CN109011213A - 一种放射性粒子自动排序装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射性粒子自动排序装置，包括：气相入口、多孔气管、外壳、圆弧板、斜板、活动盖板、进粒子板和出粒子管，所述外壳内设有多孔气管和圆弧板，所述多孔气管开设有所述气相入口，所述多孔气管抵接于所述圆弧板内弧侧，所述多孔气管表面连接有所述斜板的一端，所述斜板的另一端抵接于所述圆弧板内弧侧，所述外壳壳壁上设有进粒子板，所述进粒子板连接有出粒子管。本发明所提供的一种放射性粒子自动排序装置，可将杂乱无章的放射性粒子沿轴线首尾相连的排列整齐，实现目前介入内放疗领域中放射性粒子的自动排序。
Description
技术领域
本发明涉及医疗领域中的介入内放疗领域，具体涉及一种放射性粒子自动排序装置。
背景技术
恶性肿瘤是严重威胁人类生存质量和生命的公共健康问题，仅美国每年有170余万新发恶性肿瘤，死亡人数则在61万左右。中国的情况更为严重，根据国家癌症中心数据报告，中国癌症病人占全球癌症病人总量的将近40％，每天约有10000人确诊恶性肿瘤，平均每分钟就有7人罹患。由于我国目前医疗体系存在不同地域、不同层级医疗机构诊疗水平差异，以及国人不良就医习惯，恶性肿瘤常无法得到早期诊断，手术切除率和根治率较低。系统化疗、放射治疗及介入治疗成为此类恶性肿瘤治疗的重要手段。放射治疗被誉为与外科治疗和系统化疗并列的现代恶性肿瘤治疗的三大支柱技术之一，广泛应用于原发恶性肿瘤及转移瘤的根治性治疗或姑息性治疗，约有50％～60％的癌症患者在患病后接受不同类型和程度的放射治疗。
内放疗技术为传统外放疗技术的延伸，内放疗技术可分为一过性植入和永久性植入两种形式。早在1901年，皮埃尔居里首次通过小型镭管插植治疗恶性肿瘤，标志着内放疗技术的诞生。1970年Felix Mick研制出低能125I粒子源，碘颗粒封入胶囊，置入钛管。125I随即也被应用至前列腺癌的内放疗，并在其后的数十年期间，其疗效得到临床验证和广泛认可。125I随即也被应用至前列腺癌的内放疗，并在其后的数十年期间，其疗效得到临床验证和广泛认可。近年来，尽管不断有新型放射性核素应用于临床，如226Ra，192Ir，60Co，145Sm，103Pa等。这些粒子统称为放射性粒子。与传统外放疗相比，放射性粒子永久性植入有其独特的优点。首先是从内部释放射线照射肿瘤组织，使其DNA断裂。照射途径不需要经过正常组织即可到达靶区。同时剂量分布遵循平方反比定律，随着距离的增加，放射源周边剂量迅速降低，周围正常组织得到很好的保护，放疗并发症发生率低；其次是局部剂量高，粒子植入的放射源强度较小，有效照射半径短，因此可予以肿瘤靶区较高的放射剂量；此外，粒子植入还具有生物等效剂量高，可以对不同增殖时相的肿瘤细胞持续性照射等优势，从而减少肿瘤细胞再增殖的风险，提高肿瘤局部控制率。放射性粒子介入内放疗技术代表了放射粒子植入技术的发展趋势。
介入内放疗技术虽然在我国起步较晚，但近年来异军突起，手术量年增长率达30％以上，仅2017年就植入125I放射性粒子逾200万颗，治疗恶性肿瘤患者3万余例，已成为恶性肿瘤治疗的另一支生力军。在我国，放射性粒子植入治疗不仅广泛应用于各种实体肿瘤的治疗，如肺癌、肝癌、头颈部肿瘤等，还创新性地应用到空腔脏器肿瘤的治疗。
然而，在放射性粒子植入介入内放疗技术快速发展的背后存在一个重要的问题。随着手术量与放射性粒子用量的爆炸性增长，目前在放射性粒子植入介入内放疗手术中医生徒手装填放射性粒子进入用于介入穿刺的粒子弹夹中，这使医生长时间暴露于辐射危害之中，且徒手装填粒子效率很低，增加手术时间及医生的工作量。
因此，需要一种放射性粒子自动排序装置可以实现放射性粒子的自动排序，使放射性粒子在手术过程中实现与医护人员在安全距离内的零接触成为可能。
发明内容
本发明的目的提供一种放射性粒子自动排序装置，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
根据本发明的一种放射性粒子自动排序装置，包括：气相入口、多孔气管、外壳、圆弧板、斜板、活动盖板、进粒子板和出粒子管，所述外壳内设有多孔气管和圆弧板，所述多孔气管开设有所述气相入口，所述多孔气管抵接于所述圆弧板内弧侧，所述多孔气管表面连接有所述斜板的一端，所述斜板的另一端抵接于所述圆弧板内弧侧，所述外壳壳壁上设有进粒子板，所述进粒子板连接有出粒子管。
