一种浅层X射线放疗剂量的调制装置及其制作方法与流程

本发明涉及浅层x射线放射治疗，尤其涉及一种浅层x射线放疗剂量的调制装置及其制作方法。

背景技术：

1、浅层x射线放射治疗技术是一种用于治疗皮肤癌和其他浅表皮肤条件的非侵入性方法。它涉及使用低能量x射线，仅穿透靶区及浅层皮肤，尽可能地减少对深层组织的影响。该技术要求对治疗区域进行精确定位以确保治疗效果，同时保护周围健康的皮肤。

2、而在浅层x射线放射治疗领域中，存在以下几点问题，即：

3、1、浅层x射线治疗的均匀性和精确性难以得到保障；

4、目前治疗手段难以保证在单次照射下，靶区的不同深度区域获得各自所需的准确剂量。实际治疗时靶区相同深度平面上各处接受的剂量率都是相同的，会导致部分深部靶区剂量不足或浅层靶区深处正常组织受到过量照射。

5、2、浅层x射线治疗无法实现调强放疗；

6、浅层x射线治疗时，通常采用一个放射源在选定角度对靶区进行单次照射，难以像外照射放射治疗类似的多角度聚焦方法达到调强放射治疗的目的。对于皮肤癌或其他皮肤病变，病灶通常在皮肤表面及皮下一定深度的区域，且形状不规则，治疗区域的边界深浅不一，常规施源器难以在深浅不一的靶区边界达成相对均匀的剂量分布，势必会造成深度较浅的靶区深处正常组织接受剂量过高，或深度较深的靶区接受治疗剂量过少。

7、3、个性化治疗设备的缺乏；

8、在目前浅层x射线治疗领域，所用施源器是不同直径的普适性的施源器，暂无个性化施源器的配备；在近距离治疗中已有相应个性化施源器的制作流程，但仅能实现后装治疗的个性化实施，无法应用于浅层放射治疗。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种浅层x射线放疗剂量的调制装置及其制作方法，解决目前浅层x射线放射治疗不能实现个性化剂量调制放疗的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种浅层x射线放疗剂量的调制装置，包括形状为两端开口的柱状或锥筒状的施源器，且施源器的出束口处设置有与其一体成型的装配部，在装配部上可拆卸装配有剂量调制片或屏蔽片，剂量调制片的厚度与靶区内的剂量分布相对应，并按照剂量分布设计为厚度可连续变化的剂量调制片，用于对靶区内不同的子区域施加不同的治疗剂量。

3、进一步地，所述屏蔽片上通过3d打印预留有用于x射线直接作用于靶区并减少对周围正常组织辐射的照射区域。

4、进一步地，所述可拆卸装配包括但不限于螺纹连接、一体式卡扣连接或其他可活动拆卸并装配的连接方式。

5、进一步地，所述施源器由金属和透明环形材料两部分组成，其中金属一端用于连接浅层x射线治疗设备的x射线出束口，透明环形材料一端用于与病人靶区部位直接接触，用于将治疗用x射线限制在一定区域，保护施源器外正常组织不受x射线直接照射。

6、进一步地，所述剂量调制片的材料采用有机聚合物屏蔽材料或金属复合材料中的任一种，所述屏蔽片的材质为铅。

7、进一步地，所述剂量调制片和屏蔽片均采用3d打印技术根据治疗计划计算得到参数直接打印制作。

8、该技术方案还提供了一种用于实现上述调制装置的制作方法，该方法包括以下步骤：

9、s1、对患者的病变部位进行三维成像，以获取包含治疗区域详细信息的三维医学影像；

10、s2、采用自动勾画软件对三维医学影像进行靶区勾画得到靶区轮廓以及危及器官轮廓，并标识出病变区域的边界，包括所有可见的肿瘤或病变组织；

11、s3、根据勾画得到的靶区轮廓选取能包括靶区且最接近靶区形状的施源器；

12、s4、在影像软件中对靶区轮廓以及危及器官轮廓施行空间采样得到施源器端口处平面的坐标；

13、s5、治疗参数确定，根据医师要求的处方剂量设置靶区轮廓最底部的区域上的预期剂量率，预期剂量率为处方剂量的70％～90％；

14、s6、根据治疗参数计算与施源器端口处平面(x,y)相对应剂量调制片的初始厚度d0(x,y)；

15、s7、采用简化的解析算法或基于gpu加速的快速蒙特卡罗模拟方法来快速计算不同厚度的剂量调制片所产生的剂量分布，并根据剂量分布不断优化初始厚度d0(x,y)，得到最终的剂量调制片的厚度分布d(x,y)；

