CN112055602A - 基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置及影像*** - Google Patents

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Abstract

一种基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，包括固定机架(100)；设置于固定机架(100)上的旋转机架(101)，旋转机架(101)具有中部通道；设置于旋转机架(101)上的用于产生射线的微波***(200)；设置于旋转机架(101)上的用于将微波***(200)产生的射线调制成锥形束的治疗头(300)；布置于旋转机架(101)一侧的治疗床(400)，治疗床(400)能够相对于旋转机架(101)在三维空间坐标系X、Y、Z下运动。此外，还提供了一种基于锥形束的螺旋容积调强的影像***。放疗装置能够相互结合锥形束和治疗床(400)的步进，对不同靶区实施不同剂量，照射范围更适合肿瘤的形状，提高肿瘤控制率，减少放疗副作用，提高患者生存期。

Description

基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置及影像***
技术领域
本发明涉及一种放疗装置，特别涉及一种基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，还涉及包括该放疗装置的影像***。
背景技术
放疗装置是用于癌症治疗的大型远距离放射治疗设备，它通过产生X射线和电子线，对病人体内的肿瘤进行直接体外照射，从而达到消除或减小肿瘤的目的。目前，常见的放疗装置有C型臂和O型臂两种，相对来说O型臂装置的结构更紧凑更封闭，对目前越来越多的自动化，智能化放疗技术的实施更有优势，同时也具备更高的安全性。常用的放疗技术有调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT)、容积旋转调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)和螺旋断层调强放疗(helicaltomotherapy，HT)。
其中，调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT)设置几个固定的射野，每个射野治疗过程中可以改变光栅叶片的位置，单个固定野的剂量分布比较好，但由于射野方向是有限的几个方向，整体的剂量分布相对于机架旋转调强要粗糙一些，同时由于固定野之间一般需要人工操作和射线出束需要停顿，时间的利用率不高，治疗的时间更长。
容积旋转调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)与固定射野治疗相比，具有剂量分布的适形度更好，剂量更精确，靶区周围危机器官受照剂量低，而肿瘤靶区接受大剂量的照射的特点，因此可显著改善放疗的效率和减轻相关副反应。同时各组件装置运动或工作的占空比更高，需要更少的治疗时间，有效提高医院病人治疗的吞吐量。容积旋转调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)是将动态多叶光栅MLC与机架运动相结合治疗方式，机架运动的同时、可以改变MLC叶片位置和出束剂量(Monitor Unit,MU),其中机架速度、MLC叶片速度，剂量等参数可调。目前市场主要机型均为±180°旋转方式，其基本原理是通过旋转机架角度形成一个或多个弧进行连续照射，旋转时多叶光栅MLC把各个角度产生的适形子野照射经过积分叠加形成剂量、体积、适形度好并且精度高的剂量分布。如图1和2所示，容积旋转调强放射治疗(Volumetric ModulatedArc Therapy，VMAT)的加速器和IMRT加速器基本一样包括上准直器1’、下准直器2’和多元准直器3’(包括叶片驱动电机31’以及在叶片驱动电机下运动的叶片32’)，除了对多元准直器的叶片速度和***控制能力要求更高以外，结构上没有差别。
容积旋转调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)至今只用于中小靶区病例，对于超大肿瘤或者全身性病灶需要分次或分段治疗，难以实现多靶区或大靶区治疗的无缝衔接，且超大肿瘤治疗剂量场具有冷热点位置及不同剂量值的特性，给患者带来毒副作用。同时这种治疗方法的工作效率较低。
