CN103861210B - 一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，模具主要包括运动平台支架、运动平台、控制盒、人体表面模拟架。其中，运动平台支架包括定位板、固定钮、托架、支撑台，支撑台、调节支架；运动平台包括滑台、滑台支架、旋转支架、模拟肿瘤物、丝杆、步进电机、限位器；人体表面模拟架包括躯干部分和头颈部分。本发明结构简单合理，可以在临床肿瘤精确放射治疗研究领域中分析研究头颈胸腹部肿瘤的摆位误差，对放疗设备多叶光栅的射野控制等性能进行质量控制等。

Description

一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，具体涉及一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具。

背景技术

随着精确放疗技术的发展, 放射治疗在肿瘤综合治疗中的作用逐渐增大。而精确放射治疗是放射治疗的发展目标，它要求做到肿瘤的精确定位、治疗计划的精确设计和精确执行。它的应用可以减少靶区周围正常组织并发症概率，提高肿瘤区照射剂量,增加肿瘤控制率。然而越是精确放疗对照射体位和照射野的准确性要求更高。由于设备的不确定因素、技术员的摆位技术、患者位置移动和体表标志点不准确等因素，造成在整个治疗过程中每次治疗时患者的摆位位置与模拟定位、治疗计划的参考位置之间的差异都会有所变化。靶区偏离最佳剂量5％就可能使部分肿瘤靶区得不到足够的剂量，降低肿瘤的局部控制率，还可能使高剂量区移到危及器官的区域内，造成严重的并发症和后遗症。为了补偿摆位误差所造成的靶区边缘剂量的不确定性，在临床靶体积至计划靶体积之间应设置摆位扩边。如果在制定治疗计划时设定过大的摆位扩边则可能危及器官的受照剂量；如果设定的摆位扩边过小，则可能导致靶区的照射剂量不足。因此如何降低放射治疗摆位过程中的误差成了放疗界关注的问题。所以需要就放射治疗中的摆位误差进行量化分析，提供临床摆位和PTV外放边界的参考依据，进而制定治疗增益比较高的放疗治疗计划。

发明内容

本发明的目的是提供一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，模具可以在临床肿瘤精确放射治疗中分析研究头颈胸腹部肿瘤的摆位误差，及呼吸运动对摆位误差的影响。

本发明的技术方案是：

一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：模具主要包括运动平台支架、运动平台、控制盒、人体表面模拟架。

所述运动平台支架包括定位板、固定钮、托架、支撑台，支撑台固定在托架上端左侧，支撑台上端固定设有调节支架，定位板安装在调节支架上端，固定钮安装在支撑台的右侧面上。

所述运动平台包括滑台、滑台支架、旋转支架、模拟肿瘤物，滑台支架固定在定位板上，滑台支架上固定设有丝杆，丝杆连接滑台，使滑台能在滑台支架内滑动，滑台支架左侧外部固定设有步进电机，步进电机的旋转轴与丝杆左端头连接；在滑台顶端固定设有另一台步进电机，旋转支架一端连接步进电机，另一端连接肿瘤模拟物，在滑台支架两侧内部还设有限位器。

所述人体表面模拟架包括躯干部分和头颈部分，头颈部分设在躯干部分的右侧面，躯干部分安装在托架上端左侧，并通过固定钮固定，躯干部分内设有模拟脊椎骨。

所述旋转支架包括旋杆和固定座，旋杆一端与步进电机的旋转轴连接，另一端垂直连接固定座，固定座右端面开有5个接口，每个接口依次对齐排列，且间距相等。

所述固定座其中一个接口上插接有一插杆，插杆顶端固定设有一塑料小球，塑料小球一侧设有限位片。

所述滑台支架包括支撑座，支撑座上端面两侧的垂直设有两支撑板，支撑板上固定连接丝杆。

所述肿瘤模拟物为圆形球体，球体中心位置开有通孔。

所述躯干部分左端面为开口面，上端面为可拆卸的。

所述躯干部分中设有相互垂直的三个标尺，用于标记肿瘤模拟物的x,y,z坐标值。

所述模拟脊椎骨由猪脊椎骨经消毒处理后制成。

所述控制盒主要包括电源模块、单片机模块、步进电机控制模块，单片机模块和步进电机控制模块均由电源模块供电，单片机模块与步进电机控制模块连接，电机控制模块再与步进电机连接，由单片机对步进电机进行控制；单片机模块还与按键及显示模块、限位器、蜂鸣器分别连接。

本发明结构简单合理，通过对单片机系统编程，同时控制两步进电机使肿瘤模拟物做不同频率和幅度的运动，来模拟呼吸运动导致肿瘤在三维方向上的运动，并对运动进行多参数设定调节，同时，对肿瘤模拟物进行特定设计，使其具有空间定点及射野几何验证功能。将肿瘤模拟物置于有机玻璃框架中，可以分析摆位误差，及呼吸运动对摆位误差的影响。本模具可以在临床肿瘤精确放射治疗研究领域中分析研究头颈胸腹部肿瘤的摆位误差，对放疗设备多叶光栅的射野控制等性能进行质量控制等。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明肿瘤模拟物的结构示意图。

