五自由度o型臂放射治療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種放射治療裝置，尤其涉及一種五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)；包括O型臂運動機構、直線加速器裝置、輻射劑量檢測裝置及雙X光機影像定位機構，O型臂運動機構包括O型臂、加速器位移裝置、旋轉位移裝置、翻轉位移裝置、水平橫向位移裝置、以及水平縱向位移裝置；直線加速器裝置通過加速器位移裝置安裝在O型臂上，輻射劑量檢測裝置設置在O型臂上相對直線加速器裝置的另一側；雙X光機影像定位機構包括設置在O型臂上的X射線發(fā)射器、以及設置在O型臂上相對X射線發(fā)射器另一側的X射線接收器，X射線發(fā)射器和X射線接收器為兩組；本實用新型的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，可以實現(xiàn)五自由度控制放射治療過程、控制精度較高且穩(wěn)定程度較高。
【專利說明】五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種放射治療裝置，尤其涉及一種五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]腫瘤是危害人類健康的主要疾病之一。目前治療腫瘤的主要手段有三個:手術、放射和藥物治療，其中使用放射來破壞病變的組織是放射醫(yī)學中廣泛使用的方法，世界衛(wèi)生組織報告有45%的腫瘤可以治愈，其中放射治療可以治愈的腫瘤達到18%。為此使用了利用高能電磁輻射(X輻射、伽馬輻射)或粒子輻射(電子、質子、碳離子)的設備。在放射治療的過程中，要求對患者精確定位以保證使待照射的身體區(qū)域特別是待照射的腫瘤受到足夠高的輻射劑量，但同時盡可能少地損害患者的健康組織，這一般地通過X射線成像方法使用在千伏(kV)能量范圍內(nèi)的輻射來進行，特別地通過計算機斷層成像進行，隨后放射治療中使用的輻射則典型地位于兆伏(MV)的能量范圍。
[0003]中國專利申請?zhí)枮镃N200710005399.2的實用新型專利，公開了一種放射治療系統(tǒng)，包括翻轉驅動單元、O環(huán)、移動構臺、頭搖擺裝置以及照射裝置，其中，照射裝置在放射治療設備控制器的控制下照射治療放射線，該治療放射線能夠利用移動和旋轉從任一方向照射到等中心；翻轉驅動單元在基底支撐上支撐O環(huán)，使O環(huán)能繞著旋轉軸進行旋轉，放射治療設備還包括移動驅動單元，該移動驅動單元在放射治療設備控制器的控制下圍繞旋轉軸旋轉移動構臺；然而這種放射治療系統(tǒng)，其放射治療過程的可控自由度較多，但是O環(huán)的質量通常較大，用于支撐O環(huán)的翻轉驅動單元難以準確控制O環(huán)的旋轉，再加上移動構臺的旋轉將導致O環(huán)左右側的質量分布不均，控制精度難以得到有效的保證。
[0004]中國專利申請?zhí)枮镃N201310115139.6的實用新型專利，公開了一種機器人無創(chuàng)放射治療系統(tǒng)，六自由度G形臂實時影像系統(tǒng)由G形臂、G臂滑軌、G臂轉軸、G臂俯仰軸和G臂滑座依次連接，X射線源和X射線動態(tài)平板探測器為一組，兩組對應安裝在G形臂上，G臂滑座安裝在軌道中，軌道安裝在治療室天花板上的天軌或地面上，G形臂可做升降運動，G臂滑軌可引導兩組X射線源和X射線動態(tài)平板探測器做大于90度的運動，G形臂可繞G臂轉軸±90°轉動，可繞G臂俯仰軸前后擺動±15° ;然而這種放射治療系統(tǒng)中，G形臂實時影像系統(tǒng)質量通常較大卻安裝在天花板上，不僅對天花板的支撐能力提出較高要求、且安裝拆卸較為不便，同時，上部支撐的方式使得G形臂在旋轉過程中容易出現(xiàn)較大程度上的晃動，影響放射治療的精度。
[0005]有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型結構的放射治療系統(tǒng)，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
