CN104307114A - 五自由度o型臂放射治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射治疗装置，尤其涉及一种五自由度O型臂放射治疗系统；包括O型臂运动机构、直线加速器装置、辐射剂量检测装置及双X光机影像定位机构，O型臂运动机构包括O型臂、加速器位移装置、旋转位移装置、翻转位移装置、水平横向位移装置、以及水平纵向位移装置；直线加速器装置通过加速器位移装置安装在O型臂上，辐射剂量检测装置设置在O型臂上相对直线加速器装置的另一侧；双X光机影像定位机构包括设置在O型臂上的X射线发射器、以及设置在O型臂上相对X射线发射器另一侧的X射线接收器，X射线发射器和X射线接收器为两组；本发明的五自由度O型臂放射治疗系统，可以实现五自由度控制放射治疗过程、控制精度较高且稳定程度较高。

Description

五自由度O型臂放射治疗系统

技术领域

本发明涉及一种放射治疗装置，尤其涉及一种五自由度O型臂放射治疗系统。 

背景技术

肿瘤是危害人类健康的主要疾病之一。目前治疗肿瘤的主要手段有三个：手术、放射和药物治疗，其中使用放射来破坏病变的组织是放射医学中广泛使用的方法，世界卫生组织报告有45％的肿瘤可以治愈，其中放射治疗可以治愈的肿瘤达到18％。为此使用了利用高能电磁辐射(X辐射、伽马辐射)或粒子辐射(电子、质子、碳离子)的设备。在放射治疗的过程中，要求对患者精确定位以保证使待照射的身体区域特别是待照射的肿瘤受到足够高的辐射剂量，但同时尽可能少地损害患者的健康组织，这一般地通过X射线成像方法使用在千伏(kV)能量范围内的辐射来进行，特别地通过计算机断层成像进行，随后放射治疗中使用的辐射则典型地位于兆伏(MV)的能量范围。 

中国专利申请号为CN200710005399.2的发明专利，公开了一种放射治疗系统，包括翻转驱动单元、O环、移动构台、头摇摆装置以及照射装置，其中，照射装置在放射治疗设备控制器的控制下照射治疗放射线，该治疗放射线能够利用移动和旋转从任一方向照射到等中心；翻转驱动单元在基底支撑上支撑O环，使O环能绕着旋转轴进行旋转，放射治疗设备还包括移动驱动单元，该移动驱动单元在放射治疗设备控制器的控制下围绕旋转轴旋转移动构台；然而这种放射治疗系统，其放射治疗过程的可控自由度较多，但是O环的质量通常较大，用于支撑O环的翻转驱动单元难以准确控制O环的旋转，再加上移动构台的旋转将导致O环左右侧的质量分布不均，控制精度难以得到有效的保证。 

中国专利申请号为CN201310115139.6的发明专利，公开了一种机器人无创放射治疗系统，六自由度G形臂实时影像系统由G形臂、G臂滑轨、G臂转轴、G臂俯仰轴和G臂滑座依次连接，X射线源和X射线动态平板探测器为一组，两组对应安装在G形臂上，G臂滑座安装在轨道中，轨道安装在治疗室天花板 上的天轨或地面上，G形臂可做升降运动，G臂滑轨可引导两组X射线源和X射线动态平板探测器做大于90度的运动，G形臂可绕G臂转轴±90°转动，可绕G臂俯仰轴前后摆动±15°；然而这种放射治疗系统中，G形臂实时影像系统质量通常较大却安装在天花板上，不仅对天花板的支撑能力提出较高要求、且安装拆卸较为不便，同时，上部支撑的方式使得G形臂在旋转过程中容易出现较大程度上的晃动，影响放射治疗的精度。 

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的放射治疗系统，使其更具有产业上的利用价值。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以实现五自由度控制放射治疗过程、控制精度较高且稳定程度较高、放射治疗床空间位姿较为灵活、定位精度高的五自由度O型臂放射治疗系统。 

本发明的五自由度O型臂放射治疗系统，包括O型臂运动机构、直线加速器装置、辐射剂量检测装置及双X光机影像定位机构，所述O型臂运动机构包括O型臂、加速器位移装置、旋转位移装置、翻转位移装置、水平横向位移装置、以及水平纵向位移装置；其中， 

所述水平纵向位移装置，包括设置在O型臂两侧的第一滑轨、第一滑座、以及驱动第一滑座在第一滑轨上相对滑动的第一动力单元，所述第一滑轨和第一滑座为两组； 

所述水平横向位移装置，包括设置在第一滑座上的第二滑轨、第二滑座、以及驱动第二滑座在第二滑轨上相对滑动的第二动力单元，所述第二滑轨和第二滑座为两组，所述第二滑座与第一滑座的滑动方向相互垂直； 

