CN109173089B - 一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，包括固定架和设置在固定架上的角度调节机构，所述角度调节机构连接有共面机构，所述共面机构上设有可在共面机构调节面上自由移动的激光引导装置。本发明通过将角度调节机构设置为与固定架转动连接的连接机构和与固定架弧形滑动的连接板，实现了激光引导装置的球向转动，保证了激光引导装置可转动到任意角度；通过将共面机构设置为横向滑动装置和纵向滑动装置，实现了对激光引导装置的横向调整和纵向调整，实现了对激光落点的精确调整。

Description

一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置。

背景技术

粒子植入全称为“放射性粒子植入治疗技术”，是一种将放射源植入肿瘤内部，让其以摧毁肿瘤的治疗手段。粒子植入治疗技术涉及放射源，其核心是放射粒子。现在临床运用的是一种被称为碘125的物质。每个碘125粒子就像一个小太阳，其中心附近的射线最强，可最大限度降低对正常组织的损伤。粒子植入治疗可以追溯到上世纪初。目前，放射性粒子植入治疗早期前列腺癌在美国等国家已成为标准治疗手段，在国内其治疗理念也渐渐得到认可。

目前，放射性粒子的植入是通过人工方式完成，具体的，通过激光引导设备的引导，将穿刺外针插入至病人肿瘤位置，穿刺外针的头部连接至植入枪的穿刺外针接口，植入枪上具有粒子弹匣，粒子弹匣中的最前方的粒子位于植入枪的弹道中，通过医务人员手动将针芯沿弹道推拉进而将弹道中的放射性粒子沿穿刺外针推入至病人肿瘤位置。但目前采用3d打印技术制作针板来引导穿刺针，但该引导模板没有良好的调整装置，导致在粒子植入过程中需要进行角度调整时无法对角度或落点进行调整，导致粒子植入不够精确，无法准确杀死病变细胞组织，或者对正常细胞组织产生影响；且因为采用固定式的模板结构，只能在同一区域内设置有限数量的针道，为了提高稳定性，模板上的针孔具有一定厚度的护壁，从而使得针道之间会互相影响，导致采用模板的方式进行穿刺针插入时有一定间距的限制，无法灵活布置。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，以解决现有技术中的激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置在粒子植入手术过程中无法精确调整激光的发射角度和落点的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，包括固定架和设置在固定架上的角度调节机构，所述角度调节机构连接有共面机构，所述共面机构上设有可在共面机构调节面上自由移动的激光引导装置。

进一步地，所述固定架为悬挂式结构。将固定架设计为悬挂式结构便于角度调节机构和共面机构后续的设置。

进一步地，所述角度调节机构包括用来悬挂固定架并与固定架转动连接的连接机构和设置在固定架上进行弧形滑动的连接板，所述共面机构与连接板连接。角度调节机构主要是用于调整共面机构在空间内的绝对角度，以便调整设置在共面机构上的激光引导装置在空间内的绝对角度。将角度调节机构设置为与固定架转动连接的连接机构和与固定架弧形滑动的连接板，连接机构可实现固定架的横向旋转，连接板与固定架弧形滑动，可实现连接板的纵向旋转，由于激光引导装置通过共面机构与连接板相连，因此转动固定架的同时弧形滑动连接板，可使激光引导装置既横向旋转又纵向旋转，即实现激光引导装置的球向转动，保证激光引导装置可转动到任意角度。

进一步地，所述共面机构包括横向滑动装置和纵向滑动装置，所述横向滑动装置和纵向滑动装置之间滑动连接，其中一个滑动装置与连接板相连，另一个滑动装置上设有可在该滑动装置上自由滑动的激光引导装置。由于采用本装置进行粒子植入过程中需要不断地调整激光的落点，即调整激光引导装置在空间内的坐标，以便于引导穿刺外针插入至病人肿瘤的不同位置，因此需要设置相应的装置来调整激光引导装置的位置，横向滑动装置调节激光引导装置进行横向移动以调整其横坐标，纵向滑动装置调节激光引导装置进行纵向移动以调整其纵坐标。

