CN108096719B - 伸缩机构、影像引导系统及直线加速器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种伸缩机构、影像引导系统及直线加速器，所述直线加速器包括固定机架及设置在固定机架上的旋转机架，所述旋转机架上设有影像引导系统，所述影像引导系统包括设置在伸缩机构上的X射线发射源和X射线接收板，所述伸缩机构，包括基础构件、与所述基础构件直接或间接连接的连接构件，所述基础构件上设有控制系统及与控制系统连接的驱动系统，所述驱动系统的输出端连接至基础构件上的第一传动系统，所述第一传动系统的输出端将动能传动至设置在所述连接构件上的第二传动系统，本申请通过同一驱动系统驱动伸缩机构中各构件的同步伸出或收回，简化整个运动的控制，同时各个构件的伸出及收缩都是直线移动，能较好的提高系统精度。

Description

伸缩机构、影像引导系统及直线加速器

技术领域

本申请涉及医疗领域，尤其涉及一种直线加速器的影像引导系统及其伸缩机构。

背景技术

医用直线加速器上的影像引导系统由于充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，以减少器官移动或摆位造成的肿瘤位置变化后带来的放疗误差，因此，带有影像引导系统的医用直线加速器将是未来的发展趋势。

影像引导系统是由一对X射线发射源和X射线接收板组成的，通常固定在医用直线加速器的旋转机架两侧，即原始位置，当需要其工作时将同时伸出到相应的工作位置，工作完毕后再同时收缩到原始位置。

由于旋转机架两个侧面的前后宽度比较窄，导致影像引导系统在此方向所占用的原始位置就会比较小，如果其位置超出旋转机架的前后端面，在旋转时将会与固定机架或位于旋转机架的前端的治疗床发生碰撞。在伸出到达工作位置时，其伸出量相比旋转机架两个侧面原始位置的空间量大得多，而且每次到达工作位置的重复位置精度要求很高，增加了这种运动方案的设计难度。

传统的影像引导系统伸缩运动方案通常采用类似机器人的臂式机构，即分为大臂和小臂两个构件，并形成三个关节，大臂根部为肩关节，与旋转机架连接，大臂与小臂的连接处为肘关节，小臂根部为腕关节，连接着X射线发射源。在这三个关节处，各有一套可独立控制的电机、减速机驱动，当X射线发射源处于原始位置时，臂式机构收回，即大臂与旋转机架、大臂与小臂和小臂与X射线发射源的三个夹角均处于最小状态，当需要将X射线发射源送到工作位置时，启动三个关节处的电机通过各不相同的转速将上述三个夹角增大，直至将X射线发射源直线送达工作位置。当需要将X射线发射源由工作位置返回到原始位置时，同样启动三个关节处的电机通过各不相同的反向转速再将三个夹角减小来完成此动作。

这种采用了三个可独立控制的电机、减速机驱动，整体控制比较复杂,增加了控制难度。同时，X射线发射源的直线移动是通过机构三种角度变化的外部运动来完成的，精度上不易保证。

发明内容

为了克服现有技术中的全部或部分缺陷，本申请提供一种结构或性能更为优化的伸缩机构及具有该伸缩机构的影像引导系统及直线加速器。

本申请发明目的通过如下技术方案之一来实现：

一种伸缩机构，包括基础构件、与所述基础构件直接或间接连接的连接构件，所述基础构件上设有控制系统及与控制系统连接的驱动系统，所述驱动系统的输出端连接至基础构件上的第一传动系统，所述第一传动系统的输出端将动能传动至设置在所述连接构件上的第二传动系统。

进一步，所述连接构件包括第一连接构件及第二连接构件，所述第一连接构件与所述基础构件直接连接，所述第一连接构件上设有第三传动系统，所述第三传动系统将第一传动系统输出的动能传递至设置于所述第二连接构件上的第二传动系统，所述驱动系统驱动所述第一连接构件及第二连接构件作同步运动。

