用于放疗设备激光定位系统和CT重建系统的质控装置的制作方法

用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置
技术领域
1.本发明涉及一种用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置。


背景技术：

2.现代肿瘤放射治疗进入以调强放射治疗为代表的精确放射治疗时代，放疗设备(包括放疗ct模拟定位设备和直线加速器等放射治疗设备)的外置激光定位/摆位系统的精确性是精确放射治疗的基础；放疗ct模拟定位流程是精确放射治疗的第一步，ct图像重建系统重建精确性是精确放射治疗的质量保证。
3.目前放疗设备的外置激光定位/摆位系统一般由三组激光灯组成，三组激光灯分别安装于ct、加速器等设备的左右两侧墙和天花板上，三组激光灯发出的三组激光线在空间上构建出水平面、横断面、矢状面三个激光束流平面并建立起三维空间放射治疗坐标系。
4.以患者仰卧位为参照，治疗坐标系的矢状面(即yz平面)由天花板上激光灯发出的竖直激光线构建；冠状面(即水平面、xy平面)由左右两侧激光灯发出的水平激光线构建，左右两侧水平激光线相互重合；横断面(即xz平面)由左右两侧激光灯发出的竖直激光线构建，左右两侧竖直激光线相互重合；矢状面、冠状面、横断面三个面均相互垂直。
5.放疗ct模拟定位设备因治疗定位、摆位需要，其矢状面竖直激光线可左右方向移动，移动数值为x值；冠状面左右两侧水平激光线可俯背方向移动，移动数值为z值；横断面左右两侧竖直激光线可在头脚方向移动，移动数值为y值(因型号不同，部分激光系统横断面激光灯不能在头脚方向移动，定位时y值的移动可通过ct床或治疗床移动而实现)。
6.精确放射治疗以三维空间放射治疗坐标系所重建的患者ct影像中肿瘤、器官的空间位置信息为基础，通过放射治疗计划系统根据肿瘤及器官的位置设定照射野的入射角度、面积等参数，所以经ct扫描重建的ct图像的空间位置精确性、空间尺寸精确性尤为重要。为保证精确放射治疗的质量，应定期对相关设备进行质控检测。其质控内容包括激光定位系统激光线x、y、z值位移精确性检测、激光定位系统水平面、横断面重合性检测、ct图像水平重建精确性检测、ct图像标称层厚与重建层厚精确性检测、ct图像空间尺寸重建精确性检测等内容，上述检测内容当前的具体要求与现场分别如下：
7.1、放疗设备外置激光定位系统三组激光线位移精确性检测：冠状面激光线的位移精确性检测要求测量工具处于绝对竖直状态才能保证测量的准确性。实际工作中缺乏能够调节竖直位置的测量工具，测量冠状面激光线的位移精确性不方便，测量误差大。矢状面、横断面激光线位移精确性检测常规方法是利用放置在ct扫描床/治疗床上的直尺进行检测，如果扫描床/治疗床不水平，测量读数的精度会有偏差。
8.2、放疗设备外置激光定位系统的水平面、横断面重合性检测：现有方法是在两激光线之间手持一张白纸，用手指挡住一侧激光线，通过目测观察两激光线在白纸上的投影是否重合进行判断，如不重合，不重合的偏差值只能估计，其数值没有办法进行精确测量。
9.3、ct图像水平重建精确性检测：现有ct图像水平重建精确性检测方法借助一些模体，利用ct外置激光系统将模体左右两侧的水平标识与外置激光系统的水平激光线重合进
行定位摆放，再进行ct扫描，观察模体ct图像左右两侧的标识点连线是否与ct图像的水平指示线重合，这种检测方式依赖于外置激光系统的水平激光线的水平精确度和模体定位摆放的精确度，如果外置激光系统水平激光线的水平精度有偏差、模体定位摆放精确度不高，用这种方法进行ct图像水平重建精确性检测的精度也不高。
10.4、ct图像标称层厚与重建层厚精确性检测：现有检测技术要通过复杂的公式计算出ct图像的窗宽、窗位显示条件，再结合三角函数公式进行测量和计算，应用不是很方便。