螺旋断层调强放疗(helical tomotherapy，HT)是以CT扫描的方式360°连续旋转，用扇形束窄幅射野进行螺旋照射实现调强放疗方法。具体是把一个狭长的准直器(二元气动准直器)装到传统的机器上面，得到大约20cm宽、层厚1-4cm的扇形束。如图3所示，随着机架的旋转，扇形束能够在患者的横截面上形成一个条状的照射野。在机架旋转过程中，准直器的叶片在计算机的控制下进出，来调节每个扇形部开或关的时间，达到调强的目的。同时，随着治疗床的步进运动，使其能够覆盖超大体积肿瘤的治疗。
这种采用螺旋步进调强方式的设备，对于多发病灶可以在同一个定位区间内同时治疗。且对于较长的放射野(如全中枢照射和大面积不规则的淋巴引流区照射以及脊椎瘤等)无需分野、一次性完成，避免了冷点或热点的出现，提高了肿瘤控制率、减少正常组织的损伤。但是，相对锥形束条件下的VMAT放疗技术，采用扇形束的螺旋调强设备，对射线的利用率较低，要治疗整个靶区，就需要顺序照射若干个窄条野，因此其相对于VMAT的治疗时间相对较长，治疗效率降低。从时间上来说，一次VMAT治疗，时间大概在2-3分钟，而完成同样的治疗，采用扇形束治疗则需要15-30分钟。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明提供一种基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，包括：
固定机架；
设置于所述固定机架上的旋转机架，所述旋转机架具有中部通道，所述旋转机架能够相对于所述固定机架沿水平的B轴360°旋转；
设置于所述旋转机架上的用于产生射线的微波***；
设置于所述旋转机架上的用于将所述微波***产生的射线调制成锥形束的治疗头，所述治疗头能够相对于所述旋转机架沿竖直的A轴360°旋转；
布置于所述旋转机架一侧的治疗床，所述治疗床能够相对于所述旋转机架在三维空间坐标系X、Y、Z下运动，以使得其能够经由所述中部通道进入或离开所述旋转机架。
本发明提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置能够应用锥形束和治疗床的步进相互结合，对不同靶区实施不同剂量，肿瘤靶区高剂量、周围正常组织低剂量，照射范围更加适合肿瘤的形状，提高了肿瘤控制率，提高对风险器官的保护，减少放疗毒副作用，提高患者生存期。
此外，该放疗装置的靶区精度更高，实现亚毫米靶区精度误差，其能完成传统放疗装置无法完成的极为复杂的调强计划方案，提高了工作效率，可以让更多的患者进行放射治疗，减少了进行放射治疗工作医生的劳动强度，降低了放射物理师的要求。
在本发明的一些实施方式中，基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置包括设置于所述旋转机架或所述固定机架上的第一电磁阀，以使得二者能够通过所述第一电磁阀锁定。
在本发明的一些实施方式中，所述旋转机架具有平行于B轴方向延伸出的悬臂；所述微波***包括调制器、磁控管、环流器、栅控枪电源、栅控枪、加速管以及加速管靶；所述调制调制器控制所述磁控管，所述磁控管通过环流器和所述加速管连接，所述栅控枪电源用于控制所述栅控枪注入电压和电流，以使得所述栅控枪输出电子束，所述加速管对电子束加速后使其撞击所述加速管靶产生X射线束，微波***产生的X射线的中心轴和所述A轴重合，且所述A轴和所述B轴相交于等中心点I。
在本发明的一些实施方式中，所述治疗头和所述旋转机架通过悬臂连接，且位于所述加速管靶的下方，所述治疗头包括：
固定嵌套于所述悬臂上的初级准直器；
固定设置于所述悬臂上且位于所述初级准直器下方的用于电离惰性气体以生成输出电信号的电离室；
固定设置于所述悬臂上且位于所述电离室下方的次级准直器；
位于所述次级准直器下方的双层多叶光栅，所述双层多叶光栅和所述悬臂轴连接，以使得所述双层多叶光栅能够沿竖直的A轴360°旋转。
本发明提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置的治疗头采用初级准直器、次级准直器以及旋转的双层多叶光栅的组合实现将微波***发射的射线调制成锥形束，进而配合治疗床的运动实现对靶区的精准放疗。
在本发明的一些实施方式中，所述治疗头包括固定地设置于所述初级准直器上的能够过滤低能X射线，以形成分布均匀的高能X射线的均整器。
