[发明专利]用于模拟器官运动对放射剂量影响的水箱测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及肿瘤精确放射治疗领域，特别是涉及用于模拟器官运动对放射剂量影响的水箱测量方法和系统。 

背景技术

精确放射治疗是基于高质量的CT、MRI或正电子发射计算机断层显像图像，将放疗医学与计算机技术、物理学等相结合所进行的肿瘤治疗方式，整个放疗过程由计算机控制完成，它是具有精确定位、精确计划、精确摆位、精确治疗等特点的一体化治疗技术。精确放疗的应用可以提高肿瘤照射剂量同时减少周围正常组织受量，从而提高肿瘤控制率，降低放射治疗副反应。 

然而胸腹部的肿瘤和一些正常组织结构会随着人体的呼吸运动、内脏器官的蠕动而移动。而由计划系统优化得到的照射野是相对静止的，这就造成靶区和周围重要组织器官的受照剂量与计划制定有区别，影响了放射治疗的精度。有研究发现，当呼吸运动使胸部肿瘤在头脚方向位移12mm，在前后方向位移5mm，在左右方向位移2mm时，这些位移会导致靶区实际接受的照射剂量与计划预期差异较大，甚至可达10％以上。因而在胸腹部肿瘤的精确放疗中，器官运动对剂量分布的影响受到广泛的关注和研究。 

现在临床上实行的胸腹部肿瘤的放射治疗，最常使用外扩照射范围的方法来降低器官形状和位置变化对精确放疗的影响，但不同患者体内器官和肿瘤运动形式与幅度均有差异，这种方法可能造成靶区漏照或正常组织受到不必要照射。目前，急需就器官运动对剂量影响的规律进行详细的研究，以便最终发展可以进一步提高放疗精度的技术。 

现在，有关器官运动对剂量影响的研究主要是利用运动平台和运动体模。运动平台一般只能在一维或二维方向上运动，而实际大部分的器官运动都是三维方向，这在一定程度上限制了其在很多模拟测量上的使用。同时，它的响应时间长，运动速度慢，很难准确模拟测量一些快速变化的器官运动对剂量的影响。运动体模可以较好的模拟特定部位器官运动所受的照射剂量，但 是它一般成本较高，而且一个体模只能模拟特定部位，使用模式较为单一，不够灵活。 

因此希望有一种新的方法或装置来模拟器官运动对放射剂量的影响。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟器官运动对放射剂量影响的水箱测量方法和系统。 

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于模拟器官运动对放射剂量影响的水箱测量系统，其特征在于，所述水箱测量系统包括箱体、探测器、探测器运动引导架，以及驱动装置，其中所述驱动装置与所述探测器传动连接，以驱使所述探测器在所述探测器运动引导架的引导下相对于所述箱体运动，如图1所示。 

优选地，所述探测器设置成能够相对于所述箱体在三维方向上运动。 

优选地，所述探测器运动引导架包括水平纵向导轨、水平横向导轨以及竖直导轨，所述驱动装置包括三个步进电机，分别用于驱使所述探测器沿着所述水平纵向导轨、水平横向导轨以及竖直导轨运动。 

优选地，所述水箱测量系统进一步包括控制装置，所述控制装置与所述驱动装置电连接，以使得所述探测器以设定的运动参数运动。 

优选地，所述控制装置包括运动参数输入装置。 

优选地，所述运动参数输入装置包括键盘、鼠标、操纵杆、USB接口和/或网络接口。 

优选地，所述探测器的数量为一个。 

优选地，在水箱中装有水或体液模拟液体。 

该系统的工作原理如图2所示，在软件中可以根据需要选择不同的工作模式，首先在上位机软件中设置步进电机控制的目标位置、加速度、速度等参数，单片机接收该信息后通过控制输出脉冲来实现实时的运动规划。其中通过控制脉冲的数量来控制步进电机转动的角位移、控制输出脉冲的频率来控制步进电机转动的速度和加速度。驱动电路接收脉冲信号放大以驱动步进电机运转。使探测器可以在x、y、z三个维度上以不同的频率、不同的幅度做匀速或变速运动，来模拟器官运动。探测器可以测得在运动过程中所接受的照射剂量，将测得的数值传送给计算机。 

本装置将虚拟仪器技术的可视化操作和控制应用到步进电机控制系统中，实现了动态改变脉冲频率、方向信号和实时控制探测器位置、速度的功能，保证了系统技术的实时准确性以及性能的灵活性。使其可以模拟探测不同运动维度、幅度、频率、速度的器官的吸收剂量。