所述翻转位移装置，包括设置在第二滑座上并用于翻转所述旋转位移装置的第三动力单元，所述旋转位移装置的翻转平面与所述第二滑座的滑动方向相互垂直； 

所述旋转位移装置，包括设置在第三动力单元输出端的翻转座、以及第四动力单元，所述O型臂设置在两组所述翻转座之间，所述第四动力单元用于驱动所述O型臂在所述翻转座上的相对位移； 

所述直线加速器装置通过所述加速器位移装置安装在所述O型臂上，所述加速器位移装置用于驱动所述直线加速器装置朝向所述O型臂中心位置的相对位移，所述辐射剂量检测装置设置在O型臂上相对所述直线加速器装置的另一侧；所述双X光机影像定位机构包括设置在O型臂上的X射线发射器、以及设置在O型臂上相对X射线发射器另一侧的X射线接收器，所述X射线发射器和X射线接收器为两组。 

进一步的，所述O型臂的侧面设置有多个环形的滑槽，所述翻转座的前后两端的两侧均固定有限位板，所述限位板的内侧设置有卡装在滑槽内并相对滑动的滑块。 

进一步的，所述第一动力单元包括第一伺服电机、第一丝杆以及第一丝杆套，所述第一丝杆设置在所述第一伺服电机的输出端、并与所述第一滑轨相互平行，所述第一丝杆套固定在第一滑座的底部，所述第一丝杆套在第一丝杆上相对转动。 

进一步的，所述第二动力单元包括第二伺服电机、第二丝杆以及第二丝杆套，所述第二丝杆设置在所述第二伺服电机的输出端、并与所述第二滑轨相互平行，所述第二丝杆套固定在第二滑座的底部，所述第二丝杆套在第二丝杆上相对转动。 

进一步的，所述第三动力单元包括固定在第二滑座上的第三伺服电机，所述翻转座固定在所述第三伺服电机的输出端。 

进一步的，所述第四动力单元包括固定在翻转座上的第四伺服电机、以及设置在第四伺服电机输出端的主动齿轮，所述O型臂的外侧面设置有同步带，所述第四伺服电机通过主动齿轮与同步带的相互配合、驱动所述O型臂在翻转座上的相对位移。 

进一步的，所述加速器位移装置包括固定在O型臂上的座板、固定在座板上的第五伺服电机、垂直固定在座板底部的多个第三丝杆、以及固定在直线加速器装置上的多个第三丝杆套，所述第三丝杆套在第三丝杆上相对转动。 

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：第一动力单元驱动O型臂沿水平纵向方向的位移，第二动力单元驱动O型臂沿水平横向方向的位移，第三动力单 元驱动O型臂实现翻转运动，第四动力单元驱动O型臂实现沿中心位置的转动，加速器位移装置驱动直线加速器装置沿朝向O型臂中心位置的相对移动，这样，通过五自由度的调节，可以实现全方位多角度的放射治疗过程，控制精度较高且稳定程度较高；双X光机影像定位机构，通过X射线成像方法使用在千伏(kV)能量范围内的辐射来进行，直线加速器装置和辐射剂量检测装置在放射治疗中使用的辐射位于兆伏(MV)的能量范围。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 

附图说明

图1是本发明五自由度O型臂放射治疗系统的主视图； 

图2是本发明五自由度O型臂放射治疗系统的后视图； 

图3是本发明五自由度O型臂放射治疗系统的侧视图； 

图4是图1中A部的局部放大图； 

图5是图2中B部的局部放大图； 

图6是图3中C部的局部放大图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述 中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。 

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 

参见图1至图6，本发明一较佳实施例所述的自由度O型臂放射治疗系统，包括O型臂运动机构、直线加速器装置101、辐射剂量检测装置102及双X光机影像定位机构，O型臂运动机构包括O型臂201、加速器位移装置、旋转位移装置、翻转位移装置、水平横向位移装置、以及水平纵向位移装置。 

