CN109011214A - 一种放射性粒子自动排序与装填设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射性粒子自动排序与装填设备，包括：放射性粒子排序模块、放射性粒子输送模块与放射性粒子装填模块，其中；所述放射性粒子排序模块包括粒子驱动机构与粒子导向机构；所述放射性粒子输送模块包括粒子输送通道、牵引力装置与粒子锁止装置；所述放射性粒子装填模块包括放射性粒子弹夹自动装填装置。本发明所述的放射性粒子自动排序与装填设备可避免传统的手工装填粒子的方式，避免手术实施人员接受放射性粒子的危害并提高粒子装填的效率，有效减少手术实施人员的工作强度和手术时间，从而提高放射性粒子植入介入内放疗手术完成的整体质量。
Description
技术领域
本发明属于医疗领域中的介入内放疗领域，具体地说，本发明涉及一种放射性粒子自动排序与装填设备，将目前介入内放疗手术中的手工装填放射性粒子进行自动化设备替代。
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。由于癌谱差异大、诊断不及时，中国癌症患者死亡率高于全球平均水平。随着我国老年化进程的加快，恶性肿瘤的治疗成为关乎经济发展和民生的重要问题。
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，本领域急需开发一种放射性粒子自动排序与装填设备，其可以将杂乱无章的放射性粒子排序并装填至粒子弹夹中，大大降低了操作人员受辐射的时间和劳动量，并提高了手术效率，同时需要设备结构简单、操作方便、便于维护。
发明内容
本发明的目的提供一种放射性粒子自动排序与装填设备，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与装填设备，包括：放射性粒子排序模块、放射性粒子输送模块与放射性粒子装填模块，其中；所述放射性粒子排序模块包括粒子驱动机构与粒子导向机构；所述放射性粒子输送模块包括粒子输送通道、牵引力装置与粒子锁止装置；所述放射性粒子装填模块包括放射性粒子弹夹自动装填装置。
本发明所述的放射性粒子自动排序与装填设备可避免传统的手工装填粒子的方式，避免手术实施人员接受放射性粒子的危害并提高粒子装填的效率，有效减少手术实施人员的工作强度和手术时间，从而提高放射性粒子植入介入内放疗手术完成的整体质量。
在一些实施方式中，放射性粒子排序模块以气体或高频震动驱动放射性粒子沿放射性粒子排序模块导向机构轨迹运动。
在一些实施方式中，所述粒子导向机构包括气相入口、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，所述斜板位于进粒子板下方，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。
在一些实施方式中，所述放射性粒子弹夹自动装填装置包括粒子进口、粒子通道、粒子推杆、粒子弹夹、粒子弹夹夹具，所述粒子通道上设有粒子进口，所述粒子弹夹与所述粒子通道相通，所述粒子推杆可在所述粒子通道中做往复运动，所述粒子进口位于所述粒子推杆与所述粒子弹夹之间，所述粒子弹夹夹具与所述粒子弹夹相连。
在一些实施方式中，所有部件材料均符合医用标准与防辐射标准。
在一些实施方式中，以放射性粒子在该设备的运动轨迹为中心，距离该轨迹为放射性粒子最大辐射半径的点均在该设备屏蔽外壳以内。
利用本发明提供的放射性粒子自动排序与装填设备具备以下有益效果：
(1)可以有效避免医护人员在介入内放疗手术中收到辐射的危害；
(2)自动装填放射性粒子，降低医护人员的工作强度；
(3)自动装填效率大大高于手工装填，降低手术时间与风险；
(4)该设备结构简单、便于维护、可靠性强。
附图说明
图1所示为本发明中所涉计的介入内放疗手术中放射性粒子125I与粒子弹夹的结构示意图；
图2所示为本发明一种放射性粒子自动排序与装填设备的原理图；
图3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4所示为本发明优选实施方案中多孔气管的结构示意图；
图5所示为本发明优选实施方案中气相入口的结构示意图；
图6所示为本发明优选实施方案中圆弧板的结构示意图；
图7所示为本发明优选实施方案中进粒子板的结构示意图；
