CN107007946A - 一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅，属于医疗器械领域。它包括六自由度并联平台、装接板、三维平移平台和座椅，装接板为方形，三维平移平台通过装接板固定在六自由度并联平台的上平台上方，座椅包括头靠、椅背、扶手、椅座和脚踏，座椅通过螺栓固定于三维平移平台上方。本发明利用三维平移平台扩大了自动椅的运动范围，解决了使用六自由度并联平台方案的自动椅的各个方向行程范围耦合的问题。

Description

一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅

技术领域

本发明涉及一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅，涉及医疗器械领域。

背景技术

人体头颈部的结构非常复杂，为更好的避开敏感组织和器官，最好的治疗位是坐位。限于重量的约束，质子和重离子治疗设备的束流终端的出口都是固定不可调的。在采用质子和重离子治疗头颈部癌症时，常规的方法是通过六自由度串联机械臂或六自由度并联平台对座椅上的患者进行六个维度的运动（X，Y，Z的平移和围绕X，Y，Z的旋转）以达到将肿瘤精准对准治疗束流中心的目的。

相对于六自由度串联机械臂来说，六自由度并联平台的结构更加紧凑、承载能力更强、稳定性更好。

并联六自由度平台的缺点也很明显：其所能获得的六个维度的运动范围是耦合的。具体来说，其运动范围的包络是椭球状，即当六自由度并联平台运动到某个方向的极限位置时，其余各个方向的可运行范围将变为零。而医疗上治疗头颈部肿瘤所需的运动范围一般为立方体状，即在达到某一个方向的极限位置时，另外各个方向的可运行范围应保持不变。这就意味着，为了获得期望的医疗范围，相对于六自由度串联机械臂来说，六自由度并联平台必须具有单个方向上更大的行程范围。这就造成了基于六自由度并联平台的自动椅的尺寸较为庞大的问题。

医院的治疗室内通常安装的设备众多，空间受限，大幅增加并联六自由度平台的尺寸并不现实。因此，提供一种具备基于六自由度并联平台方案的自动椅的结构紧凑，承载能力强、稳定性好的特点，同时在不增加六自由度平台的尺寸的情况下，拥有更大的运动范围的用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅就显得尤为必要。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供的用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅包括六自由度并联平台、装接板、三维平移平台和座椅，六自由度并联平台包括下平台、六个电动缸、上平台和十二个铰接件，下平台为三角形结构，上平台为圆型结构，六个电动缸分别位于上下平台四周，下端与下平台通过六个铰接件铰接，上端与上平台通过另外六个铰接件铰接，装接板为方形，三维平移平台通过所述的装接板固定在六自由度并联平台的上平台上方，座椅包括头靠、椅背、扶手、椅座和脚踏，座椅通过螺栓固定于三维平移平台上方。

所述的三维平移平台包括可进行Z方向平移的升降部件、支撑架、可进行Y方向平移的纵向部件、可进行X方向平移的横向部件。

所述的可进行Z方向平移的升降部件设有两个分别安装于装接板左右两侧上方的X形剪臂，一个固定于装接板后侧上方的蜗轮蜗杆减速器和一个设于蜗轮蜗杆减速器侧方的升降电机，蜗轮蜗杆减速器的水平蜗轮轴和升降电机的主轴作同轴联接，蜗轮蜗杆减速机的竖直蜗杆轴和第一丝杠作同轴连接，第一丝杠上设有第一丝杠螺母，第一支撑架连接座通过螺栓固定在第一丝杠螺母上；第一丝杠的顶端设有弓形横梁，弓形横梁的中部和第一丝杠的顶端作固定连接，弓形横梁的两端分别连接两个竖直的导向杆的上端，两个竖直导向杆上分别设有第二支撑架连接座，两个竖直导向杆的下端固定在装接板上。

所述的支撑架左右两侧分别安装在两个X形剪臂上方，支撑架后侧安装在升降部件的第一支撑架连接座和第二支撑架连接座上。

所述的纵向部件设有两个安装在支撑架上的纵向导轨，两个纵向导轨上均安装有第一滑块，纵向平台固定在第一滑块上；纵向平台的下底面设有第一连接座，第二丝杠的一端穿过第一连接座中心，第二丝杠上设有第二丝杠螺母，第二丝杠螺母卡在第一连接座的侧面开孔中；第二丝杠的另一端和第一传动杆的一端相连，第一传动杆的另一端和第一手轮固定连接。

所述的横向部件设有两个安装在纵向平台上的横向导轨，两个横向导轨上均安装有第二滑块，横向平台固定在第二滑块上，横向平台的下底面设有第二连接座，第三丝杠的一端穿过第二连接座的中心，第三丝杠上设有第三丝杠螺母，第三丝杠螺母卡在第二连接座的侧面开孔中；第三丝杠的另一端和第二传动杆的一端通过齿轮转接，第二传动杆的另一端和第二手轮固定连接。

