CN104548365B - 放射治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射治疗设备。所述放射治疗设备包括可旋转的鼓，在其上安装有承载辐射源的台架臂，所述臂从所述鼓延伸，以使所述源定位成偏离所述鼓的旋转轴线，但是朝所述轴线取向，所述放射治疗设备进一步包括：基于所述鼓的旋转取向向所述臂施加倾斜的机构。根据本发明，基于台架的旋转取向向台架施加可变的倾斜。该倾斜可反作用于下垂，并使辐射源返回其正确的位置和取向。

Description

放射治疗设备

技术领域

本发明涉及放射治疗设备。

背景技术

放射治疗设备的许多设计采用安装在台架臂上的辐射源，所述台架臂围绕患者支承件是可旋转的，患者可被放置在患者支承件上以进行治疗。用于此的通常几何结构是提供圆形截面的可旋转的鼓，其取向在竖直面中，即其旋转和对称轴线处于水平面中，并且将台架臂安装到鼓上，与轴线错位。源然后安装在台架臂的端部处，取向成使得它产生的射束被引导向所述轴线。射束的中心与轴线相交的点被称作“等中心”。因此，随着鼓旋转，射束从竖直面内的所有角度方向到达等中心。这是放射治疗疗法的一个重要方面，因为它允许足够的剂量被输送至目标体积，同时使被输送至周围健康组织的剂量最小化。

通常，旋转鼓被支承在鼓下的四个主轮上，其配置为两个有角度偏移的对，一对处于鼓的前边缘，并且一对处于后边缘。鼓和台架臂通常是用以支承安装在臂中并处于其端部处的辐射源的重量的实质物件。尽管如此，在台架臂中将具有一些小程度的挠曲，导致“下垂”效果，即等中心的非故意移动。在台架处于鼓的顶部(被定义为0°旋转)时，等中心沿着轴线朝鼓移动，而在台架处于鼓的底部时的180°旋转处，等中心沿着轴线移动离开鼓。尽管这是可在治疗期间被计划和补偿的已知的、可测量的效果，但是附加地有利的是在可能的情况下使该效果最小化。

发明内容

如果该移动可以被减小，则可以改善辐射剂量的输送准确度。迄今，这被看作是通过强化鼓和台架臂来解决的机械问题，但是这通常导致移动部分的重量增加。

我们提出不同的途径，根据该途径，基于台架的旋转取向向台架施加可变的倾斜。该倾斜可反作用于下垂，并使辐射源返回其正确的位置和取向。

该倾斜可以通过多种方式之一实现。一种处于所述鼓内或它在其上旋转的所述轮下的机械致动器，可以响应于旋转传感器被驱动，以便倾斜所述台架和/或所述鼓。鼓自身可以在由轮支承的至少一部分区域中做成非圆形的，使得旋转不是完全平滑的，而是使鼓在其旋转时倾斜。替代地，轮可配置成随鼓旋转而升高和/或下降。

轮内的机构可以使用偏心机构以便在轮旋转时调节轮的位置。一般来说，轮将具有比鼓小得多的半径，因此为了使轮的移动与鼓的旋转同步化，可采用比如周转齿轮等传动装置机构。周转齿轮可包括偏心底座。

周转齿轮机构本质上包括太阳轮、行星齿轮和环带，并且在该实施方式中，所述太阳轮可被固定地附接至所述轮的承载表面，所述行星齿轮偏心地安装在支承基部上，并且所述环带被保持为与所述支承基部处于不旋转关系。

