CN108042929A - 术中放射治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及术中放射治疗装置。根据一示例性实施例，一种术中放射治疗装置可包括：机架；多自由度并联运动平台，安装到所述机架，并且能实现多个方向的平移运动和多个方向的旋转运动；以及术中放射治疗装置辐射头，一端与所述机架可动地连接，所述术中放射治疗装置辐射头还固定连接到所述多自由度并联运动平台。利用本发明的多自由度并联运动平台，一方面可以带动术中放疗装置辐射头实现空间运动，对准瘤床区域实施放射治疗。另外，可在治疗之前，利用多自由度并联运动平台带动超声等成像设备对瘤床区域进行成像，从而实现图像引导的术中放射治疗。该术中放疗装置具有结构紧凑，操作灵活，运动精度高等特点。
Description
技术领域
本发明总体上涉及医疗器械领域，更特别地，涉及一种基于多自由度并联运动平台的术中放射治疗装置。
背景技术
术中放射治疗技术，也称为术中放疗，是指在手术切除肿瘤或手术暴露不能切除的肿瘤情况下，对原发肿瘤瘤床、残存肿瘤或淋巴引流区在手术中给予一次大剂量照射，可使肿瘤、肿瘤细胞在直接受到大剂量照射的同时保护周围正常组织，从而提高局部控制率、生存率及生存质量。术中放疗技术已逐渐成为肿瘤综合治疗的一个重要组成部分，各种术中放疗装置也相继涌现出来，例如NOVAC7移动式术中放疗装置(美国专利，专利号：5635721)，MOBETRON可移动电子直线加速器(美国专利，专利号：5321271)，IntraBeam的移动式术中低能X射线机(美国专利，专利号：6452177)等。这些放疗装置代表了目前本领域的最高水平。
然而，上述放疗装置仍存在诸多不足。首先，为了实现术中放疗装置中的辐射头的多自由度运动，所采用的机械装置过于复杂，体积庞大，操作灵活性差。此外，缺少影像辅助定位装置，无法实现基于图像引导的术中放射治疗。而且，术中放疗装置的辐射头与治疗限光筒需要手动对中，操作复杂，对中精度差，不利于实现精确的术中放疗。
因此，仍需要一种术中放射治疗装置，其结构简单，操作灵活，并且功能丰富，能够实现精确的术中放疗。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种基于多自由度并联运动平台的术中放射治疗装置。利用本发明的多自由度并联运动平台，一方面可以带动术中放疗装置辐射头实现空间运动，对准瘤床区域实施放射治疗。另外，可在治疗之前，利用多自由度并联运动平台带动超声等成像设备对瘤床区域进行成像，从而实现图像引导的术中放射治疗。该术中放疗装置具有结构紧凑，操作灵活，运动精度高等特定。
根据一示例性实施例，提供一种术中放射治疗装置，包括：机架；多自由度并联运动平台，安装到所述机架，并且能实现多个方向的平移运动和多个方向的旋转运动；以及术中放射治疗装置辐射头，一端与所述机架可动地连接，所述术中放射治疗装置辐射头还固定连接到所述多自由度并联运动平台。
在一些示例中，所述多自由度并联运动平台包括：环形平台，所述术中放射治疗装置辐射头穿过并且固定连接到所述环形平台；以及多根可控伸缩杆，彼此并联设置并且将所述环形平台连接到所述机架。
在一些示例中，所述可控伸缩杆的两端通过球形铰链被可动地连接。
在一些示例中，所述多根可控伸缩杆的一端沿所述环形平台的外周边布置，另一端在所述机架一侧也沿圆形布置，并且所述多根可控伸缩杆布置成闭合的首尾相连结构。
在一些示例中，所述多根可控伸缩杆的设置在所述环形平台一侧的各对相邻末端之间的距离小于设置在所述机架一侧的各对相邻末端之间的距离。
在一些示例中，所述术中放射治疗装置还包括：立柜，用于安装所述机架。
在一些示例中，所述立柜上具有用于安装所述机架的机架安装槽，所述机架安装槽两侧分别设有滑槽，所述机架具有垂直部分和从所述垂直部分的一端延伸的水平部分，所述垂直部分的两侧固连有滑动导轨，所述滑动导轨安装到所述滑槽中，从而实现所述机架相对于所述立柜的升降运动，所述多自由度并联运动平台安装到所述机架的水平部分的下表面上。