11.5、ct图像空间尺寸重建精确性检测：现有检测技术方法中只提供ct图像横断面水平、竖直方向的重建精确性检测，不涉及横断面内斜线方向的检测。
12.综上所述，目前进行激光线位移精确性检测、激光定位系统水平面/横断面重合性检测、ct图像水平重建精确性检测、ct图像标称层厚与重建层厚精确性检测、ct图像空间尺寸重建精确性检测等设备质控时，要借助多个厂家不同类型的模体，多次搬动模体，多次摆位，质控检测不方便。
13.针对上述问题，本专利申请的发明人通过检索，也发现有一些公开的专利就其中的部分技术问题提出了解决方案，如名为一种放疗后装机质控装置的发明专利公开了一种将一个活动的线型设备移动到一个已确定位置的直尺上，检测线型设备的位移精度的方案，但只是涉及上述背景问题中的很窄的一个点，方案中完全没有涉及到激光灯，也没有ct设备的相关检测内容。同时发明人还通过检索，发现有一个名为一种用于立体定向放射治疗系统焦点位置检测的装置的发明专利，该专利公开了一种用于立体定向放射治疗系统焦点位置检测的装置，属于伽玛刀放射治疗的质控装置。该装置主要包括放疗机房激光灯一组及检测模体主体。通过激光灯十字中心将头部等中心传递到模体上，利用激光束交汇点替代头部射野中心检具中心，将机械等中心坐标传递到模体上，利用激光束在模体上的显示来真实显示等中心，可借助模体上的坐标来读取患者治疗靶点的位移。用病人实际治疗计划通过治疗床的移动，对每个治疗靶点验证其是否与计划设计一致。本发明可解决立体定向治疗设备的焦点位置无法检测的问题，可实时模拟机械到位精度，对治疗机控制和治疗床的到位精度进行跟踪，完善了体部伽玛刀的质控。但上述发明公开的是检测固定的激光系统，用于检测治疗床上模体移动位置的精确度，无法检测可移动激光灯的位置移动精度、左右重合性、ct重建水平的准确度及重建距离的精确度等事项；比如ct扫描重建出来的图像：水平面重建图像显示是不是水平，5cm长的物体重建出来的图像显示是不是5cm等内容，上述检索到的已经公开的专利技术方案无法解决列举出来的相关问题。


技术实现要素：

14.本发明要解决的技术问题是，提供一种无需利用多个检测模体、也不用多次摆位，使用更方便、检测精确性更高、且检测功能更多的用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置。
15.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置，它包括扫描模块和测量尺两个组件；所述的扫描模块为双层式结构，第一层为插件层，第二层为容器层，扫描模块上设有用于调节模块的水平的调节旋钮，调节旋钮同时将插件层和容器层连接在一起；所述的插件层上设有内外两组分别排列成长方形的层厚及重建细丝插件；插件层的外表面上还设有呈90度夹角的十字中心线标识
和多个不同边长的正方形指示标线；所述的容器层的外表面上也设有呈90度夹角十字中心线标识；容器层上还设有两条呈90度夹角的用于安装测量尺的测量凹槽；容器层内设有容器，容器上设有液体注入口。
16.作为优选，所述的扫描模块为方形六面体结构，且六面体的转角为圆角。
17.作为优选，所述的调节旋钮为三个双向调节旋钮，呈等腰三角形分布。
18.作为优选，所述的扫描模块由电子密度和物理密度与水相近的固体材料制成。
19.作为优选，所述的插件层和容器层中均内置有一个表征水平度的圆形气泡型万向水平仪，用于显示扫描模块是否摆放水平。
20.作为优选，所述的测量尺为横截面呈五边形的锥形直尺，尺体上表面为中间高两边低的锥状结构，上表面的两个锥面上设置有以中间为0值向两边递增的刻度。
21.作为优选，所述的正方形指示标线共有4个，从内到外4个正方形的边长分别为10cm、20cm、30cm、40cm。
