CN108079445A - 笼式放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种笼式放射治疗装置，涉及放射治疗设备技术领域，包括由二维运动平台驱动的治疗床以及控制器、支撑机构、旋转机构、滑动机构、射线发生机构；控制器与射线发生机构通信连接；滑动机构通过旋转机构设于支撑机构上，射线发生机构可滑动的设于滑动机构上；支撑机构包括有固定支架，旋转机构包括有旋转支架，旋转支架通过伺服驱动系统的驱动在固定支架上旋转；二维运动平台穿过所述旋转支架与升降平台连接；滑动机构包括有至少一个滑动支架，所述滑动支架固定在所述旋转支架上。本发明通过射线发生机构的多自由度运动，可以在不移动患者的前提下实现大立体角范围快速精确治疗；通过支撑机构的双支座设计，提高了装置的刚度和负载能力。

Description

笼式放射治疗装置

技术领域

本发明涉及放射治疗设备技术领域，具体涉及一种笼式放射治疗装置。

背景技术

作为治疗癌症的一种重要手段，放射治疗可利用射线进入人体内部，与体内细胞发生电离作用，电离产生的电离能足够大时，便可使细胞死亡。随着肿瘤放射治疗学的发展，放射治疗已经逐步迈入精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”时代，放射治疗装置的适应性也越来越广，可对头部、颈部、胸部、腹部等人体各部位进行放射治疗。

目前的放射治疗过程中，由于放射治疗装置的放射源只能在二维平面内沿固定的方向转动，因此，需要对治疗床进行前后、左右、上下的位置调整，使患者的肿瘤靶区处于放射源的照射区域，会出现调整时间长、位置精度差、治疗效率低等问题。在进行非共面放射治疗时，还需要转动治疗床，并利用成像系统进行靶区位置验证，进一步增加了治疗时间，而且，放疗装置与治疗床或病人体表存在碰撞的危险，可选的非共面照射角度范围较窄，较大程度地限制了非共面放射治疗技术的临床应用。中国发明专利(专利号：ZL201110447735.5)公开了一种4D立体定位放射治疗装置，使得加速器可以跟随机架进行点头和仰头动作，从而实现射线角度在三维空间上的调节，对精确检测和治疗提供了更大的支持。中国发明专利(专利号：ZL201410558872.X)公开了一种五自由度o型臂放射治疗系统，实现了五自由度控制放射治疗过程，控制精度和稳定程度高。

以上专利公开的放射治疗装置，均通过增加机架自由度实现放射源的多自由度运动，非共面照射角度范围小，系统负载较大，结构复杂，不利于工程实现，且没有从根本上解决机架和治疗床或病人体表的碰撞问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现大角度范围多自由度照射，负载能力强，结构简单，制造成本低，能够对放射位置进行实时快速调整且不会碰撞患者的笼式放射治疗装，以解决上述背景技术中的调整时间长、位置精度差、治疗效率低、易碰撞患者的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种笼式放射治疗装置，包括由二维运动平台驱动的治疗床，还包括控制器、支撑机构、旋转机构、滑动机构、射线发生机构；所述控制器与所述射线发生机构通信连接；所述滑动机构通过所述旋转机构可旋转的设置于所述支撑机构上，所述射线发生机构可滑动的设置于所述滑动机构上；其中，

所述支撑机构包括有固定支架，所述旋转机构包括有旋转支架，所述旋转支架通过伺服驱动系统的驱动在所述固定支架上旋转；所述二维运动平台穿过所述旋转支架与升降平台连接；

所述滑动机构包括有多个滑动支架，所述射线发生机构设置在其中一个滑动支架上，所述滑动支架固定在所述旋转支架上。旋转支架上设有滑动支架，滑动支架上设有射线发生机构，在伺服驱动系统的驱动下旋转支架可在固定支架上旋转，带动滑动支架旋转，滑动支架的旋转可带动射线发生机构旋转，同时，射线发生机构还可在滑动支架上相对滑动，从而完成对患者的360°全方位放射治疗。多个滑动支架的设置可安装其他辅助医疗设备，从而使该放射治疗装置功能更加完善。

