基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统及方法与流程

1.本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统及方法。


背景技术：

2.放疗是由一种或多种电离辐射的治疗方式组成的医学治疗，即利用放射源或各种放疗设备产生的高能射线对肿瘤进行治疗的技术。因此，在放疗的过程中需要对患者肿瘤位置进行精准定位并监测，一旦患者发生位移，必须停止放疗，从而避免患者受到不必要的辐射。
3.在现有的放疗设备中，一般采用红外或激光摄像机跟踪患者体位实时移动，为病人提供持续监测。在治疗期间，反射标记被不断监控，并检查公差是否被破坏。然而，目前的放疗移动监控系统只能监控位移公差，不能监控位移矢量方向，且位移公差破坏后，位移恢复困难，若使用cbct辅助复位，将会大幅度延长整个治疗的时间，而且使患者受到额外的剂量照射。


技术实现要素：

4.本发明提供的基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统及方法，能够解决上述过程中的技术问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统，包括：
7.靶点模块，包括至少三个靶点，设置于患者身上并分布于患者两侧以及上部，用于标记患者位置并反射红外信号；
8.监测模块，包括三个监测子模块，分别设置于放疗区域的两侧及正上方，用于发射并监测红外信号；
9.主控模块，与所述监测模块连接，用于接收所述监测模块监测到的反射信号并计算所述靶点位移变化，以及控制放疗设备的开启或关闭。
10.在一些实施例中，所述监测子模块包括：
11.信号发生单元，用于发射红外信号；
12.信号监测单元，用于接收红外信号；
13.定时监测单元，用于设置预设时间间隔，使所述监测模块每隔一个预设时间间隔，进行一次信号发射以及接收。
14.在一些实施例中，还包括：
15.位移模块，与所述主控模块连接，用于调整患者位置。
16.在一些实施例中，所述主控模块包括：
17.坐标计算子模块，用于构建放疗坐标系以及计算所述靶点的初始坐标和位移坐标；
18.位移控制子模块，用于控制所述位移模块进行移动。
19.在一些实施例中，所述所述放疗坐标系是基于所述监测子模块的位置构建的；所述初始坐标为所述靶点初始位置位于所述放疗坐标系之中的坐标；所述位移坐标被定义为所述靶点发生位移的位移矢量。
20.在一些实施例中，所述放疗坐标系的中心位于三个所述监测子模块所在平面之上。
21.在一些实施例中，所述位移矢量用(x，y，z)表示，计算公式为：
[0022][0023]
其中，中x、y、z分别表示患者在左右、前后、上下的位移距离；a、b分别表示位于患者上部的靶点在冠状面上相对于初始距离的前后位移距离以及左右位移距离；c、d分别表示位于患者一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离；e、f分别表示位于患者另一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离。
[0024]
在一些实施例中，所述主控模块被设置为，当所述位移矢量(x，y，z)中，x、y、z任一值的绝对值超过预设的距离阈值，控制报警模块进行报警并停止放疗设备。
[0025]
在一些实施例中，所述主控模块被设置为，当放疗设备停止后，所述主控模块给所述位移模块发出控制信号，并操作位移模块按照补偿矢量(x，-y，-z)进行复位。
[0026]
第二方面，本发明提供了基于体表光学技术的放疗体位移动监控方法，包括以下步骤：
[0027]
s1：使患者平躺于位移模块上，并将靶点设置于患者身上并分布于患者两侧以及上部；
[0028]
s2：通过信号发生单元向靶点发射红外信号，由信号监测单元接收靶点反射信号并反馈给主控模块；
[0029]
s3：主控模块接收反馈信号，并通过坐标计算子模块构建放疗坐标系以及计算所述靶点的初始坐标和位移坐标；
[0030]
s4：根据初始坐标以及位移坐标，计算患者位移矢量(x，y，z)，并判断x、y、z任一值是否超过预设的距离阈值，若超过，则控制报警模块进行报警并停止放疗设备。
[0031]
在一些实施例中，在进行所述s2之前，还需要进行以下步骤：
[0032]
s20：根据定时监测单元，设置预设时间间隔，使所述监测模块每隔一个预设时间间隔，进行一次信号发射以及接收。
[0033]
在一些实施例中，所述放疗坐标系是基于所述监测子模块的位置构建的；所述初始坐标为所述靶点初始位置位于所述放疗坐标系之中的坐标；所述位移坐标被定义为所述靶点发生位移的位移矢量。
[0034]
在一些实施例中，所述位移矢量用(x，y，z)表示，计算公式为：
[0035][0036]
