Устройство для контроля положения объекта при лучевой терапии

 

Использование: в медицинской технике, а именно в устройствах для лучевой терапии злокачественных опухолей. Сущность: устройство содержит лечебный стол для размещения пациента, блок датчиков положения для регистрации положения в виде двухмерной матрицы контактных датчиков положения, размещенных на поверхности стола, и систему обработки отображения информации. Положительный эффект: повышение точности контроля положения объекта и снижение лучевой нагрузки на здоровые ткани и органы в период облучения. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для использования в лучевой терапии злокачественных опухолей.

Известно устройство для лучевой терапии, включающее терапевтический и два рентгеновских источника ионизирующего излучения, стол для размещения пациента с механизмом перемещения, входной преобразующей блок, видеоконтрольное устройство с экраном в корпусе, а также линейку с делениями, каретки, фотодатчики и блок анализатора, причем линейка жестко закреплена на корпусе видеоконтрольного устройства со стороны экрана, каретки установлены на линейке с возможностью перемещения вдоль нее и относительно друг друга, а фотодатчики установлены подвижно относительно кареток, при этом выходы фотодатчиков связаны с входом блока анализаторов, а выходы блока анализаторов - с входом механизма перемещения стола.

Устройство выводит на одно видеоконтрольное устройство два изображения внутренней структуры облучаемого патологического очага, которые на экране должны располагаться симметрично относительно центра терапевтического поля излучения. Любые смещения объекта на столе приведут к нарушению симметрии, которая должна быть отслежена датчиками, расположенными на каретках. Смещение датчиков вызовет рассогласование сигналов в блоке анализатора и выработку результирующего сигнала, управляющего положением стола. В результате стол начнет перемещаться до устранения асимметрии.

Недостатками данного устройства являются следующие.

1. Вывод на одно видеоконтрольное устройство двух рентгеновских и одного терапевтического изображений создает очень сильную зашумленность, при которой размещение двух датчиков на экране в положениях, соответствующих центру или какой либо иной точке патологического очага, оказывается сугубо приблизительным.

2. Терапевтическое изображение по своей интенсивности в несколько раз превышает интенсивность рентгеновских изображений (в 5-100 раз в зависимости от энергии фотонного терапевтического изображения). На экране ВКУ оно будет отражено в виде яркого пятна, в пределах границ которого никакие рентгеновские изображения видны не будут вообще. При размерах терапевтического изображения на выходе из объекта 100-400 см² экран ВКУ практически весь будет засвечен, поэтому говорить о каком-либо точном слежении за объектом не приходится.

3. Применение двух источников рентгеновского изображения для дополнительного просвечивания объекта приведет к дополнительному облучению последнего в дозах до 0,5 Гр за курс лечения (до 30 сеансов), что в лучевой терапии злокачественных опухолей недопустимо.

4. При облучении пациента на медицинских ускорителях пучками электронов, последние не выходят из тела, поэтому на экране терапевтическое изображение будет отсутствовать.

Известно устройство, предназначенное для контроля за положением пациента на столе, содержащее аппарат для телетерапии, испускающий импульсные потоки высокотерапевтических фотонов, по крайней мере одну линейку полупроводниковых кремниевых детекторов, размещенных со стороны, противоположной входу фотонов в облучаемый объект, свинцовый конвертор, покрывающий детекторы, предназначенный для преобразования высокоэнергетических фотонов в потоки низкоэнергетических фотонов с целью повышения чувствительности детекторов к излучению, преобразователь сигналов детектора в цифровой код, устройство обработки и отображения сигналов на экране дисплея ЭВМ. Положение больного задается с помощью рентгеноконтрастных меток, наносимых на тело и заметных на экране дисплея. Смещение пациента приведет к смещению на экране меток относительно радиотерапевтического импульсного фотонного поля, измеряемого детектором, что приводит к автоматическому отключению аппарата и необходимости коррекции положения пациента на лечебном столе.

Недостатками данного устройства являются следующие.

1. Невозможность работы устройства в случае применения терапии электронами. В этом случае возникает необходимость применения дополнительного источника импульсного высокоэнергетического фотонного излучения для регистрации его линейкой детекторов. Это приводит к нежелательному облучению здоровых тканей, расположенных ниже очага облучения.

2. Метки, укрепляемые на больном, крепятся на коже, которая эластична, поэтому воспроизведение укладки больного от сеанса к сеансу будет неточным из-за смещения меток, вместе с кожей при размещении пациента на столе. Такое смещение может достигать 4-5 мм и более. Такое же и даже большее (до 2-4 см) смещение может происходить при дыхании больного (динамическая нерезкость).

3. Устройство не сможет регистрировать смещение больного в вертикальном направлении на расстоянии 3-4 мм, поскольку проекции меток на экран, расположенный под столом, не изменят своего положения, тогда как доза, получаемая здоровыми тканями и органами пациента, может увеличиться на 3-20% в зависимости от вида терапевтического излучения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для контроля точности лучевой терапии, размещаемое на столе для пациента, содержащее источник узкого светового луча, блок сканирования луча, фокусирующий блок, блок регистрации с электронно-оптическим преобразователем, причем блок сканирования луча содержит систему частично проницаемых зеркал для разводки узкого светового луча по плоскостям сканирования, сканирующие зеркала, установленные на валу электродвигателя, снабженном механическим стабилизатором угловой скорости и с установленными на границах рабочей апертуры устройства фотодатчиками.

