CN110898342A

CN110898342A - 放射治疗系统

Info

Publication number: CN110898342A
Application number: CN201911355489.3A
Authority: CN
Inventors: 郭爱菊
Original assignee: Henan Hospital Traditional Chinese Medicine Second Affiliated Hospital of Henan University of Traditional Chinese Medicine TCM
Current assignee: Henan Hospital Traditional Chinese Medicine Second Affiliated Hospital of Henan University of Traditional Chinese Medicine TCM
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明涉及一种放射治疗系统，包括上位机、下位机、控制面板、红外定位系统和治疗椅，所述治疗椅通过红外定位系统和上位机连接下位机，所述下位机通过控制面板连接治疗椅，所述治疗椅包括座椅、调节机构和定位机构，所述调节机构设于座椅的下端，所述定位机构设于座椅的上端，所述调节机构包括下平台、上平台、第一推杆和第二推杆，所述定位机构包括背板、头部定位组件和下巴定位组件，所述背板的下端连接座椅，所述头部定位组件和下巴定位组件依次连接于背板上；本发明提供的放射治疗系统，配合红外导航系统，完成对治疗椅精准的控制，实现放疗自动化，实时同步治疗椅移动数据，自动控制治疗椅在各个自由度上移动。

Description

放射治疗系统

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及放射治疗系统。

背景技术

肿瘤放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤的一种方法，立体定向放射治疗是使用直线加速器，通过CT或MRI扫描定位，利用聚焦的原理，将各个照射野或照射弧的放射线集中到肿瘤区（靶区），而靶区周围正常组织受量很少。

放射治疗的作用机理是利用各种射线(质子、中子、重离子等)打断细胞核内DNA链，使细胞无法分裂增生，达到抑制或杀灭肿瘤的目的。由于放射线对机体组织的作用有一定的选择性，对于生长繁殖越旺盛、分化越差的细胞，射线对其破坏作用就越大。而肿瘤细胞，尤其是恶性肿瘤细胞，比正常细胞生长繁殖快、分化差，因此肿瘤细胞与正常细胞在同样的射线照射下具有不同的敏感度。肿瘤细胞将受到严重的损伤，而正常细胞则只受到轻微损伤，从而在杀灭肿瘤细胞的同时不损伤或少损伤正常的细胞组织。目前的放射治疗手段有：光子放射治疗、质子放射治疗、中子放射治疗和重离子放射治疗等。

放射治疗的基本流程如下：1.通过CT、MR等医学成像仪器获取患者图像，由医生手动勾画靶区和OARs的轮廓；2.确定放射治疗的处方剂量，通过治疗计划系统制定放射治疗计划；3.治疗实施前获取病人摆位图像，对病人进行摆位校正；4.对病人进行治疗；如果治疗部位受呼吸运动影响，治疗过程中还需要对肿瘤的运动进行控制或进行实时跟踪预测；5.放疗后明确肿瘤控制情况、评估正常组织的放性射损伤，以配合其他治疗。

质子重离子放射治疗是将质子或重离子束经过加速器加速变成高能射线束流，经过扩展、选择、调制、准直传输到治疗头，根据CT/MRI/PET诊断信息，通过专用TPS应用软件制定出的治疗计划配合治疗床（椅）进行放射治疗。虽然质子重离子放射治疗是目前最有效的放射治疗方法，但是仍然存在如下问题：在质子重离子放射治疗的过程中，对于头颈部癌症和肺癌患者可能会出现端坐呼吸，呼吸困难，吞咽困难，或其他条件使躺平治疗困难的情况，不得不选择坐姿治疗，而适用于头颈部肿瘤和眼鼻部肿瘤患者的放射治疗椅较少，且现有的放射治疗椅功能不够完善；放疗过程中需要从各个方位对癌细胞进行照射，而固定束放射治疗室的质子重离子光束照射方向固定，不能从各个方向对癌细胞进行照射；目前头颈部放疗定位采用的热塑膜固定技术，个性化制作耗时比较长，而且在头颈部定位时热塑膜面罩全覆盖在患者面部，会给患者造成心理上的负担。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，提供能够对头颈部肿瘤和眼鼻部肿瘤患者进行坐姿调节以及头颈部定位的放射治疗系统，以解决现在没有专门用于放射治疗的治疗椅的问题，同时解决现有放射治疗、头颈部定位技术耗时长、不舒适的问题，弥补了由普通放射治疗椅改装的质子重离子放射治疗椅位姿调节功能上的不足，提高了患者头部定位的效率以及舒适度。