在本发明的一些实施方式中，所述双层多叶光栅包括：
相互固定连接的上层独立准直器或上层多元准直器，以及下层多元准直器；或者
相互固定连接的下层独立准直器或下层多元准直器，以及上层多元准直器。
在本发明的一些实施方式中，所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，包括设置于所述双层多叶光栅或所述悬臂上的第二电磁阀，以使得二者能够通过所述第二电磁阀锁定。
在本发明的一些实施方式中，所述治疗床包括：
底板；
设置于所述底板上的单剪刀支撑结构和用于驱动所述单剪刀支撑机构完成Z向运动的第一驱动装置；
设置于所述单剪刀支撑结构上的具有X向导向单元的第一承载板；
设置于所述第一承载板上的能够沿X向导向单元运动的第二承载板和用于驱动所述第二承载板沿X向导向单元运动的第二驱动装置，所述第二承载板具有Y向导向单元；
设置于所述第二承载板上的能够沿Y向导向单元运动的第三承载板和用于驱动所述第三承载板沿Y向导向单元运动的第三驱动装置。
在本发明的一些实施方式中，所述旋转机架的旋转速度、所述放疗装置的机器跳数、所述双层多叶光栅的叶片运动速度以及所述治疗床的运动速度满足如下条件：
Δθ/Δt≤(dθ/dt)max；
ΔMU/Δt≤(dMU/dt)max；
Δx/Δt≤(dx/dt)max；
Δy/Δt≤(dy/dt)max；
其中θ、MU、x、y分别表示旋转机架的旋转速度，放疗装置的机器跳数，双层多叶光栅的运动位移，治疗床的运动位移；
(dθ/dt)max、(dMU/dt)max、(dx/dt)max、(dy/dt)max分别代表旋转机架的最大速度，加速器的最大剂量率，双层多叶光栅的最大速度以及治疗床的最大速度。
基于以上各组件的速度限制，控制算法可以规划加速器的螺旋VMAT治疗方式的运动控制，即旋转机架每旋转一度，治疗头的光栅位置在实时的变化以适形治疗野靶区的形状，同时剂量率也处于变化之中，保证放射治疗剂量的精确性，同时治疗床以匀速的速度运行，当治疗床覆盖整个肿瘤区域，病人治疗完成。
此外，本发明还提供了一种基于锥形束的螺旋容积调强的影像***，包括：
上述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置以及MV影像***；
所述MV影像***包括：
设置于所述旋转机架上的用于采集穿透治疗床的X射线的MV探测器；
设置于所述旋转机架上且位于所述MV探测器下方的射束主屏蔽组件；
所述MV探测器和所述射束主屏蔽组件均位于所述治疗头的正对侧。
本发明提供的MV影像***和治疗头300同时工作，使得MV影像***可以完成放疗装置质量保证(Quality Assurance，QA)的功能，如放疗装置等中心位置验证、双层多叶光栅305的走位精度验证以及加速器治疗野的剂量验证等。
在本发明的一些实施方式中，所述的基于锥形束的螺旋容积调强的影像***还包括基于KV级能量X射线的CBCT影像***，所述CBCT影像***包括：
设置于所述旋转机架上的用于输出高压CBCT高压发生器；
设置于所述旋转机架上能够在所述CBCT高压发生器的控制下产生相应能量的KV级X射线的CBCT球管；
设置于所述旋转机架上且位于CBCT球管前端的KV限束装置；
设置于所述旋转机架上且位于所述CBCT球管正对侧的KV探测器；
所述CBCT球管产生的KV级X射线的中心线和所述B轴相交于等中心点I。
本发明提供的基于KV射线的CBCT***有多种应用，如治疗过程中病人位置的监视，治疗前病人位置验证等。其中高压发生器、CBCT球管、影像探测器组成影像采集***，首先采集***采集投影数据序列传输至CBCT工作站进行三维重建，然后重建的CBCT体数据和放射治疗计划***CT图像进行三维体积配准，最后得到病人的摆位误差，如果误差超出规定的摆位偏差要求，影像***将偏差传输给运动控制***，运动控制***控制治疗床运动，消除人为的摆位误差，最后对病人进行精确地放射治疗。
附图说明
图1为现有技术中多元准直器3’的结构示意图；
图2为现有技术中锥形束适形野的形成；
图3为现有技术中扇形束适形野的形成；
图4为本发明一实施例提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置的整体结构示意图；
图5为本发明一实施例中微波***200的结构示意图；
图6为本发明一实施例中治疗头300的结构示意图；