在一些示例中，所述术中放射治疗装置辐射头的末端安装有适配器以用于固连成像设备或治疗限光筒。
在一些示例中，所述成像设备在所述多自由度并联运动平台的带动下以期望角度和方向对准手术视野内的预照射区域并进行成像，所获得的图像被用于规划放射治疗方案
在一些示例中，所述治疗限光筒在所述多自由度并联运动平台的带动下以期望角度和方向对准手术视野内的预照射区域并进行固定式或扫描式照射治疗。
在一些示例中，所述术中放射治疗装置还包括：射线阻挡器，通过机械臂安装到所述立柜上，用于阻挡所述术中放射治疗装置辐射头发出的穿过患者身体后的射线。
与现有技术相比，本发明提供的术中放射治疗装置具有若干优点，包括但不限于：
利用多自由度并联运动平台实现术中放射治疗装置辐射头的多自由度运动，使得术中放疗装置结构更加简洁、体积紧凑、运动精度高、操作灵活性大幅提升；在进行术中放疗前，可利用多自由度并联运动平台带动固连于术中放射治疗装置辐射头末端的超声探头或其他成像设备对瘤床进行固定式或扫描式成像，进而更加科学合理的设计术中放疗计划；多自由度并联运动平台可根据术中放疗计划多方位高精度地带动术中放射治疗装置辐射头对肿瘤靶区进行固定式或扫描式治疗，有利于实现精确术中放疗。
附图说明
图1示出了本发明一示例性实施例的术中放射治疗装置的结构示意图。
图2示出了本发明一示例性实施例的术中放射治疗装置的成像状态示意图。
图3示出了本发明一示例性实施例的术中放射治疗装置的治疗状态示意图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。注意，附图可能不是按比例绘制的。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
图1示出根据本发明一实施例的术中放射治疗装置，其处于初始的收起状态，以便于例如运输和转移。如图1所示，该术中放射治疗装置包括立柜101、机架201、多自由度并联运动平台300、术中放射治疗装置辐射头401、机械臂501、以及射线阻挡器502。
立柜101上开有机架安装槽102，以及位于机架安装槽两侧的滑槽103。优选地，立柜101的底部可以装有脚轮，例如图1所示的四个脚轮104，脚轮可以为电机驱动的普通脚轮或万向轮，实际应用中，可通过遥控控制四个脚轮的电机，将该术中放疗装置运送至手术室内指定的治疗位置并固定。另一方面，也可以没有驱动脚轮的电机，立柜101由人工推动移动。
机架201可具有大致弯曲形状，例如“Γ”形，包括垂直部和从垂直部的上端延伸的水平部。垂直部的左右两侧可固连有滑动导轨202，滑动导轨202可在立柜101上的滑槽103内上下滑动。优选地，机架201可在电机驱动下沿滑槽103相对立柜101进行自动或遥控升降运动，且机架上装有位置传感器，可实时检测机架相对立柜的升降高度。水平部可用于悬挂式安装下面描述的多自由度并联运动平台300。
多自由度并联运动平台300的底座固定连接于机架201的水平末端。优选地，多自由度并联运动平台300可实现多个方向的平移运动和多个方向的旋转运动。如图所示，多自由度并联运动平台300可包括底座301、平台302、以及并联连接于底座301与平台302之间的多根可控伸缩杆303。底座301和平台302都可以是环形结构，并且底座301可通过例如螺钉固定到机架201的末端。可控伸缩杆303可以是例如电动缸，其可通过外部电信号来控制其伸缩长度，可控伸缩杆303的两端可以分别通过球形铰链连接到底座301和环形平台302。多根可控伸缩杆303的一端可大致沿环形平台302的外周边布置，另一端在底座301上也大致沿圆形布置，并且多根可控伸缩杆303的两端布置成彼此相连，即末端紧邻布置，最终形成闭合环形，如图1所示。优选地，底座301上伸缩杆303沿其布置的圆形要大于环形平台302上伸缩杆303沿其布置的圆形，或者说，底座301上的每对末端之间的距离可大于环形平台302上的每对末端之间的距离。图示了6根可控伸缩杆303，其在环形平台302上固定到三个点，这三个点形成第一等边三角形；其在底座301上也固定到三个点，这三个点形成第二等边三角形，并且第二等边三角形的边长大于第一等边三角形。每根可控伸缩杆303既可以伸缩，又可以相对于底座301和环形平台302转动，使得环形平台302可实现多个方向的平移运动和多个方向的旋转运动。通过上述布置，可以提高环形平台302的移动控制的精细程度，从而将后面描述的辐射头401定位到期望的位置。