16、s8、将优化好的剂量调制片厚度及位置坐标输出至3d打印软件中，使用合适的材料打印出剂量调制片。

17、进一步地，在步骤s4中，具体过程包括以下步骤：

18、s41、选取皮肤表面一点确定为施源器放置后的中心点，以该点为三维坐标原点建立坐标系，并获取靶区轮廓及危及器官轮廓的坐标信息；

19、s42、在施源器覆盖在靶区后，以施源器的圆心为原点建立平面直角坐标系，该平面与施源器的端口面重合，得到施源器端口处平面的坐标(x,y)。

20、进一步地，在步骤s6中，初始厚度d0(x,y)的计算公式为：

21、

22、

23、上式中，d0为未被衰减的x射线在人体组织中引起的吸收剂量；μi、zi分别为人体组织内各个组织相较于实际能谱平均能量eave的x射线的衰减系数和总厚度；μmod为剂量调制片材料相较于实际能谱平均能量eave的x射线的衰减系数；dmod为通过剂量调制片后的x射线在人体组织中引起的吸收剂量；为剂量调制片材料总的衰减本领；dbot为靶区轮廓最底部组织的实际吸收剂量。

24、借由上述技术方案，本发明提供了一种浅层x射线放疗剂量的调制装置及其制作方法，至少具备以下有益效果：

25、1、本发明能根据靶区不同位置的深度提供不同的剂量分布，确保每一部分都得到了合适的剂量，精确的剂量分配有利于提高靶区的治疗效果，加速患者的康复进程，提高了治疗的个性化程度和精确性。

26、2、本发明通过对剂量调制片的厚度进行精准控制，能够在不增加靠近体表组织剂量的前提下，保证深层组织获得充足治疗剂量，从而减少潜在的毒副作用。

27、3、本发明通过合理的剂量调制，不仅可以保障深层组织获得有效剂量，还能最大限度地保护正常组织，提高治疗的安全性。

28、4、本发明采用的3d打印技术使得剂量调制装置可以快速适应不同患者的靶区形状和剂量需求，提高了治疗的适应性和兼容性。

技术特征：

1.一种浅层x射线放疗剂量的调制装置，包括形状为两端开口的柱状或锥筒状的施源器(1)，且施源器(1)的出束口处设置有与其一体成型的装配部(2)，其特征在于，在装配部(2)上可拆卸装配有剂量调制片(3)或屏蔽片(4)或两者相结合，剂量调制片(3)的厚度与靶区内的剂量分布相对应，并按照剂量分布设计为厚度可连续变化的剂量调制片(3)，用于对靶区内不同的子区域施加不同的治疗剂量。

2.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述屏蔽片(4)上通过3d打印预留有用于x射线直接作用于靶区并减少对周围正常组织辐射的照射区域(5)。

3.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述可拆卸装配包括但不限于螺纹连接、一体式卡扣连接或其他可活动拆卸并装配的连接方式。

4.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述施源器(1)由金属和透明环形材料两部分组成，其中金属一端用于连接浅层x射线治疗设备的x射线出束口，透明环形材料一端用于与病人靶区部位直接接触，用于将治疗用x射线限制在一定区域，保护施源器外正常组织不受x射线直接照射。

5.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述剂量调制片(3)的材料采用有机聚合物屏蔽材料或金属复合材料中的任一种，所述屏蔽片(4)的材质为铅。

6.根据权利要求1所述的调制装置，其特征在于，所述剂量调制片(3)和屏蔽片(4)均采用3d打印技术根据治疗计划计算得到参数直接打印制作。

7.一种用于实现上述权利要求1-6任一项所述的调制装置的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步骤s4中，具体过程包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步骤s6中，初始厚度d0(x,y)的计算公式为：

技术总结本发明涉及浅层X射线放射治疗技术领域，解决目前浅层X射线放射治疗不能实现个性化剂量调制放疗的技术问题，尤其涉及一种浅层X射线放疗剂量的调制装置及其制作方法，调制装置为在施源器上可拆卸装配的剂量调制片或屏蔽片，并按照剂量分布设计为厚度可连续变化的剂量调制片，用于对靶区内不同的子区域施加不同的治疗剂量，制作方法包括：三维医学影像采集、施源器尺寸选取、空间采样、治疗参数确定、剂量调制片的初始厚度计算、初始厚度的优化以及实行3D打印制作出剂量调制片。本发明通过合理的剂量调制，不仅可以保障深层组织获得有效剂量，还能最大限度地保护正常组织，提高治疗的安全性。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：合肥慧软医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5