图7为本发明一实施例中治疗床400的结构示意图；
图8为本发明一实施例中MV影像***应用的工作流程图；
图9为本发明一实施例中基于KV级能量X射线的CBCT影像***工作流程图；
图10为本发明提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置产生环绕人体的螺旋射线的示意图。
附图标记说明：
固定机架100；
旋转机架101；
悬臂102；
微波***200：调制器201；磁控管202；环流器203；栅控枪电源204；栅控枪205；加速管206；加速管靶207；
治疗头300：初级准直器301；均整器302；电离室303；次级准直器304；双层多叶光栅305；上层独立准直器或上层多元准直器305-1；下层独立准直器或下层多元准直器305-2；
治疗床400：底板401、单剪刀支撑结构402、第一驱动装置403、第一承载板404、第二承载板405、第二驱动装置406、第三承载板407、第三驱动装置408。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明作进一步详细的说明。虽然附图中显示了本公开示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更便于透彻的理解本发明，并且能够将本发明的构思完整的传达给本领域人员。
实施例一
参照图4所示，本实施例提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置包括固定机架100、旋转机架101、微波***200，治疗头300以及治疗床400。上述旋转机架101设置于固定机架100上，旋转机架101能够相对于固定机架100沿图4中水平的B轴360°旋转(旋转机架101可以采用轴连接的方式设置于固定机架100上)。旋转机架101大致呈圆筒形状，其中间是一个中空的通道，可以供承载了病人的治疗床400通过(进入或离开)。微波***200设置于旋转机架101上，能控制和产生X射线。治疗头300设置于旋转机101上，治疗头200能够相对于旋转机架101沿图4中竖直的A轴360°旋转。治疗头300能够将微波***200产生的X射线调制成锥形束。治疗床400布置于旋转机架101的一侧(图4中显示为左侧)，其能够相对于旋转机架101在图中所示的三维空间坐标系X、Y、Z下运动，以使得其能够经由中部通道进入或离开旋转机架101。
进一步地，旋转机架101具有沿平行于B轴的方向延伸出的悬臂102，微波***200固定设置于该悬臂102上。结合图5所示，微波***200包括调制器201、磁控管202、环流器203、栅控枪电源204、栅控枪205、加速管206以及加速管靶207。各组件都设置于加速器的旋转机架101上。各组件间的关系如图5所示，调制器201对磁控管202进行控制，磁控管202通过环流器203和加速管206连接。栅控枪电源204用于控制栅控枪205注入电压和电流，栅控枪205输出电子束，同时电子束被加速管206加速后撞击加速管靶207产生X射线束。其中微波***200产生的X射线的中心轴和A轴重合，且A轴B轴相交于等中心点I
如图6所示，治疗头300包括依次排列的初级准直器301、均整器302、电离室303、次级准直器304和双层多叶光栅305。具体而言，结合图4所示，治疗头300位于微波***200的加速管靶207的下方，初级准直器301固定地嵌套于悬臂102上。均整器302固定地设置于初级准直器301上，其用于过滤掉低能射线，形成分布均匀的高能射线。电离室303固定地设置于悬臂102上且位于初级准直器301下方，其用于电离惰性气体以生成输出电信号,对加速器发射的剂量进行统计。次级准直器304固定设置于悬臂102上，且位于电离室303下方，其用于将X射线准直成截面为方形的锥形束。双层多叶光栅305位于次级准直器304下方，该双层多叶光栅305和悬臂102轴连接，以使得双层多叶光栅305能够沿竖直的A轴360°旋转。其主要用于治疗或计划验证时提供照射野的适形走位，为精准治疗提供支持。
进一步地，放疗装置同时支持无均整(Flattening Filter Free,FFF)的治疗模式，此模式下均整器302可以移出射线照射区域，无均整的射线相对射线质***，而光子通量增加。