實用新型內(nèi)容
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種可以實現(xiàn)五自由度控制放射治療過程、控制精度較高且穩(wěn)定程度較高的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)。
[0007]本實用新型的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，包括O型臂運動機構、直線加速器裝置、輻射劑量檢測裝置及雙X光機影像定位機構，所述O型臂運動機構包括O型臂、加速器位移裝置、旋轉位移裝置、翻轉位移裝置、水平橫向位移裝置、以及水平縱向位移裝置；其中，
[0008]所述水平縱向位移裝置，包括設置在O型臂兩側的第一滑軌、第一滑座、以及驅動第一滑座在第一滑軌上相對滑動的第一動力單元，所述第一滑軌和第一滑座為兩組；
[0009]所述水平橫向位移裝置，包括設置在第一滑座上的第二滑軌、第二滑座、以及驅動第二滑座在第二滑軌上相對滑動的第二動力單元，所述第二滑軌和第二滑座為兩組，所述第二滑座與第一滑座的滑動方向相互垂直；
[0010]所述翻轉位移裝置，包括設置在第二滑座上并用于翻轉所述旋轉位移裝置的第三動力單元，所述旋轉位移裝置的翻轉平面與所述第二滑座的滑動方向相互垂直；
[0011]所述旋轉位移裝置，包括設置在第三動力單元輸出端的翻轉座、以及第四動力單元，所述O型臂設置在兩組所述翻轉座之間，所述第四動力單元用于驅動所述O型臂在所述翻轉座上的相對位移；
[0012]所述直線加速器裝置通過所述加速器位移裝置安裝在所述O型臂上，所述加速器位移裝置用于驅動所述直線加速器裝置朝向所述O型臂中心位置的相對位移，所述輻射劑量檢測裝置設置在O型臂上相對所述直線加速器裝置的另一側；所述雙X光機影像定位機構包括設置在O型臂上的X射線發(fā)射器、以及設置在O型臂上相對X射線發(fā)射器另一側的X射線接收器，所述X射線發(fā)射器和X射線接收器為兩組。
[0013]進一步的，所述O型臂的側面設置有多個環(huán)形的滑槽，所述翻轉座的前后兩端的兩側均固定有限位板，所述限位板的內(nèi)側設置有卡裝在滑槽內(nèi)并相對滑動的滑塊。
[0014]進一步的，所述第一動力單元包括第一伺服電機、第一絲桿以及第一絲桿套，所述第一絲桿設置在所述第一伺服電機的輸出端、并與所述第一滑軌相互平行，所述第一絲桿套固定在第一滑座的底部，所述第一絲桿套在第一絲桿上相對轉動。
[0015]進一步的，所述第二動力單元包括第二伺服電機、第二絲桿以及第二絲桿套，所述第二絲桿設置在所述第二伺服電機的輸出端、并與所述第二滑軌相互平行，所述第二絲桿套固定在第二滑座的底部，所述第二絲桿套在第二絲桿上相對轉動。
[0016]進一步的，所述第三動力單元包括固定在第二滑座上的第三伺服電機，所述翻轉座固定在所述第三伺服電機的輸出端。
[0017]進一步的，所述第四動力單元包括固定在翻轉座上的第四伺服電機、以及設置在第四伺服電機輸出端的主動齒輪，所述O型臂的外側面設置有同步帶，所述第四伺服電機通過主動齒輪與同步帶的相互配合、驅動所述O型臂在翻轉座上的相對位移。
[0018]進一步的，所述加速器位移裝置包括固定在O型臂上的座板、固定在座板上的第五伺服電機、垂直固定在座板底部的多個第三絲桿、以及固定在直線加速器裝置上的多個第三絲桿套，所述第三絲桿套在第三絲桿上相對轉動。
[0019]借由上述方案，本實用新型至少具有以下優(yōu)點:第一動力單元驅動O型臂沿水平縱向方向的位移，第二動力單元驅動O型臂沿水平橫向方向的位移，第三動力單元驅動O型臂實現(xiàn)翻轉運動，第四動力單元驅動O型臂實現(xiàn)沿中心位置的轉動，加速器位移裝置驅動直線加速器裝置沿朝向O型臂中心位置的相對移動，這樣，通過五自由度的調節(jié)，可以實現(xiàn)全方位多角度的放射治療過程，控制精度較高且穩(wěn)定程度較高?’雙X光機影像定位機構，通過X射線成像方法使用在千伏(kV)能量范圍內(nèi)的輻射來進行，直線加速器裝置和輻射劑量檢測裝置在放射治療中使用的輻射位于兆伏(MV)的能量范圍。
