TWI819931B - 放射線照射系統及其載置台控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種放射線照射系統及其載置台控制方法，放射線照射系統包括放射線產生裝置、控制裝置、模擬定位室、照射室和分別設置在模擬定位室、照射室內的相同的第一、第二載置台、相同的支撐第一、第二載置台的第一、第二載置台定位裝置，被照射體在第一、第二載置台上具有相同的擺位，在模擬定位室內透過第一載置台定位裝置確定第一載置台的模擬定位位置，在照射室內控制裝置控制第二載置台定位裝置將第二載置台移動到模擬定位位置並確定第二載置台的照射位置，第二載置台上的被照射體在照射位置進行射束的照射。透過在模擬定位室內的模擬定位，節省在照射室進行被照射體定位的時間，增加照射室的利用率。
Description
本發明一方面涉及一種放射線照射系統，本發明另外一方面涉及一種用於放射線照射系統的載置台控制方法。
隨著原子科學的發展，例如鈷六十、直線加速器、電子射束等放射線治療已成為癌症治療的主要手段之一。然而傳統光子或電子治療受到放射線本身物理條件的限制，在殺死腫瘤細胞的同時，也會對射束途徑上大量的正常組織造成傷害；另外由於腫瘤細胞對放射線敏感程度的不同，傳統放射治療對於較具抗輻射性的惡性腫瘤（如：多行性膠質母細胞瘤（glioblastoma multiforme）、黑色素細胞瘤（melanoma））的治療成效往往不佳。
為了減少腫瘤周邊正常組織的輻射傷害，化學治療（chemotherapy）中的標靶治療概念便被應用於放射線治療中；而針對高抗輻射性的腫瘤細胞，目前也積極發展具有高相對生物效應（relative biological effectiveness, RBE）的輻射源，如質子治療、重粒子治療、中子捕獲治療等。其中，中子捕獲治療便是結合上述兩種概念，如硼中子捕獲治療，借由含硼藥物在腫瘤細胞的特異性集聚，配合精準的中子束調控，提供比傳統放射線更好的癌症治療選擇。
在放射線治療中透過治療台定位裝置使射束對準治療台上的被照射體體內的腫瘤細胞，以實施精準治療，同時最大程度地降低對被照射體腫瘤細胞周圍正常組織的輻射損傷。在中子捕獲治療過程中，如何快速、準確對治療台及被照射體定位，關係到治療的效果及患者的治療舒適度。
因此，有必要提出一種新的技術方案以解決上述問題。
為瞭解決上述問題，本發明一方面提供了一種放射線照射系統，包括放射線產生裝置、控制裝置、模擬定位室、照射室和分別設置在所述模擬定位室、照射室內的相同的第一、第二載置台，所述放射線產生裝置用於產生射束並具有射束出口，所述射束出口位於所述照射室內，所述模擬定位室內設置有與所述射束出口相同的模擬射束出口，所述模擬定位室和所述照射室內還分別設置有能夠支撐所述第一、第二載置台的第一、第二載置台定位裝置並透過所述第一、第二載置台定位裝置分別進行所述第一、第二載置台及所述第一、第二載置台上的被照射體的模擬定位和照射定位，所述第一、第二載置台定位裝置分別在所述模擬定位室、所述照射室內具有相同的設置並和所述模擬射束出口、所述射束出口具有相同的位置關係，所述控制裝置分別與所述第一、第二載置台定位裝置連接，所述被照射體在所述第一、第二載置台上具有相同的擺位，在所述模擬定位室內透過所述第一載置台定位裝置確定所述第一載置台的模擬定位位置，在所述照射室內所述控制裝置控制所述第二載置台定位裝置將所述第二載置台移動到所述模擬定位位置並確定所述第二載置台的照射位置，所述第二載置台上的所述被照射體在所述照射位置進行所述射束的照射。透過在模擬定位室內的模擬定位，節省在照射室進行被照射體定位的時間，增加照射室的利用率；在模擬定位室及照射室採用相同的載置台定位裝置，使得照射定位更加方便、快捷、準確。
作為一種優選地，所述放射線照射系統還包括治療計劃裝置，所述治療計劃裝置產生的治療計劃數據確定所述被照射體在所述模擬定位室內的所述第一載置台上的擺位，所述治療計劃裝置或所述控制裝置根據所述治療計劃數據和所述被照射體的擺位計算所述第一載置台的治療計劃坐標，所述控制裝置透過所述第一載置台定位裝置將所述第一載置台移動到所述治療計劃坐標確定的治療計劃位置並確定所述第一載置台的所述模擬定位位置。透過自動計算載置台的治療計劃位置的坐標，並透過載置台定位裝置自動控制載置台運動到治療計劃位置，使得定位準確度高、速度快。
進一步地，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置相同的且具有同樣的位置關係的激光定位裝置，所述被照射體上設置有與所述激光定位裝置產生的激光打到所述被照射體上的位置相應的標記，根據所述標記能夠確定所述被照射體在所述模擬定位室和所述照射室內具有相同的位置。設置激光定位裝置，使定位更加方便和快捷。
作為一種優選地，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置相同的且具有同樣的位置關係的光學驗證裝置，所述光學驗證裝置能夠對所述載置台的位置和所述被照射體的圖像進行採集，並將數據傳輸到所述控制模組與所述治療計劃數據進行比較，並根據結果進行實時調整或執行其他治療控制。
作為一種優選地，所述放射線照射系統還包括轉運車及轉運車定位裝置，所述第一、第二載置台為同一載置台，所述載置台能夠由所述轉運車支撐定位並從所述模擬定位室轉移到所述照射室，所述轉運車透過所述轉運車定位裝置在所述模擬定位室和所述照射室內分別固定在相同的起始位置。