应注意，虽然图示了6根可控伸缩杆303，但是容易理解的是，可以采用更多或更少的可控伸缩杆303。可控伸缩杆303的两端分别通过球形铰链连接到底座301和环形平台302，安装点形成正多边形形状。
可理解的是，在一些实施例中，底座301也可以被省略，或者可以将底座301视为机架201的一部分，从而可控伸缩杆303直接安装到机架201上。
术中放射治疗装置辐射头401一端连接在机架201上，另一端可固定连接(未示出)到多自由度并联运动平台300上，或者说，固定连接到环形平台302上。其中优选地，术中放射装置辐射头401通过软波导403连接到机架201的末端。通过自动控制技术，多自由度并联运动平台300可带动术中放射治疗装置辐射头401运动至任意所需的位置和角度。
优选地，术中放射治疗装置辐射头401末端可固定连接有适配器402，成像设备404或治疗限光筒405可通过适配器402固定连接在术中放射治疗装置辐射头401的末端。成像设备404可以为例如超声探头。通过自动控制技术，多自由度并联运动平台300可带动固连于术中放射治疗装置辐射头401末端的超声探头或其他成像设备404对瘤床区域进行成像，或者带动治疗限光筒405对瘤床区域进行固定式或扫描式治疗。
优选地，如图1所示，机械臂501的底座固定连接于立柜101的前方，优选地，机械臂501采用但不限于六自由度串联机械臂架构，机械臂501的各关节均可通过电机驱动，且各关节处均可装有位置检测传感器，用于实时检测各关节的转动角度。射线阻挡器502固定连接于机械臂501的末端。机械臂501可带动射线阻挡器502运动至任意所需的位置和角度，使得术中放射治疗装置辐射头401射出的电子束中轴线入射到射线阻挡器502的中心位置处或附近。
虽然上面描述了机械臂501具有六自由度串联机械臂架构，但是应理解，本发明不限于此。而是，通过位置设计等，具有多自由度即可，例如2自由度、3自由度、4自由度等，其中3自由度以上是优选地，更优选地4自由度以上，例如6自由度，从而可以实现对相关组件的方便操纵，实现不同的位置、取向等。应理解，机械臂的结构及其精确控制是其技术领域中已知并且成熟的技术，因此这里不再详细描述。
当然，在一些实施例中，机械臂501也可以是简单的可折叠机械臂，射线阻挡器502具有足够大的面积以阻挡穿过人体后的射线。
图1所示的术中放射治疗装置处于收起状态，以便于所述术中放射治疗装置的移动或运输。立柜101底部的四个轮子104可由电机驱动，实际应用中可通过控制各轮子驱动电机的运动，将该术中放射治疗装置移动到手术室内指定的治疗位置并固定。
图2示出了术中放射治疗装置处于成像状态。如图2所示，术中放射治疗装置辐射头401末端通过适配器402固定连接有超声探头或其他成像设备404。治疗床600也固定在手术室内。优选地，治疗床600可进行升降运动。
在一示例中，人体700被固定在治疗床600上，通过移动术中放射治疗装置及升降治疗床600，使人体700处于便于成像的位置。优选地，可遥控或由程序自动控制多自由度并联运动平台300以带动超声探头404对准人体700手术射野内的瘤床进行成像。
图3示出术中放射治疗装置处于治疗状态。在一示例中，术中放射治疗装置辐射头401末端通过适配器402固定连接有治疗限光筒405。通过自动控制技术，多自由度并联运动平台300可遥控或自动地带动治疗限光筒405对人体700手术射野内的瘤床进行固定式或扫描式治疗。优选地，机械臂501可自动地带动射线阻挡器502运动到某一位置，使得治疗限光筒405发射的电子线束中心入射到射线阻挡器502的几何中心位置或其附近，以衰减或阻挡穿过人体700和治疗床600床板的射线。