图8所示为本发明优选实施方案中出粒子管的结构示意图；
图9所示为本发明一种放射性粒子自动装填装置的原理示意图；
图10所示为本发明优选实施方案中粒子通道及粒子推杆为圆弧形型原理示意图；
图11所示为本发明优选实施方案中粒子弹夹夹具原理示意图。
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。
本发明提供一种放射性粒子自动排序与装填设备它可以实现述放射性粒子在装填至粒子弹夹的过程中的自动排序与装填，其主要包括：放射性粒子排序模块1、放射性粒子输送模块2、与放射性粒子装填模块3，其中；
放射性粒子排序模块包括粒子驱动机构11与粒子导向机构12；所述放射性粒子输送模块包括粒子输送通道21、牵引力装置22与粒子锁止装置23；所述放射性粒子装填模块包括粒子出口31、粒子通道32、推杆33组成。
图1所示为本发明实施对象放射性粒子与弹夹的结构示意图。如图1所示，图中圆柱形粒子为用于介入内放疗手术中的125I粒子。图中与125I粒子配合的零件为粒子弹夹。本发明所提供的设备主要功能就是实现两者之间的自动排序与装配。
图2所示为本发明一种放射性粒子自动排序与装填设备的原理图，其主要功能是将杂乱无章的放射性粒子整齐的轴线平行的横向排列入粒子弹夹中。
如图3中所示，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4～5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6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7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8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。
如图9中所示，放射性粒子弹夹自动装填装置，包括粒子进口301、粒子通道302、粒子推杆303、粒子弹夹304、粒子弹夹夹具305，粒子通道302上设有粒子进口301，粒子弹夹304与粒子通道302相通，粒子推杆303可在粒子通道302中做往复运动，粒子进口301位于粒子推杆303与粒子弹夹304之间，粒子弹夹夹具305与粒子弹夹304相连。
粒子进口为放射性粒子进入该装置的通道，放射性粒子在粒子进口以纵向排列次序依次并可控的通过。粒子通道是在放射性粒子在通过粒子进口后的粒子运动通道，放射性粒子在通道中的运动方向始终与粒子轴线垂直，放射性粒子沿粒子通道进行运动直至进入粒子弹夹中。所述粒子推杆是在粒子运动过程中给予粒子确定运动趋势并保证粒子运动方向始终与粒子自身轴线垂直；事实上，粒子推杆可以理解为在粒子通道至粒子弹夹的运动过程中，其充当了随行夹具的角色。所述粒子弹夹夹具保证在放射性粒子装填入粒子弹夹的过程中，保证粒子弹夹没有位移及运动趋势并在完成粒子装填后自动推出粒子弹夹。
粒子进口301截面为圆形，直径为1～2倍放射性粒子直径之间，要求粒子首尾相连且连续可控通地过粒子进口(1)；粒子通道302与粒子进口301相连接的截面为矩形或部分矩形，长度为放射性粒子直径的1～1.5倍，宽度为放射性粒子直径的1～2倍，粒子通道302设于粒子进口301与粒子弹夹304之间，粒子通道(2)可以理解为放射性粒子在粒子进口1与粒子弹夹(4)之间的通道；所述粒子通道(2)可以理解为在放射性粒子进入粒子弹夹(4)之前所经过的运动轨迹。
在放射性粒子进入粒子通道302后，在粒子推杆303推动或固定作用下沿粒子通道302的唯一运动趋势直至进入粒子弹夹304中。
如图10中所示，粒子弹夹304截面为矩形，粒子弹夹304的长度为放射性粒子直径的1～1.5倍，宽度为放射性粒子直径的1～1.5倍，在粒子弹夹304中，放射性粒子横向紧贴排列，且粒子弹夹304底部设有穿刺孔，粒子弹夹4截面除了矩形外，也可以是部分矩形，可选择面广，粒子弹夹(4)可以根据不同需求确定放射性粒子的数量。
如图11中所示，粒子弹夹夹具305具备在放射性粒子装填过程中对粒子弹夹304有定位和夹紧作用，在粒子装填完成后将粒子弹夹304推出，粒子弹夹夹具305包括弹簧推杆51、定位面52和导向块53，弹簧推杆51在所述定位面52上，且弹簧推杆51与所述导向块53相对。