進一步地，所述放射線照射系統還包括載置台鎖定機構，在所述相同的起始位置，所述控制裝置能夠控制所述第一、第二載置台定位裝置分別連接到所述載置台並透過所述載置台鎖定機構分別與所述載置台鎖定。
作為一種優選地，所述放射線照射系統為中子捕獲治療系統，所述放射線產生裝置包括中子產生裝置和射束整形體，所述射束整形體能夠調整所述中子產生裝置產生的中子線到預設射束品質，所述中子產生裝置產生的中子線透過所述射束整形體照射向所述照射室內的所述載置台上的所述被照射體。
進一步地，所述中子產生裝置包括加速器和靶材，所述加速器加速產生的帶電粒子線與所述靶材作用產生中子線，所述射束整形體包括反射體、緩速體、熱中子吸收體、輻射屏蔽體和射束出口，所述緩速體將自所述靶材產生的中子減速至超熱中子能區，所述反射體包圍所述緩速體並將偏離的中子導回至所述緩速體以提高超熱中子束強度，所述熱中子吸收體用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，所述輻射屏蔽體用於屏蔽從所述射束出口以外部分滲漏的中子和光子。
本發明另一方面提供了一種用於放射線照射系統的載置台控制方法，所述放射線照射系統包括放射線產生裝置、治療計劃裝置、模擬定位室、照射室和分別設置在所述模擬定位室、照射室內的相同的第一、第二載置台，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置能夠支撐所述第一、第二載置台的第一、第二載置台定位裝置，所述第一、第二載置台定位裝置分別在所述模擬定位室和所述照射室內具有相同的設置和相同的位置關係，所述載置台控制方法包括：在將被照射體在所述第一載置台上根據所述治療計劃裝置產生的治療計劃數據進行擺位固定，根據所述治療計劃數據和所述被照射體的擺位計算所述第一載置台的治療計劃位置；控制所述第一載置台定位裝置將所述第一載置台移動到所述治療計劃位置，並確定模擬定位位置； 將所述被照射體在所述第二載置台上進行與所述第一載置台上相同的擺位，控制所述第二載置台定位裝置將所述第二載置台移動到所述模擬定位位置，並確定照射位置，對所述第二載置台上的所述被照射體在所述照射位置進行所述放射線產生裝置產生的射束的照射。透過在模擬定位室內的模擬定位，節省在照射室進行被照射體定位的時間，增加照射室的利用率；透過自動計算載置台的治療計劃位置的坐標，在模擬定位室及照射室採用相同的載置台定位裝置自動控制載置台運動，使得照射定位更加方便、快捷、準確。
作為一種優選地，所述放射線照射系統還包括轉運車及轉運車定位裝置，所述第一、第二載置台為同一載置台，所述控制方法還包括，在將所述被照射體在所述載置台上擺位前：透過所述轉運車定位裝置將所述轉運車在所述模擬定位室內固定並將所述載置台放置在所述轉運車上進行定位，從而所述載置台位於初始位置；在所述模擬定位室內將所述第一載置台定位裝置連接到所述載置台並與所述載置台鎖定；將確定所述模擬定位位置後：將所述載置台移動到所述初始位置並由所述轉運車支撐；將所述第一載置台定位裝置與所述載置台解鎖，並將所述載置台及所述載置台上的所述被照射體移動到所述照射室；所述照射室內透過所述轉運車定位裝置將所述載置台位於所述初始位置，將所述第二載置台定位裝置連接到所述載置台並與所述載置台鎖定。
本發明的放射線照射系統及其載置台控制方法，透過在模擬定位室內的模擬定位，節省在照射室進行被照射體定位的時間，增加照射室的利用率；在模擬定位室及照射室採用相同的載置台定位裝置，使得照射定位更加方便、快捷、準確。
下面結合附圖對本發明的實施例做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
如圖1，本實施例中的放射線照射系統優選為硼中子捕獲治療系統100，包括中子產生裝置10、射束整形體20、準直器30和治療台40。中子產生裝置10包括加速器11和靶材T，加速器11對帶電粒子（如質子、氘核等）進行加速，產生如質子線的帶電粒子線P，帶電粒子線P照射到靶材T並與靶材T作用產生中子線（中子束）N，靶材T優選為金屬靶材。依據所需的中子產率與能量、可提供的加速帶電粒子能量與電流大小、金屬靶材的物化性等特性來挑選合適的核反應，常被討論的核反應有
7Li(p,n)
7Be及
7Be(p,n)
7B，這兩種反應皆為吸熱反應。兩種核反應的能量閾值分別為1.881MeV和2.055MeV，由於硼中子捕獲治療的理想中子源為keV能量等級的超熱中子，理論上若使用能量僅稍高於閾值的質子轟擊金屬鋰靶材，可產生相對低能的中子，不須太多的緩速處理便可用於臨床，然而鋰金屬（Li）和鈹金屬（Be）兩種靶材與閾值能量的質子作用截面不高，為產生足夠大的中子通量，通常選用較高能量的質子來引發核反應。理想的靶材應具備高中子產率、產生的中子能量分佈接近超熱中子能區（將在下文詳細描述）、無太多強穿輻射產生、安全便宜易於操作且耐高溫等特性，但實際上並無法找到符合所有要求的核反應，本發明的實施例中採用鋰金屬製成的靶材。但是本領域技術人員熟知的，靶材T的材料也可以由鋰、鈹之外的金屬材料製成，例如由鉭( Ta )或鎢( W )等形成；靶材T可以為圓板狀，也可以為其他固體形狀，也可以使用液狀物(液體金屬)。加速器11可以是直線加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器，中子產生裝置10也可以是核反應堆而不採用加速器和靶材。無論硼中子捕獲治療的中子源來自核反應堆或加速器帶電粒子與靶材的核反應，產生的實際上皆為混合輻射場，即射束包含了低能至高能的中子、光子。對於深部腫瘤的硼中子捕獲治療，除了超熱中子外，其餘的輻射線含量越多，造成正常組織非選擇性劑量沉積的比例越大，因此這些會造成不必要劑量的輻射應儘量降低。另外，對於被照射體的正常組織來說，各種輻射線應避免過多，同樣造成不必要的劑量沉積。