进一步地，所述横向滑动装置所具有的滑动面与纵向滑动装置所具有的滑动面均为水平平面，所述横向滑动装置的滑动方向和纵向滑动装置的滑动方向垂直。激光引导装置在横向滑动装置的滑动面内进行横向移动，在纵向滑动装置的滑动面内进行纵向移动，当横向滑动装置所具有的滑动面或纵向滑动装置所具有的滑动面为非水平平面时，会带动激光引导装置进行垂直方向上的移动，若无其他装置对激光引导装置垂直方向上的位移进行平衡，会造成激光引导装置所发射出的激光无法准确定位到肿瘤位置，造成定位不准确，无法进行粒子植入。因此，将横向滑动装置所具有的滑动面与纵向滑动装置所具有的滑动面均设置为水平平面，这样设置还可以将横向滑动装置和纵向滑动装置的长度进行最大化利用。将横向滑动装置的滑动方向和纵向滑动装置的滑动方向设置为垂直状态，可以实现激光引导装置在横向滑动装置的滑动面内滑动时只进行横向移动，在纵向滑动装置的滑动面内滑动时只进行纵向移动，并且可以将横向滑动装置和纵向滑动装置的长度进行最大化利用，保证最长的滑动距离。

进一步地，所述连接板通过齿轮条、齿轮、滑块和滑轨与固定架滑动连接，所述齿轮条呈圆弧形，齿轮条固定设置在固定架上，所述齿轮转动连接在连接板上，所述齿轮与齿轮条啮合，所述固定架上还固定连接有滑轨，连接板上对应设置有滑块，所述滑块滑动连接于滑轨上，所述滑轨的弯曲弧度与齿轮条相同。连接板与固定架弧形滑动主要是为了调整激光引导装置的纵向角度，以实现将穿刺外针以不同的角度插入至病人肿瘤位置。将齿轮条设置为圆弧形并固定在固定架上，将齿轮转动连接在连接板上并与齿轮条啮合，即是为了使连接板沿着齿轮条的弧度转动，进而调整激光引导装置的纵向角度。在固定架上连接有滑轨，连接板上对应设置有滑块，将滑块滑动连接于滑轨上，是为了使连接板与固定架之间保持稳定的关系，保证连接板沿着齿轮条的弧度转动，同时防止齿轮从齿轮条上脱落；滑轨的弯曲弧度与齿轮条相同，是为了保证连接板的正常运动，如若滑轨的弯曲弧度与齿轮条不同，由于滑块和齿轮的位置限制，会导致连接板无法正常转动。

进一步地，所述横向滑动装置和纵向滑动装置均采用滑动轨道与滑动块的形式。横向滑动装置和纵向滑动装置主要是提供滑动的作用，可以采取多种多样的结构，如采用齿轮齿条的结构，或者采用滑槽和滑轮的形式，但齿轮齿条安装精度较高且制造成本也较高，滑槽和滑轮容易产生脱落。优选的，本处采用滑动轨道与滑动块的形式，滑动块套设在滑动轨道上，结构简单，连接牢固，制造成本低廉。

进一步地，所述连接机构和连接板上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。伺服电机主要是为固定架相对连接机构的转动以及连接板相对固定架的弧形滑动提供动力，实现固定架的自动转动和连接板的自动滑动，伺服电机为正反转电机可以调节固定架的正反转动和连接板的正反滑动，以不断地对激光引导装置进行角度调整。

进一步地，所述横向滑动装置和纵向滑动装置上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。伺服电机主要是为横向滑动装置和纵向滑动装置提供滑动动力，实现横向滑动装置和纵向滑动装置的自动滑动，伺服电机为正反转电机可以调节横向滑动装置和纵向滑动装置的正反滑动，以不断地对激光引导装置在空间内的横坐标、纵坐标进行调整。

进一步地，所述固定架连接在一个可滑动的固定板上。固定板相当于本装置的基板，调节固定板的位置即可调整整个装置的位置，因此，固定架连接在一个可滑动的固定板上，保证了整个装置的可调性，当需要调整整个装置的位置时，滑动固定板即可，整个过程十分方便。

本发明的有益效果为：

1、通过设置角度调节机构和滑共面机构，实现了对激光引导装置发出的激光进行角度调整和落点调整，保证了在粒子植入过程中激光的位置精确性。

2、通过将角度调节机构设置为与固定架转动连接的连接机构和与固定架弧形滑动的连接板，实现了激光引导装置的球向转动，保证了激光引导装置可转动到任意角度。

3、通过将共面机构设置为横向滑动装置和纵向滑动装置，实现了对激光引导装置的横向调整和纵向调整，实现了对激光落点的精确调整。

4、通过设置齿轮条、齿轮、滑块和滑轨，在实现连接板转动的同时保证了其与固定架之间的稳定性，实现了对激光纵向角度的精确调整。

5、通过设置正反转伺服电机，可通过对伺服电机的控制，实现对激光引导装置角度和坐标的自动调整和反复调整。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的右视图；