本发明所提供的一种放射性粒子自动排序装置，可将杂乱无章的放射性粒子沿轴线首尾相连的排列整齐，实现目前介入内放疗领域中放射性粒子的自动排序。
在一些实施方式中，所述气相入口的要求气源压力为0.1～1MPa，气源要求为洁净的惰性气体且符合医用标准。气相入口为本申请的动力驱动，通过调节气压的大小可以改变放射性粒子在本装置中的运动轨迹和运动速度。
在一些实施方式中，所述多孔气管与所述气相入口连通，所述多孔气管在外圆表面沿平行于轴线方向设置若干直径为0.1mm放射性粒子直径的气孔，每个所述气孔间隔为2～10mm；多孔气管圆周方向上的角度可调整，所述气孔与水平方向夹角为-45°～60°。以适应不同质量和尺寸的放射性粒子，多孔气管在外边平行于轴线方向设置有一排出气孔，出气口角度、大小及分布密度，可以调节本装置所处理的不同种类的放射性粒子的运动轨迹和速度。所述外壳为本装置的装配基准，各零件都以外壳为装配参照物。所述圆弧板为放射性粒子在受气体驱动下沿圆弧板运动在运动圆弧板某一点后脱离圆弧板做抛物线运动，在其后运动轨迹的某一点，放射性粒子落在所述进粒子板上，在气流及进粒子板上的导向槽的作用下，放射性粒子金属进粒子板内部，并在轴线方向与进粒子板上的孔保持一致，在气体压力的作用下，放射性粒子沿进粒子板中的孔轴线移动进入所述出粒子管中，进入所述出粒子管中。由于整个过程为连续过程，后续放射性粒子也不断通过进粒子板进入出粒子管中，从而实现放射性粒子的排序。部分放射性粒子在进粒子板上没有通过导向槽进入孔中，会被后续气流吹落至所述斜板上，并滑落至所述多孔气管处，进入下一个循环，直至进入所述进粒子板中。
在一些实施方式中，所述外壳为该装置的安装平台，其与所述气相入口、多孔气管、外壳、圆弧板、斜板、活动盖板、进粒子板和出粒子管均有配合关系，所述外壳材料为防辐射材料。
在一些实施方式中，所述圆弧板由多段圆弧组成，所述圆弧板末端角度与竖直方向夹角小于90°。圆弧板是放射性粒子在该装置中运动轨迹的导向和约束，此设计下的角度有利于在放射性粒子在圆弧末端形成抛物线运动，使其顺利落在进粒子板上
在一些实施方式中，所述斜板位于进粒子板下方。其作用是将没有进入进粒子板的放射性粒子导向多孔管喷口所在位置，开始新一轮的运动循环。
在一些实施方式中，所述外壳上设有活动盖板，所述活动盖板为该装置的进料口。放射性粒子由此放入该装置腔体内部，在粒子运动过程中其处于关闭状态。
在一些实施方式中，所述进粒子板位于放射性粒子做抛物线运动的一个切点位置，所述进粒子板包括第一板和第二板，所述第一板与所述第二板组成一“L”形，所述第二板上开设有导向槽，所述导向槽贯穿所述第一板，并与所述外壳内部相通，其表面设有导向槽使放射性粒子在惯性的作用下有沿轴向方向运动的趋势。
在一些实施方式中，所述出粒子管为经过所述进粒子板导向作用后，首尾相连的进入的内径为粒子直径的1～2mm之间的腔体；经过出粒子管后放射性粒子实现了放射性粒子沿自身轴线方向的纵向排列。
在一些实施方式中，所述相入口、多孔气管、外壳、圆弧板、斜板、活动盖板、进粒子板和出粒子管所用材料均符合医疗器械标准和防辐射标准。
附图说明
图1所示为本发明中所涉计的一种介入内放疗手术中放射性粒子125I结构示意图；
图2所示为本发明一种放射性粒子自动排序装置的结构示意图；
图3所示为本发明优选实施方案中多孔气管的结构示意图；
图4所示为本发明优选实施方案中气相入口的结构示意图；
图5所示为本发明优选实施方案中圆弧板的结构示意图；
图6所示为本发明优选实施方案中进粒子板的结构示意图；
图7所示为本发明优选实施方案中出粒子管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。
图1所示为本发明实施对象放射性粒子，图中圆柱形粒子为用于介入内放疗手术中的放射性粒子之一的125I粒子。
图2所示为本发明一种放射性粒子自动排序装置的结构示意图，其主要功能是将杂乱无章的放射性粒子沿轴线首尾相连的排列整齐，一种放射性粒子自动排序装置，它可以实现目前介入内放疗领域中放射性粒子的自动排序，其主要包括：气相入口1、多孔气管2、外壳3、圆弧板4、斜板5、活动盖板6、进粒子板7和出粒子管8，外壳3内设有多孔气管2和圆弧板4，多孔气管2开设有气相入口1，多孔气管2抵接于圆弧板4内弧侧，多孔气管2表面连接有斜板5的一端，斜板5的另一端抵接于圆弧板4内弧侧，外壳3壳壁上设有进粒子板7，进粒子板7连接有出粒子管8。