中子產生裝置10產生的中子束N依次透過射束整形體20和準直器30照射向治療台40上的被照射體200。射束整形體20能夠調整中子產生裝置10產生的中子束N的射束品質，準直器30用以彙聚中子束N，使中子束N在進行治療的過程中具有較高的靶向性。治療台40及被照射體200的位置也可以進行調整，使射束對準被照射體200體內的腫瘤細胞M，這些調整可以人工手動操作的，也可以是透過一系列控制機構自動實現的（下文詳述）。可以理解，本發明也可以不具有準直器，射束從射束整形體20出來後直接照射向治療台40上的被照射體200。
射束整形體20進一步包括反射體21、緩速體22、熱中子吸收體23、輻射屏蔽體24和射束出口25，中子產生裝置10生成的中子由於能譜很廣，除了超熱中子滿足治療需要以外，需要盡可能的減少其他種類的中子及光子含量以避免對操作人員或被照射體造成傷害，因此從中子產生裝置10出來的中子需要經過緩速體22將其中的快中子能量（＞40keV）調整到超熱中子能區（0.5eV-40keV）並盡可能減少熱中子（＜0.5eV），緩速體22由與快中子作用截面大、超熱中子作用截面小的材料製成，作為一種優選實施例，緩速體22由D
2O、AlF
3、Fluental
TM、CaF2、Li
2CO
3、MgF
2和Al
2O
3中的至少一種製成；反射體21包圍緩速體22，並將穿過緩速體22向四周擴散的中子反射回中子束N以提高中子的利用率，由具有中子反射能力強的材料製成，作為一種優選實施例，反射體21由Pb或Ni中的至少一種製成；緩速體22後部有一個熱中子吸收體23，由與熱中子作用截面大的材料製成，作為一種優選實施例，熱中子吸收體23由Li-6製成，熱中子吸收體23用於吸收穿過緩速體22的熱中子以減少中子束N中熱中子的含量，避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，可以理解，熱中子吸收體也可以是和緩速體一體的，緩速體的材料中含有Li-6；輻射屏蔽體24用於屏蔽從射束出口25以外部分滲漏的中子和光子，輻射屏蔽體24的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一種，作為一種優選實施例，輻射屏蔽體24的材料包括光子屏蔽材料鉛（Pb）和中子屏蔽材料聚乙烯（PE）。準直器30設置在射束出口25後部，從準直器30出來的超熱中子束向被照射體200照射，經淺層正常組織後被緩速為熱中子到達腫瘤細胞M。可以理解，射束整形體20還可以有其他的構造，只要能夠獲得治療所需超熱中子束即可；為描述方便，當設置有準直器30時，準直器30的出口也可以看做是下文所述的射束出口25。
被照射體200服用或注射含硼（B-10）藥物後，含硼藥物選擇性地聚集在腫瘤細胞M中，然後利用含硼（B-10）藥物對熱中子具有高捕獲截面的特性，借由
10B(n, α) 7 Li中子捕獲及核分裂反應產生
4He和
7Li兩個重荷電粒子。兩荷電粒子的平均能量約為2.33MeV，具有高線性轉移(Linear Energy Transfer, LET)、短射程特徵，α粒子的線性能量轉移與射程分別為150 keV/μm、8μm，而
7Li 重荷粒子則為 175 keV/μm、5μm，兩粒子的總射程約相當於一個細胞大小，因此對於生物體造成的輻射傷害能局限在細胞層級，便能在不對正常組織造成太大傷害的前提下，達到局部殺死腫瘤細胞的目的。
本實施例中，被照射體200和射束出口25之間還設置了輻射屏蔽裝置50，屏蔽從射束出口25出來的射束對被照射體正常組織的輻射，可以理解，也可以不設置輻射屏蔽裝置50。硼中子捕獲治療系統100整體容納在混凝土構造的建築物中，具體來說，硼中子捕獲治療系統100還包括照射室101和帶電粒子束生成室102，治療台40上的被照射體200在照射室101中進行中子束N照射的治療，帶電粒子束生成室102至少部分容納加速器11，射束整形體20至少部分容納在照射室101和帶電粒子束生成室102的分隔壁103內。可以理解，分隔壁103可以是將照射室101和帶電粒子束生成室102完全隔開的；也可以是照射室101和帶電粒子束生成室102之間的部分隔斷，照射室101和帶電粒子束生成室102是相通的。靶材T可以有一個或多個，帶電粒子線P可選擇地與其中一個或幾個靶材T作用或同時與多個靶材T作用，以生成一個或多個治療用中子束N。與靶材T的個數相應，射束整形體20、準直器30、治療台40也可以為一個或多個；多個治療台可以設置在同一個照射室內，也可以為每個治療台設置一個單獨的照射室。照射室101和帶電粒子束生成室102為混凝土壁W（包括分隔壁103）包圍形成的空間，混凝土結構可以屏蔽硼中子捕獲治療系統100工作過程中洩露的中子及其他輻射線。硼中子捕獲治療系統100還可以包括準備室、控制室和其他用於輔助治療的空間（圖未示）。每一個照射室可以配置一個準備室，用於進行照射治療前注射硼藥、治療計劃模擬等準備工作。控制室用於控制加速器、射束傳輸部、治療台定位裝置等，對整個照射過程進行控制和管理，管理人員在控制室內還可以同時監控多個照射室。硼中子捕獲治療系統100還可以包括模擬定位室104（下文詳述），用於進行照射治療前被照射體200的模擬定位，模擬定位室104內設置有與射束出口25相同的模擬射束出口25’，節省在照射室101進行被照射體200定位的時間，增加照射室101的利用率，可以理解，模擬定位室也可以用作準備室。