图中：1-固定板；2-连接机构；3-固定架；4-齿轮条；5-连接板；6-滑轨；7-横向滑动装置；8-纵向滑动装置；9-齿轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1、2、3所示，一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，包括固定架3和设置在固定架3上的角度调节机构，所述角度调节机构连接有共面机构，所述共面机构上设有可在共面机构调节面上自由移动的激光引导装置。

角度调节机构主要用于调节激光引导装置发射出的激光在空间内的角度，角度调节机构必须能调节激光在空间坐标系内的纵向角度和横向角度，共面机构主要用于调节激光引导装置发射出的激光在人体表皮上的落点位置，共面机构必须保证激光引导设备在一个平面内滑动。同时调节角度调节机构和共面机构即可调整激光的角度和落点，然后将植入针沿激光的方向插入目标治疗区域内，再将粒子通过植入针导至目标位置。

实施例2：

作为本发明的优选方案，在实施例1的基础上，所述角度调节机构包括用来悬挂固定架3并与固定架3转动连接的连接机构2和设置在固定架3上进行弧形滑动的连接板5，所述共面机构与连接板5连接。角度调节机构主要是用于调整共面机构在空间内的绝对角度，以便调整设置在共面机构上的激光引导装置在空间内的绝对角度，此处的绝对角度指激光引导装置在某一确定空间坐标系下的角度。将角度调节机构设置为与固定架3转动连接的连接机构2和与固定架3弧形滑动的连接板5，连接机构2可实现固定架3的横向旋转，连接板5与固定架3弧形滑动，可实现连接板5的纵向旋转，由于激光引导装置通过共面机构与连接板5相连，因此转动固定架3的同时弧形滑动连接板5，可使激光引导装置既横向旋转又纵向旋转，即实现激光引导装置的球向转动，保证激光引导装置可转动到任意角度。连接机构2的形式有多种多样，如采用套筒与转轴转动连接的形式，或者采用轴承的形式，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，在此不做赘述。

实施例3：

作为本发明的优选方案，在实施例2的基础上，所述共面机构包括横向滑动装置7和纵向滑动装置8，所述横向滑动装置7和纵向滑动装置8之间滑动连接，其中一个滑动装置与连接板5相连，另一个滑动装置上设有可在该滑动装置上自由滑动的激光引导装置。由于采用本装置进行粒子植入过程中需要不断地调整激光的落点，即调整激光引导装置在空间内的坐标，以便于引导穿刺外针插入至病人肿瘤的不同位置，因此需要设置相应的装置来调整激光引导装置的位置，横向滑动装置7调节激光引导装置进行横向移动以调整其横坐标，纵向滑动装置8调节激光引导装置进行纵向移动以调整其纵坐标。

实施例4：

作为本发明的优选方案，在实施例3的基础上，所述横向滑动装置7所具有的滑动面与纵向滑动装置8所具有的滑动面均为水平平面，所述横向滑动装置7的滑动方向和纵向滑动装置8的滑动方向垂直。激光引导装置在横向滑动装置7的滑动面内进行横向移动，在纵向滑动装置8的滑动面内进行纵向移动，当横向滑动装置7所具有的滑动面或纵向滑动装置8所具有的滑动面为非水平平面时，会带动激光引导装置进行垂直方向上的移动，若无其他装置对激光引导装置垂直方向上的位移进行平衡，会造成激光引导装置所发射出的激光无法准确定位到肿瘤位置，造成定位不准确，无法进行粒子植入。因此，将横向滑动装置7所具有的滑动面与纵向滑动装置8所具有的滑动面均设置为水平平面，这样设置还可以将横向滑动装置7和纵向滑动装置8的长度进行最大化利用。将横向滑动装置7的滑动方向和纵向滑动装置8的滑动方向设置为垂直状态，可以实现激光引导装置在横向滑动装置7的滑动面内滑动时只进行横向移动，在纵向滑动装置8的滑动面内滑动时只进行纵向移动，并且可以将横向滑动装置7和纵向滑动装置8的长度进行最大化利用，保证最长的滑动距离。