进一步地，双层多叶光栅305包括相互固定连接的上层独立准直器或上层多元准直器305-1、下层多元准直器305-2。或者，相互固定连接的上层多元准直器305-1、下层独立准直器或下层多元准直器305-2。即上述双层多叶光栅305不采用上层独立准直器和下层独立准直器的组合。
进一步地，该基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置包括设置于旋转机架101或固定机架100上的第一电磁阀(图未示)，以使得二者能够通过第一电磁阀锁定。控制***控制该第一电磁阀的工作，在治疗过程中旋转机架101相对于固定机架100旋转至预定角度时，二者被第一电磁阀锁定，治疗头300调制锥形束射线照射治疗床400上的患者，直至对患者的预定部位完成治疗，第一电磁阀失效，旋转机架101相对于固定机架100旋转至下一个预定角度。
进一步地，该基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置包括设置于双层多叶光栅305或所述悬臂102上的第二电磁阀(图未示)，以使得二者能够通过第二电磁阀锁定。该第二电磁阀的作用和第一电磁阀类似，用于保证在治疗过程中双层多叶光栅305不会相对于悬臂102旋转。
如图7所示，更进一步地，上述治疗床400包括底板401、单剪刀支撑结构402、第一驱动装置403、第一承载板404、第二承载板405、第二驱动装置406、第三承载板407、第三驱动装置408。
具体地，单剪刀支撑结构402和第一驱动装置403均设置于底板401上，X形的单剪刀支撑结构402底部和底板401滑动设置，以使得其能够在第一驱动装置403的驱动下实现Z向运动(如图4中的Z向)，即实现升高和降低。第一承载板404设置于单剪刀支撑结构402上，使得其能够跟随单剪刀支撑结构402Z向运动。第一承载板404具有X向导向单元(如图4所示的X向，且本实施例中的X向导向单元表现为滑轨)。第二承载板405和第二驱动装置406均设置于第一承载板404上，第二承载板405的下部具有和X向导向单元匹配的结构(本实施例中可以采用沿导轨运动的滑块)，以使得在第二驱动装置406的驱动下，第二承载板405沿着第一承载板404实现X向运动。第二承载板405上设置有Y向导向单元(如图1所示的Y向，且本实施例中的Y向导向单元表现为丝杠)。第三承载板407和第三驱动装置408设置于第二承载板405上，第三承载板407的下部设置有和上述Y向导向单元匹配的结构(本实施例中可以采用沿丝杠运动的丝杠螺母)，以使得在第三驱动装置408的驱动下，第三承载板407沿着第二承载板405实现Y向运动。
实施例二
如图4所示，在本实施例中，基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置具备更高级的影像***配置，此部分组件可以根据经济情况选配。影像***包括MV影像***和基于KV级能量X射线的CBCT影像***。
MV影像***包括上述基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置、MV探测器107以及射束主屏蔽组件108。MV探测器107和射束主屏蔽组件108都设置于旋转机架101上，且其正对于治疗头300的下方(位于治疗头300的正对侧)，其中射束主屏蔽组件108位于MV探测器107的下方。
基于KV级能量X射线的CBCT影像***包括KV限束装置103、CBCT球管104、CBCT高压发生器105以及KV探测器106。CBCT影像***各部件都设置于旋转机架101上，其中KV限束装置103和CBCT球管104安装在一起，且KV探测器106设置在CBCT球管104的对面的旋转机架上。其工作原理是，当CBCT高压发生器105输出高压到CBCT球管104，能控制CBCT球管104产生相应能量的KV级X射线，X射线通过KV限束装置103发射射线到KV探测器106，产生的X射线中心线和B轴相交于等中心点I。
进一步地，MV影像***有多种应用，在没有配备基于KV级能量X射线的CBCT影像***的情况下，MV影像***可以通过采集两个旋转机架101角度位置的投影，实现治疗前的病人摆位验证。同时由于MV影像***和治疗头300同时工作，使得MV影像***可以完成放疗装置质量保证(Quality Assurance，QA)的功能，如放疗装置等中心位置验证、双层多叶光栅305的走位精度验证以及放疗装置治疗野的剂量验证等。
