CN103106944B - 可变野准直器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗设备领域中的一种可变野准直器，由机架壳体（1）和挡块（4）组成，其特征在于机架壳体（1）上安装有转动盘（2），转动盘（2）与机架壳体（1）之间为转动副连接，转动盘（2）可在电机驱动下相对于机架壳体（1）正反转动；转动盘（2）通过曲线卡槽（3）或连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连；挡块（4）采用多层式结构，多个挡块各层彼此交错，构成准直器射野（6）；挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连。本发明提出的可变野准直器，结构简单，只采用一个驱动即可实现准直器在放射治疗过程中的射野大小的实时改变。
Description
技术领域：
本发明涉及医疗设备领域，具体是一种可变野准直器。
背景技术：
放射治疗是进行肿瘤治疗的重要手段之一。近十几年来，放射治疗技术发生了巨大变化，随着放射治疗技术的发展，智能放射治疗技术是进行放射治疗比较先进和有效的一种手段。
美国专利“Variableaperturecollimatorforhighenergyradiation，US4450578”公开了一种准直器结构，该结构采用四个挡块并且挡块边缘关联，在中心形成方形准直器射野。在外围利用同步机构（链、带等）驱动两个相对挡块沿着对角线运动，即可迫使另外两个挡块运动形成可变的方形射野。转动手柄即可带动同步带驱动上下相对的挡块运动，并迫使左右相对的挡块上下运动，以构成可变方形射野。由于带、链条等的柔性，并且只驱动其中两块挡块，另外两个挡块需要利用摩擦力来驱动，会造成射野精度不高、驱动功率较大、效率较低、磨损严重等；此外，挡块连接处存在缝隙，会造成射线漏射。2007年6月29日美国Accurary申请的美国专利“Integratedvariable-aperturecollimatorandfixed-aperturecollimator”（专利号：US20090001296A1）讲述了一种用于放射治疗的准直器的结构，即采用人工或者Xchange?机器人准直器更换装置，更换固定光圈准直器来改变整个准直器的射野大下，具体为更换12个孔径分别为5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、35、40、50、60毫米的可互换固定孔径准直器，实现准直器射野的改变。然而，这种通过改变固定准直器实现射野可变的方法，不是真正的无级可变野，只是采用了离散的射野构成治疗所需射野组，同时采用人工更换或者更换装置，费时费力，影响治疗的效率和整个系统的成本。美国专利“IrradiationDeviceandCollimator，US2010054408A1”（同族中国专利：辐射装置和瞄准仪，专利号为CN101223608A）中描述了一种可变光圈准直器结构。后来美国Accurary公司的Cyberknife第四代产品便采用该准直器。其可变光圈准直器，采用两排六边形准直器空间相错30°，构成一个12边形射野来近似原系统中的圆形射野进行放射治疗。该准直器的结构相对复杂，并且为了消除六个挡块连接处的缝隙造成的射线漏射，采用了两层挡块，相互之间旋转30°，使得每一层挡块之间的缝隙被另外一层挡块遮挡；此外，该准直器采用的齿轮盘和凸轮盘相结合的方式驱动挡块运动，传动部件增多，结构复杂化。
中国专利ZL200420105154.9提供了一种方形可变射野准直器，但其内部运动细微结构不明确。中国专利CN101530652A“一种大照射野全能独立准直器的加速器治疗头”中所提及的独立准直器由四个挡块分两层单独驱动。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有可变野准直器结构相对复杂，内部运动细微结构不明确，无法完全消除挡块连接处缝隙的缺陷，提供一种结构简单，只采用一个驱动即可实现在放射治疗过程中射野大小可实时改变的可变野准直器。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的可变野准直器由机架壳体（1）和挡块（4）组成，其特征在于机架壳体（1）上安装有转动盘（2），转动盘（2）与机架壳体（1）之间为转动副连接，转动盘（2）可在电机驱动下相对于机架壳体（1）正反转动；转动盘（2）通过曲线卡槽（3）或连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连；挡块（4）采用多层式结构，多个挡块各层彼此交错，构成准直器射野（6）；挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连。