本发明的目的是这样实现的：

放射治疗系统，包括上位机、下位机、控制面板、红外定位系统和治疗椅，所述治疗椅通过红外定位系统和上位机连接下位机，所述下位机通过控制面板连接治疗椅，所述治疗椅包括座椅、调节机构和定位机构，所述调节机构设于座椅的下端，所述定位机构设于座椅的上端；

所述调节机构包括下平台、上平台、第一推杆和第二推杆，所述下平台和上平台之间设第一推杆和第二推杆，所述第一推杆设于上平台和下平台的中央处，所述第二推杆设偶数个，所述第二推杆对称设于第一推杆的周围；

所述定位机构包括背板、头部定位组件和下巴定位组件，所述背板的下端连接座椅，所述头部定位组件和下巴定位组件依次连接于背板上，所述头部定位组件包括头部安装架和设于头部安装架上的头后定位托、头顶定位托和头围定位托，所述下巴定位组件包括支撑臂、下巴托和设于两支撑臂之间的连杆，所述下巴托设于连杆上。

进一步的，所述红外定位系统采用OPS红外定位导航系统。

进一步的，所述下位机包括处理器和舵机控制单元，所述上位机连接至处理器，所述处理器通过舵机控制单元连接控制面板。

进一步的，所述第二推杆的下端通过球铰连接下平台的上表面，所述第二推杆的上端通过虎克铰连接上平台的下表面，所述第一推杆的上端通过球铰连接上平台的下表面。

进一步的，所述治疗椅通过转台连接上平台的上表面，所述下平台的下表面通过滚珠丝杠连接导轨。

进一步的，所述头后定位托通过固定架连接设于背板后部的升降杆，所述头顶定位托和头围定位托均通过调定组件连接头部定位架。

进一步的，所述支撑臂的一端连接背板，所述支撑臂远离背板的一端连接调定组件，所述下巴托通过调定组件贯穿连接连杆。

进一步的，所述调定组件包括把手丝杠、螺母和安装架，所述把手丝杠通过轴承连接螺母，所述螺母远离把手丝杠的一端连接安装架。

进一步的，所述导轨包括X轨和Y轨，所述X轨和Y轨垂直设置，所述滚珠丝杠通过滑块连接导轨。

进一步的，所述头围定位托设两个，所述两个头围定位托对称设于头部安装架的两端，所述头顶定位托通过支杆连接头部定位架。

进一步的，所述背板上设通槽，所述头部定位架通过固定架贯穿通槽连接升降架。

进一步的，所述处理器采用AMR芯片，所述处理器包括复位模块、时钟模块、电源模块和舵机控制模块，所述处理器上设舵机控制接口、RS232串行通信口和JTAG接口。

进一步的，所述调节机构采用铝合金材质，所述调节机构的弹性模量E1为69850-71900MPa，所述调节机构的泊松比υ1为0.28-0.35，所述调节机构的屈服强度P1为420-468MPa。

进一步的，所述调节机构的弹性模量E1和泊松比υ1满足E1·υ1大于等于20150小于等于24500。

进一步的，所述调节机构的弹性模量E1、泊松比υ1、屈服强度P1之间满足以下关系：

P1=α·υ1²·P1；

其中，α为屈服强度系数，取值范围为0.05-0.08。

进一步的，所述定位机构采用聚四氟乙烯材质，所述定位机构的弹性模量E2为264-297MPa，所述定位机构的泊松比υ2为0.39-0.43，所述定位机构的屈服强度P2为28-36MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的放射治疗系统，能够对头颈部肿瘤和眼鼻部肿瘤患者进行坐姿调节以及头颈部定位的放射治疗系统，以解决现在没有专门用于质子重离子放射治疗的治疗椅的问题，同时解决现有放射治疗、头颈部定位技术耗时长、不舒适的问题。弥补了由普通放射治疗椅改装的质子重离子放射治疗椅位姿调节功能上的不足，提高了患者头部定位的效率以及舒适度。