[0020]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)的主視圖；
[0022]圖2是本實用新型五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)的后視圖；
[0023]圖3是本實用新型五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)的側視圖；
[0024]圖4是圖1中A部的局部放大圖；
[0025]圖5是圖2中B部的局部放大圖；
[0026]圖6是圖3中C部的局部放大圖。

【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0028]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0029]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0030]在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0031]參見圖1至圖6，本實用新型一較佳實施例所述的自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，包括O型臂運動機構、直線加速器裝置101、輻射劑量檢測裝置102及雙X光機影像定位機構，O型臂運動機構包括O型臂201、加速器位移裝置、旋轉位移裝置、翻轉位移裝置、水平橫向位移裝置、以及水平縱向位移裝置。
[0032]水平縱向位移裝置，包括設置在O型臂兩側的第一滑軌211、第一滑座212、以及驅動第一滑座212在第一滑軌211上相對滑動的第一動力單元213，第一滑軌211和第一滑座212為兩組；第一動力單元的實現(xiàn)方式多種，例如，I)采用液壓油缸推動的方式，第一動力單元為液壓油缸，第一滑座設置在液壓油缸的輸出端，通過液壓油缸推動第一滑座的相對滑動；2)米用齒牙咬合的方式，第一動力單兀為電機，電機的輸出端設置有齒輪，第一滑座上設置有與齒輪相配合的齒牙，通過齒輪的轉動帶動第一滑座的相對滑動；3)采用絲桿的方式，第一動力單元包括第一伺服電機、第一絲桿214以及第一絲桿套(未示出)，第一絲桿214設置在第一伺服電機的輸出端、并與第一滑軌211相互平行,第一絲桿套固定在第一滑座212的底部，第一絲桿套在第一絲桿214上相對轉動。以上僅為第一動力單元的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出的是，凡是能夠實現(xiàn)驅動第一滑座在第一滑軌上相對滑動的第一動力單元，均應落入本實用新型的保護范圍。另外，由于O型臂其中一側的水平縱向位移裝置，設置第一動力單元即可實現(xiàn)上述功能，因而第一動力單元設置為一組或兩組。
[0033]水平橫向位移裝置，包括設置在第一滑座212上的第二滑軌221、第二滑座222、以及驅動第二滑座222在第二滑軌221上相對滑動的第二動力單元223，第二滑軌221和第二滑座222為兩組，第二滑座222與第二滑座212的滑動方向相互垂直；第二動力單元的實現(xiàn)方式多種，例如，I)采用液壓油缸推動的方式，第二動力單元為液壓油缸，第二滑座設置在液壓油缸的輸出端，通過液壓油缸推動第二滑座的相對滑動；2)采用齒牙咬合的方式，第二動力單元為電機，電機的輸出端設置有齒輪，第二滑座上設置有與齒輪相配合的齒牙，通過齒輪的轉動帶動第二滑座的相對滑動；3)采用絲桿的方式，第二動力單元包括第二伺服電機、第二絲桿224以及第二絲桿套(未示出)，第二絲桿224設置在第二伺服電機的輸出端、并與第二滑軌221相互平行，第二絲桿套固定在第二滑座222的底部，第二絲桿套在第二絲桿224上相對轉動。以上僅為第二動力單元的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出的是，凡是能夠實現(xiàn)驅動第一滑座在第一滑軌上相對滑動的第一動力單元，均應落入本實用新型的保護范圍。另外，由于O型臂其中一側的水平橫向位移裝置，設置第二動力單元即可實現(xiàn)上述功能，因而第二動力單元設置為一組或兩組。
