CN107610799A - 基于超声电机驱动的六边形可变野准直器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器及其工作方法，包括基座、六边形导轨，六个挡块、钢带和直线超声电机定子。第一至第六挡块的一端通过其上滑槽分别安装在六边形导轨的各边，另一端具有60°和120°的内角；挡块内角的公共边与相邻挡块的60°内角的底边接触，在六边形导轨中心围成六边形射野；挡块之间采用同步钢带传动，直线超声电机定子驱动第一挡块正、反向运动，通过钢带传递的拉力，拉动其余挡块同时滑动，实现准直器射野的扩缩。本发明提出的可变野准直器结构简单，磨损小，射野调整精度高，有利于提高放射治疗的精度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于直线超声电机驱动的六边形可变野准直器及其工作方法。
背景技术
放射治疗是治疗肿瘤的一种重要手段，其目标是最大限度地将放射线集中照射到肿瘤（靶区），而周围的正常组织及器官应受到最小剂量的辐射。准直器是放射治疗设备的关键组件之一，安装在射线源加速器前端，通过准直器的扩缩控制射野的形状和大小，以更好地分开靶区和周围正常组织的剂量，达到靶区内剂量的均一照射，实现强调适形放射治疗的目的。
美国专利公开号为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。在外围利用齿轮驱动同步机构中的链条部分，通过与链条相连的皮带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。由于皮带、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，会造成射野精度调整不高、驱动功率较大、效率较低、磨损严重等问题。
在现有的准直器结构中，除了多叶准直器，比较典型的是采用圆形射野进行放射治疗，而六边形射野最接近圆形射野，靶区被准直器子野覆盖时，子野的边缘接触，过渡性好，有利于治疗计划制定。中国专利申请号为CN 200680001372.X，名称为“辐射装置和瞄准仪”公开的可变野准直器采用两排六边形准直器空间相错30°，构成一个12边形射野来近似圆形射野进行放射治疗。由于该准直器采用齿轮盘和凸轮相结合的方式，通过凸轮上的曲线槽驱动挡块运动，传动部件增多且齿轮传动精度低，曲线槽磨损后会存在回程间隙，从而造成结构复杂化，射野调整精度降低的问题。
现有技术中大多准直器均是以旋转电机作为驱动，通过齿轮盘配合链条或者凸轮间接获得驱动遮挡射野组件的直线运动，实现射野的扩缩。它们存在结构相对复杂，射野调整精度低的缺陷。
直线超声电机是一种新型作动器，利用压电材料的逆压电效应使弹性体产生超声频段内的振动，通过弹性体和动子之间的摩擦作用，直接输出动子的宏观运动。与传统电磁电机相比，直线超声电机具有结构简单紧凑、能直接输出低速大推力、响应迅速、不产生磁场、定位精度高和断电自锁等独特优点，已被广泛应用于航空航天、生物医疗和光学精密仪器等领域。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器及其工作方法，以解决现有技术中可变野准直器结构相对复杂、射野调整精度低的问题，本发明采用直线超声电机驱动和同步钢带传动的方式，提供一种结构简单，在放射治疗过程中射野大小可实时改变的六边形可变野准直器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，包括基座、六边形导轨、第一至第六挡块、钢带、张紧轮和直线超声电机定子；
六边形导轨为正六边形框架结构，固定安装在基座上；
第一至第六挡块的一端上分别设有直线的滑槽，并分别通过所述滑槽安装在六边形导轨的六条边上，第一至第六挡块沿六边形导轨上对应的边自由滑动；所述第一至第六挡块的另一端具有一对60°和120°的内角；两内角的公共边作为挡块的腰，60°内角的另一边作为挡块的底边；
所述各挡块的另一端的腰与相邻挡块的底边接触配合，二者相对滑动；
第一至第六挡块通过所述的腰和底边顺次连接，在六边形导轨的中心围成一个六边形的准直器射野；任意一个挡块沿所在六边形导轨上的边滑动，均带动其余挡块沿各自所在六边形导轨上的边同方向滑动，使得准直器射野收缩或扩大；