进一步，第一传动系统包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠，所述驱动系统的输出端与所述第一齿轮组的输入端连接，所述第一齿轮组的输出端与所述丝杠连接，所述第一连接构件上设有连接至所述丝杠的丝母。

进一步，所述基础构件与第二连接构件之间设有至少一个第一连接构件，所述第一连接构件具有顶面及底面，所述顶面上设有导轨，所述顶面及底面上分别设有齿条，所述第三传动系统设置在导轨的一侧，所述丝母设置在与所述基础构件直接相连的第一连接构件的底面上，所述基础构件上设有供齿轮啮合的齿条。

进一步，所述第三传动系统包括传动轴及设置在所述传动轴两端的主动齿轮组及从动齿轮组，所述主动齿轮组包括主动齿轮及与所述主动齿轮啮合的第一传动齿轮组，所述从动齿轮组包括从动齿轮及与所述从动齿轮啮合的第二传动齿轮组，所述主动齿轮啮合于所述基础构件上对应的齿条内或与其相连的上一级所述第一连接构件顶面上设置的齿条内，所述从动齿轮啮合于与其相连的下一级所述第一连接构件底面上设置的齿条内或第二连接构件底面上设置的对应齿条内。

进一步，所述齿条沿所述机构的伸缩方向延伸设置。

进一步，所述第二连接构件包括一安装面及一与所述安装面相对的啮合面，第二传动系统包括设置于所述啮合面上的齿条，所述齿条与相邻所述第一连接构件的第三传动系统相联动。

进一步，所述驱动系统至少包括电机及与所述电机相连的减速装置，所述电机与所述控制系统电连接，所述减速装置具有与所述第一传动系统通过联轴器或轴承相连的输出轴。

进一步，所述第一连接构件与伸缩机构伸缩方向垂直的两端面为彼此平行的斜面，所述基础构件及第二连接构件与所述斜面相邻的端面设置为斜面。

进一步，所述第一传动系统包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠，所述驱动系统的输出端与所述第一齿轮组的输入端连接，所述第一齿轮组的输出端与所述丝杠连接，所述连接构件上设有连接至所述丝杠的丝母。

进一步，所述基础构件上设置有直线运动保持构件，所述连接构件上设有沿所述直线运动保持构件滑动的滑块。

本申请发明目的通过如下技术方案之二来实现：

一种影像引导系统，包括X射线发射源和X射线接收板，所述X射线发射源和X射线接收板分别设置在方案一所述的伸缩机构上。

进一步，所述X射线发射源和X射线接收板分别设置在伸缩机构末端的连接构件上。

本申请发明目的通过如下技术方案之三来实现：一种直线加速器，包括固定机架及设置在固定机架上的旋转机架，所述旋转机架上设有方案二所述的影像引导系统。

与现有技术相比，本申请通过同一驱动系统驱动伸缩机构中各构件的同步伸出或收回，简化整个运动的控制，同时各个构件的伸出及收缩都是直线移动，以此来提高系统精度。

附图说明

图1是本申请直线加速器原始位置状态图。

图2是本申请伸缩机构收缩状态示意图。

图3是本申请伸缩机构伸出状态示意图。

图4是本申请伸缩机构伸出状态另一角度示意图。

图5是本申请基础构件的示意图。

图6是本申请连接构件第一种结构的示意图。

图7是图6连接构件另一角度的示意图。

图8是本申请连接构件第二种结构的示意图。

图9是图8连接构件另一角度的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

参照图1至图3所示，本申请直线加速器1，包括固定机架10及设置在固定机架上的旋转机架11，所述旋转机架11上设有影像引导系统2。

所述影像引导系统2包括X射线发射源20和X射线接收板21，所述X射线发射源20和X射线接收板21分别设置在伸缩机构3上。

请参阅图3至图5所示，所述伸缩机构3包括基础构件30、与所述基础构件30直接或间接连接的连接构件，所述基础构件30上设有控制系统31及与控制系统连接的驱动系统32，所述驱动系统32的输出端连接至基础构件30上的第一传动系统34，所述第一传动系统34的输出端将动能传动至设置在所述连接构件上的第二传动系统51。