如图3～4中所示，气相入口1的要求气源压力为0.1～1MPa，气源要求为洁净的惰性气体且符合医用标准，气相入口1为本申请的动力驱动，通过调节气压的大小可以改变放射性粒子在本装置中的运动轨迹和运动速度；
多孔气管2与所述气相入口1连通，多孔气管2在外圆表面沿平行于轴线方向设置若干直径为0.1mm放射性粒子直径的气孔21，每个气孔21间隔为2～10mm；多孔气管2圆周方向上的角度可调整，气孔21与水平方向夹角为-45°～60°，以适应不同质量和尺寸的放射性粒子。
如图5中所示，圆弧板4由多段圆弧组成，是放射性粒子在该装置中运动轨迹的导向和约束，圆弧板4末端角度与竖直方向夹角小于90°，有利于在放射性粒子在圆弧末端形成抛物线运动，使其顺利落在进粒子板7上。
斜板5位于进粒子板7下方，其作用是将没有进入进粒子板7的放射性粒子导向多孔管2喷口所在位置，开始新一轮的运动循环；外壳3上设有活动盖板6，活动盖板6为该装置的进料口，放射性粒子由此放入该装置腔体内部，在粒子运动过程中其处于关闭状态。
如图6所示，进粒子板7位于放射性粒子做抛物线运动的一个切点位置，进粒子板7包括第一板71和第二板72，所述第一板71与第二板72组成一“L”形，第二板72上开设有导向槽73，导向槽73贯穿第一板71，并与外壳3内部相通，其表面设有导向槽使放射性粒子在惯性的作用下有沿轴向方向运动的趋势。
如图7所示，出粒子管8为经过进粒子板7导向作用后，首尾相连的进入的内径为粒子直径的1～2mm之间的腔体；经过出粒子管8后放射性粒子实现了放射性粒子沿自身轴线方向的纵向排列。
本发明中的实施方案中，通过活动盖板6，将一定数量的放射性粒子倒入装置中，放射性粒子将在圆弧板4与斜板5的导向下聚集在多孔气管附近。根据放射性粒子的实际情况调整气相入口1出的气压至0.1～1.0MPa，放射性粒子将在气体驱动下沿圆弧板4运动，在放射性粒子运动至圆弧板4某一点后脱离做抛物线运动，在其后运动轨迹的某一点，放射性粒子落在所述进粒子板7上；在气流及进粒子板7上的导向槽的作用下，放射性粒子金属进粒子板内部，并在轴线方向与进粒子板上的孔保持一致，在气体压力的作用下，放射性粒子沿进粒子板中的孔轴线移动进入所述出粒子管8中。
由于整个过程为连续过程，后续放射性粒子也不断通过进粒子板进入出粒子管8中，从而实现放射性粒子沿自身轴线上的纵向排列排序。部分放射性粒子在进粒子板8上没有通过导向槽进入孔中，会被后续气流吹落至所述斜板7上，并滑落至所述多孔气管1处，进入下一个循环，直至进入所述进粒子板7中。
图3和图4所示为本发明优选实施方案中多孔气管2的结构示意图，图中气相入口1处，采用高纯度的惰性气体或其它符合医用标准的气体作为驱动力，压力调节范围为0.1～1.0MPa。
图3中所示多孔气管2在其外圆表面沿平行于轴线方向每隔2～10mm设置一个直径0.1mm～放射性粒子直径的气孔；多孔气管圆周方向上的角度可以调整，其与水平方向夹角为-45°～60°以适应不同质量和尺寸的放射性粒子。
图4所示为本发明优选实施方案中圆弧板4的结构示意图。圆弧板4由多段圆弧组成，是放射性粒子在该装置中运动轨迹的导向和约束。
图5所示为本发明优选实施方案中进粒子板7的结构示意图。其表面设有导向槽，使放射性粒子有进入进粒子板7的趋势。
图6所示为本发明优选实施方案中出粒子管8的结构示意图。内径为粒子直径的1～2之间的腔体；经过出粒子管8后放射性粒子实现了放射性粒子沿自身轴线方向的纵向排列。
下面描述本发明制备方法的两个实施案例。
实施案例一：
本实施案例选用125I放射性粒子进行排序，以0.5MPa的高纯氮气作为驱动，多孔气管以与水平方向-30°的夹角将125I粒子吹起沿段圆弧板做圆周运动，在运行至某一点后做抛物线运动，之后以一定概率落入进粒子板导向槽并进入进粒子板及与之联通的出粒子管中。
后续放射性粒子沿相似运动轨迹进入出粒子管中，没有落到进粒子板导向槽中的粒子在气流的带动下落在斜板上并沿斜板运动至初始位置，开始新一轮循环。最终实现125I粒子的纵向排列。为之后介入内放疗手术进行中对125I粒子后续的操作提供了规则有序的粒子排列方式。提高了手术效率并大大降低手术实施人员的劳动强度。
