放疗用呼吸控制系统的研制

论文摘要

放射治疗是治疗恶性肿瘤的主要手段之一,其治疗技术在近几年得到了较快的发展。而精确放疗以最大限度的杀死肿瘤细胞,最大限度的保护正常组织的优势,成为放射治疗发展的重要方向。精确放疗也面临一些难题,在放疗时人体的不少器官如肺、肝、乳腺等,会随人体的呼吸运动而发生位置的变动。这种位置的变动,给精确放疗带来了较大的肿瘤靶区的偏差,甚至使部分肿瘤脱离了靶区。如果医生扩大肿瘤靶区的外放边界,又会使更多的良性组织受到射线照射。为了解决精确放疗的这一难题,放疗用呼吸控制技术应运而生。常用的呼吸控制技术有被动加压技术、深呼吸后屏气技术、植入式实时跟踪放射技术、主动呼吸控制技术和呼吸门控技术等。主动呼吸控制技术和呼吸门控技术都已经有相应的产品,产品均由欧美国家医疗设备公司研制。主动呼吸控制技术是近几年研究的热点,临床应用比较多,经研究表明能够比较有效的减少人体呼吸运动对精确放疗的不利影响。国内开展精确放疗的肿瘤医院和综合医院的放疗科都有引进该设备的需求。但是欧美国家公司提供的医疗设备相当昂贵,给医院和患者带来了比较大的经济负担。本课题的主要任务是研制一套放疗用呼吸控制系统。系统选用肺功能仪的流速型传感器和控制箱来监测患者呼吸运动,其中控制箱转换流速型传感器的压差信号为数字信号并通过串口传送至计算机。控制呼吸气路打开或者关闭的方法是用气囊自动控制器对设置在呼吸气路中的气囊放气或者充气。系统的软件是通过改造肺功能仪的软件来实现的。本系统分别进行了模拟实验和临床实验。实验人员模拟使用了该系统,检验了系统各种功能的实现情况。临床实验选取10名周围型非小细胞肺癌患者实际使用了本系统。首先,本课题对10名患者肺部肿瘤随呼吸运动在人体左右(X)、前后(Y)、头脚(Z)三个方向上的移动度做了统计分析。然后,课题在患者自由呼吸和使用本系统吸气后屏气的两种情况下分别采集CT图像并制定放疗计划,对两种计划的可见肿瘤靶区(gross tumor volume, GTV)和计划肿瘤靶区(planning target volume, PTV)分别进行了统计分析。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 精确放疗的发展
• 1.2 精确放疗的难点和呼吸控制技术的简介
• 1.3 课题的意义和可行性
• 1.4 课题的主要工作
• 第二章 放疗用呼吸控制技术的研究现状
• 2.1 被动加压技术
• 2.2 深呼吸后屏气技术
• 2.3 植入式实时跟踪放射技术
• 2.4 呼吸门控技术
• 2.5 主动呼吸控制技术
• 2.6 常用呼吸控制技术的比较
• 第三章 系统的研制
• 3.1 呼吸传感器的选用
• 3.1.1 压差式流量传感器的特点
• 3.1.2 Pneumotach型流速传感器的选取
• 3.1.3 与传感器配套的控制箱
• 3.2 气囊、气囊自动控制器和控制手柄的应用
• 3.2.1 气囊及其自动控制器的应用
• 3.2.2 控制箱和自动控制器的连接以及控制手柄的应用
• 3.3 通讯设备的应用
• 3.3.1 系统在通讯上的要求
• 3.3.2 PC主机延长器作为通信系统的应用
• 3.4 系统实物与硬件连接
• 3.5 软件的实现
• 第四章 系统的实验情况
• 4.1 系统的模拟实验
• 4.2 系统的临床实验
• 第五章 总结与展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表