如图8是MV影像***应用的工作流程，其中MV影像探测器107和治疗头300组成影像采集***，首先采集***采集投影数据，采集的数据可以用于二维配准，也可以完成放疗装置的QA功能。若进行配准功能，则将数据传输到MV二维配准***，然后采集投影数据和放射治疗计划***中的数字重建放射影像(Digitally Reconstructured Radiograph,DRR)进行二维配准，最后得到病人的摆位误差，如果误差超出规定的摆位偏差要求，影像***将偏差传输给运动控制***，运动控制***控制治疗床400运动，消除人为的摆位误差，最后对病人进行精确地放射治疗。若实现放疗装置的QA功能,则将采集的投影数据传输到MV QA***，然后***对投影数据进行分析，得到相关的机器QA或者射野相关的信息，如剂量的平坦度、对称性、剂量的分布等，最后可以打印出QA分析报告。
进一步地，基于KV射线的CBCT***有多种应用，如治疗过程中病人位置的监视，治疗前病人位置验证等。如图9所示为CBCT影像***在病人摆位验证中的一个应用流程。其中高压发生器105、CBCT球管104、影像探测器106组成影像采集***，首先采集***采集投影数据序列传输至CBCT工作站进行三维重建，然后重建的CBCT体数据和放射治疗计划***CT图像进行三维体积配准，最后得到病人的摆位误差，如果误差超出规定的摆位偏差要求，影像***将偏差传输给运动控制***，运动控制***控制治疗床400运动，消除人为的摆位误差，最后对病人进行精确地放射治疗。
进一步的，本实施例提供的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置具备基于螺旋VMAT的治疗方式。现有的VMAT治疗技术，适合于比较小的肿瘤靶区，能一次完成照射治疗。此技术也是相对成熟的技术，归纳起来也可以认为是螺旋VMAT的子集，本装置也支持VMAT治疗方式，因为比较成熟的技术，这里就不在赘述。螺旋VMAT治疗方式相对传统VMAT治疗方式适用于大肿瘤的治疗，且效率更高，剂量分布更平滑，适形度更高，从而剂量分布也更准确。螺旋VMAT在一次病人摆位之后可以完成所有病灶的治疗，不需要传统技术切换到多中心的治疗。传统治疗方式切换中心重新摆位之后，属于一次新的治疗，又需要进行摆位、验证等操作，相对来说螺旋VMAT用时更少。尤其这种治疗方式更安全，因为治疗过程可以实现全程自动化，不需要中间过程的人工干预，减少人为出错的可能。由于整个过程中通过匀速的移动床来实现整个靶区的治疗，这种方式通过运动能保证剂量强度的调制准确性，保证靶区剂量适形度更好。
进一步地，结合图10所示，要治疗一个大的肿瘤，需要引用螺旋VMAT治疗技术。要实现螺旋VMAT的治疗方式，关键是对加速器各运动部件的运动和X射线出束控制，达到各部件的协调精准工作。需要控制的组件参数包括旋转机架101的速度、放疗装置的机器跳数、双层多叶光栅305叶片的运动速度以及治疗床400的运动速度。各个组件的参数限制条件如下：
Δθ/Δt≤(dθ/dt)max,
ΔMU/Δt≤(dMU/dt)max,
Δx/Δt≤(dx/dt)max,
Δy/Δt≤(dy/dt)max,
其中θ,MU,x,y分别表示旋转机架101的旋转速度，放疗装置的机器跳数(剂量监测以机器跳数MU作为显示单位)，双层多叶光栅305的运动位移，治疗床400的运动位移。(dθ/dt)max,(dMU/dt)max,(dx/dt)max,(dy/dt)max分别代表旋转机架101的最大速度，加速器的最大剂量率，双层多叶光栅305的最大速度以及治疗床的最大速度。在执行病人治疗计划时，每个设备都不能超过各自的机器最大速度，否则加速器的连锁***会报连锁，并在连锁界面给出相应的提示信息和去除连锁的方法。加速器的旋转机架101设计支持的速度是每分钟6圈，假如治疗的时候采用的速度是每分钟一圈，治疗的时候为了保证安全，可能会降低机架的运行速度，高速的机架旋转模式更多的被应用在影像和验证功能中。
那么此时机架的运动的最大速度为(dθ/dt)max＝6deg/s，通过双层多叶光栅305的最大速度设置(dx/dt)max＝6cm/s,可以得到旋转机架101每旋转一度对应的最大双层多叶光栅305的位移为1cm，即：
(dx/dθ)max＝(dx/dt)max/(dθ/dt)max＝1cm/deg。
同样地通过对加速器最大剂量率设置(dMU/dt)max＝800MU/min，可以得到旋转机架101每旋转一度对应的机器跳数大约为2.2MU，即：