基础构件30是整个伸缩机构3的基础，所述基础构件30可以设置为一固定板，固定板承受着整个伸缩机构的载荷，其底面(未图示)为水平面，顶面为具有一定倾斜角度的斜面。所述基础构件30通过设置在其四个角落的固定孔和设置在所述固定孔内的标准连接件固定在所述旋转机架11侧面上，且与所述旋转机架11不能相对运动。

请参阅图3至图7所示，在一实施方式中，所述连接构件包括第一连接构件40及第二连接构件50，所述第一连接构件40与所述基础构件30直接连接，所述第一连接构件40上设有第三传动系统41，所述第三传动系统41将第一传动系统34输出的动能传递至设置于所述第二连接构件50上的第二传动系统51。

第一传动系统34包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠342。所述第一齿轮组包括主动齿轮340及与其啮合的从动齿轮341，所述驱动系统32的输出端与所述主动齿轮340的输入端连接，所述从动齿轮341的输出端与所述丝杠342连接，与所述基础构件30直接相连的所述第一连接构件40上设有连接至所述丝杠342的丝母45，所述基础构件30上设有供齿轮啮合的齿条36。

所述第三传动系统41包括传动轴414及设置在所述传动轴414两端的主动齿轮组及从动齿轮组，所述主动齿轮组包括主动齿轮410及与所述主动齿轮410啮合的第一传动齿轮组412，所述从动齿轮组包括从动齿轮411及与所述从动齿轮411啮合的第二传动齿轮组413，所述基础构件30上设有与所述主动齿轮410啮合的齿条36。所述齿条36沿所述伸缩机构的伸缩方向延伸设置。

所述基础构件30、第一连接构件40及第二连接构50件上均设置有直线运动保持构件38，所述直线运动构件38被设置在相邻构件之间，用以将各相邻构件连为一体同时起着移动导向作用，使的被连接的构件均可以做直线相对移动，且构件间的移动是由一台电机驱动的。在本实施例中，所述直线运动保持构件为导轨38，所述任一连接构件上还设有沿与其相邻连接构件上的导轨滑动的滑块。即所述基础构件30上设有导轨，与所述基础构件30直接相连的第一连接构件40上设有沿所述导轨滑动的滑块46，所述第一连接构件40上也设有导轨，与所述第一连接构件40相连的第一连接构件40a上设置有沿所述导轨滑动的滑块46a，如此类推，通过所述直线运动保持构件将伸缩机构连接为一个整体，并使一个构件以与其相邻的另一个构件为基准在受力的情况下做定向直线移动。所述连接构件的数量可以依据实际进行选择，其功能是调节整个机构伸出的长度，所以，当需要较短的伸出长度时，连接构件数量可以设置为1个。当需要较长的伸出长度时，连接构件的数量可以设置为3个或以上。

请参照图6及图7所示，具体地，若干彼此相连的所述第一连接构件40具有相似的结构特征，都具有顶面401及底面402，对于与基础构件30直接连接的第一连接构件40，所述顶面401上设有导轨42，所述导轨42的一侧设有齿条43，所述第三传动系统41设置在所述导轨42的另一侧，所述底面402上设有套设于所述丝杠342上的丝母45及沿所述导轨38滑动的滑块46；对于不与基础构件30直接连接的第一连接构件40，所述顶面401上设有导轨42，所述导轨42的一侧设有齿条43，所述第三传动系统41设置在所述导轨42的另一侧，所述底面402上设有沿所述导轨38滑动的滑块46及沿所述伸缩机构伸缩方向延伸的齿条，所述齿条用以啮合上一级第一连接构件40的第三传动系统41中的从动齿轮。