[0034]翻轉位移裝置，包括設置在第二滑座222上并用于翻轉旋轉位移裝置的第三動力單元231，旋轉位移裝置的翻轉平面與第二滑座222的滑動方向相互垂直；翻轉位移裝置的實現(xiàn)方式多種，例如，在旋轉位移裝置上連接從動齒輪，并在第三動力單元的輸出端設置主動齒輪，通過齒輪嚙合的方式進行控制；較為簡單的，通過電機轉動的方式進行控制，即，第三動力單元包括固定在第二滑座上的第三伺服電機，翻轉座固定在第三伺服電機的輸出端。以上僅為翻轉位移裝置的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出的是，凡是能夠實現(xiàn)驅動翻轉旋轉位移裝置的翻轉位移裝置，均應落入本實用新型的保護范圍。另夕卜，由于O型臂其中一側的翻轉位移裝置，設置第三動力單元即可實現(xiàn)上述功能，因而第三動力單元設置為一組或兩組。
[0035]旋轉位移裝置，包括設置在第三動力單元231輸出端的翻轉座241、以及第四動力單元242，O型臂201設置在兩組翻轉座241之間，第四動力單元242用于驅動O型臂201在翻轉座241上的相對位移；旋轉位移裝置對于O型臂的旋轉驅動，實現(xiàn)方式具有多種，較為簡單穩(wěn)定的，第四動力單元包括固定在翻轉座241上的第四伺服電機、以及設置在第四伺服電機輸出端的主動齒輪243，0型臂201的外側面設置有同步帶244，第四伺服電機通過主動齒輪243與同步帶244的相互配合、驅動O型臂201在翻轉座241上的相對位移。以上僅為旋轉位移裝置的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出的是，凡是能夠實現(xiàn)驅動O型臂旋轉的旋轉位移裝置，均應落入本實用新型的保護范圍。為了有效穩(wěn)定O型臂201在翻轉座241上的滑動、以便準確控制，本實用新型的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，O型臂201的側面設置有多個環(huán)形的滑槽245，翻轉座241的前后兩端的兩側均固定有限位板246，限位板246的內(nèi)側設置有卡裝在滑槽內(nèi)并相對滑動的滑塊。另外，由于O型臂其中一側的旋轉位移裝置，設置第四動力單元即可實現(xiàn)上述功能，因而第四動力單元設置為一組或兩組。
[0036]直線加速器裝置101通過加速器位移裝置安裝在O型臂201上，加速器位移裝置用于驅動直線加速器裝置101朝向O型臂201中心位置的相對位移，輻射劑量檢測裝置102設置在O型臂201上相對直線加速器裝置101的另一側；雙X光機影像定位機構包括設置在O型臂201上的X射線發(fā)射器103、以及設置在O型臂201上相對X射線發(fā)射器103另一側的X射線接收器104，X射線發(fā)射器103和X射線接收器104為兩組。加速器位移裝置的實現(xiàn)方式具有多種，較為簡單穩(wěn)定的，加速器位移裝置包括固定在O型臂上的座板251、固定在座板上的第五伺服電機252、垂直固定在座板底部的多個第三絲桿253、以及固定在直線加速器裝置上的多個第三絲桿套254，第三絲桿套254在第三絲桿253上相對轉動。以上僅為加速器位移裝置的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出的是，凡是能夠實現(xiàn)驅動直線加速器裝置相對位移的加速器位移裝置，均應落入本實用新型的保護范圍。
[0037]本實用新型的工作流程為:1)數(shù)據(jù)采集和建立模型:調整O型臂以及放射治療床，通過O型臂雙X光機影像定位機構X線采集多模圖像；建立數(shù)學模型；以定位坐標系的定義和刻度，進行放射治療系統(tǒng)物理劑量參數(shù)的采集；2)放射治療前的預處理:將多模圖像和數(shù)學模型進行多模圖像的配準，再與坐標系結合建立模型和三維動態(tài)顯示，然后結合放射治療系統(tǒng)物理劑量參數(shù)設計制定放療方案，根據(jù)放療方案和三維動態(tài)顯示來動態(tài)模擬治療全過程；3)放射治療中的處理:調整O型臂，再與模型和三維動態(tài)顯示、實時劑量驗證的結果相結合得到治療中靶區(qū)三維圖像定位與配準，進行治療過程中的干預與修正，并將修正情況返回放療方案設計制定步驟；治療過程中的干預與修正與動態(tài)模擬治療全過程共同控制進行自動跟蹤定位照射。