所述的座椅的椅座和脚踏采用铰链连接，脚踏包括上部和下部两部分，脚踏下部上端设有连接杆，脚踏上部下端设有内径略大于连接杆外径的开孔，脚踏下部的连接杆置入脚踏上部的开孔中，通过脚踏上部侧面的锁止装置固定；所述的座椅通过螺栓安装在所述的三维平移平台的横向平台上。

可选的，所述的X形剪臂包括第一剪臂、第一剪臂下端安装座、第一剪臂上端安装座、第一剪臂导轨和第一剪臂滑块，第二剪臂、第二剪臂下端安装座、第二剪臂上端安装座、第二剪臂导轨和第二剪臂滑块；第一剪臂的中心和第二剪臂的中心作转动连接，第一剪臂导轨固定安装在装接板上，第一剪臂导轨上装有第一剪臂滑块，第一剪臂滑块上安装有第一剪臂下端安装座，第一剪臂的下端和该第一剪臂下端安装座作转动连接，第一剪臂的上端和第一剪臂上端安装座作转动连接，第一剪臂上端安装座座子朝上安装在所述的支撑架上；第二剪臂下端安装座固定在所述的装接板上，第二剪臂的下端和所述第二剪臂下端安装座作转动连接，第二剪臂的上端和第二剪臂上端安装座作转动连接，第二剪臂上端安装座的座子朝上与第二剪臂滑块作固定连接，第二剪臂滑块安装在第二剪臂导轨上，第二剪臂导轨安装在所述支撑架上。

可选的，所述的支撑架前端面上设有牛眼轴承，所述的座椅的脚踏的背面靠在所述牛眼轴承上。

本方案提出的用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅具有结构紧凑，承载能力强、稳定性好的特点，同时在不增加设备尺寸的情况下，具有更大的运动范围。

附图说明

图1是本发明的实施方式的自动椅的总体图。

图2是六自由度并联平台的示意图。

图3是装接板的示意图。

图4是三维平移平台的总体图。

图5是支撑架的示意图。

图6是三维平移平台的升降部件的结构图。

图7是三维平移平台的横向和纵向部件的装配的俯视图（包括支撑架）。

图8是三维平移平台的横向和纵向部件的装配的仰视图。

图9是自动椅的座椅椅座和脚踏部分的局部放大图。

主要部件符号说明：

六自由度并联平台：1；六自由度并联平台下平台：11；电动缸：12；六自由度并联平台上平台：13；铰接件：14；

装接板：2；

三维平移平台：3；三维平移平台的升降部件：31；X形剪臂：311；第一剪臂：3111；第一剪臂下端安装座：3112；第一剪臂上端安装座：3113；第一剪臂导轨：3114；第一剪臂滑块：3115；第二剪臂：3116；第二剪臂下端安装座：3117；第二剪臂上端安装座：3118；第二剪臂导轨：3119；第二剪臂滑块：3110；蜗轮蜗杆减速器：312；升降电机：313；第一丝杠：314；第一丝杠螺母：315；第一支撑架安装座：316；弓形横梁：317；导向杆：318；第二支撑架安装座：319；支撑架：32；牛眼轴承：321；纵向部件：33；第一滑块：332；纵向平台：333；第一连接座：334；第二丝杠：335；第二丝杠螺母：336；第一传动杆：337；第一手轮：338；

横向部件：34；横向导轨：341；第二滑块：342；横向平台：343；第二安装座：344；第三丝杠：345；第三丝杠螺母：346；第二传动杆：347；横向部件的转接齿轮：348；第二手轮：349；

座椅：4；头靠：41；椅背：42；扶手：43；椅座：44；脚踏：45；铰链：451；脚踏上部：452；脚踏下部：453；脚踏连接杆：454；脚踏锁止装置：455。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步描述。

图1给出了用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅的总体图。该自动椅包括六自由度并联平台1、装接板2、三维平移平台3和座椅4。

图2给出了六自由度并联平台1的结构，包括下平台11、六个电动缸12、上平台13和十二个铰接件14，下平台11为三角形结构，上平台13为圆型结构，六个电动缸12分别位于上下平台四周，下端与下平台11通过六个铰接件14铰接，上端与上平台13通过另外六个铰接件14铰接。

图3给出了装接板2的示意图，装接板2为方形。

图4给出了三维平移平台3的总体图。三维平移平台3通过装接板2固定在六自由度并联平台的上平台13上方。三维平移平台3包括可进行Z方向平移的升降部件31、支撑架32、可进行Y方向平移的纵向部件33、可进行X方向平移的横向部件34。