結合圖2，中子捕獲治療系統100還包括治療台定位裝置60和控制裝置70，治療台40及治療台40上的被照射體200由治療台定位裝置60支撐，控制裝置70與治療台定位裝置60連接並能夠控制治療台定位裝置60，控制裝置70還可以與中子產生裝置10連接並能夠控制中子產生裝置10向治療台40上的被照射體200照射中子束N。本實施例中，照射室101和模擬定位室104內分別設置有相同的治療台定位裝置60、60’並與射束出口25和模擬射束出口25’具有相同的位置關係，即在照射室101和模擬定位室104內定義了相同的治療台40及治療台定位裝置60、60’的運行坐標系XYZ並以沿中子束N方向距離射束出口25、模擬射束出口25’中心一定距離處的參考點作為坐標原點，透過治療台定位裝置60、60’分別進行治療台40及治療台40上的被照射體200的模擬定位和照射定位，採用相同的治療台定位裝置，使得照射定位更加方便、快捷、準確。為描述方便，以下僅具體介紹照射室101內的治療台定位裝置60的構造。
如圖3-圖5所示，在一實施例中，治療台定位裝置60包括定位機構61，定位機構61包括線性軸611和機械臂612，機械臂612設置在線性軸611和治療台40之間，將治療台40透過機械臂612連接到線性軸611並能夠使治療台40和機械臂612一同沿線性軸611平移。本實施例中線性軸611安裝到照射室101的天花板1011，機械臂612整體上朝向照射室101的地板1012延伸，可以理解，線性軸611也可以安裝到其他表面，如牆壁或地板；線性軸611構造為固定到天花板1011的滑軌6111和與機械臂612連接的支座6112，支座6112沿滑軌6111滑動，可以理解，也可以為其他構造。線性軸直接固定在天花板1011上，不額外設置線性軸固定機構如鋼結構龍門架，減少照射室內的鋼的用量，避免固定機構被中子活化造成二次輻射。機械臂612為連接支座6112和治療台40的多軸機械臂，治療台定位裝置60還包括驅動機構62來驅動線性軸611及機械臂612的運動，控制裝置70控制驅動機構62。線性軸611的延伸方向6113與從射束出口25出來照射到該治療台40上的被照射體的中子束N方向平行，從而在治療台定位過程中，機械臂612整體沿與中子束N方向平行的方向平移，機械臂大部分位於滑軌和中子束出口之間的空間，降低機械臂各個部件被中子活化產生的放射性及引起的壽命縮短。滑軌6111與支座6112的滑動表面S到射束出口25的中心在垂直於滑動表面S方向的距離H1小於2米，為治療台定位裝置60提供足夠的操作空間，將治療台40相對於射束出口25定位在所需的位置。本實施例中，滑動表面S平行於天花板所在的平面，可以理解，治療台定位裝置60還可以有其他的設置，如不包括線性軸611，治療台40與機械臂612連接並由機械臂612支撐；或機械臂612包括更多或更少的臂。
治療台40或治療台定位裝置60上可以設置傳感器80，如圖5所示，傳感器80設置在定位機構61和治療台40上，在一實施例中，傳感器80為設置在治療台40及機械臂612上的防碰撞傳感器，當治療台或機械臂邊緣接觸到其他物體或有其他物體到達傳感器設定範圍時便觸發傳感器發出訊號並傳輸到控制裝置70，控制裝置70控制驅動機構62停止驅動定位機構61的運動，即控制治療台40停止運動。防碰撞傳感器可以是機械傳感器、光電傳感器、雷達傳感器、超聲波傳感器、激光測距儀等；可以理解，防碰撞傳感器還可以發出人體感知訊號，操作者根據感知到的訊號可以手動控制驅動機構停止驅動；也可以不是控制治療台停止運動，而是執行其他的安全操作，如進行碰撞前的逆運動。
控制裝置70包括至少一個用戶界面71，允許操作者交互參與控制治療台定位裝置60。控制裝置70還包括系統控制
模組72和定位控制模組73，用戶界面71與系統控制模組72連接，系統控制模組72與定位控制模組73連接，定位控制模組73與驅動機構62連接並控制驅動機構62。當系統控制模組72接收到用戶界面71發出的指令後，系統控制模組72將指令傳輸到定位控制模組73，並由定位控制模組73自動控制定位機構61的運動，定位機構61的位置訊息透過定位控制模組73可以反饋到系統控制模組72並傳輸到用戶界面71進行狀態指示。驅動機構62的運行狀態或數據也會透過定位控制模組73反饋到系統控制模組72，系統控制模組72或定位控制模組73根據這些訊息控制驅動機構62，系統控制模組72也可以將這些訊息傳輸到用戶界面71進行狀態指示。傳感器80也連接到系統控制模組72，系統控制模組72接收到傳感器80的訊號後發送指令到定位控制模組73控制治療台定位裝置60的運動，並將傳感器80的訊號傳輸到用戶界面71進行狀態指示。可以理解，系統控制模組72和定位控制模組73可以是集成在一起的，也可以有其他的硬件設置。