水平纵向位移装置，包括设置在O型臂两侧的第一滑轨211、第一滑座212、以及驱动第一滑座212在第一滑轨211上相对滑动的第一动力单元213，第一滑轨211和第一滑座212为两组；第一动力单元的实现方式多种，例如，1)采用液压油缸推动的方式，第一动力单元为液压油缸，第一滑座设置在液压油缸的输出端，通过液压油缸推动第一滑座的相对滑动；2)采用齿牙咬合的方式，第一动力单元为电机，电机的输出端设置有齿轮，第一滑座上设置有与齿轮相配合的齿牙，通过齿轮的转动带动第一滑座的相对滑动；3)采用丝杆的方式，第一动力单元包括第一伺服电机、第一丝杆214以及第一丝杆套(未示出)，第一丝杆214设置在第一伺服电机的输出端、并与第一滑轨211相互平行，第一丝杆套固定在第一滑座212的底部，第一丝杆套在第一丝杆214上相对转动。以上仅为第一动力单元的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出的是，凡是能够实现驱动第一滑座在第一滑轨上相对滑动的第一动力单元，均应落入本发明的保护范围。另外，由于O型臂其中一侧的水平纵向位移装置，设置第一动力单元即可实现上述功能，因而第一动力单元设置为一组或两组。 

水平横向位移装置，包括设置在第一滑座212上的第二滑轨221、第二滑座222、以及驱动第二滑座222在第二滑轨221上相对滑动的第二动力单元223，第二滑轨221和第二滑座222为两组，第二滑座222与第二滑座212的滑动方 向相互垂直；第二动力单元的实现方式多种，例如，1)采用液压油缸推动的方式，第二动力单元为液压油缸，第二滑座设置在液压油缸的输出端，通过液压油缸推动第二滑座的相对滑动；2)采用齿牙咬合的方式，第二动力单元为电机，电机的输出端设置有齿轮，第二滑座上设置有与齿轮相配合的齿牙，通过齿轮的转动带动第二滑座的相对滑动；3)采用丝杆的方式，第二动力单元包括第二伺服电机、第二丝杆224以及第二丝杆套(未示出)，第二丝杆224设置在第二伺服电机的输出端、并与第二滑轨221相互平行，第二丝杆套固定在第二滑座222的底部，第二丝杆套在第二丝杆224上相对转动。以上仅为第二动力单元的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出的是，凡是能够实现驱动第一滑座在第一滑轨上相对滑动的第一动力单元，均应落入本发明的保护范围。另外，由于O型臂其中一侧的水平横向位移装置，设置第二动力单元即可实现上述功能，因而第二动力单元设置为一组或两组。 

翻转位移装置，包括设置在第二滑座222上并用于翻转旋转位移装置的第三动力单元231，旋转位移装置的翻转平面与第二滑座222的滑动方向相互垂直；翻转位移装置的实现方式多种，例如，在旋转位移装置上连接从动齿轮，并在第三动力单元的输出端设置主动齿轮，通过齿轮啮合的方式进行控制；较为简单的，通过电机转动的方式进行控制，即，第三动力单元包括固定在第二滑座上的第三伺服电机，翻转座固定在第三伺服电机的输出端。以上仅为翻转位移装置的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出的是，凡是能够实现驱动翻转旋转位移装置的翻转位移装置，均应落入本发明的保护范围。另外，由于O型臂其中一侧的翻转位移装置，设置第三动力单元即可实现上述功能，因而第三动力单元设置为一组或两组。 

旋转位移装置，包括设置在第三动力单元231输出端的翻转座241、以及第四动力单元242，O型臂201设置在两组翻转座241之间，第四动力单元242用于驱动O型臂201在翻转座241上的相对位移；旋转位移装置对于O型臂的旋转驱动，实现方式具有多种，较为简单稳定的，第四动力单元包括固定在翻转座241上的第四伺服电机、以及设置在第四伺服电机输出端的主动齿轮243，O型臂201的外侧面设置有同步带244，第四伺服电机通过主动齿轮243与同步带 244的相互配合、驱动O型臂201在翻转座241上的相对位移。以上仅为旋转位移装置的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出的是，凡是能够实现驱动O型臂旋转的旋转位移装置，均应落入本发明的保护范围。为了有效稳定O型臂201在翻转座241上的滑动、以便准确控制，本发明的五自由度O型臂放射治疗系统，O型臂201的侧面设置有多个环形的滑槽245，翻转座241的前后两端的两侧均固定有限位板246，限位板246的内侧设置有卡装在滑槽内并相对滑动的滑块。另外，由于O型臂其中一侧的旋转位移装置，设置第四动力单元即可实现上述功能，因而第四动力单元设置为一组或两组。 

直线加速器装置101通过加速器位移装置安装在O型臂201上，加速器位移装置用于驱动直线加速器装置101朝向O型臂201中心位置的相对位移，辐射剂量检测装置102设置在O型臂201上相对直线加速器装置101的另一侧；双X光机影像定位机构包括设置在O型臂201上的X射线发射器103、以及设置在O型臂201上相对X射线发射器103另一侧的X射线接收器104，X射线发射器103和X射线接收器104为两组。加速器位移装置的实现方式具有多种，较为简单稳定的，加速器位移装置包括固定在O型臂上的座板251、固定在座板上的第五伺服电机252、垂直固定在座板底部的多个第三丝杆253、以及固定在直线加速器装置上的多个第三丝杆套254，第三丝杆套254在第三丝杆253上相对转动。以上仅为加速器位移装置的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出的是，凡是能够实现驱动直线加速器装置相对位移的加速器位移装置，均应落入本发明的保护范围。 