实施例5：

作为本发明的优选方案，在实施例2的基础上，所述连接板5通过齿轮条4、齿轮9、滑块和滑轨8与固定架3滑动连接，所述齿轮条4呈圆弧形，齿轮条4固定设置在固定架3上，所述齿轮9转动连接在连接板5上，所述齿轮9与齿轮条4啮合，所述固定架3上还固定连接有滑轨8，连接板5上对应设置有滑块，所述滑块滑动连接于滑轨8上，所述滑轨8的弯曲弧度与齿轮条4相同。连接板5与固定架3弧形滑动主要是为了调整激光引导装置的纵向角度，以实现将穿刺外针以不同的角度插入至病人肿瘤位置。将齿轮条4设置为圆弧形并固定在固定架3上，将齿轮9转动连接在连接板5上并与齿轮条4啮合，即是为了使连接板5沿着齿轮条4的弧度转动，进而调整激光引导装置的纵向角度。在固定架3上连接有滑轨8，连接板5上对应设置有滑块，将滑块滑动连接于滑轨8上，是为了使连接板5与固定架3之间保持稳定的关系，保证连接板5沿着齿轮条4的弧度转动，同时防止齿轮9从齿轮条4上脱落；滑轨8的弯曲弧度与齿轮条4相同，是为了保证连接板5的正常运动，如若滑轨8的弯曲弧度与齿轮条4不同，由于滑块和齿轮9的位置限制，会导致连接板5无法正常转动。

实施例6：

作为本发明的优选方案，在实施例3的基础上，所述横向滑动装置7和纵向滑动装置8均采用滑动轨道与滑动块的形式。横向滑动装置7和纵向滑动装置8主要是提供滑动的作用，可以采取多种多样的结构，如采用齿轮齿条的结构，或者采用滑槽和滑轮的形式，但齿轮齿条安装精度较高且制造成本也较高，滑槽和滑轮容易产生脱落。优选的，本处采用滑动轨道与滑动块的形式，滑动块套设在滑动轨道上，结构简单，连接牢固，制造成本低廉。

实施例7：

作为本发明的优选方案，在实施例2的基础上，所述连接机构2和连接板5上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。伺服电机主要是为固定架3相对连接机构2的转动以及连接板5相对固定架3的弧形滑动提供动力，实现固定架3的自动转动和连接板5的自动滑动，伺服电机为正反转电机可以调节固定架3的正反转动和连接板5的正反滑动，以不断地对激光引导装置进行角度调整。

实施例8：

作为本发明的优选方案，在实施例3的基础上，所述横向滑动装置7和纵向滑动装置8上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。伺服电机主要是为横向滑动装置7和纵向滑动装置8提供滑动动力，实现横向滑动装置7和纵向滑动装置8的自动滑动，伺服电机为正反转电机可以调节横向滑动装置7和纵向滑动装置8的正反滑动，以不断地对激光引导装置在空间内的横坐标、纵坐标进行调整。

实施例9：

作为本发明的优选方案，在实施例1的基础上，所述固定架3连接在一个可滑动的固定板1上。固定板1相当于本装置的基板，调节固定板1的位置即可调整整个装置的位置，因此，固定架3连接在一个可滑动的固定板1上，保证了整个装置的可调性，当需要调整整个装置的位置时，滑动固定板1即可，整个过程十分方便。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

本发明工作原理：如图1、2、3所示，在进行粒子植入时，如何将粒子精准的植入到预定区域是最需解决的问题。因此，在实际扎针之前，需要对扎针的路线进行规划、模拟，从而制定出一套最佳的扎针路线；其次，实际扎针时要保证植入针按预设的路线进行扎针，为此，我们通过可见激光进行引导，在扎针时只要保证植入针沿着可见激光的光线进行扎针，即可使得扎针的路线与预定路线相同；最后，需要确保粒子能精确到达某一深度，为此，我们通过可见激光测量植入针的插入深度，当到达相应深度时，停止插入植入针，将粒子通过植入针引导至肿瘤处。

首先通过超声、CT或MRI扫描患者的目标区域，得到目标区域的形状以及位置的断层扫描图，并将多张断层扫描图的数据包转入到医学建模软件中进行维度重建，该处医学建模软件可采用Arigin3D或Mimics系统，生成带有三维坐标系的病体模型，该病体模型可编辑且包含有目标区域内的体表轮廓数据、体内器官轮廓数据以及肿瘤轮廓数据。在患者目标区域上做一个体表标记点A0；然后对病体模型建立三维坐标系，所述三维坐标系以体表标记点A0作为坐标原点，以经过体表标记点A0的竖直线为z轴，并根据坐标原点和z轴确定x轴和y轴；在三维坐标系中对患者目标区域内的体表轮廓、体内器官轮廓以及肿瘤轮廓进行三维坐标编辑。

