[实用新型]一种医用三维模拟运动平台

说明书

本实用新型涉及肿瘤放疗医疗设备领域，尤其涉及一种医用三维模拟运动平台。

目前，恶性肿瘤已经对人类健康造成了严重的威胁。放射治疗技术作为恶性肿瘤的三大治疗手段之一，对恶性肿瘤的治愈贡献度约为40%。然而，传统放射治疗的疗效较差，其主要原因是肿瘤病灶的周围常常会存在一些对放射线较为敏感的危及器官，从而限制了肿瘤区域放疗剂量的进一步提高。现代肿瘤精确放疗技术，例如三维适形放疗（3‑dimensional conformal radiation therapy,3DCRT）和调强放疗（intensity‑modulated radiation therapy,IMRT）可通过精确的肿瘤靶区勾画、准确地制定放疗计划，并进行精准地实施放疗，在一定程度上提高了放射治疗的疗效。

然而，放疗过程中肿瘤区域的未知运动，如呼吸运动、心脏搏动、胃肠蠕动等不确定因素，是影响放射治疗精确实施的重要因素。因此，开发一种能够模拟肿瘤或人体内脏器官生理运动的运动模拟系统或模型，并以此来定量研究肿瘤病灶、正常器官和组织的位置变化对放射治疗产生的影响，有重要的科学意义和临床应用价值。

肿瘤精确放疗中有两个关键点：肿瘤靶区的精确定义（尤其是胸腹部肿瘤），肿瘤以及危及器官的受照剂量的准确计算、评估和累积。呼吸运动是严重影响胸腹部肿瘤精确放疗精度的因素，不仅影响靶区位置的准确确定，同时对靶区所在区域的解剖结构组成有很大的影响（影响相应区域电子密度组成，进而影响放射治疗剂量的计算）。一些学者就如何解决胸腹部肿瘤精确放疗中的上述两方面问题做了大量的研究。但是因目前无法实现活体研究，大部分的研究只能借助于运动模体进行，现在商业化模体均为二维模体，只能模拟两个方向上的运动，真正可实现实时三维方向上同步有差异运动的三维运动模体尚未见报道。

目前肿瘤精确放疗的定位手段主要以CT模拟定位为主，如何从模拟定位阶段着手解决胸腹部肿瘤靶区的精确定位具有非常重要的意义。目前已有很多种CT定位技术应用于临床，如慢速3D‑CT扫描、自由呼吸下的3D‑CT，主动呼吸控制辅助的屏气状态下3D‑CT扫描、4D‑CT等。但是这些技术在临床应用过程中有各自的适用条件和不足之处，同时目前国内外最常用的仍然是自由呼吸状态下的3D‑CT扫描，如何检验不同定位手段的适用条件和不足之处，如何应用更先进的定位手段去验证和改进常规定位是目前肿瘤放射治疗学的研究热点之一。

当前对各种CT定位手段不足之处大多通过临床实践发现和评估，尚缺乏一个客观真实的参照物进行验证和改进。目前对肿瘤模拟的手段较多，不同的学者寻找了不同的物体进行肿瘤大小和形态的模拟：比如马铃薯等，但是目前采用的肿瘤模拟物大多以刚性物体为主，研究运动对其形状的影响仍存在很多弊端。现在已有学者对肿瘤二维运动进行了模拟，制作了呼吸运动的二维模拟运动平台（申请号：200610057165.8）。但是二维运动平台只能局限于二维方向上的模拟，无法真实反映肿瘤的三维运动情况，及呼吸运动造成的影响。有学者应用4D‑CT进行胸腹部肿瘤模拟定位的研究表明肿瘤运动并非直来直去的二维运动而是一种复杂三维运动，且在三维方向上运动的幅度并不一致，其对肿瘤精确放疗的影响也是非常复杂的。因此研究如何在三维方向上动态真实再现肿瘤及危及器官的运动及其带来的效应具有非常重要的意义。

在器官运动模拟系统的开发方面，中国专利（专利名称：一种体模运动平台及进行运动模拟的方法，申请号：200610057165.8），公开了一种体模运动平台。该平台由运动装置、步进电机驱动器和控制装置构成，其运动模拟的方法为：预先设置运动轨迹、振幅和转速等参数，控制装置计算所需的频率，发送到驱动器，控制步进电机带动精密数控工作台进行运动，可以分别设定不同频率、不同幅度来做直线、菱形和椭圆运动，能够比较系统地模拟器官的二维运动。然而，一方面，由于人体内的肿瘤以及危及器官通常在三维方向上进行运动，简单的二维运动虽然可以模拟特定情况下肿瘤或其它脏器的简单运动，但与大多数情况下脏器三维运动的事实不符；另一方面，随着肿瘤精确放射治疗技术的不断进步和完善，肿瘤放射治疗技术已经步入四维放疗时代，因此，简单的二维运动模拟已经不能满足临床需求，迫切需要研究和开发具有模拟肿瘤以及相关危及器官三维运动能力的运动模拟系统。