中子捕獲治療系統100還包括治療計劃裝置90，治療計劃裝置90根據中子產生裝置10產生的治療用中子束N的參數和被照射部位的醫學影像數據進行劑量模擬計算並生成治療計劃(如透過蒙特卡羅模擬程序)，治療計劃能夠確定被照射部位在照射治療時相對於中子產生裝置10的位置及相應的照射時間。控制裝置70(系統控制模組72)與治療計劃裝置90連接並接收治療計劃數據，從而根據治療計劃數據控制治療台定位裝置60、60’的運動及中子產生裝置10產生的中子束N。
開始照射治療前，先在模擬定位室104內根據治療計劃裝置90預先制定的治療計劃對被照射體200進行模擬定位。首先，將治療台定位裝置60’與治療台40連接，如圖6，本實施例中將治療台40放置在治療台轉運車401上，轉運車401在模擬定位室104（照射室101）內透過轉運車定位機構402進行定位，在模擬定位室104（照射室101）的地面設置至少2個孔4021（圖未示），轉運車401上對應設置至少2個銷4022，將銷4022插入孔4021中進行定位，可以理解，也可以透過其他方式對轉運車401進行定位。治療台40放置在轉運車401上的相對位置也是確定的，如透過限位機構403（例如設置在轉運車上的凸台）對治療台40的位置進行限定，因此，治療台40放置在定位好後的轉運車401上時，相對於模擬定位室104（照射室101）的位置就是確定的。此時，治療台40在模擬定位室104內置於初始位置A（具有與照射室101相同的位置關係），控制裝置70控制模擬定位室104內的治療台定位裝置60’運動到能夠與治療台40連接的位置，並控制鎖定機構404將治療台定位裝置60’與治療台40鎖定，鎖定機構404（裝夾組件）的具體構造在此不再詳述，可以參照2021年05月04日公開的、公開號為CN112741967A、發明名稱為“中子捕獲治療系統”的專利申請，在此全文引用。
然後，將被照射體200放置到治療台40上，根據預先制定的治療計劃確定的被照射部位在照射治療時相對於中子產生裝置10的位置對被照射體200進行擺位固定，治療計劃裝置90或控制裝置70根據此時的擺位計算治療計劃確定的治療台40的坐標位置，可以透過CT、光學掃描等對擺位後的被照射體和治療台進行掃描確定被照射體和治療台的相對位置，從而根據治療計劃確定的被照射部位在照射治療時相對於中子產生裝置10的位置計算治療計劃確定的治療台的坐標，可以理解，也可以透過其他方式進行治療台40的坐標位置的計算。
控制裝置70根據計算的坐標自動控制治療台定位裝置60’將治療台40從初始位置A運動到坐標位置（治療計劃位置B）。治療台40運動到坐標位置（治療計劃位置B）後，根據需要操作者還可以透過用戶界面71再進一步調節即確定模擬定位位置C；當治療台40及治療台定位裝置60’運動過程中出現錯誤，則返回重新計算治療台定位裝置60’的運動路徑或返回重新生成治療計劃。透過自動計算治療台的治療計劃位置的坐標，並透過治療台定位裝置自動控制治療台運動到治療計劃位置，使得定位準確度高、速度快。
接著，透過用戶界面71發送模擬定位完成的指令，控制裝置70記錄此時的坐標位置（模擬定位位置C），並控制治療台定位裝置60使治療台40回到初始位置A（治療台40正好放置在定位好後的轉運車401上)；控制裝置70控制鎖定機構404解鎖，釋放治療台40，並控制治療台定位裝置60運動到與治療台40分離的位置；釋放轉運車定位機構402，用轉運車401將治療台40及被照射體200運送到照射室101。
到照射室101後開始進行照射定位，轉運車401在照射室101內設置有與模擬定位室104內相同的轉運車定位機構402，即轉運車401在照射室內能夠按照與模擬定位室104內相同的固定位置透過轉運車定位機構402進行定位，然後控制照射室101內的治療台定位裝置60運動到能夠與治療台40連接的位置(初始位置A)，並控制鎖定機構404將治療台定位裝置60與治療台40鎖定。控制裝置70根據模擬定位確定的坐標位置控制治療台40運動到模擬定位位置C，根據需要還可以透過用戶界面71進一步調節，調整到位後即確定照射位置D，操作者退出照射室101並釋放轉運車定位機構402將轉運車401移出。模擬定位室104內的模擬定位節約了在照射室101內進行照射治療前對被照射體200定位的工作時間，在進行模擬定位的同時還可以對另一被照射體進行照射治療，增加了設備的利用率。一實施例中，當治療台定位裝置60、60’與治療台40鎖定連接後，治療台40需從初始位置A運動時，可以是控制治療台定位裝置60、60’先將治療台40抬高，然後釋放轉運車定位機構402將轉運車401移出後再控制治療台定位裝置60、60’進一步運動，防止治療台定
位裝置60、60’與轉運車401產生位置干涉。
一實施例中，照射室101和模擬定位室104內均設置相同的且具有同樣的位置關係的激光定位裝置601、601’，操作者可以根據激光定位裝置產生的激光打到被照射體200上的位置在被照射體200上做標記，並根據做好的標記調整或驗證被照射體200在模擬定位室104和照射室101的位置，以確保被照射體200在模擬定位室104和照射室101具有相同的位置。設置激光定位裝置，使定位更加方便和快捷。
激光定位裝置601、601’產生的激光還可以確定與射束出口25、25’的中心軸線X、X’一致的位置，如圖2中所示，即激光定位裝置60、60’產生的激光打到被照射體200上的位置代表了射束出口25、25’出來的射束中心軸線入射到被照射體200上的位置，根據治療計劃模擬的射束中心軸線在體素假體組織模型的入射點在被照射體200上做標記，使得模擬定位和照射治療時確定的射束入射位置更加準確。