上述方案中，所述转动盘（2）通过曲线卡槽（3）与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为外齿轮盘，在齿轮盘端面开有曲线卡槽（3），曲线卡槽（3）的数目对应于挡块（4）的数目，曲线卡槽（3）的两端到齿轮盘中心（7）的距离不等，该距离差为挡块的理论运动行程，挡块端面的凸起（5）对应装在齿轮盘端面的曲线卡槽（3）中。
上述方案中，所述转动盘（2）通过连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为一圆环盘，连杆机构中连杆（8）的一端铰接在挡块（4）端面的凸起（5）上，另一端铰接在转动盘（2）上。
上述方案中，所述转动盘（2）通过连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为内齿圈，连杆机构中连杆（8）的一端铰接在挡块（4）端面的凸起（5）上，另一端偏心铰接在与内齿圈啮合的小齿轮（9）上，小齿轮（9）安装在机架端面（13）上。
上述方案中，所述挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连时，滑动连接的形式为挡块（4）上平行于挡块运动方向（10）的侧面安装有导轨（11），机架内侧壁（12）有滑槽（14），导轨（11）安装在滑槽（14）中，限制挡块只能沿着滑槽（14）方向往复运动。
上述方案中，所述挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连时，滑动连接的形式为挡块（4）端面的凸起（5）安装在机架端面（13）平行于挡块运动方向（10）的导向滑槽（15）中，导向滑槽（15）的数目对应于挡块（4）的数目。
上述方案中，所述挡块（4）为多层式结构，多个挡块之间的挡块层交错配合，各层之间具有间隙，以避免产生滑动摩擦。
上述方案中，所述挡块（4）为两个多层式挡块，挡块外形为拐角形，拐角为直角、锐角或钝角，如L形或V形。
上述方案中，所述挡块（4）为两个拐角为直角的L形多层式挡块，当两挡块拐角顶点对心运动时，构成方形射野，非对心运动构成矩形射野。
本发明的可变野准直器工作过程为：在控制系统的驱动下，驱动转动盘正反转，即可直接或者间接通过连杆机构或者曲线卡槽对挡块端面凸起的作用力，拉（推）动挡块相对于机架在滑槽中滑动，即可实现整个准直器的开口射野变化。变野的速度根据放射治疗系统的要求来设定，对于不同靶区进行放射治疗时能够快速自动地进行子射野变换，利于进行各种放射治疗技术(如常规放射治疗技术，立体定向放射治疗技术，调强放射治疗技术)等的实施。
本发明的可变野准直器可用在各种高低能同位素放射源和X射线源的放射治疗系统中，特别是用于机器人放射治疗系统。其特点在于：
1.本发明的可变野准直器采用分层式结构的挡块，各层交错“无摩擦”啮合，此种结构可以很好地消除挡块之间的缝隙，大大降低漏射率，提高了放射治疗的精度。这种分层式结构，是一种新颖的准直器挡块结构，首次被提出。而CyberKnife使用的Iris准直器，为了消除六个挡块连接处的缝隙造成的射线漏射，必须采用两层挡块，并相互之间旋转30°，使得每一层挡块之间的缝隙被另外一层挡块遮挡。
2.整个准直器采用一个电机，直接通过减速装置驱动齿轮盘正反转动即可实现准直器射野的变大变小，而现有技术的独立准直器实现射野的调节，至少需要两个电机。
3.在现有的准直器结构中，除过多叶准直器，比较典型的是采用独立准直器原理进行调强放疗，或者采用圆形射野进行放射治疗。采用方形射野的系统几乎没有，本发明的准直器采用方形射野进行调强放疗，靶区被准直器子野覆盖时，子野的边缘接触、过度性好，利于治疗计划制定。