22.作为优选，所述的层厚及重建细丝插件组成的内外两组长方形中，内侧组长方形长宽分别16cm、12cm，高密度细丝内置成轴向45
°
；外侧组长方形长宽分别24cm、32cm，高密度细丝内置成轴向135
°
。
23.作为优选，所述的层厚及重建细丝插件的直径为1mm的高密度细丝插件，所述高密度是指物理密度≥1.8g/cc。
24.作为优选，所述的容器内装有浓度为30％的碘海醇溶液，溶液体积为容器容积的一半。
25.采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：
26.1、此放疗设备质控装置使用方便，无论插件层朝上还是容器层朝上放置，均可通过三个双向调节旋钮调节装置的水平度，保证测量的精度。扫描模块的四个角为圆弧状，可有效消除ct扫描时产生的图像伪影。
27.2、本放疗设备质控装置是否处于水平位置，可通过圆形气泡型万向水平仪或容器层中部水平标记线与容器内液体表面的重合性双重判定检测。水平调节完成后，能够保证水平摆放时装置处于水平位置，竖直摆放时装置处于竖直位置，有效避免装置处于非水平和非竖直位置时进行位移精确性检测带来的影响。
28.3、此放疗设备质控装置的测量尺最小刻度为0.5mm，在检测放疗设备的激光定位系统位移精度时(检测激光线x值、y值位移精度装置需水平摆放，检测激光线z值位移精度装置需竖直摆放)，精确度达到0.5mm，很好地满足精确放射治疗的要求。
29.4、此放疗设备质控装置的测量尺横断面为五边锥形，直尺中间突起成棱，棱两侧呈略为倾斜的平面，检测放疗设备激光定位系统激光线的重合性时(检测横断面左右两侧竖直激光线重合性装置需水平摆放，检测冠状面左右两侧水平激光线重合性装置需竖直摆放)，激光定位系统左右两侧的激光灯投影在测量尺左右两个斜面上，在测量尺中间突起成棱状的最高处能清晰的观察左右两侧激光线的重合性，如有偏差，能够准确测量出偏差数值，精确到0.5mm。
30.5、此放疗设备质控装置的容器中装有特定比例的液体(30％碘海醇溶液)，液体静止状况时液平面呈天然水平状态。ct扫描此装置所获图像的液平面理论上也呈绝对水平状态，与容器是否处于水平位置无关。通过此特性，可在不调节此质控装置水平或水平调节不
精确的情况下，观察ct系统的水平指示线是否与图像的水平面重合或平行，精确检测ct扫描图像水平重建的精确性。用此装置检测ct扫描图像水平重建的精确性可避免其它质控设备做此项检测时依赖于质控设备水平摆位的准确度。
31.6、装置对应的方法检测的ct图像水平重建精确度高，可以以此水平为标准，调整ct系统的图像显示十字线，并扫描ct床获取ct床的图像，观察ct床面与ct系统水平指示线的平行性/重合性，检测ct床的水平度。
32.7、优选项中放疗设备质控装置插件层内嵌两组高密度细丝，分别呈长方形排列，长方形的长宽比例符合勾三股四玄五的勾股定理原理，可通过测量ct图像上高密度细丝中心之间的距离检测ct图像平面内水平、竖直及斜向方向的几何重建精确性。两个长方形边长分别为16cm、12cm/24cm、32cm，根据勾三股四弦五的原理，斜边长度不用复杂运算就可知晓为20cm/40cm，应用极其方便。
33.8、优选项中放疗设备质控装置内置轴向135
°
、轴向45
°
共两组高密度细丝，其ct所获图像呈水平位长条状高密度影像。利用等腰直角三角形两直角边相等的数学原理，不用进行额外的三角函数值的换算，直接测量ct图像上长条状高密度的长度就等于ct扫描的层厚。轴向135
°
与轴向45
°
排列的高密度细丝相互独立，其测量结果相互印证。利用此方法可以检测ct扫描层厚精确性。如果ct系统软件自带测量尺精度不高时(例如ct机所提供测量尺精度为1mm，当ct扫描层厚为1mm/2mm时，直接测量的读数就会为1mm/2mm，其读数不能真实反应测量结果，带来较大误差)，则测量高密度细丝ct影像左右两侧边缘的坐标值，两坐标左右方向上的差值即为ct扫描的层厚值。上述两种层厚检测方法相互独立，可以相互印证，确保检测结果的准确性。