再一可能性是将旋转鼓其由被支承在轮上的一个或多个周向承载表面中的至少一个做成非圆形。

附图说明

现在将参考附图通过示例方式描述本发明的实施例，附图中：

图1示出了放射治疗设备的纵截面，以示意形式示出；

图2a-2d示出了台架臂用以修正下垂所需的调节；

图3和4分别示出了在本发明中使用的用于支承轮的周转齿轮机构的侧视图和前视图，图4为示意形式；

图5和6示出了本发明的第三实施例；

图7示出了本发明的第四实施例；并且

图8示出了本发明的第五实施例。

具体实施方式

参考图1，放射治疗设备包括辐射源10，其沿着射束轴线12发出辐射射束。源10安装在台架臂14上，其自身被可旋转的鼓16支承。鼓竖直地配置，即其具有旋转对称性的轴线18大致水平，并且能够围绕其轴线18旋转，随之带着台架臂14和源10。设置有电驱动器电动机(未示出)，以便在所需时并沿所需方向驱动鼓16旋转。臂14安装至鼓16，以便在与旋转轴线18错位的位置处支承源10，但是指向旋转轴线18。处于射束轴线12与旋转轴线18的交点处的位置20被称为“等中心”20。因此，随着鼓16旋转，源围绕等中心旋转，从而将射束连续地引导向该等中心。这在治疗期间是有用的，因为剂量可被施加至位于等中心处的目标体积，且仅短暂或有限地照射周围组织。

鼓16在其旋转期间由轮支承。它们(在本示例中)配置为一组的四个轮，两个轮22支承鼓16的前边缘，两个轮24支承鼓16的后边缘。每对中的轮位于鼓16的最低点的两侧，因此限定出矩形模式并支承鼓16。轮安装在适当刚性的基部26上，通常能够自由移动(但是对于某些实施例见后)。

图2示出了台架14和源10的位置如何能经由支承轮的调节而得到调节。台架和源两者当然会受到重力的影响，因此随着源10旋转，重力将由于源10的可观重量而使台架14弹性变形。图2示出了在支承轮上的上升和下降作用如何可用于提供对等中心位置的修正；在图2(b)和2(d)中的每个情况下，修正通过将设备从实线示出的位置移动至虚线示出的位置而进行操作。

图2(a)和2(c)分别示出了处于270°和90°的源。台架臂14的一些变形在这些角度是清楚的，大体具有朝地面下降射束等中心的效果。其效果不与0°和180°位置处的变形一样大，因此在该阶段，实施例注重于改善后者。90°和270°变形可以受益于将来的类似治疗。

图2(b)示出了源处于0°位置，即处于其最高点处并被大致竖直地向下引导。在该位置，台架臂14的弹性变形将趋于使源10“下垂”，导致源10略微指向鼓16(下垂被夸大以为清楚起见)。射束轴线12的该调节趋于将等中心略微拉向鼓16。这可通过以下方式得到抵消：如图2(b)中所示略微上升前轮(或下降后轮)，使整个设备外斜离开实线示出的鼓位置到虚线示出的鼓位置，并使等中心向外移动。

相反地，在源如图2(d)中所示处于180°位置时，台架臂14的弹性变形趋于向外倾斜源10，使得射束轴线略微偏离鼓16。这因此会使等中心略微移动离开鼓16，并且可通过如图所示略微上升前轮(或通过下降后轮)而得到抵消，以便使射束更趋向鼓。

因此，根据本发明的第一实施例，修正下垂效果的一种方法是经由轮22、24调节鼓16的位置。向上调节前轮22或向下调节后轮24将趋于调节等中心位置离开鼓16，并且反之亦然(即下降前轮或上升后轮会朝鼓调节等中心位置)。因此，这可用于微调等中心位置，并抵消重力的影响。

可以经由例如轮支座内的凸轮表面或通过任何适当的机构，来调节轮22、24的高度。我们的优选机构在图3和4中示出，并且包括处于轮自身内的周转齿轮系。图3以截面示出了齿轮系，其安装在刚性短轴50上。行星齿轮架52偏心地安装在短轴50上，并且承载一组四个行星齿轮54，其各自与行星齿轮架52的偏心中心56等距地间隔开。可以设置更多的行星齿轮54，比如5或6个，以给予更平稳的动作。替代地，可以设置更少的齿轮，比如2或3个，以降低装置的重量和复杂性。该选择还可能受齿轮比的影响，因为较小的行星齿轮组可以允许并受益于较大数量的齿轮。行星齿轮54与太阳轮58接合，所述太阳轮58径向地位于行星齿轮54内，并被支承以在一组轴承60上围绕行星齿轮架52自由地旋转。环状的环形齿轮62围绕行星齿轮54设置并与行星齿轮54接合；这通过销64在狭缝66中的接合而被防止旋转，所述狭缝66形成在短轴50设置于其上的基部中。