2、本发明提供的放射治疗系统，配合OPS导航系统，完成对直线加速器治疗椅精准的控制，实现放疗导航自动化，在放疗坐姿调整中不需要手工操作，能够实时同步治疗椅移动数据，自动控制治疗椅在各个自由度上移动，解放医生的手工摆位操作，使摆位自动化，给医生提供可交互的软件界面，供医生操作，安装使用方便，对放疗设备无损害，不能影响放疗设各正常使用。

3、本发明提供的放射治疗系统，治疗椅位姿调节机构可带动承载患者的治疗椅进行六维自由度的调节，使患者达到预定的姿态，保证稳定性和定位精度，治疗椅的头部定位机构能够覆盖患者头颈部区域，无盲区，整个机构结构简单可靠，易于加工和装配。

4、本发明提供的放射治疗系统，采用XY平面坐标构型、组合式少自由度并联坐标构型和360度转台组合形成的质子重离子放射治疗椅位姿调节机构，既降低了治疗椅位姿调节机构的高度，又实现了高度的升降，第一电动推杆可以在竖直方向上升降，当患者达到预定高度后保持不动，进入自锁的状态，当第一个第二电动推杆的伸长，与之对称的第二个电动推杆同时缩短时，上平台绕X轴转动到一定角度，当第三个电动推杆伸长，与之对称的第四个电动推杆4同时缩短时，上平台绕Y轴转动到一定角度，经过上述调节过程实现患者的高度调节和X、Y的角度调节。

5、本发明提供的放射治疗系统，通过设置所述调节机构的弹性模量E1和泊松比υ1的范围和关系，以更好地保证调节机构的强度和精度，以更好地进行放射治疗，保证治疗效果。

6、本发明提供的放射治疗系统，通过设置，所述调节机构的弹性模量E1、泊松比υ1、屈服强度P1之间满足的关系，以进一步保证调节机构的强度和精度，以更好地进行放射治疗，从而保证治疗效果。

附图说明

图1是本发明放射治疗系统结构示意图。

图2是本发明放射治疗系统治疗椅示意图。

图3是本发明放射治疗系统调节机构示意图。

图4是本发明放射治疗系统定位机构示意图。

图5是本发明放射治疗系统头部定位组件示意图。

图6是本发明放射治疗系统下巴定位组件示意图。

图7是本发明放射治疗系统调定组件示意图。

图中：1、上位机；2、下位机；3、控制面板；4、治疗椅；41、座椅；42、调节机构；421、上平台；422、第二推杆；423、第一推杆；424、下平台；43、定位机构；431、背板；432、头部定位组件；4321、头部安装架；4322、固定架；4323、头后定位托；4324、头围定位托；4325、头顶定位托；433、下巴定位组件；4331、支撑臂；4332、连杆；4333、下巴托；434、升降杆；5、红外定位系统；6、处理器；7、舵机控制单元；8、导轨；9、滚珠丝杠；10、调定组件；101、把手丝杠；102、轴承；103、螺母；104、安装架；11、转台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，放射治疗系统，包括上位机1、下位机2、控制面板3、红外定位系统5和治疗椅4，所述治疗椅4通过红外定位系统5和上位机1连接下位机2，所述红外定位系统5采用OPS红外定位导航系统，所述下位机2通过控制面板3连接治疗椅4，所述下位机2包括处理器6和舵机控制单元7，所述上位机1连接至处理器6，所述处理器6通过舵机控制单元7连接控制面板3，所述治疗椅4包括座椅41、调节机构42和定位机构43，所述调节机构42设于座椅41的下端，所述定位机构43设于座椅41的上端。