图5是支撑架32的示意图。

图6给出了三维平移平台的升降部件31的结构图。升降部件31设有两个分别安装于装接板2左右两侧上方的X形剪臂311，一个固定于装接板后侧上方的蜗轮蜗杆减速器312和一个设于蜗轮蜗杆减速器侧方的升降电机313，蜗轮蜗杆减速器312的水平蜗轮轴和升降电机313的主轴作同轴联接，蜗轮蜗杆减速机312的竖直蜗杆轴和第一丝杠314作同轴连接，第一丝杠314上设有第一丝杠螺母315，第一支撑架连接座316通过螺栓固定在第一丝杠螺母315上；第一丝杠314顶端设有弓形横梁317，弓形横梁317的中部和第一丝杠314的顶端作固定连接，弓形横梁317的两端分别连接两个竖直的导向杆318的上端，两个竖直导向杆318上分别设有第二支撑架连接座319，两个竖直导向杆318的下端固定在装接板2上。

所述支撑架32左右两侧分别安装在两个X形剪臂311上方，支撑架32后侧安装在升降部件31的第一支撑架连接座316和第二支撑架连接座318上。

图7给出了三维平移平台的横向和纵向部件的装配的俯视图（包括支撑架）。图8是三维平移平台的横向和纵向部件的装配的仰视图。所述的纵向部件33设有两个安装在支撑架32上的纵向导轨331，两个纵向导轨上均安装有第一滑块332，纵向平台333固定在第一滑块332上；纵向平台的下底面设有第一连接座334，第二丝杠335的一端穿过第一连接座334中心，第二丝杠335上设有第二丝杠螺母336，第二丝杠螺母336卡在第一连接座334的侧面开孔中；第二丝杠335的另一端和第一传动杆337的一端相连，第一传动杆337的另一端和第一手轮338固定连接。

所述的横向部件34设有两个安装在纵向平台333上的横向导轨341，两个横向导轨341上均安装有第二滑块342（见图4），横向平台343固定在第二滑块342上，横向平台343的下底面设有第二连接座344，第三丝杠345的一端穿过第二连接座344的中心，第三丝杠345上设有第三丝杠螺母346，第三丝杠螺母346卡在第二连接座344的侧面开孔中；第三丝杠345的另一端和第二传动杆347的一端通过齿轮348转接，第二传动杆347的另一端和第二手轮349固定连接。

如图1和图9所示，所述座椅4包括头靠41、椅背42、扶手43、椅座44和脚踏45，所述座椅4通过螺栓固定于三维平移平台3上方。所述座椅4的脚踏45和椅座44采用铰链451连接，脚踏包括上部452和下部453两部分，脚踏下部453上端设有连接杆454，脚踏上部452下端设有内径略大于连接杆外径的开孔，脚踏下部的连接杆454置入脚踏上部452的开孔中，通过脚踏上部侧面的锁止装置455固定；所述座椅4通过螺栓安装在所述三维平移平台3的横向平台343上。

可选的，如图6所示，所述X形剪臂311包括第一剪臂3111、第一剪臂下端安装座3112、第一剪臂上端安装座3113、第一剪臂导轨3114和第一剪臂滑块3115，第二剪臂3116、第二剪臂下端安装座3117、第二剪臂上端安装座3118、第二剪臂导轨3119和第二剪臂滑块3110；第一剪臂的中心3111和第二剪臂的中心3116作转动连接，第一剪臂导轨3114固定安装在装接板2上，第一剪臂导轨3114上设有所述第一剪臂滑块3115，所述第一剪臂滑块3115上安装有第一剪臂下端安装座3112，第一剪臂3111的下端和该第一剪臂下端安装座3112作转动连接，第一剪臂的上端3111和所述第一剪臂上端安装座3113作转动连接，所述第一剪臂上端安装座3111座子朝上安装在所述支撑架32上；第二剪臂下端安装座3117固定在装接板2上，第二剪臂3116的下端和所述第二剪臂下端安装座3117作转动连接，第二剪臂3116的上端和所述第二剪臂上端安装座3118作转动连接，所述第二剪臂上端安装座3118的座子朝上与所述第二剪臂滑块3110作固定连接，所述第二剪臂滑块3110安装在第二剪臂导轨3119上，第二剪臂导轨3119安装在所述支撑架32上。

可选的，如图9所示，所述支撑架前端面上设有一个或多个牛眼轴承321，所述座椅4的脚踏45的背面靠在所述牛眼轴承321上。

使用时，患者坐在座椅4上，医生首先使用三维平移平台3对患者进行手动初步定位，将标记的肿瘤位置定位到治疗束流中心附近。Y方向的纵向平移通过手动旋转第一手轮338进行，X方向的横向平移通过手动旋转第二手轮349进行，Z方向的升降平移通过控制升降电机的旋转方向和旋转转数进行。支撑架前端面的牛眼轴承321的作用是，在座椅4在做横向或纵向运动时，为座椅脚踏提供光滑的受力点，以方便座椅的移动。开启治疗束流之后，自动椅根据医生设计的治疗方案通过六自由度并联平台1的运动实现对患者（也即肿瘤）各个位姿的精准移动。