其中，中x、y、z分别表示患者在左右、前后、上下的位移距离；a、b分别表示位于患者上部的靶点在冠状面上相对于初始距离的前后位移距离以及左右位移距离；c、d分别表示位于患者一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离；e、f分别表
示位于患者另一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离。、
[0037]
在一些实施例中，所述s4步骤完成之后，还需进行以下步骤：
[0038]
s41：主控模块给所述位移模块发出控制信号，并操作位移模块按照补偿矢量(-x，-y，-z)进行复位。
[0039]
本技术的有益效果是：
[0040]
本技术提供的，能够解决临床放射治疗中由于意外位移(咳嗽，不自主抽搐等引起位移)后的引起复位难问题；本方案通过监测患者的位移距离并计算位移矢量，为治疗机的自动回调或者治疗技师的手动调整提供了直观的位移补偿数据，从而提高了放射治疗的安全性。
附图说明
[0041]
图1为本技术的基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统示意图；
[0042]
图2为本技术的基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统方法流程图。
[0043]
附图标记：
[0044]
1-靶点模块、2-监测模块、3-位移模块。
具体实施方式
[0045]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0046]
为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本技术的限定。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0047]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0048]
图1为本技术的基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统示意图。
[0049]
基于体表光学技术的放疗体位移动监控系统，结合图1，包括：
[0050]
靶点模块1，包括至少三个靶点，设置于患者身上并分布于患者两侧以及上部，用于标记患者位置并反射红外信号；
[0051]
监测模块2，包括三个监测子模块，分别设置于放疗区域的两侧及正上方，用于发射并监测红外信号；
[0052]
主控模块，与所述监测模块2连接，用于接收所述监测模块2监测到的反射信号并计算所述靶点位移变化，以及控制放疗设备的开启或关闭。
[0053]
具体的，在临床放射治疗中，一般需要患者平躺于放疗设备之上，因此，为了对患者肿瘤位置进行监测，需要在患者身上设置靶点，其数量为至少三个，以三个为例，分别设置于患者两侧以及患者的上部。靶点能够反射由监测模块2发出的红外信号，而监测模块2能够接收靶点反射的红外信号，从而定位靶点的初始位置。而主控单元与监测模块2采用通
信连接，能够接收由监测模块2所监测到的反射信号，从而计算靶点的位移变化，以及控制放疗设备的开启或关闭。
[0054]
在一些实施例中，所述监测子模块包括：
[0055]
信号发生单元，用于发射红外信号；
[0056]
信号监测单元，用于接收红外信号；
[0057]
定时监测单元，用于设置预设时间间隔，使所述监测模块2每隔一个预设时间间隔，进行一次信号发射以及接收。
[0058]
具体的，本方案的监测模块2包括了三个监测子模块，分别固定于放疗区域的两侧以及正上方，且三个监测子模块所在平面与患者的矢状面为垂直。由于监测子模块承担了红外信号的发射与接收的职责，则需要设置有信号发生单元以及信号监测单元，分别用于发射以及接收红外信号。此外，监测子模块中还集成了定时监测单元，能够设置一个预设时间间隔，以0.5秒为例，能够使监测模块2每隔0.5秒，进行一次信号发射以及接收，从而实现患者靶点的持续监控。
[0059]
在一些实施例中，还包括：
[0060]
位移模块3，与所述主控模块连接，用于调整患者位置。
[0061]
具体的，本方案中，为了使患者在位移之后能够尽快复位，还设置有能够前左右后上下移动得位移模块3，患者躺于位移模块3之上，而位移模块3与主控模块通信连接，因此主控模块能够控制位移模块3在前后左右上下六个方向上进行位移的调整，从而使患者达到初始的最佳治疗位置。
[0062]
在一些实施例中，所述主控模块包括：
[0063]
坐标计算子模块，用于构建放疗坐标系以及计算所述靶点的初始坐标和位移坐标；
[0064]
位移控制子模块，用于控制所述位移模块3进行移动。
[0065]
具体的，主控模块作为本系统的中枢，不仅能够与监测模块2以及位移模块3进行数据的交换，最重要的一点还是对患者位移的计算。因此，主控模块包括了坐标计算子模块，用于构建放疗坐标系以及计算所述靶点的初始坐标和位移坐标；以及，位移控制子模块，用于控制所述位移模块3进行移动。
[0066]
