TomoTherapy股份有限公司案例——
Galil和TomoTherapy精準(zhǔn)靶向癌性腫瘤
聚焦輻射是治療癌癥腫瘤的有效手段，尤其是在目標(biāo)明確的情況下。獲得一個清晰的影像并非易事，尤其是目標(biāo)通常被健康組織包圍時，會隨著時間的推移而增長、縮小或移動，并且還會受患者解剖結(jié)構(gòu)變化的影響。
為了應(yīng)對臨床醫(yī)生所面臨的這一挑戰(zhàn)，位于威斯康星州麥迪遜市的TomoTherapy股份有限公司開發(fā)了Hi·Art®治療系統(tǒng)，這是一種有效利用3D CT成像的放射治療設(shè)備，可確保每天為患者提供準(zhǔn)確的治療。
研究工程師Graham Reitz表示：“大多數(shù)癌癥中心和解決方案提供者現(xiàn)在都了解了影像引導(dǎo)的必要性。我們的聯(lián)合創(chuàng)始人Rock Mackie和Paul Reckwerdt首先認(rèn)識到這一需求。17年前他們在威斯康星大學(xué)相聚，并決定將 Hi·Art®治療系統(tǒng)的直線加速器安裝到環(huán)形龍門架上。這樣能夠支持IMRT的螺旋扇形束傳輸，并集成兆伏級CT成像。這一進(jìn)步使臨床醫(yī)生能夠更好地聚焦輻射束，來治療最復(fù)雜的病例。”
實(shí)質(zhì)上，病人躺在臺子或沙發(fā)上，滑入旋轉(zhuǎn)臺架，接受360°連續(xù)輸送螺旋IMRT。該IMRT使用數(shù)以萬計(jì)的窄束，這些窄束全部都針對腫瘤并進(jìn)行了單獨(dú)優(yōu)化，來達(dá)到總的腫瘤劑量。Galil運(yùn)動控制器的DMC-2153五軸集成控制器用于控制沙發(fā)的x-y-z向運(yùn)動。該控制器可以將臺子的位置控制在+/-1 mm的精度范圍內(nèi)，而且TomoTherapy未來的型號正在朝著亞毫米精度發(fā)展。
“我們?yōu)?/span>Hi·Art®系統(tǒng)考慮過好幾種運(yùn)動控制器，而Galil的控制器滿足了我們對基于以太網(wǎng)的步進(jìn)和伺服電機(jī)的控制、多任務(wù)處理能力、SSI反饋能力和強(qiáng)大編程語言的需求。”Reitz補(bǔ)充道，“控制器還必須具備足夠小的尺寸，才能適應(yīng)我們所提供的非常狹小的空間。”
Galil的PID補(bǔ)償功能可以控制Z軸來進(jìn)行沙發(fā)的“上/下”運(yùn)動。一個集成電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動器與DMC-2153協(xié)同工作，控制將沙發(fā)移入和移出孔洞的Y軸，以及進(jìn)行左右橫向移動的X軸。DMC-2153控制器還接受兩種形式的反饋，即增量式反饋和SSI絕對式反饋，可以進(jìn)行“雙重檢查”且不因斷電導(dǎo)致的任何中斷而影響沙發(fā)位置，還可以確保x-y軸的精確同步。
Galil可以將沙發(fā)X-Y-Z 向的運(yùn)動精度控制在+/-1 mm以內(nèi)
Reitz補(bǔ)充道：“除了集成CT引導(dǎo)外，我們的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比具有兩個關(guān)鍵區(qū)別，分別是采用了環(huán)形龍門設(shè)計(jì)進(jìn)行螺旋輸送，以及用于光束成形和調(diào)制的二元多葉準(zhǔn)直器。”他解釋說，由于IMRT螺旋扇形束投影到軸線的寬度為40 cm，而沙發(fā)最大長度為160 cm，因此一個簡單的獨(dú)立設(shè)置就可以控制非常大的體積。事實(shí)上，這可以到達(dá)直徑40 cm、長160 cm的圓柱形體積內(nèi)的任何地方。甚至更大直徑的體積也可以用更少的光束來處理。
通常，精確優(yōu)化的Hi·Art®系統(tǒng)治療部分包含了數(shù)以萬計(jì)的小光束。單個光束對應(yīng)通過Hi·Art®治療系統(tǒng)的專利多葉準(zhǔn)直器（MLC）的開放葉片發(fā)射的輻射，并且在任意給定的旋轉(zhuǎn)過程中，機(jī)架可以位于任何給定角度。需要大量的射線束角度來實(shí)現(xiàn)高度共形的劑量分布，這一點(diǎn)與CT成像所需要的大量影像投影角度非常相似。
為了滿足TomoTherapy的需求，Reitz表示Galil的定制控制器，可以輕松接收所有SSI設(shè)備的反饋。“我們使用了大量I/O，用于各種任務(wù)，例如，機(jī)器停機(jī)、離合器狀態(tài)和緊急停止。它還可以向其內(nèi)部嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)送信號來進(jìn)行運(yùn)動計(jì)算，與此同時，我們系統(tǒng)的Linux計(jì)算機(jī)也在進(jìn)行計(jì)算，并直接與Galil控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)和對話，以此提供冗余并提高安全性。”
TomoTherapy股份有限公司
威斯康星州麥迪遜
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