所述第一连接构件40上设有收容所述主动齿轮410及从动齿轮411的收容槽44、48，所述收容槽44及收容槽48分别贯穿所述第一连接构件的顶面401及底面402，且所述收容槽44及收容槽48的侧壁上分别设有容纳孔以容置对应的齿轮轴。所述第一连接构件40上还设有传动轴414的收容腔47，所述收容腔47具有一竖直壁470及与所述竖直壁470垂直的两侧壁471，所述传动轴414设置在所述两侧壁471之间。所述主动齿轮410的齿轮轴一端穿过所述竖直壁470与所述第一传动齿轮组412的齿轮啮合，所述从动齿轮411的齿轮轴一端穿过所述竖直壁470与所述第二传动齿轮组413的齿轮啮合，所述传动轴414的两端分别与所述第一传动齿轮组412及第二传动齿轮组413相配合，将所述主动齿轮410传递的动能传输至所述从动齿轮411。

请参照图4所示，所述第二连接构件50包括一安装面52及一与所述安装面相对的啮合面53，第二传动系统51包括设置于所述啮合面53上的齿条(未标号)，所述齿条与相邻的所述第一连接构件40b的从动齿轮411b相啮合，以推动所述第二连接构件50相对所述第一连接构件40b做直线运动。所述啮合面53上设有滑块(未图示)，所述滑块沿第一连接构件40b上设置的导轨滑动，以保证第二连接构件50相对第一连接构件40b做直线运动时的稳定性。第二连接构件50是整个伸缩机构的末端，它可以间接或直接与影像引导系统中的X射线发射源相连。

在本实施例中，所述第三传动系统的从动齿轮411啮合于受其推动的第一连接构件40底面设置的齿条内或第二连接构件50啮合面即底面上设置的对应齿条内，以推动与其相邻的连接构件沿直线方向运动，使X射线发射源和X射线接收板到达预定的工作位置。

在一实施例中，所述驱动系统至少包括电机及与所述电机相连的减速装置33，所述电机与所述控制系统电连接，所述减速装置33具有与所述第一传动系统34通过联轴器或轴承相连的输出轴。所述驱动系统的作用有两个，其一是在与连接构件的传动系统的配合下可以使连接构件以基础构件为基准做定向移动，实现了所述连接构件的伸出与收缩，其二，通过传动系统将得到的转动传到与之相邻的另一连接构件上。

所述第一连接构件40与伸缩机构伸缩方向垂直的两端面为彼此平行的斜面，所述基础构件30及第二连接构件50与所述斜面相邻的端面均设置为斜面。通过设计特定的倾斜角度，可以来保证X射线发射源的基本工作位置。

所述基础构件30及第一连接构件40、第二连接构件50为板材、角材、管材中的任一种材料制成。

在另一实施例中，所述伸缩机构3设置成基础构件30只连接一个连接构件。所述第一传动系统34包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠342，所述驱动系统32的输出端与所述第一齿轮组的输入端连接，所述第一齿轮组的输出端与所述丝杠342连接，所述连接构件上设有连接至所述丝杠的丝母。

所述基础构件30上设置有直线运动保持构件38，具体地所述直线运动保持构件为导轨，所述连接构件上设有沿所述导轨滑动的滑块，以保证所述连接构件相对基础构件30做直线运动。

所述连接构件上设有安装孔，所述影像引导系统的X射线发射源和X射线接收板上分别设置有与所述安装孔对应的组装孔，通过连接件将X射线发射源和X射线接收板固定在所述的伸缩机构的连接构件上。

在本实施方式中，优选地，所述基础构件及所述连接构件相邻连接的端面为彼此平行的斜面，所述基础构件的底面及所述连接构件的顶面为平面。

所述基础构件及连接构件为板材、角材、管材中的任一种材料制成；所述板材可以是等边板材或非等边板材；所述角材可以是不翻边槽材、外翻边槽材或内翻边槽材；所述管材可以是方管或圆管。

