端面上,保证X线球管焦点距离等中心点1000mm,即球管的焦轴距(Focal to Axial Distance)FAD=1000mm,此时两球管焦点之间相距约1400mm;上台阶上还安装有球管端面调节机构和滤线器组件。
[0050] 平板探测器支臂2-4和2-6为直线臂,直线臂垂直安装在圆环盘状主机架2上,末端为单关节旋转机械臂且具备与直线臂平行的安装端面,平板支架安装在安装端面上,平板探测器安装在平板支架上;两个平板探测器可以分别绕平板支臂的轴向方向相向旋转180°,即使在平板旋转过程中,仍然关于yz平面对称;在CBCT系统作图像引导时,平板探测器处于靠近等中心点的位置,探测器元件面向球管焦点,在CBCT不用或备用状态,平板探测器处于远离等中心点的位置,平板后背侧面覆盖铜皮,保证加速器治疗时的高能X射线的散射线对探测器元件的损伤最小,延长平板探测器的使用寿命。平板探测器距离等中心约
540mm,即源像距SID(Source to Image Distance)约1540mm,SID越大图像越清晰。
[0051] 次机架支撑架2-1和2-2竖直平行安装且上下左右皆对称,它们在主机架2上的安装端面长度大于1000mm,相互距离约1600mm;次机架旋转支臂3-1和3-2安装在次机架支撑架的外侧,以便各种电缆、冷却水管和六氟化硫气管沿次机架旋转支臂布置到各处。
[0052] 次机架旋转支臂3-1和3-2长约1800mm,支撑架3-3和3-4两端作截角处理,以便每个角旋转到最下端时,距离地面仍有约50mm的安全间隙;同时,加速器辐射头4的顶部也为相同目的作截角处理。
[0053] EPID平板探测器4-1可沿射线束方向上下运动,使用时升起而不用时降下;在平板顶部设置沿y方向可平行移动开合的薄铅板,在平板升起使用时分开露出平板,在平板降下不用时合上遮住平板,使透过人体的高能X射线对探测器元件的损伤最小,而且不改变平板探测器关于yz平面对称的特性。
[0054] 配重3-5包括固定部分和可以沿射线束方向上下移动部分,其平衡机理是:配重3-5自身关于xz平面和yz平面对称,移动部分具有足够的分辨率沿射线束方向上下移动调节;
双环矩形次机架3旋转时,无论EPID平板探测器处于升起使用还是降下不用的位置,移动配重将次机架3的质心置于等中心点;圆环盘状主机架2旋转时,由于yz平面两侧的重心永远对称,加速器控制系统预先计算并存储所有组合状态下配重3-5的位置,并自动驱动配重3-
5到位,将复合机架的质心置于y轴上。
[0055] 加速器辐射头高约650mm,x方向长度600mm,此尺寸根据具体设计需要最大可以增加到700mm左右;此时,满足所有准直组件高度80mm的情况下,辐射头内部中心线上,从上到下依次安装:加速管4-2、80mm高的初级准直器4-3、电离室4-5、80mm高的y方向钨门(次级准直器)4-7、80mm高的x方向钨门4-8、80mm高的x方向MLC 4-9。实际设计时,x方向钨门4-8的高度只需要20mm,剩余的60mm空间可满足选择性安装均整滤波器和射野灯反光镜的需要,同时,也可适当减轻加速器辐射头的整体质量。钨门为双聚焦方式,即钨门运动轨道为环型,在不同照射野时钨门端面均与射线束平行。除此之外,在辐射头内部还集成了所有微波器件,包括磁控管、柔性波导、方向耦合器、四端环流器、相位检波器、水负载和冷却水管;加速器辐射头4内部的重心优化为关于xz平面和yz平面对称。本实施例中加速管长度限制在300mm以内,因此采用C波段加速管,提供6MeV单能量X辐射放射治疗。为防止加速器辐射头发生挠曲,支撑架带有加强筋而且支撑架主架与辐射头内的安装架一体化制造并位于辐射头质心平面。
[0056] 加速器辐射头4在y方向的宽度约360mm,顶部和底部均在100mm处对称截角,截角后的顶部宽度为200mm,底部宽度为140mm。照射野在y方向的尺寸由y方向钨门的开合度及沿x方向运动的MLC叶片数量确定;MLC的上沿距离辐射源大约为250mm,因此放大比为4,即等中心平面上MLC叶片的宽度是其物理宽度的4倍;采用物理宽度为1.5mm的MLC叶片,在等中心平面上的宽度为6mm;安装50对MLC叶片,物理宽度为75mm,在等中心平面可以获得300mm的照射野。照射野在x方向的尺寸由x方向钨门的开合度及沿x方向运动的MLC叶片可以自由运动的长度确定;虽然辐射头在x方向的长度为600mm至700mm,但考虑到MLC叶片的过中心线需求,将照射野在x方向的照射野尺寸限定在300mm。MLC为单聚焦方式,即MLC运动轨道为直线型,MLC叶片端面为圆弧型。本实施例可以在等中心平面实现300mm×300mm尺寸的照射野,MLC叶片的精细程度为6mm。