三维平移平台扩大了自动椅的运动范围，且无须增加六自由度并联平台的尺寸。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅，包括六自由度并联平台、装接板、三维平移平台和座椅，六自由度并联平台包括下平台、六个电动缸、上平台和十二个铰接件，下平台为三角形结构，上平台为圆型结构，六个电动缸分别位于上下平台四周，下端与下平台通过六个铰接件铰接，上端与上平台通过另外六个铰接件铰接，装接板为方形，三维平移平台通过所述的装接板固定在六自由度并联平台的上平台上方，座椅包括头靠、椅背、扶手、椅座和脚踏，座椅通过螺栓固定于三维平移平台上方，其特征在于：

所述的三维平移平台包括可进行Z方向平移的升降部件、支撑架、可进行Y方向平移的纵向部件、可进行X方向平移的横向部件；

所述的可进行Z方向平移的升降部件设有两个分别安装于装接板左右两侧上方的X形剪臂，一个固定于装接板后侧上方的蜗轮蜗杆减速器和一个设于蜗轮蜗杆减速器侧方的升降电机，蜗轮蜗杆减速器的水平蜗轮轴和升降电机的主轴作同轴联接，蜗轮蜗杆减速机的竖直蜗杆轴和第一丝杠作同轴连接，第一丝杠上设有第一丝杠螺母，第一支撑架连接座通过螺栓固定在第一丝杠螺母上；第一丝杠的顶端设有弓形横梁，弓形横梁的中部和第一丝杠的顶端作固定连接，弓形横梁的两端分别连接两个竖直的导向杆的上端，两个竖直导向杆上分别设有第二支撑架连接座，两个竖直导向杆的下端固定在装接板上；

所述的支撑架左右两侧分别安装在两个X形剪臂上方，支撑架后侧安装在升降部件的第一支撑架连接座和第二支撑架连接座上；

所述的纵向部件设有两个安装在支撑架上的纵向导轨，两个纵向导轨上均安装有第一滑块，纵向平台固定在第一滑块上；纵向平台的下底面设有第一连接座，第二丝杠的一端穿过第一连接座中心，第二丝杠上设有第二丝杠螺母，第二丝杠螺母卡在第一连接座的侧面开孔中；第二丝杠的另一端和第一传动杆的一端相连，第一传动杆的另一端和第一手轮固定连接；

所述的横向部件设有两个安装在纵向平台上的横向导轨，两个横向导轨上均安装有第二滑块，横向平台固定在第二滑块上，横向平台的下底面设有第二连接座，第三丝杠的一端穿过第二连接座的中心，第三丝杠上设有第三丝杠螺母，第三丝杠螺母卡在第二连接座的侧面开孔中；第三丝杠的另一端和第二传动杆的一端通过齿轮转接，第二传动杆的另一端和第二手轮固定连接；

所述的座椅的椅座和脚踏采用铰链连接，脚踏包括上部和下部两部分，脚踏下部上端设有连接杆，脚踏上部下端设有内径略大于连接杆外径的开孔，脚踏下部的连接杆置入脚踏上部的开孔中，通过脚踏上部侧面的锁止装置固定；所述的座椅通过螺栓安装在所述的三维平移平台的横向平台上。

2.根据权利要求1所述的一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅，其特征在于：所述的X形剪臂包括第一剪臂、第一剪臂下端安装座、第一剪臂上端安装座、第一剪臂导轨和第一剪臂滑块，第二剪臂、第二剪臂下端安装座、第二剪臂上端安装座、第二剪臂导轨和第二剪臂滑块；第一剪臂的中心和第二剪臂的中心作转动连接，第一剪臂导轨固定安装在装接板上，第一剪臂导轨上装有第一剪臂滑块，第一剪臂滑块上安装有第一剪臂下端安装座，第一剪臂的下端和该第一剪臂下端安装座作转动连接，第一剪臂的上端和第一剪臂上端安装座作转动连接，第一剪臂上端安装座座子朝上安装在所述的支撑架上；第二剪臂下端安装座固定在所述的装接板上，第二剪臂的下端和所述第二剪臂下端安装座作转动连接，第二剪臂的上端和第二剪臂上端安装座作转动连接，第二剪臂上端安装座的座子朝上与第二剪臂滑块作固定连接，第二剪臂滑块安装在第二剪臂导轨上，第二剪臂导轨安装在所述支撑架上。

3.根据权利要求1所述的一种用于质子和重离子治疗头颈部癌症的自动椅，其特征在于：

所述的支撑架前端面上设有牛眼轴承，所述的座椅的脚踏的背面靠在所述牛眼轴承上。