以下举例说明本申请伸缩机构的工作原理：请参阅图4至图9所示，本示例以设置三个第一连接构件40为例来说明伸缩机构的运动方式。第一连接构件40通过直线运动构件与所述基础构件30相连，并能在所述基础构件30上做相对直线运动，第一连接构件40a通过直线运动构件与所述第一连接构件40相连，并能在所述第一连接构件40上做相对直线运动，第一连接构件40b通过直线运动构件与所述第一连接构件40a相连，并能在所述第一连接构件40a上做相对直线运动，第二连接构件50通过直线运动构件与所述第一连接构件40b相连，并能在所述第一连接构件40b上做相对直线运动，另外，第二连接构件50间接或直接与影像引导系统中的X射线发射源相连，保证了X射线发射源在原始位置与工作位置之间的往复运动。

具体运动过程为：控制系统31发出控制信号给驱动电机32，驱动电机32通过减速装置33带动主动齿轮340旋转，从动齿轮341与主动齿轮340啮合，并又与丝杠342连接，主动齿轮340旋转带动从动齿轮341旋转，从而使丝杠342随着驱动电机32的转动而转动。

所述第一连接构件40底面上设置的丝母45与基础构件30上的丝杠342连接，设置在所述第一连接构件40底面的滑块46与所述基础构件30上的导轨38连接，所述第三传动系统41的主动齿轮410与基础构件30上的齿条36啮合。所述丝杠342的转动，将带动所述丝母45做直线移动，从而使得第一连接构件40做直线移动，所述滑块46在导轨38的导向下，保证了第一连接构件40的直线运动精度。所述主动齿轮410与固定齿条36的啮合，促使其在所述第一连接构件40运动的同时转动。所述主动齿轮410设置在所述第三传动系统41的一端，所述第三传动系统41的另一端连接着从动齿轮411，所述主动齿轮410及从动齿轮411通过传动轴414连接，以保证所述从动齿轮411随着所述主动齿轮410的转动而转动。所述第三传动系统41的主动齿轮410啮合于所述基础构件30上对应的齿条内或与其连接的上一级所述第一连接构件40顶面上设置的齿条内，所述从动齿轮411啮合于与其相连的下一级所述第一连接构件40底面上设置的齿条内或第二连接构件50底面上设置的对应齿条内。在任一第三传动系统41中，所述主动齿轮410的啮合面位于所述从动齿轮411最低点所在平面的下方，所述从动齿轮411的啮合面位于所述主动齿轮410最高点所在平面的上方。

所述第一连接构件40a底面上的齿条403与所述第一连接构件40上的从动齿轮411啮合，所述第一连接构件40a上的滑块46a与所述第一连接构件40上的直线导轨42连接，所述第一连接构件40a上的主动齿轮410a与所述第一连接构件40上的齿条43啮合，所述从动齿轮411的转动，将带动齿条403做直线移动，也就使得所述第一连接构件40a做直线移动，所述第一连接构件40a上的滑块46a在导轨42的导向下，保证了所述第一连接构件40a直线运动的精度。所述主动齿轮410a与齿条43的啮合，促使其在所述第一连接构件40a运动的同时转动。主动齿轮410a连接在第三传动系统41a的传动轴414a的一端，从动齿轮411a设置在传动轴414a的另一端，传动轴414a能确保所述从动齿轮411a随着所述主动齿轮410a的转动而转动。所述第一连接构件40a上设有导轨42a及齿条43a。所述第一连接构件40b是所述第一连接构件40a的对称件，其运动机理与所述第一连接构件40a一样，在此不再赘述。

所述第一连接构件40b上的从动齿轮411b啮合与所述第二连接构件50啮合面上的齿条内，从动齿轮411b的转动带动所述第二连接构件50做直线运动，第二连接构件50上的滑块与第一连接构件40b上导轨的配合，确保所述第二连接构件50直线运动的精准，从而保证X射线发射源和X射线接收板的工作位置。

