CN101757738B - 用于医用放疗设备的多叶光栅 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于医用放疗设备的多叶光栅。该多叶光栅包括多个叶片和用于驱动每个叶片的相应传动机构，每个所述传动机构包括一个电机。而且每个传动机构还包括：斜齿轮，其被直接或间接连接到所述电机的输出轴并且在所述电机的驱动下转动；和直齿轮，其被设置在所述斜齿轮和相应叶片之间，且与所述斜齿轮以及相应叶片的外缘上的轮齿保持啮合。本发明的技术方案采用的传动机构不但简单紧凑，而且具有较高的传动效率和传动精度。

Description

用于医用放疗设备的多叶光栅

技术领域

本发明涉及医用放疗设备，具体地是涉及用于医用放疗设备的多叶光栅。

背景技术

放射治疗是恶性肿瘤治疗的一种重要方法。目前，日益广泛应用的多叶光栅能够使各种医用放射治疗设备实现高效的适形放疗。这种适形放疗可大大提高治疗增益比，允许医生开出更高的单次处方剂量，因而能够更好地控制肿瘤的发展，而且也可以允许单次给出肿瘤致死剂量，起到外科手术的效果。

适形放射治疗就是应用多叶光栅将直线加速器产生的X射线进行射束成形，产生与肿瘤轮廓投影形状一致的射束形状，对体部的肿瘤进行分次、大剂量、多角度的非共面适形照射。其适应症广泛，可治疗肺癌、原发性及转移性肝癌、胰腺癌、肾及肾上腺肿瘤、子宫及输卵管等妇科癌症，特别适合各种实质性脏器肿瘤常规放疗后的计量升级。适形放疗系统一般由体部靶点定位、框重复性保证系统、治疗计划系统以及多叶光栅组成。

在传统的适形放疗系统中，所采用的多叶光栅一般都是手动形式的，其一般是在每个叶片的尾部设置一个供人推拉的把手，用于移动叶片。由于手动调整多叶光栅的照射野形状费时费力且必须暂停治疗过程，因而手动多叶光栅近年来正逐渐被自动多叶光栅所取代。

目前，现有技术的自动多叶光栅多为单聚焦(或称单准直)形式。在单聚焦多叶光栅中，每个叶片的纵向截面总体上被制成近窄远宽的梯形，并且保证梯形截面的两个斜边与经过该处的射线方向平行。本领域技术人员可以意识到，此处所用的方位术语“近”和“远”都是相对于射线源而言的，即：靠近射线源的方向为“近”，远离射线源的方向为“远”。即使是在对单聚焦多叶光栅的叶片形状进行其它优化设计后，也不可能保证叶片的端面始终与经过其处的射线平行。因此，单聚焦多叶光栅在使用过程中会造成较明显的射野半影，严重影响放射治疗的精度。

双聚焦(或称双准直)多叶光栅可以保证每个叶片的端面和两个侧壁在叶片移动到各种位置时始终与经过叶片表面的射线平行。双聚焦叶片的侧壁外形在总体上被制成一个扇形区段且叶片的径向截面(即端面形状)总体上要被制成一个内窄外宽的梯形。显然，在调整这种扇形叶片的位置时，必须使其进行以射线源为中心的圆周运动才能实现双聚焦效果。

由于多叶光栅的叶片数量众多，且需要在有限的空间内为每个叶片提供单独的传动机构，因此，目前本领域技术人员都在不断致力于有效解决多叶光栅传动机构较为复杂的问题。

2005年1月26日公开的中国发明专利CN2674197Y中公开了一种在多叶光栅中采用丝杠螺母机构进行传动的方案。这种方案将单聚焦光栅叶片传动机构中的传动螺母与叶片的固定连接以及电机与电机座的固定连接改为枢轴连接，同时还为每个叶片的内圆周边缘和外圆周边缘分别设置了具有轮齿的凸型导轨，以分别与固定于多叶光栅壳体的上下两个导向槽中的两个导向齿轮配合，从而最终实现叶片的圆弧运动。这种使用丝杠螺母机构进行传动的方案实际上也比较复杂，其需要为每个叶片设置一个电机、一根丝杠、一个传动螺母、两条凸型导轨、两个导向槽以及4个导向齿轮等。将上述这些部件合理地布置在较为有限的空间内是非常困难的。而且还可以看出，在该方案中，若要保证叶片具有较大行程，那么其丝杠必须较长，这就决定了该方案基本上不可能被应用在空间极为有限的内置式多叶光栅中，而且也使得采用该方案的外置式多叶光栅较为笨重。