(dMU/dθ)max＝(dMU/dt)max/(dθ/dt)max＝2.2MU/deg。
同时，本实施例中加速器的最大剂量率支持到1200MU/min。
同样地通过对治疗床400最大速度设置(dy/dt)max＝6cm/s，可以得到旋转机架101每旋转一度对应的最大治疗床400的位移为1cm/s，即：
(dy/dθ)max＝(dy/dt)max/(dθ/dt)max＝1cm/deg。
治疗过程中为了更好的保证治疗的精度，本实施例中放疗装置的治疗床400的运动速度设置为不可变化的参数。综上在实施螺旋VMAT的过程中，旋转机架101每旋转一度，治疗头300的光栅位置在实时的变化以适形治疗野靶区的形状，同时剂量率也处于变化之中，保证放射治疗剂量的精确性，同时治疗床400以匀速的速度运行，当治疗床400覆盖整个肿瘤区域，病人治疗完成。
进一步地，放疗装置提供实时剂量的统计功能，当治疗计划在执行中出现偏差的时候，在旋转机架101偏转和剂量的偏差允许的范围之内，放疗装置的BGM(Beam GeneratorModule)***可以调节剂量率来补偿，剂量欠量的时候，调高剂量率，但剂量率不能超出机器本身支持的剂量率范围，否则***会报剂量欠量的连锁。剂量偏大时，调低剂量率，同样剂量率不能超出机器支持的剂量率范围，否则***报剂量超量的连锁。
进一步地，当治疗计划在执行中出现偏差的时候，在旋转机架101偏转和剂量的偏差允许的范围之内，放疗装置的BGM(Beam Generator Module)***可以调节旋转机架101的速度来补偿，剂量欠量的时候，降低旋转机架101的速度。剂量偏大时，调高旋转机架101的速度，但旋转速度不能超出机器本身支持的旋转速度最大值，否则***会报剂量超量的连锁。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性的。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，包括：
固定机架(100)；
设置于所述固定机架(100)上的旋转机架(101)，所述旋转机架(101)具有中部通道，所述旋转机架(101)能够相对于所述固定机架(100)沿水平的B轴360°旋转；
设置于所述旋转机架(101)上的用于产生射线的微波***(200)；
设置于所述旋转机架(101)上的用于将所述微波***(200)产生的射线调制成锥形束的治疗头(300)，所述治疗头(300)能够相对于所述旋转机架(101)沿竖直的A轴360°旋转；
布置于所述旋转机架(101)一侧的治疗床(400)，所述治疗床(400)能够相对于所述旋转机架(101)在三维空间坐标系X、Y、Z下运动，以使得其能够经由所述中部通道进入或离开所述旋转机架(101)。
2.根据权利要求1所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，包括：
设置于所述旋转机架(101)或所述固定机架(100)上的第一电磁阀，以使得二者能够通过所述第一电磁阀锁定。
3.根据权利要求1所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述旋转机架(101)具有平行于B轴方向延伸出的悬臂(102)；所述微波***(200)包括调制器(201)、磁控管(202)、环流器(203)、栅控枪电源(204)、栅控枪(205)、加速管(206)以及加速管靶(207)；所述调制调制器(201)控制所述磁控管(202)，所述磁控管(202)通过环流器(203)和所述加速管(206)连接，所述栅控枪电源(204)用于控制所述栅控枪(205)注入电压和电流，以使得所述栅控枪(205)输出电子束，所述加速管(206)对电子束加速后使其撞击所述加速管靶(207)产生X射线束，微波***(200)产生的X射线的中心轴和所述A轴重合，且所述A轴和所述B轴相交于等中心点I。
4.根据权利要求3所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述治疗头(300)和所述旋转机架(101)通过悬臂(102)连接，且位于所述加速管靶(207)的下方，所述治疗头(300)包括：
固定嵌套于所述悬臂(102)上的初级准直器(301)；
固定设置于所述悬臂(102)上且位于所述初级准直器(301)下方的用于电离惰性气体以生成输出电信号的电离室(303)；