进一步的，所述外部伺服驱动系统包括伺服电机一，所述伺服电机一与所述旋转支架传动连接。通过伺服电机一与旋转支架传动连接从而驱动旋转支架在固定支架上旋转。

进一步的，所述固定支架的数量为两个，分别为第一固定支架、第二固定支架，所述第一固定支架和所述第二固定支架相对平行设置于同一水平面上；所述第一固定支架和所述第二固定支架上分别设有中心轴重合的第一安装孔和第二安装孔。通过相对设置的第一固定支架和第二固定支架使整个装置更加稳固，使用更加安全可靠。

进一步的，所述旋转支架的数量为两个，分别为第一旋转支架、第二旋转支架，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架分别通过轴承设于所述第一安装孔和所述第二安装孔内；所述第一旋转支架和所述第二旋转支架均为筒状结构。筒状旋转支架通过轴承设于安装孔内，使旋转支架能够在安装孔内完成旋转。

进一步的，所述伺服电机一固定在所述第一固定支架上，所述伺服电机一通过传动带与所述第一旋转支架连接；或者，

所述伺服电机一固定在所述第二固定支架上，所述伺服电机一通过传动带与所述第二旋转支架连接。

进一步的，所述滑动支架上均设有齿条和及与所述齿条配合的驱动机构。驱动机构与齿条配合，从而使驱动机构能够通过齿条的啮合完成在滑动支架上的相对滑动。

进一步的，所述驱动机构包括伺服电机和驱动滑块，所述伺服电机固定在所述驱动滑块上，所述伺服电机通过主动齿轮与所述齿条的配合驱动所述驱动滑块在所述滑动支架上滑动，所述伺服电机与所述控制器通信连接。

进一步的，所述射线发生机构包括射线源和准直器，所述射线源与所述准直器连接，所述射线源固定在所述滑动支架的驱动滑块上，与安装有所述射线发生机构的所述滑动支架的驱动滑块上设有射线探测板或射线阻挡器。

进一步的，述滑动支架为圆心处于所述第一安装孔中心轴线上的圆弧梁。

进一步的，所述升降平台包括有第一升降平台、第二升降平台，所述第一升降平台设于所述第一固定支架的左侧，所述第二升降平台设于所述第二固定支架的右侧；所述二维运动平台的两端穿过所述第一旋转支架和所述第二旋转支架分别与第一升降平台和所述第二升降平台连接。

本发明有益效果：通过笼式结构设计，实现射线发生机构对患者靶区的空间大立体角范围照射，在不移动患者的前提下实现对患者大立体角范围的照射，通过采用双固定支架和横梁支撑结构，可大幅度提高放射治疗装置的刚度和带负载能力，可带动较大自重的放射源进行高精度空间多自由度运动，而且不存在碰撞病人的问题，可灵活搭载各种成像设备，有利于开展基于图像引导的IMRT、VMAT、非共面IMRT、非共面VMAT、4π放疗和自适应放疗等先进放疗技术；通过二维运动平台和滑动机构、旋转机构的配合实现患者的病患靶区快速精确定位，治疗效果明显。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的笼式放射治疗装置立体结构图。

图2为本发明实施例所述的笼式放射治疗装置使用状态示意图。

其中：705-二维运动平台；704-治疗床；100-支撑机构；200-旋转机构；300-滑动机构；500-射线发生机构；600-成像装置；110-第一固定支架；120-第二固定支架；210-第一旋转支架；220-第二旋转支架；211、221-轴承；301-第一滑动支架；302-第二滑动支架；303-第三滑动支架；304-第四滑动支架；111-第一安装孔；121-第二安装孔；701-第一升降平台；702-第二升降平台；222-伺服电机一；1-伺服电机；2-驱动滑块；501-射线源；502-准直器；601-信号发射单元；602-信号接收单元；800-患者；900-治疗中心；224-传动带；503-射线探测板；130-底座。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明实施例所述的笼式放射治疗装置立体结构图，图2为本发明实施例所述的笼式放射治疗装置使用状态示意图。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