4.可变野准直器应用于机器人放射治疗系统，安装在加速器前端，而加速器安装在机械臂末端，机械臂灵活的运动，可以使得加速器前端的准直器以不同的方位进行放疗，提高了靶区的适形程度，利于不规则靶区的调强放疗。
本发明提出的可变野准直器，克服了现有可变野准直器结构相对复杂，内部运动细微结构不明确，无法完全消除挡块连接处缝隙的缺陷，结构简单，只采用一个驱动即可实现准直器在放射治疗过程中的射野大小的实时改变。
附图说明：
图1是本发明实施例一的示意图。
图2是本发明实施例一的斜向俯视示意图。
图3是本发明实施例一的齿轮盘示意图。
图4是本发明实施例二的示意图。
图5是本发明实施例三的示意图。
图6是本发明的挡块示意图。
图7是本发明采用两个挡块时准直器本体示意图。
图8是本发明的机架壳体示意图。
图9是本发明的两个挡块和机架位置关系示意图。
图10是本发明的齿轮盘和机架位置示意图。
图11是本发明中心射野最大时L形挡块位置示意图。
图12是本发明中心射野处于中间大小时L形挡块位置示意图。
图13是本发明中心射野为零射野时L形挡块位置示意图。
图14是本发明挡块数目为四个时的示意图。
附图中，各数字的含义为：1：机架壳体；2：转动盘；3：曲线卡槽；4：挡块；5：凸起；6：准直器射野；7：齿轮盘中心；8：连杆；9：小齿轮；10：挡块运动方向；11：导轨；12：机架内侧壁；13：机架端面；14：滑槽；15：导向滑槽。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例一
本例的可变野准直器如图1、图2、图3、图6、图7、图8、图9和图10所示，由机架壳体1和挡块4组成，其特征在于机架壳体1上安装有转动盘2，转动盘2与机架壳体1之间为转动副连接，转动盘2可在电机驱动下相对于机架壳体1正反转动；转动盘2通过曲线卡槽3与挡块4端面的凸起5相连；挡块4采用多层式结构，两个挡块各层彼此交错，各层之间具有间隙，以避免产生滑动摩擦，并构成准直器射野6，准直器射野6为四边形；挡块4通过滑动连接与机架壳体1相连。
转动盘2为外齿轮盘，在齿轮盘端面开有曲线卡槽3，曲线卡槽3的数目对应于挡块4的数目，曲线卡槽3的两端到齿轮盘中心7的距离不等，该距离差为挡块的理论运动行程，挡块端面的凸起5对应装在齿轮盘端面的曲线卡槽3中。
挡块4通过滑动连接与机架壳体1相连时，滑动连接的形式为挡块4上平行于挡块运动方向10的侧面安装有导轨11，机架内侧壁12有滑槽14，导轨11安装在滑槽14中，限制挡块只能沿着滑槽14方向往复运动。挡块4端面的凸起5安装在机架端面13平行于挡块运动方向10的导向滑槽15中，导向滑槽15的数目对应于挡块4的数目。
挡块4为两个拐角为直角的L形多层式挡块，当两挡块拐角顶点对心运动时，构成方形射野，非对心运动构成长方形射野，即矩形射野。
本例的可变野准直器工作过程为：在控制系统的驱动下，驱动转动盘正反转，即可直接通过曲线卡槽对挡块端面凸起的作用力，拉（推）动挡块相对于机架在滑槽中滑动，即可实现整个准直器的开后射野变化。中心射野最大时L形挡块位置如图11所示，中心射野处于中间大小时L形挡块位置如图12所示，中心射野为零射野时L形挡块位置如图13所示。
实施例二
本例的可变野准直器如图4所示，除转动盘2为一圆环盘，连杆机构中连杆8的一端铰接在挡块4端面的凸起5上，另一端铰接在转动盘2上，机架端面13上没有导向滑槽15外，其余同实施例一。
实施例三
本例的可变野准直器如图5所示，除转动盘2为内齿圈，连杆机构中连杆8的一端铰接在挡块4端面的凸起5上，另一端偏心铰接在与内齿圈啮合的小齿轮9上，小齿轮9安装在机架端面13上，机架端面13上没有导向滑槽15外，其余同实施例一。
实施例四
本例的可变野准直器如图14所示，除挡块数目为四个，构成的准直器射野6为四边形外，其余同实施例一。
实施例五
本例的可变野准直器除挡块外形为锐角V形外，其余同实施例一。
实施例六
本例的可变野准直器除挡块外形为钝角V形外，其余同实施例一。
Claims (6)