本发明的工作流程为：1)数据采集和建立模型：调整O型臂以及放射治疗床，通过O型臂双X光机影像定位机构X线采集多模图像；建立数学模型；以定位坐标系的定义和刻度，进行放射治疗系统物理剂量参数的采集；2)放射治疗前的预处理：将多模图像和数学模型进行多模图像的配准，再与坐标系结合建立模型和三维动态显示，然后结合放射治疗系统物理剂量参数设计制定放疗方案，根据放疗方案和三维动态显示来动态模拟治疗全过程；3)放射治疗中的处理：调整O型臂，再与模型和三维动态显示、实时剂量验证的结果相结合得到治疗中靶区三维图像定位与配准，进行治疗过程中的干预与修正，并将修正 情况返回放疗方案设计制定步骤；治疗过程中的干预与修正与动态模拟治疗全过程共同控制进行自动跟踪定位照射。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：包括O型臂运动机构、直线加速器装置、辐射剂量检测装置及双X光机影像定位机构，所述O型臂运动机构包括O型臂、加速器位移装置、旋转位移装置、翻转位移装置、水平横向位移装置、以及水平纵向位移装置；其中，

所述水平纵向位移装置，包括设置在O型臂两侧的第一滑轨、第一滑座、以及驱动第一滑座在第一滑轨上相对滑动的第一动力单元，所述第一滑轨和第一滑座为两组；

所述水平横向位移装置，包括设置在第一滑座上的第二滑轨、第二滑座、以及驱动第二滑座在第二滑轨上相对滑动的第二动力单元，所述第二滑轨和第二滑座为两组，所述第二滑座与第一滑座的滑动方向相互垂直；

所述翻转位移装置，包括设置在第二滑座上并用于翻转所述旋转位移装置的第三动力单元，所述旋转位移装置的翻转平面与所述第二滑座的滑动方向相互垂直；

所述旋转位移装置，包括设置在第三动力单元输出端的翻转座、以及第四动力单元，所述O型臂设置在两组所述翻转座之间，所述第四动力单元用于驱动所述O型臂在所述翻转座上的相对位移；

所述直线加速器装置通过所述加速器位移装置安装在所述O型臂上，所述加速器位移装置用于驱动所述直线加速器装置朝向所述O型臂中心位置的相对位移，所述辐射剂量检测装置设置在O型臂上相对所述直线加速器装置的另一侧；所述双X光机影像定位机构包括设置在O型臂上的X射线发射器、以及设置在O型臂上相对X射线发射器另一侧的X射线接收器，所述X射线发射器和X射线接收器为两组。

2.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述O型臂的侧面设置有多个环形的滑槽，所述翻转座的前后两端的两侧均固定有限位板，所述限位板的内侧设置有卡装在滑槽内并相对滑动的滑块。

3.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述第一动力单元包括第一伺服电机、第一丝杆以及第一丝杆套，所述第一丝杆设置在所述第一伺服电机的输出端、并与所述第一滑轨相互平行，所述第一丝杆套固定在第一滑座的底部，所述第一丝杆套在第一丝杆上相对转动。

4.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述第二动力单元包括第二伺服电机、第二丝杆以及第二丝杆套，所述第二丝杆设置在所述第二伺服电机的输出端、并与所述第二滑轨相互平行，所述第二丝杆套固定在第二滑座的底部，所述第二丝杆套在第二丝杆上相对转动。

5.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述第三动力单元包括固定在第二滑座上的第三伺服电机，所述翻转座固定在所述第三伺服电机的输出端。

6.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述第四动力单元包括固定在翻转座上的第四伺服电机、以及设置在第四伺服电机输出端的主动齿轮，所述O型臂的外侧面设置有同步带，所述第四伺服电机通过主动齿轮与同步带的相互配合、驱动所述O型臂在翻转座上的相对位移。

7.根据权利要求1所述的五自由度O型臂放射治疗系统，其特征在于：所述加速器位移装置包括固定在O型臂上的座板、固定在座板上的第五伺服电机、垂直固定在座板底部的多个第三丝杆、以及固定在直线加速器装置上的多个第三丝杆套，所述第三丝杆套在第三丝杆上相对转动。