[0057] 治疗床面5-1的宽度为520mm,左右可运动的最大范围为±140mm,当附加人体厚度100mm时,治疗床下降100mm,左右运动范围为±120mm;治疗床面离地的最低高度约700mm,在治疗床体的一侧配置专用阶梯方便患者上下治疗床,由于免除了治疗床旋转需求,不会影响设备的技术效率。
[0058] 由于次机架的旋转轴是过等中心点的x轴,因此次机架占据了治疗床两侧等中心附近的空间,为了方便操作员将患者病灶摆位至等中心点,在治疗室两侧墙上和屋顶多加一套摆位激光灯,三只激光灯的平面向治疗床床体方向平移以避开次机架占据的位置,形成虚拟等中心点O1=(x1,y1,z1),其与真实等中心点O=(0,0,0)的位置关系是x-x1=0,y-y1=常数,z-z1=常数;在治疗床旁设计一个自动到位按钮,完成虚拟等中心点摆位后,只需要按一下自动到位按钮,治疗床通过上升和面板向前平移自动运动到真实等中心点,操作员站到次机架旋转圆环外侧,再次观察并确认摆位激光线与患者体表标记线的重合。机器剂量校准时等效水模体的摆位以及机器数据采集时二维水箱的摆位也采用此法。
[0059] 实施例二
[0060] 如图1、图4和图5所示,本实施例中,采用SAD=1200mm,加速管长度仍为300mm,辐射头在y方向的宽度仍为360mm,区别于实施例一,加速器辐射头没有下端100mm的截角部分,而是用可拆卸的锥形孔准直器4-10代替;此时,加速器辐射头高度750mm,等中心高度1550mm,等中心距离主机架的距离1200mm。
[0061] 次机架支撑架2-1和2-2在主机架2上的安装端面长度大于1100mm,相互距离仍为1600mm;次机架旋转支臂3-1和3-2的长度增加到约2000mm。CBCT系统的所有支臂在圆环盘状主机架2上的安装位置和方式与实施例一相同。
[0062] 满足所有准直组件高度80mm的情况下,辐射头内部中心线上,从上到下依次安装:加速管4-2、初级准直器4-3、均整滤波器4-4、电离室4-5、射野灯反光镜4-6、y方向钨门4-7、x方向钨门4-8、x方向MLC 4-9。辐射头下端安装高度30mm的锥形孔准直器安装托架,高度
100mm的可拆卸锥形孔准直器4-10安装在托架上。与实施例一相同,实际设计时,x方向钨门高度为20mm。
[0063] MLC叶片的上沿距离辐射源的距离大约为360mm,放大比约3.333,采用物理宽度1.5mm的MLC叶片,则MLC叶片在等中心平面的投影宽度为5mm,50片MLC叶片在y轴方向等中心平面的辐射野为250mm。因此,本实施例可以在等中心平面实现250mm×250mm尺寸的照射野,MLC叶片的精细程度为5mm。锥形孔准直器4-10距离辐射源的距离大约为480mm,放大比为2.5,锥形孔上沿直径做到1.2mm时,在等中心平面可获得直径 的圆形照射野,因此锥形孔准直器在等中心平面的尺寸采用直径

尺寸,用来开展非共面立体定向放射外科治疗。
[0064] 本发明实施过程体现出,将常规加速器所采用的圆柱状辐射头,改变为矩形的扁平柱状辐射头,在外观上也使本发明更加美观。上述实施过程还体现出:以加速管末端的靶窗为界,加速器辐射头可分为上下两部分;上部分加速管的长度制约等中心高度,而改变等中心高度,可以选择加速管的长度,如果在实施例一中将等中心高度改变为1400mm,则可以采用长度在350mm的加速管,即S波段加速管,而S波段加速管是最成熟和价廉的加速管,这使加速管的选择更加灵活;如果实施例二中采用长度250mm的X波段加速管,则等中心高度可以降低到1500mm;根据辐射场强度的平方反比定律,SAD=1200mm时等中心平面照射野的强度是SAD=1000mm时的1.44分之一,即69.44%,现代加速器的剂量率可以达到很高,而且本发明每次治疗的总剂量要分摊到数十甚至数百个非共面照射野,SAD延长后不会影响加速器的技术效率,而且大的源轴距导致大的源皮距,有利于降低人体皮肤的表面剂量。实施例二是本发明的优选实施方案,得益于沿人体躯干方向2π球面角的广泛非共面覆盖范围,基于5mm精细度MLC的非共面立体定向旋转调强放射治疗,预期会显著提高肺癌和肝癌等体部较难照射病灶的放疗疗效,并有效降低或杜绝放射性肺炎的发生概率;基于直径起的系列锥形孔准直器的非共面立体定向旋转调强放射外科治疗,预期会显著提高垂体瘤等头部较难照射病灶的放疗疗效。
[0065] 当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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