1.一种可变野准直器，由机架壳体（1）和挡块（4）组成，其特征在于机架壳体（1）上安装有转动盘（2），转动盘（2）与机架壳体（1）之间为转动副连接，转动盘（2）可在电机驱动下相对于机架壳体（1）正反转动；转动盘（2）通过曲线卡槽（3）或连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连；挡块（4）采用多层式结构，多个挡块各层彼此交错，构成准直器射野（6）；挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连；
所述转动盘（2）通过曲线卡槽（3）与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为外齿轮盘，在外齿轮盘端面开有曲线卡槽（3），曲线卡槽（3）的数目对应于挡块（4）的数目，曲线卡槽（3）的两端到外齿轮盘中心（7）的距离不等，该距离差为挡块的理论运动行程，挡块端面的凸起（5）对应装在外齿轮盘端面的曲线卡槽（3）中；
所述转动盘（2）通过连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为一圆环盘，连杆机构中连杆（8）的一端铰接在挡块（4）端面的凸起（5）上，另一端铰接在转动盘（2）上，挡块（4）的侧面安装有平行于挡块运动方向（10）的导轨（11），导轨（11）为直线形；
所述转动盘（2）通过连杆机构与挡块（4）端面的凸起（5）相连时，转动盘（2）为内齿圈，连杆机构中连杆（8）的一端铰接在挡块（4）端面的凸起（5）上，另一端偏心铰接在与内齿圈啮合的小齿轮（9）上，小齿轮（9）安装在机架端面（13）上；挡块（4）的侧面安装有平行于挡块运动方向（10）的导轨（11），导轨（11）为直线形。
2.根据权利要求1所述的可变野准直器，其特征在于所述挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连时，滑动连接的形式为挡块（4）的侧面安装有平行于挡块运动方向（10）的导轨（11），机架内侧壁（12）有滑槽（14），导轨（11）安装在滑槽（14）中，限制挡块只能沿着滑槽（14）方向往复运动。
3.根据权利要求2所述的可变野准直器，其特征在于所述挡块（4）通过滑动连接与机架壳体（1）相连时，滑动连接的形式为挡块（4）端面的凸起（5）安装在机架端面（13）平行于挡块运动方向（10）的导向滑槽（15）中，导向滑槽（15）的数目对应于挡块（4）的数目。
4.根据权利要求1所述的可变野准直器，其特征在于所述挡块（4）为多层式结构，多个挡块之间的挡块层交错配合，各层之间具有间隙，以避免产生滑动摩擦。
5.根据权利要求1所述的可变野准直器，其特征在于所述挡块（4）为两个多层式挡块，挡块外形为拐角形，拐角为直角、锐角或钝角。
6.根据权利要求5所述的可变野准直器，其特征在于所述挡块（4）为两个拐角为直角的L形多层式挡块，当两挡块拐角顶点对心运动时，构成方形射野，非对心运动构成矩形射野。
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Effective date of registration: 20141020 Address after: 2 610041 yuan 7, Section 8, No. four, No. 55, South Renmin Road, Chengdu, Sichuan, Wuhou District Applicant after: Wu Dake Applicant after: Yao Jin Applicant after: Wei Chonggao Address before: 108, room 6, building 1480, hi tech incubator Park, north section of Tianfu Road, Chengdu hi tech Zone, Chengdu, Sichuan, 610041 Applicant before: Chengdu Weiming Technology Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160629 Termination date: 20180103 |