34.9、优选项中放疗设备质控装置扫描模块插件层表面的10cm、20cm、30cm、40cm的正方形方框指示标识，可用于检测放疗设备照射野的大小的准确性，且模块可以调节水平，消除检测平面不水平的对检测的影响。
35.10、此放疗设备质控装置可同时用于检测放疗激光定位系统的质控和ct几何重建精度的质控，方便快捷，避免上进行上述质控时要利用多个模、多次摆位的缺点。
附图说明
36.图1是本发明中用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置中扫描模块的立体结构示意图。
37.图2是本发明用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置中扫描模块插件层朝上水平摆放时的俯视示意图。
38.图3是本发明用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置中扫描模块容器层朝上水平摆放，且安装上测量尺后的俯视示意图。
39.图4是本发明用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置中扫描模块在竖直摆放下侧视图a与俯视图b的对比示意图。
40.图5是图3中的测量尺旋转90度放入到另一个测量凹槽内后的示意图。
41.图6是本专利申请中涉及的测量尺的立体结构示意图。
42.图7是本专利申请对应的扫描模块的另外一种实施例的结构透视示意图。
43.如图所示：1、插件层，2、容器层，4、调节旋钮，5、层厚及重建细丝插件，6、万向水平
仪，7、测量凹槽，8、测量尺，9、第一正方形指示标线，10、第二正方形指示标线，11、第三正方形指示标线，12、第四正方形指示标线，13、容器，14、液体注入口，501、内组细丝插件，502、外组细丝插件。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
45.结合附图1到附图7，一种用于放疗设备激光定位系统和ct重建系统的质控装置，它包括扫描模块和测量尺8两个组件；所述的扫描模块为双层式结构，第一层为插件层1，第二层为容器层2，扫描模块上设有用于调节模块的水平的调节旋钮4，调节旋钮4同时将插件层1和容器层2连接在一起；所述的插件层1上设有内外两组分别排列成长方形的层厚及重建细丝插件5；插件层1的外表面上还设有呈90度夹角的十字中心线标识和多个不同边长的正方形指示标线；所述的容器层2的外表面上也设有呈90度夹角十字中心线标识；容器层2上还设有两条呈90度夹角的用于安装测量尺8的测量凹槽7；容器层2内设有容器13，容器13上设有液体注入口14。
46.作为优选，所述的扫描模块为方形六面体结构，且六面体的转角为圆角。
47.作为优选，所述的调节旋钮4为三个双向调节旋钮，呈等腰三角形分布。
48.作为优选，所述的扫描模块由电子密度和物理密度与水相近的固体材料制成。
49.作为优选，所述的插件层1和容器层2中均内置有一个表征水平度的圆形气泡型万向水平仪6，用于显示扫描模块是否摆放水平。
50.作为优选，所述的测量尺8为横截面呈五边形的锥形直尺，尺体上表面为中间高两边低的锥状结构，上表面的两个锥面上设置有以中间为0值向两边递增的刻度。
51.作为优选，所述的正方形指示标线共有4个，从内到外4个正方形的边长分别为10cm、20cm、30cm、40cm。
52.作为优选，所述的层厚及重建细丝插件5组成的内外两组长方形中，内侧组长方形长宽分别16cm、12cm，由4根内组细丝插件501组成，内组细丝插件501内置成轴向45
°