所述六边形导轨的六个拐角处各设置一个张紧轮安装基座上，钢带通过张紧轮张紧，围绕在六边形导轨外周；第二至第六挡块的一端通过伸出六边形导轨外的部分连接在所述钢带上；钢带的首尾两端连接在第一挡块伸出六边形导轨外的凸块上，所述凸块上设有一个与所在六边形导轨上的边平行的挡块外端面，其上涂镀一层摩擦材料，并与固定在基座上的直线超声电机定子接触。
优选地，所述的六边形导轨表面涂镀一层Si3N4陶瓷，以提高滑槽和六边形导轨的耐磨性。
优选地，所述的基座上设有供射线通过的通孔。
优选地，所述的可变野准直器两个结合使用时，在空间上，上下两层同轴并相错30°设置，使得每一层挡块之间的缝隙被另一层挡块遮挡；两个可变野准直器的直线超声电机定子由同一控制器驱动，使两个准直器的射野同步实时变化。
本发明的一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器的工作方法，包括步骤如下：
在放射治疗系统的控制器的驱动下，直线超声电机定子摩擦驱动第一挡块的挡块外端面，使第一挡块沿所在六边形导轨上的边做正向或反向运动，通过同步钢带传递的拉力，拉动第二至第六挡块沿各所在六边形导轨上的边正向或反向滑动，从而使六个挡块围成的准直器射野扩大或收缩；准直器的开口射野变化速度根据放射治疗系统的要求设定。
本发明的有益效果：
(1) 本发明的准直器结构简单，占用空间小，整个准直器利用直线超声电机直接输出直线运动即可实现准直器射野的变大或变小，无需齿轮和丝杠等传动机构，传动部件少且没有减速装置。
(2) 采用同步钢带传动，六个挡块可同时被钢带传递的拉力驱动，而不需要靠挡块间传递的摩擦力驱动，避免了挡块间的摩擦，可大大降低驱动功率和减少磨损，提高准直器的使用寿命。
(3) 超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观变形通过机械共振放大，通过摩擦耦合传动转换成动子的宏观运动。因此超声电机具有较高的定位精度，定位精度可达纳米级别。钢带无伸缩性，不会轻易拉伸，通过直线超声电机和同步钢带的配合，可实现射野的精准调整，使靶区被准直器子野精准覆盖进行强调放疗，有利于提高放射治疗的精度。
(4) 本发明的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。根据超声电机自有的特性，其响应时间在毫秒级别，所以超声电机在往复运动时是没有惯性的，且响应速度快。只需通过超声电机驱动滑块的正向或反向运动，即可实现整个准直器的开口射野在一定范围内（如60mm×60mm）进行迅速无级变化。变野速度由直线超声电机决定，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，有利于各种放射治疗技术（如常规放射治疗技术，立体定向放射治疗技术，强调放射治疗技术等）的执行。
附图说明
图1为本发明基于超声电机驱动的六边形可变野准直器的结构示意图；
图2为本发明中心射野为零射野时挡块位置的示意图；
图中，1为基座，2为六边形导轨，3为第一挡块，31为挡块外端面，4为第二挡块，5为钢带，6为张紧轮，7为直线超声电机定子，8为准直器射野。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1-图2所示，本发明的一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，包括基座1、六边形导轨2、第一至第六挡块、钢带5、张紧轮6和直线超声电机定子7；
六边形导轨2为正六边形框架结构，固定安装在基座1上，基座1上设有供射线通过的通孔；
第一至第六挡块的一端上分别设有直线的滑槽，并分别通过所述滑槽安装在六边形导轨2的六条边上，第一至第六挡块沿六边形导轨2上对应的边自由滑动；所述第一至第六挡块的另一端具有一对60°和120°的内角；两内角的公共边作为挡块的腰，60°内角的另一边作为挡块的底边；
所述各挡块的另一端的腰与相邻挡块的底边接触配合，二者相对滑动；参照图1，如：第一挡块3的腰与第二挡块4的底边41相接触配合；
第一至第六挡块通过所述的腰和底边顺次连接，在六边形导轨2的中心围成一个六边形的准直器射野；任意一个挡块沿所在六边形导轨2上的边滑动，均带动其余挡块沿各自所在六边形导轨上的边同方向滑动，使得准直器射野8收缩或扩大；
所述六边形导轨的六个拐角处各设置一个张紧轮6安装基座上，钢带5通过张紧轮6张紧，围绕在六边形导轨外周；第二至第六挡块的一端通过伸出六边形导轨外的部分连接在所述钢带5上；钢带5的首尾两端连接在第一挡块3伸出六边形导轨外的凸块（图中未作标识）上，所述凸块上设有一个与所在六边形导轨上的边平行的挡块外端面31，其上涂镀一层摩擦材料，如Al2O3陶瓷或者Si3N4陶瓷，并与固定在基座1上的直线超声电机定子7接触。