图3是本发明的控制盒电路模块示意图。

在图中，控制盒1、调节支架2、定位板3、支撑座4、限位器5、步进电机6，支撑板7、丝杆8，滑台9、步进电机10，旋杆11，固定座12，接口13，插杆14，肿瘤模拟物15，躯干部分16，头颈部分17，模拟脊椎骨18，螺栓19，固定钮20，托架21，支撑台22，限位片23，塑料小球24，通孔25。

具体实施方式

如图1所示，模具主要包括运动平台支架、运动平台、控制盒1、人体表面模拟架；运动平台支架包括定位板3、固定钮20、托架21、支撑台22，支撑台22固定在托架21上端左侧，支撑台22上端固定设有调节支架2；定位板3安装在调节支架2上端，并可在左右方向上调节。固定钮20安装在支撑台22的右侧面上，和托架21之间保留0.5厘米的空隙，通过扭紧固定钮20上的螺栓19来固定人体表面模拟架。

运动平台包括滑台9、滑台支架、旋转支架、模拟肿瘤物15，滑台支架固定在定位板3上，滑台支架包括支撑座4，支撑座4上端面两侧垂直设有两支撑板7，支撑板7上固定连接丝杆8，丝杆8连接滑台9，使滑台9固定在支撑座4上，通过丝杆8使滑台9能在滑台支架上滑动。滑台支架左侧支撑板7的外部固定设有步进电机6，步进电机6的旋转轴与丝杆8左端头连接。在滑台9顶端固定设有另一台步进电机10，旋转支架一端连接步进电机10，另一端连接肿瘤模拟物15。旋转支架包括旋杆11和固定座12，旋杆11一端与步进电机10的旋转轴连接，另一端垂直连接固定座12，固定座12右端面开有5个接口13，每个接口13依次对齐排列，且间距相等；其中一个接口13上插接有一插杆14，插杆14顶端固定有一塑料小球24，塑料小球24一侧还设有限位片23。肿瘤模拟物15通过插杆14与旋转支架的接口13连接，可根据需要选择5个接口13的任意一个，将肿瘤模拟物15连接在不同的位置，产生不同的旋转偏离值，进而调节左右运动的幅度；如图2所示，肿瘤模拟物15为圆形球体，一般为木制的，球体中心位置开有通孔25，插杆14伸入球体的通孔25内部，由于限位片23限位，使塑料小球24位于球体的中心位置。塑料小球24代表肿瘤模拟物15的中心，当需要观察中心时，只需要肿瘤模拟物15拆下，塑料小球24露出来后就可以观察了。在滑台支架两侧内部还设有限位器5，当滑台9移动到滑台9两端时，触发其工作，停止电源，起到保护作用。

人体表面模拟架包括躯干部分16和头颈部分17，头颈部分17设在躯干部分16的右侧面，躯干部分16安装在托架21上端右侧，并通过扭紧固定钮20上的螺栓19固定；躯干部分16左端面为开口面，以便放置并固定在托架21上，上端面为可拆卸的，以便方便操作及放置测量工具。躯干部分16内设有模拟脊椎骨18，模拟脊椎骨18由猪脊椎骨经消毒处理后制成，用于辅助识别肿瘤模拟物15的位置，放置在躯干部分16内，具体位置可以根据需要调节。在躯干部分16中设有相互垂直的三个标尺，用于标记肿瘤模拟物15的x,y,z坐标值。

如图3所示，控制盒1主要包括电源模块、单片机模块、步进电机控制模块，单片机模块和步进电机控制模块均由电源模块供电，单片机模块与步进电机控制模块连接，电机控制模块再与步进电机连接，由单片机对步进电机进行控制；单片机模块还与按键及显示模块、限位器、蜂鸣器分别连接。

本发明的工作原理是：进行肿瘤模拟检测时，打开电源，启动控制盒1的运行键，将启动信号传给单片机，通过单片机系统编程，控制步进电机6驱动滑台9在滑台支架上左右运动，同时控制步进电机10驱动旋转支架做旋转运动；步进电机10在滑台上端，滑台9移动同时带动步进电机10移动，因此，肿瘤模拟物15就能做左右、前后或上下运动。根据需要还能选择不同的工作模式，控制步进电机以不同的频率（18-22次/秒）、幅度（2-10cm）做一维方向上的匀速或变速运动， 来模拟呼吸运动导致的器官移动。

控制盒1具有多个运行键可供人操作，通过单片机编程控制步进电机6，使肿瘤模拟物15做不同频率、幅度左右运动;通过单片机编程控制步进电机2，使肿瘤模拟物做不同频率旋转,通过手动调节旋转支架和肿瘤模拟物15的接口，调节旋转偏离值 。