如图1至图2所示，本发明实施例提供了一种笼式放射治疗装置，包括由二维运动平台705驱动的治疗床704，还包括控制器、支撑机构100、旋转机构200、滑动机构300、射线发生机构500、成像装置600；所述控制器分别与所述射线发生机构500、所述成像装置600通信连接；所述滑动机构300通过所述旋转机构200可旋转的设置于所述支撑机构100上，所述射线发生机构500可滑动的设置于所述滑动机构300上，所述成像装置600可滑动的设置于所述滑动机构300上；其中，

所述支撑机构100包括第一固定支架110、第二固定支架120；所述第一固定支架110和所述第二固定支架120相对平行设置于同一水平面上；

所述旋转机构200包括第一旋转支架210、第二旋转支架220；所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220分别活动设于所述第一固定支架110和第二固定支架120内；

所述滑动机构300包括第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304，所述第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304的两端分别固定在所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220上。

所述旋转机构200用于带动所述滑动机构300围绕所述治疗床704进行旋转；

所述成像装置600用于在所述滑动机构300上进行滑动，并对患者的患病靶区进行靶区成像，并根据所述靶区成像实时获得所述病患靶区的位置信号。

所述控制器用于根据所述位置信号实时调整所述射线发生机构500在所述滑动机构300上的位置，所述射线发生机构500用于对所述病患靶区进行射线照射。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一固定支架110和所述第二固定支架120上分别设有第一安装孔111和第二安装孔121，所述第一安装孔111和所述第二安装孔121的中心轴重合。

所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220分别通过轴承211、221设于所述第一安装孔111和所述第二安装孔121内；所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220均为筒状结构。

在实际应用中，所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220的设置方式并不受上述设置方式的限制，所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220也可通过其他方式活动设于第一固定支架110和第二固定支架120上。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一滑动支架301与所述第三滑动支架303相对设置，所述第二滑动支架302与所述第四滑动支架304相对设置。

在本发明的一个具体实施例中，所述二维运动平台705的两端穿过所述第一旋转支架210和所述第二旋转支架220分别与第一升降平台701和第二升降平台702连接，所述第二旋转支架220通过传动带224连接有伺服电机一222，所述伺服电机一222固定在所述第二固定支架120上。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304均为圆心处于所述第一安装孔111中心轴线上的圆弧梁结构。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304上均设有齿条；所述第一滑动支架301和所述第三滑动支架303为双支撑梁结构，所述第二滑动支架302和所述第四滑动支架304为单支撑梁结构；所述第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304上均设有驱动机构。

在本发明的一个具体实施例中，所述驱动机构包括伺服电机1和驱动滑块2，所述伺服电机1固定在所述驱动滑块2上，所述伺服电机1通过主动齿轮与所述齿条的配合驱动所述驱动滑块2分别在所述第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304上相对滑动；所述伺服电机1与所述控制器通信连接。

在本发明的一个具体实施例中，所述射线发生机构500设于所述第一滑动支架301上，所述射线发生机构500包括射线源501和准直器502，所述射线源501和所述准直器502分别固定在所述第一滑动支架301的驱动滑块2的两侧，所述第三滑动支架303的驱动滑块2上设有射线探测板503。

在本发明的一个具体实施例中，所述成像装置600包括信号发射单元601和信号接收单元602；所述信号发射单元601设于所述第二滑动支架302上的驱动滑块2上，所述信号接收单元602设置于所述第四滑动支架304上的驱动滑块2上。