照射室101和模擬定位室104內還可以設置相同的且具有同樣的位置關係的光學驗證裝置602、602’對治療台40位置和被照射體200圖像進行採集，將數據傳輸到系統控制模組72，與治療計劃等訊息進行比較，並根據結果進行調整或執行其他治療控制。系統控制模組72還可以接收其他數據訊息，如中子產生裝置的數據、被照射體訊息等，並對中子產生裝置等其他裝
置進行控制。
治療台40及被照射體200的位置調整好後，此時治療台40具有照射位置D，操作者透過用戶界面71發送開始照射的指令，系統控制模組72在判斷達到開始照射的條件後，控制中子產生裝置10開始產生中子束N對治療台40上的被照射體200進行照射治療。到達預先確定的照射時間(如治療計劃數據確定的照射時間)後，系統控制模組72控制中子產生裝置10停止對治療台40上的被照射體200照射中子束N，並將訊息傳輸到用戶界面71中進行治療結束的狀態指示，系統控制模組72在治療結束後發送指令到定位控制模組73控制治療台定位裝置60將治療台40從照射位置D移動到結束位置E，治療台40遠離射束出口25。停止照射中子束N後射束出口25仍會有較多的輻射線殘留，將治療台40移動到遠離射束出口25的位置可以避免被照射體200治療結束後繼續受到殘餘輻射線的照射，降低不必要的輻射劑量。參閱圖7-圖9，為治療結束後，治療台40及治療台定位裝置60在不同位置的狀態示意圖。治療結束後，首先，控制線性軸611使治療台40沿平行於線性軸611的延伸方向6113從照射位置D遠離射束出口25移動到第一中間位置F，以實現治療台40快速遠離射束出口25，最大程度地避免治療結束後被照射體200繼續受到殘餘的輻射線照射；其次，控制機械臂612使治療台40運動到治療台40的延伸方向41基本平行於線性軸611的延伸方
向6113的第二中間位置G，防止治療台40等在結束位置E與轉運床等出現位置干涉或擋住照射室101的屏蔽門出口，為之後的被照射體200離開照射室101提供便利；最後，控制機械臂612使治療台40靠近地面從第二中間位置G移動到結束位置E，靠近地面便於被照射體200從照射室101離開。被照射體200離開後，還可以控制鎖定機構404解鎖，將治療台40送回模擬定位室104；或者先控制鎖定機構404解鎖，將被照射體200與治療台40一起送出照射室101，待被照射體200從治療台40離開後，再將治療台40送回模擬定位室104，如透過轉運車401，此時，結束位置E可以與初始位置A相同，轉運車401在照射室101中也透過轉運車定位機構402定位，機械臂612將治療台40移動到治療台40正好置於轉運車401上的初始位置A(結束位置E)。在結束位置E，治療台40到射束出口25的中心所在的垂直於中子束N方向的平面的最小距離H2不小於2500mm，確保不會受到大劑量的殘餘輻射線照射；在結束位置E，治療台40的承載面42距離地面的高度H3不大於600mm，方便被照射體200或治療台40的轉移。
治療結束後，可以是系統控制模組72根據到達照射時間的訊號或停止照射中子束N的訊號自動控制治療台40遠離射束出口25；也可以是操作人員根據用戶界面71的治療結束的狀態指示在用戶界面71輸入治療台遠離射束出口的指令，如透過點擊人機交互控制界面713中相應的按鍵，然後系統控制模組72根據該指令控制治療台40遠離射束出口25。
如圖10，簡單來說，本實施例的治療台控制方法，包括：
S10：在模擬定位室104內將模擬定位室104內的治療台定位裝置60’連接到治療台40並與治療台40鎖定，並將被照射體200在治療台40上根據治療計劃數據進行擺位固定，然後根據治療計劃數據和被照射體200的擺位計算治療台40的治療計劃坐標，即治療計劃位置B的坐標；
S20：根據治療計劃坐標控制治療台定位裝置60’將治療台40移動到治療計劃位置B，根據需要再進一步調節到模擬定位位置C，記錄模擬定位位置C的坐標，可以理解，也可以是模擬定位位置C就是治療計劃位置B；
S30：將治療台定位裝置60’與治療台40解鎖，並將治療台40及治療台40上的被照射體200移動到照射室101，將照射室101內的治療台定位裝置60連接到治療台40並與治療台40鎖定；
S40：根據模擬定位位置C的坐標控制治療台定位裝置60將治療台40移動到模擬定位位置C，根據需要再進一步調節到照射位置D，然後開始對被照射體200照射中子束N的治療，可以理解，也可以是照射位置D就是模擬定位位置C；
S50：在治療結束後，即停止對被照射體200照射中子束N後，控制治療台定位裝置60使治療台40移動到結束位置E，即控制治療台40遠離射束出口25。
可以理解，步驟S20中還可以包括，當治療台40移動到治療計劃位置B的過程中出現錯誤，則返回重新計算治療台定位裝置60’的運動路徑或返回重新生成治療計劃。
如圖11，具體地，步驟S50中控制治療台40遠離射束出口25的方法進一步包括：
S51：控制線性軸611使治療台40沿平行於線性軸611的延伸方向6113從照射位置D遠離射束出口25移動到第一中間位置F；
S52：控制機械臂612使治療台40運動到治療台40的延伸方向41基本平行於線性軸611的延伸方向6113的第二中間位置G；
S53：控制機械臂612使治療台40靠近地面從第二中間位置G移動到結束位置E。