2006年2月1日公开的中国发明专利CN2755352Y中公开了另一种在多叶光栅叶片传动方案。这种方案利用蜗轮蜗杆机构将电机的旋转运动转变成另一垂直轴向的旋转运动后，再利用一个与涡轮同轴的齿轮来驱动叶片作圆弧运动，而且叶片间利用它们的侧壁作为侧滑动面，相互间进行相对滑动运动。这种使用蜗轮蜗杆机构进行传动的方案也有些复杂，需要为每个叶片设置一个电机、一根蜗杆、一个涡轮、一个与涡轮同轴的直齿轮以及叶片外缘的轮齿等。也就是说，这种方案的传动结构，从电机输出轴到叶片之间至少要用两组构件(即蜗杆与涡轮，直齿轮与叶片外缘的轮齿)进行传动，而且叶片是利用滑动导轨相互支承或者通过叶片外缘的轮齿直接支承在进行传动的直齿轮上，使得传动过程中各构件的摩擦较大，不但传动效率受损，而且容易导致叶片间以及各传动构件的磨损，使整个多叶光栅的使用寿命缩短，且对适形精度会造成不利影响。

总之，在现有技术的各种双聚焦多叶光栅中，其传动机构较为复杂、传动效率较低、叶片间以及各传动构件间可能存在较严重磨损等问题兹待解决。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种多叶光栅，其通过简单紧凑的传动机构来实现光栅叶片的转动。

本发明的一个进一步的目的是要使所述传动机构具有较高的传动效率。

本发明的另一个进一步的目的是要在最大程度上减少叶片间以及传动机构各组成部件或部分间的磨损，提高多叶光栅的使用寿命。

具体地，本发明提供了一种多叶光栅，其包括多个叶片和用于驱动每个叶片的相应传动机构，每个所述传动机构包括一个电机；特别地，每个传动机构还包括斜齿轮，其被直接或间接连接到所述电机的输出轴并且在所述电机的驱动下转动；和直齿轮，其被设置在所述斜齿轮和相应叶片之间，且与所述斜齿轮以及相应叶片的外缘上的轮齿保持啮合。

进一步地，每个所述叶片的两个侧壁上分别开有至少一条V形槽，所述V形槽沿圆弧形路径从所述叶片的一个端面延伸到另一个端面，且所述圆弧形路径与所述叶片的转动中心同轴线。

更进一步地，相邻两个叶片的相邻侧壁上具有相同数量且分别相对的V形槽。

优选地，在每个所述叶片的每个侧壁上具有仅仅两条V形槽，其中一条V形槽设置在叶片的中部防泄漏凹凸变形与叶片的外缘之间，另一条V形槽设置在叶片的中部防泄漏凹凸变形与叶片的内缘之间。

进一步地，所述V形槽在每个所述叶片的两个侧壁上所延伸的圆弧形路径的半径不同。

进一步地，在相邻两个叶片的相邻侧壁的相对V形槽之间设置有滚珠；而且还可以为所述滚珠设置滚珠保持架。

进一步地，所述斜齿轮通过一个联轴器连接到所述电机的输出轴，且所述斜齿轮的转动轴线与所述电机的输出轴同轴线。

进一步地，所述斜齿轮的心轴的两端都由角接触轴承来支承。

进一步地，所述多叶光栅优选为双聚焦多叶光栅。

本发明的技术方案在实现光栅叶片以射线源为中心的转动时采用了简单紧凑的传动机构，具有较高的传动效率和传动精度。由于结构简单紧凑，本发明的多叶光栅不但可以做成外挂式多叶光栅而且可以做成内置式多叶光栅，广泛应用在各种放射治疗设备上。

此外，本发明的技术方案还在每个光栅叶片的侧壁上设置了带有滚珠的V形槽，用滚动摩擦取代了传统叶片间的滑动摩擦，不但提高了传动效率，而且大大减少了叶片间的磨损。

附图说明

虽然上文已经概括地描述了本发明的内容，但为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明的各个技术特征及优点，从而能够根据本文的描述来实施本发明的技术方案，后文将进一步参照附图详细介绍本发明的具体实施方式，在所述附图中：

图1示意性地示出了根据本发明一个优选实施例的多叶光栅的传动机构；

图2是根据本发明一个优选实施例的多叶光栅的多个传动机构与多个叶片组装在一起的示意性局部透视图；

图3是根据本发明一个优选实施例的多叶光栅的由多个传动机构与多个叶片组装而成的右半部多叶光栅的示意性透视图；

图4是根据本发明一个优选实施例的双聚焦多叶光栅处于工作状态时的示意性仰视图。

具体实施方式

本发明的多叶光栅包括多个叶片50和用于驱动每个叶片50的相应传动机构。如图1和图2所示，在一个优选实施例中，该多叶光栅为双聚焦多叶光栅，其中每个叶片50具有双聚焦叶片的基本形状，即每个叶片基本上为扇形，且其径向截面的形状在总体上为内窄外宽的梯形。此外这种叶片的径向中部通常具有防止射线泄漏的凹凸变形。