固定设置于所述悬臂(102)上且位于所述电离室(303)下方的次级准直器(304)；
位于所述次级准直器(304)下方的双层多叶光栅(305)，所述双层多叶光栅(305)和所述悬臂(102)轴连接，以使得所述双层多叶光栅(305)能够沿竖直的A轴360°旋转。
5.根据权利要求4所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述治疗头(300)包括：
固定地设置于所述初级准直器(301)上的能够过滤低能X射线，以形成分布均匀的高能X射线的均整器(302)。
6.根据权利要求4所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述双层多叶光栅(305)包括：
相互固定连接的上层独立准直器或上层多元准直器(305-1)，以及下层多元准直器(305-2)；或者
相互固定连接的下层独立准直器或下层多元准直器(305-2)，以及上层多元准直器(305-1)。
7.根据权利要求4所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，包括：
设置于所述双层多叶光栅(305)或所述悬臂(102)上的第二电磁阀，以使得二者能够通过所述第二电磁阀锁定。
8.根据权利要求4所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述治疗床(400)包括：
底板(401)；
设置于所述底板(401)上的单剪刀支撑结构(402)和用于驱动所述单剪刀支撑机构(402)完成Z向运动的第一驱动装置(403)；
设置于所述单剪刀支撑结构(402)上的具有X向导向单元的第一承载板(404)；
设置于所述第一承载板(404)上的能够沿X向导向单元运动的第二承载板(405)和用于驱动所述第二承载板(405)沿X向导向单元运动的第二驱动装置(406)，所述第二承载板(405)具有Y向导向单元；
设置于所述第二承载板(405)上的能够沿Y向导向单元运动的第三承载板(407)和用于驱动所述第三承载板(407)沿Y向导向单元运动的第三驱动装置(408)。
9.根据权利要求8所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置，其特征在于，所述旋转机架(101)的旋转速度、所述放疗装置的机器跳数、所述双层多叶光栅(305)的叶片运动速度以及所述治疗床(400)的运动速度满足如下条件：
Δθ/Δt≤(dθ/dt)max；
ΔMU/Δt≤(dMU/dt)max；
Δx/Δt≤(dx/dt)max；
Δy/Δt≤(dy/dt)max；
其中θ、MU、x、y分别表示旋转机架(101)的旋转速度，放疗装置的机器跳数，双层多叶光栅(305)的运动位移，治疗床(400)的运动位移；
(dθ/dt)max、(dMU/dt)max、(dx/dt)max、(dy/dt)max分别代表旋转机架(101)的最大速度，加速器的最大剂量率，双层多叶光栅(305)的最大速度以及治疗床(400)的最大速度。
10.基于锥形束的螺旋容积调强的影像***，其特征在于，包括：
权利要求1～9中任一项所述的基于锥形束的螺旋容积调强放疗装置以及MV影像***；
所述MV影像***包括：
设置于所述旋转机架(101)上的用于采集穿透治疗床(400)的X射线的MV探测器(107)；
设置于所述旋转机架(101)上且位于所述MV探测器(107)下方的射束主屏蔽组件(108)；
所述MV探测器(107)和所述射束主屏蔽组件(108)均位于所述治疗头(300)的正对侧。
11.根据权利要求10所述的基于锥形束的螺旋容积调强的影像***，其特征在于，还包括基于KV级能量X射线的CBCT影像***，所述CBCT影像***包括：
设置于所述旋转机架(101)上的用于输出高压CBCT高压发生器(105)；
设置于所述旋转机架(101)上能够在所述CBCT高压发生器(105)的控制下产生相应能量的KV级X射线的CBCT球管(104)；
设置于所述旋转机架(101)上且位于CBCT球管(104)前端的KV限束装置(103)；
设置于所述旋转机架(101)上且位于所述CBCT球管(104)正对侧的KV探测器(106)；
所述CBCT球管(104)产生的KV级X射线的中心线和所述B轴相交于等中心点I。
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