在用戶界面71輸入的治療台遠離射束出口的指令，可以是透過一個按鍵實現步驟S51-S53自動連續進行或者透過與步驟S51-S53分別相應的三個按鍵分步執行步驟S51-S53，也可以有其他的設置方式。可以理解，步驟S51和S53也可以是先控制機械臂612使治療台40靠近地面移動，再控制線性軸611使治療台40沿平行於線性軸611的延伸方向6113遠離射束出口25移動，步驟S52也可以在S53之後；或者同時控制線性軸611和機械臂612使治療台40移動到結束位置E。可以理解，根據具體需求，結束位置E時載置台相對於地面的高度也可以是與照射位置D時載置台相對於地面的高度相比有變化的其他位置。
上述位置A-G均以治療台40上預設的參考點為標準，可以理解，也可以不設置轉運車，模擬定位室和照射室內分別設置有相同的治療台，並將被照射體在模擬定位室和照射室內進行相同的擺位（如透過設置在治療台上的定位機構），並確定相同的初始位置（如透過激光定位裝置）。
本實施例中的混凝土壁為厚度1m以上、密度3g/c.c.的含硼重晶石混凝土制壁，含硼的混凝土具有更好的中子吸收性能，除了增強混凝土的輻射屏蔽效果，還可降低混凝土中金屬材料受到的中子曝露量。可以理解，也可以具有其他厚度或密度或替換為其他材料，不同部分的混凝土壁厚度、密度或材料也可以不同。可以理解，本發明還可以應用於其他類型的中子照射系統；也可以應用於其他放射線照射系統，如質子治療系統、重離子治療系統等，此時中子產生裝置可以替換為其他放射線產生裝置，混凝土的材料可以根據需要進行替換；治療台也可以為其他被照射體的載置台。
儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便於本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式的範圍，對本技術領域的通常知識者來講，只要各種變化在所附的申請專利範圍限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，都在本發明要求保護的範圍之內。
10:中子產生裝置
11:加速器
20:射束整形體
21:反射體
22:緩速體
23:熱中子吸收體
24:輻射屏蔽體
25:射束出口
25’:模擬射束出口
30:準直器
40:治療台
41:延伸方向
42:承載面
50:輻射屏蔽裝置
60、60’:治療台定位裝置
61:定位機構
62:驅動機構
70:控制裝置
71:用戶界面
72:系統控制模組
73:定位控制模組
80:傳感器
90:治療計劃裝置
100:中子捕獲治療系統
101:照射室
1011:天花板
1012:地板
102:帶電粒子束生成室
103:分隔壁
104:模擬定位室
200:被照射體
401:轉運車
402:轉運車定位機構
4021:孔
4022:銷
403:限位機構
404:鎖定機構
601、601’:激光定位裝置
602、602’:光學驗證裝置
611:線性軸
6111:滑軌
6112:支座
6113:延伸方向
612:機械臂
C:模擬定位位置
H1:距離
H2:最小距離
H3:高度
S:滑動表面
M:腫瘤細胞
N:中子束
P:帶電粒子線
W:混凝土壁
X、X’:軸線
S10~S50’ S51~S53:步驟
圖1為本發明實施例的中子捕獲治療系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例的中子捕獲治療系統的治療台定位的示意圖；
圖3為本發明實施例的中子捕獲治療系統的治療台定位裝置的結構示意圖；
圖4為圖3在另一方向的示意圖；
圖5為本發明實施例的中子捕獲治療系統的模組示意圖；
圖6為的本發明實施例的中子捕獲治療系統的治療台轉運車及轉運車定位機構的示意圖；
圖7為本發明實施例的中子捕獲治療系統的治療台定位裝置在不同位置的狀態示意圖；
圖8為圖7在平行於地面方向的俯視圖；
圖9為圖8在OO平面的剖視圖；
圖10為本發明實施例的中子捕獲治療系統的治療台控制方法的流程圖；
圖11為本發明實施例的中子捕獲治療系統的控制治療台遠離射束出口的方法流程圖。
10:中子產生裝置
11:加速器
20:射束整形體
21:反射體
22:緩速體
23:熱中子吸收體
24:輻射屏蔽體
25:射束出口
30:準直器
40:治療台
50:輻射屏蔽裝置
100:中子捕獲治療系統
101:照射室
1011:天花板
1012:地板
102:帶電粒子束生成室
103:分隔壁
M:腫瘤細胞
N:中子束
W:混凝土壁
P:帶電粒子線
Claims (10)
- 一種放射線照射系統，包括放射線產生裝置、控制裝置、模擬定位室、照射室和分別設置在所述模擬定位室、照射室內的相同的第一、第二載置台，所述放射線產生裝置用於產生射束並具有射束出口，所述射束出口位於所述照射室內，所述模擬定位室內設置有與所述射束出口相同的模擬射束出口，其特徵在於，所述模擬定位室和所述照射室內還分別設置有能夠支撐所述第一、第二載置台的第一、第二載置台定位裝置並透過所述第一、第二載置台定位裝置分別進行所述第一、第二載置台及所述第一、第二載置台上的被照射體的模擬定位和照射定位，所述第一、第二載置台定位裝置分別在所述模擬定位室、所述照射室內具有相同的設置並和所述模擬射束出口、所述射束出口具有相同的位置關係，所述控制裝置分別與所述第一、第二載置台定位裝置連接，所述被照射體在所述第一、第二載置台上具有相同的擺位，在所述模擬定位室內透過所述第一載置台定位裝置確定所述第一載置台的模擬定位位置，在所述照射室內所述控制裝置控制所述第二載置台定位裝置將所述第二載置台移動到所述模擬定位位置並確定所述第二載置台的照射位置，所述第二載置台上的所述被照射體在所述照射位置進行所述射束的照射。