在本发明的一个具体实施例中，所述射线探测板503为MV级探测板、KV级探测板或射线阻挡器；所述射线源501为由直线加速器产生的x射线源、电子束射线源或放射性物质产生的γ射线源中的一种，所述成像装置600为CT、锥形束CT或MRI中的一种。

如图2所示，本发明在具体使用时，支撑机构100包括第一固定支架110、第二固定支架120，第一固定支架110和第二固定支架120固定设置于底座130上，底座130固定设置于地面上，第一固定支架110上开有中空圆筒状的第一安装孔111，第二固定支架120上开有中空圆筒状的第二安装孔121，第一安装孔111和第二安装孔121中心轴重合，可保证旋转机构带动滑动机构绕中心轴稳定旋转。

可以理解的是，笼式放射治疗装置也可以不包括底座130，此时，第一固定支架和第二固定底座130直接固定设置于地面上。

旋转机构200包括第一旋转支架210、第二旋转支架220。第一旋转支架210旋转地设置于第一固定支架110上，第二旋转支架220旋转地设置于第二固定支架120上，第一旋转支架210和第二旋转支架220为中空状。

可以理解的是，第一旋转支架210也可以通过轴承211设置于第一固定支架110上，第二旋转支架220也可以通过轴承221设置于第二固定支架120上。

滑动机构300包括第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304，各滑动支架两端分别与第一旋转支架210、第二旋转支架220固连。

第一滑动支架301、第二滑动支架302、第三滑动支架303、第四滑动支架304为圆弧梁，圆弧圆心处于两固定机架安装孔的中心轴线上的圆弧梁。

第一滑动支架301和第三滑动支架303为相互平行的双支撑梁结构，第二滑动支架302和第四滑动支架304为单支撑梁结构。

第一滑动支架301和第三滑动支架303平行相对安装，第二滑动支架302和第四滑动支架304平行相对安装，第一滑动支架301和第四滑动支架304正交安装，即两者夹角为90°。

可以理解的是，滑动机构300还可进一步包括更多滑动支架，例如第五滑动支架、第六滑动支架，以便于笼式放射治疗装置搭载其他相关设备。

射线发生机构500包括射线源501、准直器502。射线源501为由直线加速器产生的x射线源或电子束射线源，也可为放射性物质产生的γ射线源，准直器502可绕射线束中心轴转动。

可以理解的是，射线发生机构500还可包括射线探测板503，射线探测板503可滑动地设置于第三滑动支架303上；所述射线探测板503可为MV级探测板，也可为KV级探测板。射线探测板503也可为射线阻挡器，通过自动控制技术，可控制射线源501和射线阻挡器同步运动，使得射线源501产生的射线束中线轴始终穿过射线阻挡器的几何中心。

成像装置600可为CT、锥形束CT、或MRI；成像装置600包括信号发射单元601、信号接收单元602。信号发射单元601滑动地设置于第二滑动支架302上，信号接收单元602滑动地设置于第四滑动支架304上。

第一升降平台701和第二升降平台702固定地设置于底座130上，分别为位于第一固定支架和第二固定支架的两侧，底座130固定地设置于地面上，治疗床704固定在二维运动平台705上，二维运动平台705的两端穿过第一滑动支架210和第二滑动支架220横跨在第一升降平台701和第二升降平台702之间，治疗床704通过二维运动平台705实现水平运动，二维运动平台705通过第一声将平台和第二升降平台实现垂直升降，通过二维运动平台705及升降平台实现患者位置的调整。

可以理解的是，第一升降平台701和第二升降平台702也可直接固定地设置于地面上。

患者800被固定于治疗床704上，通过升降平台的升降运动和二维运动平台705的前后和左右移动，患者800的靶区中心与笼式放射治疗装置的治疗中心900重合。

成像装置600可自动地对患者800的靶区进行成像，验证靶区位置的正确性，射线发生机构500可自动地移动至计划系统设定的照射位置，对准患者800的靶区进行射线照射。

