一种面向放疗机器人的人体胸腹体表-肿瘤呼吸运动模拟器

doi:10.16731/j.cnki.1671-3133.2018.01.005

现代制造工程 ›› 2018, Vol. 448 ›› Issue (1): 20-25.doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2018.01.005

一种面向放疗机器人的人体胸腹体表-肿瘤呼吸运动模拟器

豆梦,王传洋,郁树梅,孙荣川,孙立宁

苏州大学机电工程学院,苏州 215021

收稿日期:2016-10-08 出版日期:2018-01-20 发布日期:2018-07-24
作者简介:豆梦,硕士,控制理论与控制工程专业,主要研究方向为医疗机器人呼吸跟踪建模与仿真。王传洋,通信作者,博士,教授,硕士生导师,主要研究方向包括数控技术与高端装备制造,机械成形加工及优化技术,高分子材料成形理论与装备。郁树梅,博士,讲师,主要研究方向为基于概率优化的立体放疗机器人的肿瘤实时跟踪技术。孙荣川,博士,副教授,硕士生导师,主要研究方向为服务机器人。孙立宁,长江学者奖励计划特聘教授,博士生导师,主要研究方向包括纳米级微驱动及微操作机器人、高速高精度机构、工业机器人技术、并联机器人、医疗机器人、微小型机器人、仿人手臂及机器人机构与控制。E-mail:1490379078@qq.com;20144229026@stu.suda.edu.cn

A human chest-tumor respiratory motion simulator for radiosurgery robot

Dou Meng,Wang Chuanyang,Yu Shumei,Sun Rongchuan,Sun Lining

Mechanical and Electrical Engineering Institute of Soochow University,Suzhou 215021,Jiangsu,China

Received:2016-10-08 Online:2018-01-20 Published:2018-07-24

摘要/Abstract

摘要： 具有立体定向技术的放疗机器人在治疗胸腹腔肿瘤时,人体的呼吸运动给肿瘤精准定位造成的干扰无法忽视。为了补偿呼吸运动,提高放疗机器人的治疗精度,采取的主要方法是呼吸实时跟踪技术,即通过建立体内肿瘤和体表标记点之间的关联模型,由标记点的运动预测肿瘤位置,从而调节机械臂射束进行精确放疗。针对肿瘤呼吸运动跟踪建模问题,设计了一款三维肿瘤呼吸运动模拟器,该模拟器可以稳定地模拟肿瘤和标记点之间非线性和时滞的运动关系,为放疗机器人的肿瘤呼吸运动跟踪模型提供数据来源与验证平台。

关键词: 放疗机器人, 实时跟踪, 呼吸运动模拟器

Abstract: The tumor localization interference caused by human respiratory movement cannot be ignored during stereotactic radiotherapy robot treat lung tumor.In order to compensate for respiratory movement and improve the precision of radiotherapy,the main method is real-time tracking through establish the correlation model between internal tumor and external surrogates,and use the model predict the position of the tumor from the movements of the surrogates,thus regulates mechanical arm for precise radiotherapy.For respiratory motion tracking model with lung tumor,designed a three dimensional respiratory motion simulator,this simulator can be stable simulate the nonlinear and lagging relationship between the tumor motion part and the surrogate motion part,which provides data source and verification platform for tumor respiratory motion tracking model in stereotactic radiotherapy.

Key words: stereotactic radiosurgery robot, real-time tracking, respiratory motion simulator

中图分类号:

TH12

豆梦,王传洋,郁树梅,孙荣川,孙立宁. 一种面向放疗机器人的人体胸腹体表-肿瘤呼吸运动模拟器[J]. 现代制造工程, 2018, 448(1): 20-25.

Dou Meng,Wang Chuanyang,Yu Shumei,Sun Rongchuan,Sun Lining. A human chest-tumor respiratory motion simulator for radiosurgery robot[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2018, 448(1): 20-25.