优选地，术中放射治疗结束后，机架201可自动地降落至图1所示的待机位置，多自由度运动平台300可自动地将术中放射治疗装置辐射头401返回至图1所示的待机位置，机械臂501可自动地将射线阻挡器502返回至图1所示的待机位置。
本申请提供的术中放射治疗装置，利用多自由度并联运动平台实现术中放射治疗装置辐射头的多自由度运动，使得术中放疗装置结构更加简洁、体积紧凑、运动精度高、操作灵活性大幅提升；在进行术中放疗前，可利用多自由度并联运动平台带动固连于术中放射治疗装置辐射头末端的超声探头或其他成像设备对瘤床进行固定式或扫描式成像，进而更加科学合理的设计术中放疗计划；多自由度并联运动平台可根据术中放疗计划多方位高精度地带动术中放射治疗装置辐射头对肿瘤靶区进行固定式或扫描式治疗，有利于实现精确术中放疗。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (10)
1.一种术中放射治疗装置，包括：
机架(201)；
多自由度并联运动平台(300)，安装到所述机架(201)，并且能实现多个方向的平移运动和多个方向的旋转运动；以及
术中放射治疗装置辐射头(401)，一端与所述机架(201)可动地连接，所述术中放射治疗装置辐射头(401)还固定连接到所述多自由度并联运动平台(300)。
2.如权利要求1所述的术中放射治疗装置，其中，所述多自由度并联运动平台(300)包括：
环形平台(302)，所述术中放射治疗装置辐射头(401)穿过并且固定连接到所述环形平台(302)；以及
多根可控伸缩杆(303)，彼此并联设置并且将所述环形平台(302)连接到所述机架(201)。
3.如权利要求2所述的术中放射治疗装置，其中，所述可控伸缩杆(303)的两端通过球形铰链被可动地连接。
4.如权利要求2所述的术中放射治疗装置，其中，所述多根可控伸缩杆的一端沿所述环形平台的外周边布置，另一端在所述机架一侧也沿圆形布置，并且所述多根可控伸缩杆在两端布置成彼此相连以形成闭合环形结构。
5.如权利要求4所述的术中放射治疗装置，其中，所述多根可控伸缩杆的设置在所述环形平台一侧的各对相邻末端之间的距离小于设置在所述机架一侧的各对相邻末端之间的距离。
6.如权利要求1所述的术中放射治疗装置，还包括：
立柜(101)，用于安装所述机架(201)。
7.如权利要求6所述的术中放射治疗装置，其中，所述立柜(101)上具有用于安装所述机架(201)的机架安装槽(102)，所述机架安装槽(102)两侧分别设有滑槽(103)，所述机架(201)具有垂直部分和从所述垂直部分的一端延伸的水平部分，所述垂直部分的两侧固连有滑动导轨(202)，所述滑动导轨(202)安装到所述滑槽(103)中，从而实现所述机架(201)相对于所述立柜(101)的升降运动，所述多自由度并联运动平台(300)安装到所述机架(201)的水平部分的下表面上。
8.如权利要求1所述的术中放射治疗装置，其中，所述术中放射治疗装置辐射头(401)的末端安装有适配器(403)以用于固连成像设备或治疗限光筒。
9.如权利要求8所述的术中放射治疗装置，其中，所述成像设备在所述多自由度并联运动平台(300)的带动下以期望角度和方向对准手术视野内的预照射区域并进行成像，所获得的图像被用于规划放射治疗方案，且
其中，所述治疗限光筒在所述多自由度并联运动平台(300)的带动下以期望角度和方向对准手术视野内的预照射区域并进行固定式或扫描式照射治疗。
10.如权利要求6所述的术中放射治疗装置，还包括：
射线阻挡器(502)，通过机械臂(501)安装到所述立柜(101)上，用于阻挡所述术中放射治疗装置辐射头(401)发出的穿过患者身体后的射线。
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