粒子进口301、粒子通道302、粒子推杆303、粒子弹夹304和粒子弹夹夹具305所用材料均符合医疗器械标准和防辐射标准。
本发明所述的放射性粒子弹夹装填装置与目前手工操作相比，避免手术实施人员接受放射性粒子的危害，有效减少手术实施人员的工作强度和手术时间，从而提高放射性粒子植入介入内放疗手术完成的整体质量；本装置具有结构简单、维护方便、占用空间小、对放射性粒子排序和输送可靠、效率高的特点。
实施案例一：
本实施案例选125I放射性粒子及与之相配合的粒子弹夹进行排序及装填。采用气体驱动粒子的方式，以0.5MPa的符合医用标准的惰性气体将125I粒子吹起沿多段圆弧板及导向块运动后沿轴向排列整齐并进入粒子输送通道。
当进入粒子输送通道的125I粒子数量超过粒子弹夹中所需的粒子数量后，启动粒子锁止装置将排在首个粒子之后的粒子进行定位，同时牵引力装置将首个粒子移动至粒子出口进入粒子输送通道中。
首个125I粒子进入粒子通道后，关闭粒子出口，并启动推杆沿粒子轴线垂直的直线方向推动粒子进入粒子弹夹。当推杆复位后，开启第二个循环，直至粒子弹夹中的125I粒子数量符合预期。最后弹夹自动弹出。
随后装填完成后弹夹可以用于介入内放疗手术。
实施案例二
本实施案例选取60Co粒子及相应的粒子弹夹进行排序及装填。采用高频震动的方式，以160Co粒子排列整齐并进入粒子输送通道。
本实施例中将粒子输送通道一分为二，即有两列粒子并联。在装填过程中，有两个粒子同时进入粒子通道中并保持轴线平行，在推杆的作用下两个粒子并排沿圆弧形粒子通道运动后进入粒子弹夹。在数个循环后粒子弹夹中的125I粒子数量符合预期。最后弹夹自动弹出。
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 (6)
1.一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于：
包括：放射性粒子排序模块(1)、放射性粒子输送模块(2)与放射性粒子装填模块(3)，其中；所述放射性粒子排序模块(1)包括粒子驱动机构(11)与粒子导向机构(12)；所述放射性粒子输送模块包括粒子输送通道(21)、牵引力装置(22)与粒子锁止装置(23)；所述放射性粒子装填模块包括放射性粒子弹夹自动装填装置。
2.根据权利要求1所述的一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于，放射性粒子排序模块以气体或高频震动驱动放射性粒子沿放射性粒子排序模块(1)导向机构(12)轨迹运动。
3.根据权利要求2所述的一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于，所述粒子导向机构(12)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)，所述斜板(5)位于进粒子板(7)下方，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。
4.根据权利要求3所述的一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于，所述放射性粒子弹夹自动装填装置包括粒子进口(301)、粒子通道(302)、粒子推杆(303)、粒子弹夹(304)、粒子弹夹夹具(305)，所述粒子通道(302)上设有粒子进口(301)，所述粒子弹夹(304)与所述粒子通道(302)相通，所述粒子推杆(303)可在所述粒子通道(302)中做往复运动，所述粒子进口(301)位于所述粒子推杆(303)与所述粒子弹夹(304)之间，所述粒子弹夹夹具(305)与所述粒子弹夹(304)相连。
5.根据权利要求4所述的一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于，所有部件材料均符合医用标准与防辐射标准。
6.根据权利要求5所述的一种放射性粒子自动排序与装填设备，其特征在于，以放射性粒子在该设备的运动轨迹为中心，距离该轨迹为放射性粒子最大辐射半径的点均在该设备屏蔽外壳以内。
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