上位机软件与OPS红外导航系统软件通过进程间共享内存通信获取病灶中心实时三维坐标后，通过自适应智能摆位算法得到控制指令，然后将控制指令按照设计的通信协议组装编码，通过串口通信发送给下位机，下位机接收到上位机数据包，ARM处理器将控制指令解析到舵机控制模块驱动机械治疗椅，进而操控医用直线加速器治疗椅的控制面板，通过操控面板上的推钮，在多个自由度方向上移动加速器治疗椅至目标位置，完成自动摆位过程。

实施例2

如图1-3所示，放射治疗系统，包括上位机1、下位机2、控制面板3、红外定位系统5和治疗椅4，所述治疗椅4通过红外定位系统5和上位机1连接下位机2，所述红外定位系统5采用OPS红外定位导航系统，所述下位机2通过控制面板3连接治疗椅4，所述下位机2包括处理器6和舵机控制单元7，所述上位机1连接至处理器6，所述处理器6通过舵机控制单元7连接控制面板3，所述治疗椅4包括座椅41、调节机构42和定位机构43，所述调节机构42设于座椅41的下端，所述定位机构43设于座椅41的上端。

所述调节机构42包括下平台424、上平台421、第一推杆423和第二推杆422，所述下平台424和上平台421之间设第一推杆423和第二推杆422，所述第一推杆423设于上平台421和下平台424的中央处，所述第二推杆422设偶数个，所述第二推杆422对称设于第一推杆423的周围，所述第二推杆422的下端通过球铰连接下平台424的上表面，所述第二推杆422的上端通过虎克铰连接上平台421的下表面，所述第一推杆423的上端通过球铰连接上平台421的下表面。

所述调节机构的弹性模量E1和泊松比υ1满足E1·υ1大于等于20150小于等于24500。

所述调节机构的弹性模量E1、泊松比υ1、屈服强度P1之间满足以下关系：

P1=α·υ1²·P1；

其中，α为屈服强度系数，取值范围为0.05-0.08。

所述治疗椅4通过转台11连接上平台421的上表面，所述下平台424的下表面通过滚珠丝杠9连接导轨8，所述转台11采用中空旋转平台减速机。

采用XY平面坐标构型、组合式电动推杆并联和360度转台组合形成的放射治疗椅位姿调节机构，既降低了治疗椅位姿调节机构的高度，又实现了高度的升降，第一电动推杆可以在竖直方向上升降，当患者达到预定高度后保持不动，进入自锁的状态，第二推杆可设为两组，当第一组中一推杆伸长，与之对称的三推杆同时缩短时，上平台绕X轴转动到一定角度，当第二组中的二推杆伸长，与之对称的四推杆同时缩短时，上平台绕Y轴转动到一定角度，经上述调节过程实现患者的高度调节和X、Y的角度调节。

实施例3

结合图4-6，放射治疗系统，包括上位机1、下位机2、控制面板3、红外定位系统5和治疗椅4，所述治疗椅4通过红外定位系统5和上位机1连接下位机2，所述下位机2通过控制面板3连接治疗椅4，所述治疗椅4包括座椅41、调节机构42和定位机构43，所述调节机构42设于座椅41的下端，所述定位机构43设于座椅41的上端，所述定位机构43包括背板431、头部定位组件432和下巴定位组件433，所述背板431的下端连接座椅41，所述头部定位组件432和下巴定位组件433依次连接于背板431上。

所述头部定位组件432包括头部安装架4321和设于头部安装架4321上的头后定位托4323、头顶定位托4325和头围定位托4324，所述头后定位托4323通过固定架4322连接设于背板431后部的升降杆434，所述头顶定位托4325和头围定位托4324均通过调定组件10连接头部安装架4321。

头围定位托4324、头后定位托4323、头顶定位托4325间隔120°均布于头部安装架4321上，头顶定位托4325安装于头部安装架4321顶部的悬臂上，固定架4322安装于高度调节丝杠升降杆434上。