- 如請求項1所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述放射線照射系統還包括治療計劃裝置，所述治療計劃裝置產生的治療計劃數據確定所述被照射體在所述模擬定位室內的所述第一載置台上的擺位，所述治療計劃裝置或所述控制裝置根據所述治療計劃數據和所述被照射體的擺位計算所述第一載置台的治療計劃坐標，所述控制裝置透過所述第一載置台定位裝置將所述第一載置台移動到所述治療計劃坐標確定的治療計劃位置並確定所述第一載置台的所述模擬定位位置。
- 如請求項2所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置相同的且具有同樣的位置關係的激光定位裝置，所述被照射體上設置有與所述激光定位裝置產生的激光打到所述被照射體上的位置相應的標記，根據所述標記能夠確定所述被照射體在所述模擬定位室和所述照射室內具有相同的位置。
- 如請求項2所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置相同的且具有同樣的位置關係的光學驗證裝置，所述光學驗證裝置能夠對所述載置台的位置和所述被照射體的圖像進行採集，並將數據傳輸到所述控制模組與所述治療計劃數據進行比較。
- 如請求項1所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述放射線照射系統還包括轉運車及轉運車定位裝置，所述第一、第二載置台為同一載置台，所述載置台能夠由所述轉運車支撐定位並從所述模擬定位室轉移到所述照射室，所述轉運車透過所述轉運車定位裝置在所述模擬定位室和所述照射室內分別固定在相同的起始位置。
- 如請求項5所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述放射線照射系統還包括載置台鎖定機構，在所述相同的起始位置，所述控制裝置能夠控制所述第一、第二載置台定位裝置分別連接到所述載置台並透過所述載置台鎖定機構分別與所述載置台鎖定。
- 如請求項1所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述放射線照射系統為中子捕獲治療系統，所述放射線產生裝置包括中子產生裝置和射束整形體，所述射束整形體能夠調整所述中子產生裝置產生的中子線到預設射束品質，所述中子產生裝置產生的中子線透過所述射束整形體照射向所述照射室內的所述載置台上的所述被照射體。
- 如請求項7所述的放射線照射系統，其特徵在於，所述中子產生裝置包括加速器和靶材，所述加速器加速產生的帶電粒子線與所述靶材作用產生中子線，所述射束整形體包括反射體、緩速體、熱中子吸收體、輻射屏蔽體和射束出口，所述緩速體將自所述靶材產生的中子減速至超熱中子能區，所述反射體包圍所述緩速體並將偏離的中子導回至所述緩速體以提高超熱中子束強度，所述熱中子吸收體用於吸收熱中子以避免治療時與淺層正常組織造成過多劑量，所述輻射屏蔽體用於屏蔽從所述射束出口以外部分滲漏的中子和光子。
- 一種用於放射線照射系統的載置台控制方法，所述放射線照射系統包括放射線產生裝置、治療計劃裝置、模擬定位室、照射室和分別設置在所述模擬定位室、照射室內的相同的第一、第二載置台，其特徵在於，所述模擬定位室和所述照射室內分別設置能夠支撐所述第一、第二載置台的第一、第二載置台定位裝置，所述第一、第二載置台定位裝置分別在所述模擬定位室和所述照射室內具有相同的設置和相同的位置關係，所述載置台控制方法包括：將被照射體在所述第一載置台上根據所述治療計劃裝置產生的治療計劃數據進行擺位固定，根據所述治療計劃數據和所述被照射體的擺位計算所述第一載置台的治療計劃位置；控制所述第一載置台定位裝置將所述第一載置台移動到所述治療計劃位置，並確定模擬定位位置；將所述被照射體在所述第二載置台上進行與所述第一載置台上相同的擺位，控制所述第二載置台定位裝置將所述第二載置台移動到所述模擬定位位置，並確定照射位置，對所述第二載置台上的所述被照射體在所述照射位置進行所述放射線產生裝置產生的射束的照射。
- 如請求項9所述的載置台控制方法，其特徵在於，所述放射線照射系統還包括轉運車及轉運車定位裝置，所述第一、第二載置台為同一載置台，所述載置台控制方法還包括：將所述被照射體在所述載置台上擺位前：透過所述轉運車定位裝置將所述轉運車在所述模擬定位室內固定並將所述載置台放置在所述轉運車上進行定位，從而所述載置台位於初始位置；在所述模擬定位室內將所述第一載置台定位裝置連接到所述載置台並與所述載置台鎖定；確定所述模擬定位位置後：將所述載置台移動到所述初始位置並由所述轉運車支撐；將所述第一載置台定位裝置與所述載置台解鎖，並將所述載置台及所述載置台上的所述被照射體移動到所述照射室；在所述照射室內透過所述轉運車定位裝置將所述載置台位於所述初始位置，將所述第二載置台定位裝置連接到所述載置台並與所述載置台鎖定。
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