；外侧组长方形长宽分别24cm、32cm，由4根内组细丝插件502组成，内组细丝插件502内置成轴向135
°
。需要特别说明的是，此处关于长方形的长宽定义采用的是依据是：以附图2中所示方位为参照，和水平面同方向的叫做长，反之叫做宽，也就是说是允许长比宽短的。
53.作为优选，所述的层厚及重建细丝插件5的直径为1mm的高密度细丝插件，所述高密度是指物理密度≥1.8g/cc。
54.作为优选，所述的容器13内装有浓度为30％的碘海醇溶液，溶液体积为容器容积的一半。
55.具体实施例一，
56.所述的放疗设备质控装置由扫描模块和锥形测量尺两部分组成，扫描模块由插件层和容器层两个组件连成一体，大致呈圆角方形六面体结构，如附图1所示。此装置的材质为与水的电子密度、物理密度相似的固体材料。扫描模块前端配置2个、后端配置1个成等腰三角形分布的双向调节旋钮，用于调节扫描模块的水平；插件层和容器层左下角位置均内置一个表征水平度的圆形气泡型万向水平仪，用于指示扫描模块的水平；两表面均有交角成90
°
的十字虚线标识，如图2所示。扫描模块插件层表面有十字线中心和边长分别为10cm、
20cm、30cm、40cm的正方形方框指示标识，即第一正方形指示标线9、第二正方形指示标线10、第三正方形指示标线11和第四正方形指示标线12；插件层内嵌两组排列成长方形的直径为1mm的高密度细丝插件，细丝材质为铅丝或其它高物理密度材料，物理密度≥1.8g/cc。外侧组长方形长宽分别24cm、32cm，高密度细丝内置成轴向135
°
；内侧组长方形长宽分别16cm、12cm，高密度细丝内置成轴向45
°
，如图2到图4所示。扫描模块容器层表面有交角成90
°
的两条浅凹槽，用于放置和固定锥形尺，凹槽尺寸与锥形尺一致；容器层内为一个四角为圆弧形的立方体容器，容器内装浓度为30％碘海醇溶液，溶液体积为容器容积的一半；装置水平摆放时，液平面与装置表面的水平标识线正好重合，容器左上方有液体注入口。测量尺横断面为五边锥形，直尺中间突起成棱，棱两侧呈略为倾斜的平面。两侧斜面均有刻度标识，0刻度点在直尺中部，刻度标识向两侧递增，最小刻度为0.5mm，最大刻度读数为20cm，总长40cm。
57.具体实施例二，
58.在实施例一的基础上，将扫描模块的形状更换为长方体，同时容器层内的容器更换为椭圆形立方体容器。其他没有改动的地方与实施例一相同。
59.上述两个实施例中，作为共同的改进项，锥形尺的形状优选采用两条竖边向内倾斜的五边形结构，即竖边与底边之间的夹角小于90度的结构，同时扫描模块容器层表面的凹槽也设计成与锥形尺截面对应的结构用于卡放锥形尺。该结构可以让锥形尺更好的卡入凹槽内而不会晃动和掉落。
60.需要进一步说明的是，容器13内除了装30％碘海醇溶液，还可以直接装蒸馏水，只是蒸馏水所获影像对比度略差于30％碘海醇溶液，其他没有影响。
61.通过实践验证，本专利申请所公开的方案，在实际使用时具有双向水平调节和指装置示装置，保证装置能够处于水平或竖直位置，提高检测项目结果的准确性。测量尺零点设置在中心位置，数值往两侧递增，检测不同方向的位移精确性均能直接读数，不用额外换算。测量尺长轴的横断面为五边锥形，可直接检测激光系统左右两侧一组激光线的重合性，并提供精确的数值(精度达0.5mm)。可以利用液体水平面的原理检测ct图像的水平重建精确性，不受装置是否水平摆位的位置影响。可以利用勾股三角形的原理检测ct图像三个方向几何重建精确性。可以利用等腰直角三角形两直角边相等的原理检测ct扫描层厚精确性。同时提供一种薄层ct扫描层厚精确性的检测技术，利用一个装置实现两种检测ct扫描层厚精确性的方法，两种检测方法相互独立、相互印证，确保检测结果的准确性。质控装置可用于多个放疗质控的内容。
62.以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。