参考文献

[1] 沈君姝,李兵,戴威,等.射波刀-放射外科新设备[J].现代肿瘤医学,2010,18(11):2289-2291.
[2] URSCHEL H C,KRESL J J,LUKETICH J D,et al.Treating Tumors that Move with Respiration[M].Berlin:Springer Berlin Heidelberg,2007,15-29.
[3] SARRUT D,BOLDEA V,AYADI M,et al.Nonrigid registration method to assess reproducibility of breath-holding with ABC in lung cancer[J].International Journal of Radiation Oncology Biology Physics,2005,61(2):594-607.
[4] BERBECO R I,NISHIOKA S,SHIRATO H,et al.Residual motion of lung tumours in gated radiotherapy with external respiratory surrogates[ J ].Physics in Medicine & Biology,2005,50(16):3655-3667.
[5] DIETERICH S,TANG J,RODGERS J,et al.Skin respiratory motion tracking for stereotactic radiosurgery using the CyberKnife[J].Cars Computer Assisted Radiology & Surgery International Congress & Exhibition,2003(1256):130-136.
[6] UE H,HANEISHI H,IWANAGA H,et al.Nonlinear motion correction of respiratory-gated lung SPECT images[J].IEEE Transactions on Medical Imaging,2006,25(4):486-495.
[7] ZHOU T,TANG J,DIETERICH S,et al.A robotic 3-D motion simulator for enhanced accuracy in CyberKnife stereotactic radiosurgery[J].International Congress Series,2004(1268):323-328.
[8] EKBERG L,HOLMBERG O,WITTGREN L,et al.What margins should be added to the clinical target volume in radiotherapy treatment planning for lung cancer [J].Radiotherapy & Oncology Journal of the European Society for Therapeutic Radiology & Oncology,1995,48(1):71-77.
[9] 吴开良,蒋国梁,王鹏,等.肺癌三维适形放射治疗靶体积确定的影响因素[J].中华放射肿瘤学杂志,2003,12(3):188-191.
[10] HOISAK J D P,SIXEL K E,TIRONA R,et al.Correlation of lung tumor motion with external surrogate indicators of respiration[J].International Journal of Radiation Oncology Biology Physics,2004,60(4):1298-1306.
[11] FLORIS Ernst.Compensating for Quasi-periodic Motion in Robotic Radiosurgeryv[M].New York:Springer,2012:31-63.

[1]	朱俊，阮华. 推杆装配自动压装机的设计与试验[J]. 现代制造工程, 2022, 498(3): 140-146.
[2]	赵天星，李朋昊，益田正，喜冠南. 双盘叶片轮水泥抹光装置结构设计[J]. 现代制造工程, 2020, 473(2): 144-150.
[3]	王维英，王立杰. 回转接头出厂试验台测控设计[J]. 现代制造工程, 2020, 472(1): 108-112.
[4]	孙磊厚，朱旭阳，逸铭，刘光新，王前进. 电缸综合性能测试系统设计[J]. 现代制造工程, 2020, 476(5): 145-149.
[5]	陈奕成，方辉，尤树林，张泽. 机械设计计算Web系统的设计与实现[J]. 现代制造工程, 2020, 482(11): 55-60.
[6]	闫存恒, 黄文美, 郭萍萍, 翁玲. 双棒型磁致伸缩换能器的结构设计和特性分析[J]. 现代制造工程, 2021, 484(1): 114-120.
[7]	康文利, 孙国良, 李倩, 李冬鹏, 曹晓政. 基于Hyperworks的斜撑对机柜抗震性能影响的研究[J]. 现代制造工程, 2019, 460(1): 144-150.
[8]	戚开诚, 杨飞飞, 张建军, 杨高炜. 基于非对称输入的支链嵌套并联机械手残余振动抑制研究[J]. 现代制造工程, 2018, 457(10): 1-7.
[9]	刘焕金, 王杰, 黄纪刚, 刘威. 内燃螺栓扳手扭矩数字化显示设计[J]. 现代制造工程, 2018, 457(10): 107-112.
[10]	何世松, 贾颖莲. 基于Creo 3.0的工程机械随车热电制冷装置钣金件的设计与研究[J]. 现代制造工程, 2018, 456(9): 113-115.
[11]	魏伟杰, 张华, 江志刚, 张旭刚. 零件分类条件下废旧产品拆卸序列多目标优化[J]. 现代制造工程, 2018, 456(9): 127-133.
[12]	任工昌,山旭. TRIZ与情景分解法在破坏性创新中的应用[J]. 现代制造工程, 2018, 455(8): 16-19.
[13]	陈东,陈清爽,邓磊,贾慧芳. 中文标题某SUV变速箱悬置支架优化设计分析[J]. 现代制造工程, 2018, 455(8): 58-62.
[14]	丁承君, 张鹏, 周婧, 赵泽羽, 朱雪宏. 义齿3D打印机挤出系统关键部件研究与验证分析[J]. 现代制造工程, 2018, 454(7): 31-38.
[15]	罗静, 陈一凡, 张根保, 李宇龙, 王治超. 高速电主轴可靠性优化与分析[J]. 现代制造工程, 2018, 454(7): 93-98.

一种面向放疗机器人的人体胸腹体表-肿瘤呼吸运动模拟器

A human chest-tumor respiratory motion simulator for radiosurgery robot

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics