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发表于 2009/7/9 17:34:05

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标签: 运动控制

运动控制在肿瘤靶向治疗中的应用

  精确照射癌组织,同时最小化对周围细胞的辐射伤害,多轴运动控制成为不二之选。

  对于治疗癌肿瘤,聚焦放射仍旧是一种有效的方法,当能够精确放射的时候,效果尤为显著。然而,精确放射又谈何容易,这是因为目标通常都被健康组织包覆,而且目标会生长、收缩或者不时地转移,还会受到患者身体结构的影响。
  为解决这项临床医学上的挑战,威斯康星州的TomoTherapy公司开发了HiArt治疗系统,此系统使用3D CT成像技术,确保患者每日的精确治疗。HiArt治疗系统的设计采用了与CT滑环扫描类似的技术,可以在患者周围以任何角度进行强调化疗,同时使副作用最小。
  TomoTherapy公司的研发工程师Graham Reitz说道:“大多数癌症中心和解决方案提供者现在意识到了图像辅助治疗的必要性。我们公司的共同创办人Rock Mackie和Paul Reckwerdt 17年前在威斯康星大学时,就携手在滑环机构上为HiArt治疗系统安装线性加速器,使采用螺旋扇束进行的强调化疗成为可能,并且集成了兆伏级CT成像。这一进步使临床医学可以更好地完成聚焦放射,治疗更复杂的病情。”
  来自田纳西州的Thomps

on 癌症康复中心的Chester Ramsey博士说道:“通过使用TomoTherapy公司先进的IMRT,我们可以给骨髓压迫患者额外增加20到30Gy的辐射量。”

  滑环定位
  本质上来讲,患者躺在治疗台上,然后和治疗台一起滑入回转机构,使用上万的窄细射线持续完成360度的螺旋进给IMRT治疗,每一条射线都以肿瘤为靶点,最大程度地作用于肿瘤剂量。控制治疗台x-y-z三轴运动的是Galil Motion Control公司的集成DMC-2153 5轴控制器。目前,此系统的精度在±1 mm,Tomo Therapy公司正在着手将下一代模型的精度提高到次毫米级。
  Reitz补充道:“对于HiArt系统,我们考虑了多种运动控制器,最终Galil公司的控制器满足了我们的要求,这得益于它的基于以太网的步进电机和伺服电机的控制能力、多任务能力、SSI反馈能力和强大的编程语言,它体积也很小,足以置入我们本来就很狭小的空间。”
  Galil公司的PID补偿特性用以控制z轴,完成治疗台的上下动作。集成电机和步进驱动器与DMC-2153协同工作,控制y轴,完成将控制台移入和移出回转机构的动作,以及x轴的左右横向运动。DMC-2153控制器兼容两种反馈——增量反馈和SSI绝对反馈——可以做双重检查并维持治疗台的位置,确保不会由于功率损失造成动作中断,以及进行x-y轴的精确同步。
  Reitz补充道:“在集成CT辅助治疗上,我们的系统和传统系统相比有2个关键的区别:用于螺旋进给治疗的滑环机构设计,和我们用于射线整形和调整的二进制多叶式瞄准仪。”他解释道:由于螺旋扇束IMRT的轴距是40cm,而治疗台的最大长度是160cm,所以单一的简单设置就可以治疗很大范围。事实上,在直径40cm高160cm的圆柱内的任何一点都可以治疗,如果减少放射线束,治疗直径还可以放大。
  通常,一次精确的最优治疗要使用成千上万的线束。每一条线束都由公司已经获得专利的多叶瞄准器(MLC)的一个开放叶发射出来,可以以任何角度瞄准任何回转度的治疗台。正如同CT成像中需要大量图像一样,高等角剂量分布也需要大量的线束角度。
  路易斯安那州Willis-Knighton 癌症中心理事,放射学专家Lane Tosen, MD解释这种方法的优点道:“此系统的Tomoimage能力让你能够比一步一发射系统更好地获得患者病患区域视图以及更高的精度,同时螺旋进给治疗比之前的回转IMRT系统具有更好的覆盖程度和靶点等角度。”
  为了满足Tomo Therapy公司的需求,Reitz说道:Galil公司定制了控制器,使其可以轻松兼容所有的SSI反馈设备。“我们为不同种类的任务使用大量的I/O,例如设备关断、离合器状态和紧急停止。它还将信号送回它的嵌入式计算机,以完成运动计算,同时我们系统中的Linux计算机也在计算,直接与Galil公司的控制器通讯,提供了冗余和更好的安全性。”
  今天,世界各地已安装了150台Tomo Therapy公司的HiArt治疗系统,用于治疗导致前列腺癌、肺转移、头皮恶性肿瘤、多发占位等多种疾患的肿瘤。

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