在一些实施例中，所述放疗坐标系是基于所述监测子模块的位置构建的；所述初始坐标为所述靶点初始位置位于所述放疗坐标系之中的坐标；所述位移坐标被定义为所述靶点发生位移的位移矢量。
[0067]
在一些实施例中，所述放疗坐标系的中心位于三个所述监测子模块所在平面之上。
[0068]
具体的，在放疗过程中，为了避免患者遭到不必要剂量的辐射，对于患者的位置要求是比较苛刻，患者在初始位置时，其肿瘤部位的位置与放疗设备是最佳放疗位置。因此，必须对患者的移动进行监测，在本方案中，为了更加准确地监测到患者的位移，我们构建了放疗坐标系，其中点就位于三个所述监测子模块所在平面之上。此外，我们对于患者位移的计算，不仅仅只计算其位移公差，我们需要计算其位移矢量，从而对患者的肿瘤部位进行更准确的定位，进而使放疗过程更加高效安全。
[0069]
在一些实施例中，所述位移矢量用(x，y，z)表示，计算公式为：
[0070][0071]
其中，中x、y、z分别表示患者在左右、前后、上下的位移距离；a、b分别表示位于患者上部的靶点在冠状面上相对于初始距离的前后位移距离以及左右位移距离；c、d分别表示位于患者一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离；e、f分别表示位于患者另一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离。
[0072]
在一些实施例中，所述主控模块被设置为，当所述位移矢量(x，y，z)中，x、y、z任一值的绝对值超过预设的距离阈值，控制报警模块进行报警并停止放疗设备。
[0073]
在一些实施例中，所述主控模块被设置为，当放疗设备停止后，所述主控模块给所述位移模块3发出控制信号，并操作位移模块3按照补偿矢量(-x，-y，-z)进行复位。
[0074]
具体的，本方案为了计算患者的位移矢量(x，y，z)，已经建立了放疗坐标系，因此根据公式x＝b，即可计算出患者相对于初始位置时的位移矢量了(x，y，z)。此时，我们就能够根据位移矢量(x，y，z)中，x、y、z的值来判断患者是否超过预设的距离阈值的，如果有超过，则可有主控模块控制报警模块发出报警并暂停放疗设备，以待患者调整位置。紧接着，控制模块就可以控制位移模块3按照位移矢量的反方向即补偿矢量(x，-y，-z)，对患者的位置进行复位调整，从而使患者重新达到最佳的放疗位置。
[0075]
本发明第二方面还提供了基于体表光学技术的放疗体位移动监控方法，包括以下步骤：
[0076]
s1：使患者平躺于位移模块3上，并将靶点设置于患者身上并分布于患者两侧以及上部；
[0077]
s2：通过信号发生单元向靶点发射红外信号，由信号监测单元接收靶点反射信号并反馈给主控模块；
[0078]
s3：主控模块接收反馈信号，并通过坐标计算子模块构建放疗坐标系以及计算所述靶点的初始坐标和位移坐标；
[0079]
s4：根据初始坐标以及位移坐标，计算患者位移矢量(x，y，z)，并判断x、y、z任一值是否超过预设的距离阈值，若超过，则控制报警模块进行报警并停止放疗设备。
[0080]
在一些实施例中，在进行所述s2之前，还需要进行以下步骤：
[0081]
s20：根据定时监测单元，设置预设时间间隔，使所述监测模块2每隔一个预设时间间隔，进行一次信号发射以及接收。
[0082]
在一些实施例中，所述放疗坐标系是基于所述监测子模块的位置构建的；所述初始坐标为所述靶点初始位置位于所述放疗坐标系之中的坐标；所述位移坐标被定义为所述靶点发生位移的位移矢量。
[0083]
在一些实施例中，所述位移矢量用(x，y，z)表示，计算公式为：
[0084][0085]
其中，中x、y、z分别表示患者在左右、前后、上下的位移距离；a、b分别表示位于患者上部的靶点在冠状面上相对于初始距离的前后位移距离以及左右位移距离；c、d分别表示位于患者一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离；e、f分别表
示位于患者另一侧的靶点在矢状面上相对于初始距离的前后以及上下位移距离。
[0086]
在一些实施例中，所述s4步骤完成之后，还需进行以下步骤：
[0087]
s41：主控模块给所述位移模块3发出控制信号，并操作位移模块3按照补偿矢量(-x，-y，-z)进行复位。
[0088]
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。
[0089]
本领域的技术人员能够理解，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0090]
虽然结合附图描述了本技术的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本技术的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
[0091]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。