影像引导系统中的X射线接收板21一端与旋转机架的连接方式与其相同，在此不再赘述。

在上面的描述中，阐述了本发明的技术方案的细节，然而，本领域技术人员能够了解，本发明不限于上述实施例所列出的具体细节，而是可以在权利要求所限定的范围内变化。

以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种伸缩机构，其特征在于，包括基础构件、与所述基础构件直接或间接连接的连接构件，所述基础构件上设有控制系统及与控制系统连接的驱动系统，所述驱动系统的输出端连接至基础构件上的第一传动系统，所述第一传动系统的输出端将动能传动至设置在所述连接构件上的第二传动系统；所述连接构件包括第一连接构件及第二连接构件，所述第一连接构件与所述基础构件直接连接，所述第一连接构件上设有第三传动系统，所述第三传动系统将第一传动系统输出的动能传递至设置于所述第二连接构件上的第二传动系统，所述驱动系统驱动所述第一连接构件及第二连接构件作同步运动。

2.如权利要求1所述的伸缩机构，其特征在于：第一传动系统包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠，所述驱动系统的输出端与所述第一齿轮组的输入端连接，所述第一齿轮组的输出端与所述丝杠连接，所述第一连接构件上设有连接至所述丝杠的丝母。

3.如权利要求2所述的伸缩机构，其特征在于：所述基础构件与第二连接构件之间设有至少一个第一连接构件，所述第一连接构件具有顶面及底面，所述顶面上设有导轨，所述顶面及底面上分别设有齿条，所述第三传动系统设置在导轨的一侧，所述丝母设置在与所述基础构件直接相连的第一连接构件的底面上，所述基础构件上设有供齿轮啮合的齿条。

4.如权利要求3所述的伸缩机构，其特征在于：所述第三传动系统包括传动轴及设置在所述传动轴两端的主动齿轮组及从动齿轮组，所述主动齿轮组包括主动齿轮及与所述主动齿轮啮合的第一传动齿轮组，所述从动齿轮组包括从动齿轮及与所述从动齿轮啮合的第二传动齿轮组，所述主动齿轮啮合于所述基础构件上对应的齿条内或与其相连的上一级所述第一连接构件顶面上设置的齿条内，所述从动齿轮啮合于与其相连的下一级所述第一连接构件底面上设置的齿条内或第二连接构件底面上设置的对应齿条内。

5.如权利要求3所述的伸缩机构，其特征在于：所述齿条沿所述机构的伸缩方向延伸设置。

6.如权利要求1所述的伸缩机构，其特征在于：所述第二连接构件包括一安装面及一与所述安装面相对的啮合面，第二传动系统包括设置于所述啮合面上的齿条，所述齿条与相邻所述第一连接构件的第三传动系统相联动。

7.如权利要求1所述的伸缩机构，其特征在于：所述驱动系统至少包括电机及与所述电机相连的减速装置，所述电机与所述控制系统电连接，所述减速装置具有与所述第一传动系统通过联轴器或轴承相连的输出轴。

8.如权利要求1所述的伸缩机构，其特征在于：所述第一连接构件与伸缩机构伸缩方向垂直的两端面为彼此平行的斜面，所述基础构件及第二连接构件与所述斜面相邻的端面设置为斜面。

9.如权利要求1所述的伸缩机构，其特征在于：所述第一传动系统包括第一齿轮组及与所述第一齿轮组连接的丝杠，所述驱动系统的输出端与所述第一齿轮组的输入端连接，所述第一齿轮组的输出端与所述丝杠连接，所述连接构件上设有连接至所述丝杠的丝母。

10.如权利要求9所述的伸缩机构，其特征在于：所述基础构件上设置有直线运动保持构件，所述连接构件上设有沿所述直线运动保持构件滑动的滑块。

11.一种影像引导系统，包括X射线发射源和X射线接收板，其特征在于，所述X射线发射源和X射线接收板分别设置在如权利要求1至10任一项所述的伸缩机构上。

12.如权利要求11所述的影像引导系统，其特征在于：所述X射线发射源和X射线接收板分别设置在伸缩机构末端的连接构件上。

13.一种直线加速器，包括固定机架及设置在固定机架上的旋转机架，其特征在于：所述旋转机架上设有如权利要求11所述的影像引导系统。

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