每个传动机构均包括电机10、斜齿轮30、直齿轮40以及相应叶片50的外缘上的轮齿52。斜齿轮30被直接或间接地连接到电机10的输出轴，并且在电机10的驱动下转动。优选地，斜齿轮30通过一个联轴器20连接到电机10的输出轴，而且斜齿轮30的转动轴线与电机10的输出轴同轴线。更优选地，在斜齿轮30的心轴的两端可以分别设置一个角接触轴承进行支承。直齿轮40被设置在斜齿轮30和相应叶片50之间，且与斜齿轮30以及相应叶片50的外缘上的轮齿52保持啮合，从而实现将斜齿轮30转动转换为叶片50的以射线源为圆心的圆弧转动(或称摆动)。

每个叶片50的两个侧壁上分别开有至少一条V形槽54，这种V形槽54沿圆弧形路径从叶片50的一个端面延伸到另一个端面，且所述圆弧形路径与叶片50的转动中心同轴线。相邻两个叶片50的相邻侧壁上具有相同数量且分别相对的V形槽54。优选地，在每个所述叶片50的每个侧壁上具有仅仅两条V形槽54，其中一条V形槽54设置在叶片50的中部防泄漏凹凸变形与叶片50的外缘之间，另一条V形槽54设置在叶片50的中部防泄漏凹凸变形与叶片50的内缘之间。在每个叶片50的两个侧壁上的V形槽54所处的圆弧形路径的半径优选是不同的，即同一叶片50的一个侧壁上的V形槽54与另一侧壁上的V形槽54是交错地布置的。

有利地，在相邻两个叶片50的相邻侧壁的相对V形槽54之间设置有滚珠(图中未示出)；而且还可以为所述滚珠设置相应的滚珠保持架。这样，就可以使得相邻叶片50之间为滚动摩擦关系，大大减少了叶片间的摩擦力，并且使叶片50在径向上得到适当的支承。

本领域技术人员均可意识到，优选将各个电机10(可统称为电机组)设置在射线照射区域之外，它们与各个叶片50(可统称为叶片组)的相对位置关系如图3所示。

图4示出了一个完整的处于工作状态的多叶光栅。如该图所示，一个完整的多叶光栅左右结构对称。在多叶光栅的控制系统的控制下，对称的左右两组叶片中的某些在各自电机10的驱动下发生转动，最终形成所需的理想照射野。例如在图4中，左右两组叶片的中间部分各有4个叶片发生了转动，形成了一个不规则的照射野。

此外，本领域技术人员也能意识到，本发明的多叶光栅还可包括固定架等部件，以在总体上安装多叶光栅的各个叶片以及各个传动机构等。由于这些特征是本领域技术人员公知且易于实现的，因而本文对其不予赘述。

尽管上文中结合附图描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应当意识到，本发明不应限制于上述优选实施例的具体内容。在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以上述实施例作出各种变型和改进。

Claims (9)

1.一种用于医用放疗设备的多叶光栅，包括多个叶片和用于驱动每个叶片的相应传动机构，每个所述传动机构包括一个电机，其特征在于每个传动机构还包括：

斜齿轮，其被直接或间接连接到所述电机的输出轴并且在所述电机的驱动下转动；和

直齿轮，其被设置在所述斜齿轮和相应叶片之间，且与所述斜齿轮以及相应叶片的外缘上的轮齿保持啮合，其中

每个所述叶片的两个侧壁上分别开有至少一条V形槽，所述V形槽沿圆弧形路径从所述叶片的一个端面延伸到另一个端面，且所述圆弧形路径与所述叶片的转动中心同轴线。

2.根据权利要求1所述的多叶光栅，其特征在于：相邻两个叶片的相邻侧壁上具有相同数量且分别相对的V形槽。

3.根据权利要求2所述的多叶光栅，其特征在于：在每个所述叶片的每个侧壁上具有仅仅两条V形槽，其中一条V形槽设置在叶片的中部防泄漏凹凸变形与叶片的外缘之间，另一条V形槽设置在叶片的中部防泄漏凹凸变形与叶片的内缘之间。

4.根据权利要求2所述的多叶光栅，其特征在于：所述V形槽在每个所述叶片的两个侧壁上所延伸的圆弧形路径的半径不同。

5.根据权利要求2所述的多叶光栅，其特征在于：在相邻两个叶片的相邻侧壁的相对V形槽之间设置有滚珠。

6.根据权利要求5所述的多叶光栅，其特征在于：在相邻两个叶片的相邻侧壁的相对V形槽之间为所述滚珠设置有滚珠保持架。

7.根据权利要求1所述的多叶光栅，其特征在于：所述斜齿轮通过一个联轴器连接到所述电机的输出轴，且所述斜齿轮的转动轴线与所述电机的输出轴同轴线。

8.根据权利要求1所述的多叶光栅，其特征在于：所述斜齿轮的心轴的两端都由角接触轴承来支承。

9.根据权利要求1所述的多叶光栅，其特征在于：所述多叶光栅为双聚焦多叶光栅。

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