所述下巴定位组件433包括支撑臂4331、下巴托4333和设于两支撑臂4331之间的连杆4332，所述下巴托4333设于连杆4332上，所述支撑臂4331的一端连接背板431，所述支撑臂4331远离背板431的一端连接调定组件10，所述下巴托4333通过调定组件10贯穿连接连杆4332。

支撑臂4331内开有长槽，长槽内安装有丝杠螺母滑块，连杆4332安装在左右两块丝杠螺母滑块上，通过手调调定组件10调节，连杆4332正中装有下巴托4333，通过手调调定组件10调节，使下巴托上下移动，实现下巴托的上下和前后调节。

实施例4

在实施例3的基础上，结合图7，所述调定组件10包括把手丝杠101、螺母103和安装架104，所述把手丝杠101通过轴承102连接螺母103，所述螺母103远离把手丝杠101的一端连接安装架104。

手调式把手丝杠101穿过特制轴承102端盖与轴承102内径配合，轴承102外径与头部安装架4321弧形托上的圆孔固定配合，手调式把手丝杠101可以做旋转运动，特制轴承端盖插入头部安装架4321弧形托上的圆孔对轴承进行固定，丝杠螺母103与手调式把手丝杠101内径相配合，可以沿着头部安装架4321中的六棱柱孔前后移动，实现定位托的前后调节。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.放射治疗系统，其特征在于：包括上位机（1）、下位机（2）、控制面板（3）、红外定位系统（5）和治疗椅（4），所述治疗椅（4）通过红外定位系统（5）和上位机（1）连接下位机（2），所述下位机（2）通过控制面板（3）连接治疗椅（4），所述治疗椅（4）包括座椅（41）、调节机构（42）和定位机构（43），所述调节机构（42）设于座椅（41）的下端，所述定位机构（43）设于座椅（41）的上端；

所述调节机构（42）包括下平台（424）、上平台（421）、第一推杆（423）和第二推杆（422），所述下平台（424）和上平台（421）之间设第一推杆（423）和第二推杆（422），所述第一推杆（423）设于上平台（421）和下平台（424）的中央处，所述第二推杆（422）设偶数个，所述第二推杆（422）对称设于第一推杆（423）的周围；

所述定位机构（43）包括背板（431）、头部定位组件（432）和下巴定位组件（433），所述背板（431）的下端连接座椅（41），所述头部定位组件（432）和下巴定位组件（433）依次连接于背板（431）上，所述头部定位组件（432）包括头部安装架（4321）和设于头部安装架（4321）上的头后定位托（4323）、头顶定位托（4325）和头围定位托（4324），所述下巴定位组件（433）包括支撑臂（4331）、下巴托（4333）和设于两支撑臂（4331）之间的连杆（4332），所述下巴托（4333）设于连杆（4332）上。

2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述红外定位系统（5）采用OPS红外定位导航系统。

3.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述下位机（2）包括处理器（6）和舵机控制单元（7），所述上位机（1）连接至处理器（6），所述处理器（6）通过舵机控制单元（7）连接控制面板（3）。

4.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述第二推杆（422）的下端通过球铰连接下平台（424）的上表面，所述第二推杆（422）的上端通过虎克铰连接上平台（421）的下表面，所述第一推杆（423）的上端通过球铰连接上平台（421）的下表面。

5.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗椅（4）通过转台（11）连接上平台（421）的上表面，所述下平台（424）的下表面通过滚珠丝杠（9）连接导轨（8）。

6.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述头后定位托（4323）通过固定架（4322）连接设于背板（431）后部的升降杆（434），所述头顶定位托（4325）和头围定位托（4324）均通过调定组件（10）连接头部安装架（4321）。

7.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述支撑臂（4331）的一端连接背板（431），所述支撑臂（4331）远离背板（431）的一端连接调定组件（10），所述下巴托（4333）通过调定组件（10）贯穿连接连杆（4332）。

8.根据权利要求6或7所述的放射治疗系统，其特征在于：所述调定组件（10）包括把手丝杠（101）、螺母（103）和安装架（104），所述把手丝杠（101）通过轴承（102）连接螺母（103），所述螺母（103）远离把手丝杠（101）的一端连接安装架（104）。