太阳齿轮58包括凸缘部段，其具有两个部段，第一部段68沿径向向外延伸、沿轴向与行星齿轮54、行星齿轮架52和环状的环形齿轮62间隔开，并且第二部段70沿轴向延伸离开第一部段68的外端，以围绕周转齿轮机构提供周向覆盖物。第二部段70的周向外部表面限定出轮的外部承载表面。

因此，随着鼓16旋转，它将经由第二部段70的外表面驱动轮，从而驱动太阳齿轮58。这进而将驱动环带(annulus)62内的行星齿轮54转动。随着行星齿轮架52移动，其在短轴50上的偏心底座(mounting)将使它振荡，随之带着太阳齿轮从而带着轮承载表面。环状的环形齿轮62也将振荡，但是将通过销64在狭缝66中的接合而被限制为来回的线性运动。振荡的速率将取决于周转圆的齿轮比，其因此可被选择为反映鼓半径对轮半径的比值。

通过选择适当的齿轮比，轮可被做成随着鼓16的一次完整旋转而完成一次完整的振荡。应该指出的是：图3和4未按比例绘制，并且(为了清楚的目的)未示出适当的齿轮比。因此，在鼓的0°位置处，后轮24可被对齐为略微抬升鼓，并修正台架臂14的下垂。抬升的程度当然由行星齿轮架52围绕短轴50的偏心程度确定。同样地，在台架处于180°位置的情况下，后轮将完成半次振荡(相对于0°位置)，并且将处于它们的最低点，因此抵消台架臂14在该点处的相对下垂。轮的竖直运动是正弦的，其匹配等中心的移动，其由于在其旋转时由重力在悬臂梁臂上的作用而也是正弦的。

还可以上升/下降前轮，但是更好的是保持枢转点尽可能靠前，因为这从轮的特定竖直移动给予等中心更多水平移动。因此最好是上升/下降后轮。实践中，围绕后轮的空间包络面也更大，为机构给予更多的空间。

如在图2中可看出的，后轮中每个的轮毂沿相反方向旋转。这是用以通过防止台架在其旋转时侧向平移而使鼓稳定化。为实现之，一个轮应该如以上描述的并在图4中示出的，而另一个应该如图3中所示，且每个行星齿轮54为逆向齿轮，比如由两个彼此接合的较小齿轮制成，其中一个与太阳齿轮58接合，并且一个与环状的环形齿轮62接合。

如以上指出的，环状的齿轮62被保持为与基部处于不旋转关系。这可经由销或叶片完成，其从环带延伸到基部中的径向地配置的狭缝中(或反之亦然)。

台架轮可能由于鼓在轮之上滑行而随时间推移相对于鼓漂移。因此，分度(indexing)装置将是优选的。这可以呈以规则的间隔与轮接合的鼓上的特征的形式，比如齿轮或齿，或经由轮和鼓中的一者或两者上的高摩擦表面，或类似物。

根据本发明的第二实施例的一替代方案是调节台架臂14在鼓16内的安装。由于仅需非常小的调节，并且从臂传输至鼓的载荷大，我们预期这会是困难的，但是能通过使用由适当致动器驱动的杠杆式(levered)凸轮表面而实现。

图5和6以示意形式示出了第三实施例，是从设备的正面并且沿着鼓的旋转轴线示出的。因此，鼓100由一组四个轮以图1中示出的方式支承。两个后轮(未示出)支承鼓100的后轮缘102，并且两个前轮104、106支承鼓100的前轮缘108。辐射源110经由台架安装在鼓上，并且朝鼓100的旋转轴线发出射束112。

鼓因此承载支承它的两个轮缘，即后轮缘102和前轮缘108。这些通常将由适当的刚性承载表面限定出，轮104、106等沿着所述承载表面滚动。后轮缘102(在该实施例中)是圆形的，居中在鼓100的旋转轴线上，从而围绕其轴线是旋转对称的。然而，与圆形后轮缘102(以虚线示出)相比，前轮缘108是略微非圆形的，具有平滑的凹部140。否则，前轮缘108是圆形的。该凹部114定位成相反于辐射源110，因此当源110处于0°位置(图6)时，鼓100的前轮缘将被允许座置成略低于后轮缘102。这因此将以图2(b)的方式使鼓略微朝等中心倾斜，从而修正台架臂在重力作用下的下垂。在源100处于180°位置的情况下，(该实施例的)前轮缘108在其圆形部分处被支承。