在治疗过程中，成像装置600可实时对患者800的靶区成像，通过追踪靶区成像获得的靶区实时位置，将位置信息发送给控制器，控制器根据位置信息对射线发生机构500可自动地调整射线照射角度，实现对肿瘤靶区的动态追踪放疗或自适应放疗。

综上所述，本发明的运行效果是，通过笼式结构设计，实现射线发生机构对患者靶区的空间大立体角范围照射，在不移动患者的前提下实现对患者大立体角范围的照射，通过采用双固定支架和横梁支撑结构，可大幅度提高放射治疗装置的刚度和带负载能力，可带动较大自重的放射源进行高精度空间多自由度运动，而且不存在碰撞病人的问题，可灵活搭载各种成像设备，有利于开展基于图像引导的IMRT、VMAT、非共面IMRT、非共面VMAT、4π放疗和自适应放疗等先进放疗技术；通过二维运动平台和滑动机构、旋转机构的配合实现患者的病患靶区精确定位，治疗效果明显。

本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种笼式放射治疗装置，包括由二维运动平台驱动的治疗床，其特征在于：还包括控制器、支撑机构、旋转机构、滑动机构、射线发生机构；所述控制器与所述射线发生机构通信连接；所述滑动机构通过所述旋转机构可旋转的设置于所述支撑机构上，所述射线发生机构可滑动的设置于所述滑动机构上；其中，

所述支撑机构包括有固定支架，所述旋转机构包括有旋转支架，所述旋转支架通过伺服驱动系统的驱动在所述固定支架上旋转；所述二维运动平台穿过所述旋转支架与升降平台连接；

所述滑动机构包括有多个滑动支架，所述射线发生机构设置在其中一个滑动支架上，所述滑动支架固定在所述旋转支架上。

2.根据权利要求1所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述外部伺服驱动系统包括伺服电机一，所述伺服电机一与所述旋转支架传动连接。

3.根据权利要求2所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述固定支架的数量为两个，分别为第一固定支架、第二固定支架，所述第一固定支架和所述第二固定支架相对平行设置于同一水平面上；所述第一固定支架和所述第二固定支架上分别设有中心轴重合的第一安装孔和第二安装孔。

4.根据权利要求3所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述旋转支架的数量为两个，分别为第一旋转支架、第二旋转支架，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架分别通过轴承设于所述第一安装孔和所述第二安装孔内；所述第一旋转支架和所述第二旋转支架均为筒状结构。

5.根据权利要求4所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述伺服电机一固定在所述第一固定支架上，所述伺服电机一通过传动带与所述第一旋转支架连接；或者，

所述伺服电机一固定在所述第二固定支架上，所述伺服电机一通过传动带与所述第二旋转支架连接。

6.根据权利要求4所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述滑动支架上均设有齿条和及与所述齿条配合的驱动机构。

7.根据权利要求6所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述驱动机构包括伺服电机和驱动滑块，所述伺服电机固定在所述驱动滑块上，所述伺服电机通过主动齿轮与所述齿条的配合驱动所述驱动滑块在所述滑动支架上滑动，所述伺服电机与所述控制器通信连接。

8.根据权利要求7所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述射线发生机构包括射线源和准直器，所述射线源与所述准直器连接，所述射线源固定在所述滑动支架的驱动滑块上，与安装有所述射线发生机构的滑动支架相对的滑动支架上设有射线探测板或射线阻挡器，所述射线探测板或射线阻挡器设于驱动滑块上。

9.根据权利要求8所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述滑动支架为圆心处于所述第一安装孔中心轴线上的圆弧梁。

10.根据权利要求3-8任一项所述的笼式放射治疗装置，其特征在于：所述升降平台包括有第一升降平台、第二升降平台，所述第一升降平台设于所述第一固定支架的左侧，所述第二升降平台设于所述第二固定支架的右侧；所述二维运动平台的两端穿过所述第一旋转支架和所述第二旋转支架分别与第一升降平台和所述第二升降平台连接。