然后将建好的三维模型数据包传输到TPS系统中进行粒子布局。在TPS系统中通过在三维模型的人体表面确定坐标系原点并制定三维坐标系，同时确定总的粒子量，并得到粒子布局数量和位置。其中所述位置信息为在建立的坐标系中的坐标值，再根据粒子的数量和坐标值信息确定针道数量和针道的穿刺起点坐标、穿刺终点坐标，以及每根针道需要布局的粒子数量、粒子植入坐标和粒子的穿刺深度。最后将TPS系统中得到的所有粒子位置数据和针道数据输出到控制该角度偏移装置的控制系统中，控制系统可采用PLC控制系统。

在实际操作中，调整本装置的坐标原点与患者人体皮肤表面的坐标原点A0一致，并通过划线确定坐标系，以经过A0点竖直方向的垂线为Z轴，从而将输入到控制系统中的位置坐标信息转化为控制伺服电机转动的时间，从而进行激光引导路线。

首先将激光引导装置调整到坐标系原点处，根据针道的穿刺起点坐标、穿刺终点坐标，控制激光的角度和落点。在粒子植入过程中，当需要调整激光的角度时，控制系统开启并将横向转动角度转化为电机转动圈数输入位于连接机构2上的伺服电机，该伺服电机带动固定架相对连接机构转动；同时开启并将纵向转动角度转化为电机转动圈数输入到位于连接机构2上的伺服电机，该伺服电机带动连接板5上的齿轮9转动，使齿轮9沿齿轮条4滚动，从而带动连接板5相对固定架3转动，直至激光的角度为目标角度。当需要调整激光的落点时，控制系统开启并将横坐标数据输入位于横向滑动装置7上的伺服电机，该伺服电机带动纵向滑动装置8以及位于纵向滑动装置8上的激光引导装置横向移动，同时控制系统开启并将纵坐标数据输入位于纵向滑动装置8上的伺服电机，该伺服电机带动激光引导装置纵向移动，直至激光落点为目标落点。

然后将粒子针的针头端对准激光射线在体表上的光点，调整粒子针使激光射线的光点与针尾端的中心重合，按照激光射线的路径插入粒子针，在插入粒子针的同时通过激光测距对粒子针插入的深度进行测量和显示，提示插入深度；根据TPS系统中得到的对应粒子的穿刺深度，在对应深度位置植入放射性粒子。

其中，所述所有伺服电机均通过型号为Link_AMC4030控制系统并进行预先编程控制其运动，其部分控制代码如下：

/>

/>

Claims (5)

1.一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，其特征在于：包括固定架(3)和设置在固定架(3)上的角度调节机构，所述角度调节机构连接有共面机构，所述共面机构上设有可在共面机构调节面上自由移动的激光引导装置；所述固定架(3)为悬挂式结构，所述角度调节机构包括用来悬挂固定架(3)并与固定架(3)转动连接的连接机构(2)和设置在固定架(3)上进行弧形滑动的连接板(5)，所述共面机构与连接板(5)连接；所述共面机构包括横向滑动装置(7)和纵向滑动装置(8)，所述横向滑动装置(7)和纵向滑动装置(8)之间滑动连接，其中一个滑动装置与连接板(5)相连，另一个滑动装置上设有可在该滑动装置上自由滑动的激光引导装置；

所述连接板(5)通过齿轮条(4)、齿轮(9)、滑块和滑轨(8)与固定架(3)滑动连接，所述齿轮条(4)呈圆弧形，齿轮条(4)固定设置在固定架(3)上，所述齿轮(9)转动连接在连接板(5)上，所述齿轮(9)与齿轮条(4)啮合，所述固定架(3)上还固定连接有滑轨(8)，连接板(5)上对应设置有滑块，所述滑块滑动连接于滑轨(8)上，所述滑轨(8)的弯曲弧度与齿轮条(4)相同；所述连接机构(2)和连接板(5)上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。

2.根据权利要求1所述的一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，其特征在于：所述横向滑动装置(7)所具有的滑动面与纵向滑动装置(8)所具有的滑动面均为水平平面，所述横向滑动装置(7)的滑动方向和纵向滑动装置(8)的滑动方向垂直。

3.根据权利要求1所述的一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，其特征在于：所述横向滑动装置(7)和纵向滑动装置(8)均采用滑动轨道与滑动块的形式。

4.根据权利要求1所述的一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，其特征在于：所述横向滑动装置(7)和纵向滑动装置(8)上均设置有伺服电机，所述伺服电机为正反转伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种采用激光引导放射性粒子植入肿瘤的装置，其特征在于：所述固定架(3)连接在一个可滑动的固定板(1)上。