这意味着：在180°位置处，鼓处于其“默认”位置。该默认位置(以及轮、台架和源的默认位置)可被调节，使得在180°位置处进行适当的重力补偿，然后在0°位置处由凹部114逆转。替代地，在180°位置处不存在补偿简单地是可接受的。在另一替代方案中，前轮缘108可被给予相反于凹部114的突部，以在180°位置处沿相反方向倾斜鼓100。实际上，前轮缘108上的凹部114可以由后轮缘102上的突部替换。在再一替代方案中，后轮缘102可被给予凹部，相反于前轮缘108的凹部。当然，各种替代方案可以组合，在两个轮缘上具有一定程度的凹部或突部，以便在鼓100的所有旋转点处确保所需的倾斜。

图7示意性地示出了具有这种突部116的后轮缘102的一种型式。

图8示意性地示出了第五实施例，其提供以更宽的角度范围更好地控制鼓取向的可能性。它涉及将前(和/或后)轮缘分成两个子轮缘118、120，并使支承轮缘的两个轮104、106错位，使得轮104在一侧支承一个子轮缘118，而轮106在另一侧支承子轮缘120。我们更希望两个子轮缘是相邻的，但是它们可以具有位于它们之间的直立脊部，以便防止轮滑动到错误的轮缘上。在该示例中，两个子轮缘118、120分别各自具有突部122、124，其90°间隔开。因此，在鼓的一个位置处，两个突部122、124与轮相交，并且获得最大的抬升。给予支承鼓的四个轮并且围绕(潜在的)四个相应子轮缘的周缘设计突部和凹部的能力的情况下，该设计灵活性可以被使用以便定制鼓的精确取向，从而提供许多自由度。这可以用于补偿在所有旋转位置处由重力诱发的下垂。

应理解的是，在所有的图5-8中，从圆度的各种偏差被粗略地夸大，以便使它们可见。实践中，这些偏差有可能为亚毫米级别。

当然将明白的是，可以对上述实施例做出许多变型，而不背离本发明的范围。

Claims (11)

1.放射治疗设备，包括鼓，所述鼓具有大致水平的旋转对称轴线，并且能够围绕所述旋转对称轴线旋转，在所述鼓上安装有从所述鼓向外延伸以形成悬臂并且承载辐射源的台架臂，所述臂从所述鼓延伸，以使所述源定位成偏离所述鼓的旋转轴线，但是朝所述轴线取向，所述放射治疗设备进一步包括：基于所述鼓的旋转取向向所述臂施加倾斜的机构。

2.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中，所述机构向所述鼓从而向所述臂施加倾斜。

3.根据权利要求1所述的放射治疗设备，其中，所述旋转鼓被支承在所述鼓下的轮上，并且所述机构经由所述轮向所述鼓施加倾斜。

4.根据权利要求2所述的放射治疗设备，其中，存在至少四个轮，其配置为两个有角度偏移的对，一对处于所述鼓的前边缘，并且一对处于后边缘。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的放射治疗设备，其中，所述机构被容纳在所述轮内。

6.根据权利要求5所述的放射治疗设备，其中，所述机构是所述轮内的偏心机构。

7.根据权利要求5所述的放射治疗设备，其中，所述机构是包括偏心底座的周转齿轮机构。

8.根据权利要求7所述的放射治疗设备，其中，所述周转齿轮机构包括太阳轮、行星齿轮和环带，并且其中所述太阳轮固定地附接至所述轮的承载表面，所述行星齿轮偏心地安装在支承基部上，并且所述环带被保持为与所述支承基部处于不旋转关系。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的放射治疗设备，其中，所述旋转鼓被支承在与所述鼓上的周向承载表面接触的轮上，其中至少一个周向承载表面是非圆形的。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的放射治疗设备，包括处于所述鼓内的机械致动器，并且所述机械致动器被布置成响应于旋转传感器被驱动，以便倾斜所述台架和/或所述鼓。

11.根据权利要求3或4所述的放射治疗设备，包括处于所述鼓在其上旋转的所述轮下的机械致动器，并且所述机械致动器被布置成响应于旋转传感器被驱动，以便倾斜所述台架和/或所述鼓。