较佳实施例中，为消除六个挡块连接处的缝隙造成的射线漏射，可使用两个该准直器，在空间上，上下两层同轴并相错30°设置，使得每一层挡块之间的缝隙被另一层挡块遮挡，大大降低漏射率，保证放射治疗的精准性。同时，两个准直器的直线超声电机定子由同一控制器驱动，使两个准直器的射野同步实时变化。
第一挡块作为直线超声电机的动子，与直线超声电机定子配合使用，挡块外端面的长度要大于准直器射野完全开闭时第一挡块的行程；通过直线超声电机定子和挡块外端面的摩擦耦合作用，推动第一挡块做直线运动。
本发明的一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器的工作方法，包括步骤如下：
在放射治疗系统的控制器的驱动下，直线超声电机定子摩擦驱动第一挡块的挡块外端面，使第一挡块沿所在六边形导轨上的边做正向或反向运动，通过同步钢带传递的拉力，拉动第二至第六挡块沿各所在六边形导轨上的边正向或反向滑动，从而使六个挡块围成的准直器射野扩大或收缩；准直器射野收缩到零射野时挡块的位置如图2所示。准直器的开口射野变化速度根据放射治疗系统的要求设定，对于不同靶区进行放射治疗时能够快速自动地实时变换射野大小，利于各种放射治疗（如常规放射治疗技术，立体定向放射治疗技术，强调放射治疗技术等）的实施。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，其特征在于，包括基座、六边形导轨、第一至第六挡块、钢带、张紧轮和直线超声电机定子；
六边形导轨为正六边形框架结构，固定安装在基座上；
第一至第六挡块的一端上分别设有直线的滑槽，并分别通过所述滑槽安装在六边形导轨的六条边上，第一至第六挡块沿六边形导轨上对应的边自由滑动；所述第一至第六挡块的另一端具有一对60°和120°的内角；两内角的公共边作为挡块的腰，60°内角的另一边作为挡块的底边；
所述各挡块的另一端的腰与相邻挡块的底边接触配合，二者相对滑动；
第一至第六挡块通过所述的腰和底边顺次连接，在六边形导轨的中心围成一个六边形的准直器射野；任意一个挡块沿所在六边形导轨上的边滑动，均带动其余挡块沿各自所在六边形导轨上的边同方向滑动，使得准直器射野收缩或扩大；
所述六边形导轨的六个拐角处各设置一个张紧轮安装基座上，钢带通过张紧轮张紧，围绕在六边形导轨外周；第二至第六挡块的一端通过伸出六边形导轨外的部分连接在所述钢带上；钢带的首尾两端连接在第一挡块伸出六边形导轨外的凸块上，所述凸块上设有一个与所在六边形导轨上的边平行的挡块外端面，其上涂镀一层摩擦材料，并与固定在基座上的直线超声电机定子接触。
2.根据权利要求1所述的基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，其特征在于，所述的基座上设有供射线通过的通孔。
3.根据权利要求1所述的基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，其特征在于，所述的可变野准直器两个结合使用时，在空间上，上下两层同轴并相错30°设置，使得每一层挡块之间的缝隙被另一层挡块遮挡；两个可变野准直器的直线超声电机定子由同一控制器驱动，使两个准直器的射野同步实时变化。
4.根据权利要求1所述的基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，其特征在于，所述的六边形导轨表面涂镀一层Si3N4陶瓷，以提高滑槽和六边形导轨的耐磨性。
5.一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
在放射治疗系统的控制器的驱动下，直线超声电机定子摩擦驱动第一挡块的挡块外端面，使第一挡块沿所在六边形导轨上的边做正向或反向运动，通过同步钢带传递的拉力，拉动第二至第六挡块沿各所在六边形导轨上的边正向或反向滑动，从而使六个挡块围成的准直器射野扩大或收缩；准直器的开口射野变化速度根据放射治疗系统的要求设定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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