Устройство измеряет пространственные координаты одного или нескольких поверхностных контуров облучаемого объекта со сложным рельефом в процессе сеанса облучения. В случае отклонения значений координат отдельных точек контуров от заданных перед сеансом облучения на дисплей выводятся информация о характере отклонения для принятия решения о продолжении сеанса или его прекращении.

Недостатком указанного устройства, отслеживающего один или несколько контуров тела пациента, является необходимость введения больших допусков на границы изменения, связанных с динамическими нерезкостями границ контура. Другими словами, границы контура изменяются на 2-4 см вследствие дыхания пациента, что делает контроль за больным фактически невозможным из-за потери точности. Кроме того, точность контроля снижается из-за погрешностей, связанных со сканированием лучей, размытостью последних при отражениях от обоих граней полупроницаемых зеркал, размытостью границ луча при слабой отражательной способности кожи облучаемого пациента и т.д.

Целью изобретения является повышение точности контроля положения объекта и снижение лучевой нагрузки на здоровые ткани и органы в период облучения.

Указанная цель достигается тем, что устройство контроля положения объекта содержит лечебный стол для размещения пациента, систему датчиков положения, например контактных, размещенных непосредственно на поверхности лечебного стола, преобразователь электрических сигналов в цифровую форму, блок обработки и индикации цифровой информации, в качестве которого может быть использована ЭВМ. Пациент, размещенный на лечебном столе, своим весом вызывает срабатывание определенного количества датчиков, например микровыключателей в системе, выполненной в виде, например, матрицы из m x n элементов. Количество и плотность размещения датчиков определяется размерами облучаемого объекта и необходимой точностью регистрации смещения пациента относительно начального положения, обусловленной процессом лечения.

При помещении пациента на поверхность лечебного стола произойдет замыкание определенного числа переключателей под действием веса пациента и данная информация зафиксируется блоком обработки как начальное положение.

При возможных перемещениях пациента в процессе лучевой терапии произойдет изменение количества и порядка сработавших датчиков, что будет зарегистрировано блоком предварительной обработки, который выдаст сигнал на отключение аппарата лучевой терапии.

При увеличении количества и плотности размещения датчиков в блоке датчиков, расположенном на лечебном столе, точность контроля положения пациента может быть дополнительно увеличена.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отмечается повышенной точностью определения положения пациента в связи с отсутствием зависимости показаний датчиков от динамических нерезкостей, связанных с изменением контуров тела во время дыхания, а также за счет устранения сложных оптических формирователей и световых трактов, требующих сложных процедур тестирования и калибровок.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями (аналогами) показывает, что датчики положения позволяют решать задачу контроля пациента при лучевой терапии без применения дополнительных просвечиваний пациента ионизирующими излучениями, что приводит к уменьшению нежелательного облучения нормальных тканей и органов пациента. Контроль осуществляется на любых аппаратах и любых видах излучения (фотоны, электроны, нейтроны, протоны и т.д.), при любых способах облучения (дистанционное, внутриполостное, внутритканевое).

Известные в области коммутационной техники микропереключатели, в том числе сенсорные, введенные в указанной связи с остальными элементами, проявляют новые свойства, что приводит к повышению точности контроля положения пациента на столе. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема размещения пациента 1 и заявляемого устройства 2 на лечебном столе 3 аппарата 4 для лучевой терапии ; на фиг. 2 - одна из схем расположения детекторов 5 в устройстве контроля положения пациента на лечебном столе. Зоны I, II, III являются зонами головы, туловища и ног соответственно.

Пример конкретного выполнения.

На фиг. 3 представлена блок-схема устройства контроля положения пациента на лечебном столе, состоящее из формирователя 6 адреса, состоящего из тактового генератора, схемы управления и формирования адреса строк и столбцов, блока 7 датчиков, схемы 8 предварительной обработки, состоящей из преобразователя кодов, запоминающего устройства и схемы сравнения поступающей информации, устройства 9 индикации и схемы 10 отключения аппарата лучевой терапии.

Устройство работает следующим образом. Формирователь адреса выдает на шину адрес первой строки блока датчиков. Информация о количестве и расположении нажатых контактов в этой строке поступает на схему предварительной обработки и фиксируется в запоминающем устройстве. Аналогично считывается информация и о последующих строках блока датчиков и отображается на устройстве индикации. После чтения последней строки устройство переходит в режим автоматического слежения и контроля блока датчиков. Время полного сканирования не превышает 0,04 с.

В случае, если по тем или иным причинам количество и расположение нажатых датчиков будет отличаться от записанного в ОЗУ больше чем на допустимую величину, которая задается перемычками в схеме предварительной обработки, будет подан сигнал в схему отключения аппарата лучевой терапии с одновременной индикацией величины отключения устройством индикации.

Эффективность применения.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства для контроля положения пациента на лечебном столе радиотерапевтического аппарата показали, что в зависимости от величины отпускаемой дозы на опухоль и соответственно времени сеанса изменение положения тела в ходе облучения происходит у 15% пациентов при разовой дозе 2 Гр и у 30% пациентов при разовой дозе 4-5 Гр. У детей при облучении частота изменения положения тела несколько выше. Применение заявляемого устройства позволило устранить переоблучение здоровых тканей и органов, для чего требовалось изготовление различных фиксирующих приспособлений.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПРИ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ, содержащее блок датчиков для регистрации положения с возможностью установки его на столе для размещения пациента и электрически связанную с ним систему обработки и отображения информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля положения объекта и снижения лучевой нагрузки на здоровые ткани и органы в период облучения, блок датчиков выполнен в виде двумерной матрицы контактных датчиков положения, установленных на поверхности деки стола для размещения пациента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3