[0038]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:包括O型臂運動機構、直線加速器裝置、輻射劑量檢測裝置及雙X光機影像定位機構，所述O型臂運動機構包括O型臂、加速器位移裝置、旋轉位移裝置、翻轉位移裝置、水平橫向位移裝置、以及水平縱向位移裝置；其中， 所述水平縱向位移裝置，包括設置在O型臂兩側的第一滑軌、第一滑座、以及驅動第一滑座在第一滑軌上相對滑動的第一動力單元，所述第一滑軌和第一滑座為兩組； 所述水平橫向位移裝置，包括設置在第一滑座上的第二滑軌、第二滑座、以及驅動第二滑座在第二滑軌上相對滑動的第二動力單元，所述第二滑軌和第二滑座為兩組，所述第二滑座與第一滑座的滑動方向相互垂直； 所述翻轉位移裝置，包括設置在第二滑座上并用于翻轉所述旋轉位移裝置的第三動力單元，所述旋轉位移裝置的翻轉平面與所述第二滑座的滑動方向相互垂直； 所述旋轉位移裝置，包括設置在第三動力單元輸出端的翻轉座、以及第四動力單元，所述O型臂設置在兩組所述翻轉座之間，所述第四動力單元用于驅動所述O型臂在所述翻轉座上的相對位移； 所述直線加速器裝置通過所述加速器位移裝置安裝在所述O型臂上，所述加速器位移裝置用于驅動所述直線加速器裝置朝向所述O型臂中心位置的相對位移，所述輻射劑量檢測裝置設置在O型臂上相對所述直線加速器裝置的另一側；所述雙X光機影像定位機構包括設置在O型臂上的X射線發(fā)射器、以及設置在O型臂上相對X射線發(fā)射器另一側的X射線接收器，所述X射線發(fā)射器和X射線接收器為兩組。
2.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述O型臂的側面設置有多個環(huán)形的滑槽，所述翻轉座的前后兩端的兩側均固定有限位板，所述限位板的內(nèi)側設置有卡裝在滑槽內(nèi)并相對滑動的滑塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述第一動力單元包括第一伺服電機、第一絲桿以及第一絲桿套，所述第一絲桿設置在所述第一伺服電機的輸出端、并與所述第一滑軌相互平行，所述第一絲桿套固定在第一滑座的底部，所述第一絲桿套在第一絲桿上相對轉動。
4.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述第二動力單元包括第二伺服電機、第二絲桿以及第二絲桿套，所述第二絲桿設置在所述第二伺服電機的輸出端、并與所述第二滑軌相互平行，所述第二絲桿套固定在第二滑座的底部，所述第二絲桿套在第二絲桿上相對轉動。
5.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述第三動力單元包括固定在第二滑座上的第三伺服電機，所述翻轉座固定在所述第三伺服電機的輸出端。
6.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述第四動力單元包括固定在翻轉座上的第四伺服電機、以及設置在第四伺服電機輸出端的主動齒輪，所述O型臂的外側面設置有同步帶，所述第四伺服電機通過主動齒輪與同步帶的相互配合、驅動所述O型臂在翻轉座上的相對位移。
7.根據(jù)權利要求1所述的五自由度O型臂放射治療系統(tǒng)，其特征在于:所述加速器位移裝置包括固定在O型臂上的座板、固定在座板上的第五伺服電機、垂直固定在座板底部的多個第三絲桿、以及固定在直線加速器裝置上的多個第三絲桿套，所述第三絲桿套在第三絲桿上相對轉動。
【文檔編號】A61N5/10GK204121623SQ201420605694
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】孫立寧, 張峰峰, 匡紹龍, 郁樹梅, 馮原 申請人:蘇州大學張家港工業(yè)技術研究院