实施案例二
本实施案例选用放226Ra射性粒子进行排序，以0.1MPa的高纯氮气作为驱动，多孔气管以与水平方向15°的夹角将226Ra粒子吹起沿段圆弧板做圆周运动。为提高出粒子的效率，在进粒子板上设置两个导向槽及孔的布置方式，使226Ra粒子进入进粒子板的概率提高近一倍。进粒子板末端并连两个并联的出粒子管，最终实现两个通道中的226Ra粒子实现沿自身轴线方向上的纵向排列。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也视为发明保护之内。
Claims (10)
1.一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，包括：气相入口(1)、多孔气管(2)、外壳(3)、圆弧板(4)、斜板(5)、活动盖板(6)、进粒子板(7)和出粒子管(8)，所述外壳(3)内设有多孔气管(2)和圆弧板(4)，所述多孔气管(2)开设有所述气相入口(1)，所述多孔气管(2)抵接于所述圆弧板(4)内弧侧，所述多孔气管(2)表面连接有所述斜板(5)的一端，所述斜板(5)的另一端抵接于所述圆弧板(4)内弧侧，所述外壳(3)壳壁上设有进粒子板(7)，所述进粒子板(7)连接有出粒子管(8)。
2.根据权利要求1所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述气相入口(1)的要求气源压力为0.1～1MPa，气源要求为洁净的惰性气体且符合医用标准。
3.根据权利要求2所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述多孔气管(2)与所述气相入口(1)连通，所述多孔气管(2)在外圆表面沿平行于轴线方向设置若干直径为0.1mm放射性粒子直径的气孔(21)，每个所述气孔(21)间隔为2～10mm；多孔气管(2)圆周方向上的角度可调整，所述气孔(21)与水平方向夹角为-45°～60°。
4.根据权利要求3所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述外壳(3)为该装置的安装平台，其与所述气相入口(1)、多孔气管(2)、外壳(3)、圆弧板(4)、斜板(5)、活动盖板(6)、进粒子板(7)和出粒子管(8)均有配合关系，所述外壳(3)材料为防辐射材料。
5.根据权利要求4所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述圆弧板(4)由多段圆弧组成，所述圆弧板(4)末端角度与竖直方向夹角小于90°。
6.根据权利要求5所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述斜板(5)位于进粒子板(7)下方。
7.根据权利要求6所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述外壳(3)上设有活动盖板(6)，所述活动盖板(6)为该装置的进料口。
8.根据权利要求7所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述进粒子板(7)位于放射性粒子做抛物线运动的一个切点位置，所述进粒子板(7)包括第一板(71)和第二板(72)，所述第一板(71)与所述第二板(72)组成一“L”形，所述第二板(72)上开设有导向槽(73)，所述导向槽(73)贯穿所述第一板(71)，并与所述外壳(3)内部相通。
9.根据权利要求8所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述出粒子管(8)为经过所述进粒子板(7)导向作用后，首尾相连的进入的内径为粒子直径的1～2mm之间的腔体。
10.根据权利要求1～9所述的一种放射性粒子自动排序装置，其特征在于，所述相入口(1)、多孔气管(2)、外壳(3)、圆弧板(4)、斜板(5)、活动盖板(6)、进粒子板(7)和出粒子管(8)所用材料均符合医疗器械标准和防辐射标准。
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