综合选择以上控制，肿瘤模拟物15可实现三种运动模式：

（1）左右方向运动；

（2）前后、上下方向同时运动；

（3）左右、前后方向和上下方向同时运动，即模拟三维方向上运动。

每种运动模式的具体运动参数可实现多种调节：

(1)以设定的频率和幅度匀速或变速运动；

（2）以设定的频率，但幅度为随机量做匀速或变速运动；

（3）以设定的幅度，但频率为随机量做匀速或变速运动；

（4）幅度和频率均为随机量，做匀速或变速的运动；

其中速度、频率和幅度均为可调。

本发明的使用方法是：将运动平台和运动平台支架组合后放在治疗床上，再将人体表面模拟框架放在运动平台支架的托架上，选择、安装并将肿瘤模拟物15调至于躯干部分16的中央，然后用固定钮20固定人体表面模拟框架，做出临床必须的位置标定后，启动模具，根据实验目的，肿瘤模拟物15以相应设定的方式运动，再通过影像设备对运动的肿瘤模拟物15进行CT扫描，根据扫描结果进行分析，分析结果供放疗设备校正使用。

下面是肿瘤模拟物中心点验证的实验方法和使用步骤：

（1）做好实验准备，将肿瘤模拟物15置于旋转支架上。

（2）通过CT扫描肿瘤模拟物15，并制定治疗计划，并确定治疗计划的中心。

（3）启动治疗计划，使放疗设备进入工作位置。

（4）打开肿瘤模拟物15，露出塑料小球（即肿瘤模拟物的中心），放疗设备的红外线定位灯，安装在躯干部分16中三个标尺，记录下中心的三个坐标值x,y,z的偏离值。

（5） 反复（1）—（4）的过程，根据需要决定操作次数。

（6）对所得的数据，即肿瘤模拟物15中心点坐标的偏差值，并对其做统计学分析。

（7）根据统计学分析结果，判断放疗设备的中心点精确度，决定是否对设备进行校正。

Claims (5)

1.一种头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：模具包括运动平台、运动平台支架、控制盒、人体表面模拟架；

运动平台支架包括定位板（3）、固定钮（20）、托架（21）、支撑台（22），支撑台（22）固定在托架（21）上端左侧，支撑台（22）上端固定设有调节支架（2），定位板（3）安装在调节支架（2）上端，固定钮（20）安装在支撑台（22）的右侧面上；

运动平台包括滑台（9）、滑台支架、旋转支架、肿瘤模拟物（15），滑台支架固定在定位板（3）上，滑台支架上固定设有丝杆（8），丝杆（8）连接滑台（9），使滑台（9）能在滑台支架内滑动，滑台支架左侧外部固定设有步进电机（6），步进电机（6）的旋转轴与丝杆（8）左端头连接；在滑台（9）顶端固定设有另一台步进电机（10），旋转支架一端连接步进电机（10），另一端连接肿瘤模拟物（15），在滑台支架两侧内部还设有限位器（5）；

人体表面模拟架包括躯干部分（16）和头颈部分（17），头颈部分（17）设在躯干部分（16）的右侧面，躯干部分（16）安装在托架（21）上端左侧，并通过固定钮（20）固定，躯干部分（16）内设有模拟脊椎骨（18）；

旋转支架包括旋杆（11）和固定座（12），旋杆（11）一端与步进电机（10）的旋转轴连接，另一端垂直连接固定座（12），固定座（12）右端面开有5个接口（13），每个接口（13）依次对齐排列，且间距相等；

滑台支架包括支撑座（4），支撑座（4）上端面两侧的垂直设有两支撑板（7），支撑板（7）上固定连接丝杆（8）；

所述肿瘤模拟物（15）为圆形球体，球体中心位置开有通孔（25）；

所述躯干部分（16）左端面为开口面，上端面为可拆卸。

2.根据权利要求1所述的头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：所述固定座（12）其中一个接口（13）上插接有一插杆（14），插杆（14）顶端固定设有一塑料小球（24），塑料小球（24）一侧设有限位片（23）。

3.根据权利要求1所述的头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：所述躯干部分（16）中设有相互垂直的三个标尺，用于标记肿瘤模拟物（15）的x,y,z坐标值。

4.根据权利要求1所述的头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：所述模拟脊椎骨（18）由猪脊椎骨经消毒处理后制成。

5.根据权利要求1所述的头颈胸腹部肿瘤放疗模拟及检测结构的模具，其特征是：所述控制盒（1）包括电源模块、单片机模块、步进电机控制模块，单片机模块和步进电机控制模块均由电源模块供电，单片机模块与步进电机控制模块连接，电机控制模块再与步进电机（6、10）连接，由单片机对步进电机（6、10）进行控制；单片机模块还与按键及显示模块、限位器、蜂鸣器分别连接。