CN112245814B - 一种精准放射治疗研究用动物送样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精准放射治疗研究用动物送样装置，属于医疗实验器械技术领域。包括底座和设置在所述底座上的：动物样本仓，用于装载实验动物；送样通道，一端为实验区，另一端为非实验区，所述动物样本仓位于所述送样通道内；驱动机构，用于驱动所述动物样本仓沿所述送样通道在实验区与非实验区之间移动；锁定机构，包括将所述动物样本仓锁定在实验区的实验锁定机构和设置在所述驱动机构与所述动物样本仓之间的送样锁定机构。动物样本仓在驱动机构的作用下可以在送样通道内移动；整个装置可以一次装载多只小动物，集体成像定位肿瘤目标后再依次对每只小动物进行放疗，使得小动物放疗实验省时省力，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及医疗实验器械技术领域，具体地说，涉及一种精准放射治疗研究用动物送样装置。
背景技术
预临床研究是新型放疗理论研究不可或缺的一环，例如肿瘤产生和发展机理、治疗响应、肿瘤和正常组织放射生物效应、干细胞生物学以及癌症免疫治疗等基础理论研究，还有放疗损伤、放化疗联合治疗研究，以及分子前体基础研究和新型药物临床前研究等应用基础研究都需要进行大量预临床实验，需要在离体和活体样本上进行放射治疗模拟照射来验证理论可靠性，如动物实验。
小动物放疗实验中通常采用大面积、单射线束的放疗照射模式，不具备图像引导功能，因此无法准确定位肿瘤区域，导致对正常组织放射剂量过高，无法准确评价研究效果。通过设计特殊的小动物放疗固定装置，将肿瘤部位以外区域用铅块屏蔽X射线，实现仅照射肿瘤的目的，以避免正常组织辐射损伤，如公布号为CN110448391A的发明专利文献公开的一种用于实验动物放疗的固定装置，公告号为CN205181523U的实用新型专利文献公开的一种小鼠后腿固定盒，公告号为CN206792513U的实用新型专利文献公开的一种实验小动物放疗固定架，公告号为CN206167657U的实用新型专利文献公开的一种小鼠放射固定装置，以及公告号为CN205903327U的实用新型专利文献公开的一种多只裸鼠放射治疗实验用固定装置。
近年来，国际上已经研发出多款具有图像引导功能的一体化小动物放疗系统，与临床放疗中采用的三维图像引导精准局部放疗技术相类似，使得小动物放疗研究的实验结果更为准确可靠并可用于指导临床实验。如美国约翰霍普金斯大学、斯坦福大学、美国Xstrahl公司、加拿大PXI公司的小动物放疗系统。具有图像引导功能的一体化小动物放疗系统的特点是利用CT或PET成像引导放疗，并通过不同尺寸的射线准直器来提高目标的放射位置准确度，实现肿瘤目标的精准定位与放疗；小动物床和X射线源的联合运动可实现对放疗目标的空间立体精准放疗，最大限度增加放疗目标区域的放射剂量，且减小对正常组织的照射。
一体化小动物放疗系统中小动物床只能固定单个动物，CT或PET成像定位肿瘤目标后，进行空间立体放疗，系统中肿瘤的成像位置和放疗位置相对应，如公布号为CN107626048A的发明专利文献公开的一种融合CT和PET双模态图像引导的小动物一体化放疗系统。小动物放疗实验中，为了明确研究效果，常采用移植有肿瘤的多只小鼠进行实验。然而，一体化小动物放疗系统受限于单次实验只能对单个动物进行成像和放疗，使得小动物放疗实验费时费力，自动化程度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种精准放射治疗研究用动物送样装置，一次可以装载多只小动物，集体成像定位肿瘤目标后再依次对每只小动物进行放疗。
为了实现上述目的，本发明提供的精准放射治疗研究用动物送样装置，包括底座和设置在所述底座上的：
动物样本仓，用于装载实验动物；
送样通道，一端为实验区，另一端为非实验区，所述动物样本仓位于所述送样通道内；
驱动机构，用于驱动所述动物样本仓沿所述送样通道在实验区与非实验区之间移动；
锁定机构，包括将所述动物样本仓锁定在实验区的实验锁定机构和设置在所述驱动机构与所述动物样本仓之间的送样锁定机构。
上述技术方案中，动物样本仓在驱动机构的作用下可以在送样通道内移动；动物样本仓是通过送样锁定机构与驱动机构连接在一起的；动物样本仓是通过实验锁定机构锁定在实验区的。整个装置可以一次装载多只小动物，集体成像定位肿瘤目标后再依次对每只小动物进行放疗，使得小动物放疗实验省时省力，自动化程度高。
可选地，在一个实施例中，所述的送样通道为沿轴向设有开槽的空心圆筒，所述的驱动机构包括直线驱动件和安装在所述直线驱动件上的推板，所述推板从所述开槽伸入所述空心圆筒内。
可选地，在一个实施例中，所述的动物样本仓包括动物固定板和位于所述动物固定板两端的圆形支撑板。
可选地，在一个实施例中，所述的圆形支撑板由导磁性材料制成，如铁块；所述的空心圆筒和所述的动物固定板由X射线线性衰减系数低的材料制成，如碳纤维。
可选地，在一个实施例中，所述的实验锁定机构包括设置在实验区的实验磁力开关，与所述的动物固定板端部的圆形支撑板配合使用。
可选地，在一个实施例中，所述的送样锁定机构包括设置在非实验区的送样磁力开关，与所述的动物固定板端部的圆形支撑板配合使用。
可选地，在一个实施例中，若干个所述的空心圆筒沿圆周均布，开槽均朝向中心，所述的推板呈辐射状，穿过所有开槽伸入各个空心圆筒内。
可选地，在一个实施例中，每个空心圆筒内均设有一个动物样本仓，每个动物样本仓对应设置一个实验锁定机构和一个送样锁定机构。
所有动物样本仓通过实验锁定机构锁定在实验区进行集体成像定位肿瘤目标，然后只留一个动物样本仓不动，其余动物样本仓通过送样锁定机构与驱动机构连接，在驱动机构的作用下沿小鼠送样通道内移动离开实验区，再对实验区内仅剩的一个动物样本仓进行放疗，结束后其余动物样本仓在驱动机构的作用下沿送样通道内移动回到实验区，将其中一个动物样本仓通过实验锁定机构锁定在实验区，而放疗过的动物样本仓通过送样锁定机构与驱动装置连接，在驱动装置的作用下沿送样通道内移动离开实验区，再对实验区内仅剩的一个动物样本仓进行放疗，依此循环，直至所有动物样本仓放疗结束。
可选地，在一个实施例中，所述的直线驱动件包括设置在所有空心圆筒中心处的滚珠丝杠、与所述滚珠丝杠配合的丝杠螺母以及安装在所述底座上的驱动电机，所述滚珠丝杠的端部与所述驱动电机的输出端连接，所述的推板固定在所述丝杠螺母上。
可选地，在一个实施例中，所述的推板上设有接近开关。接近开关用于限制推板的移动范围。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
解决了利用具有图像引导功能的一体化小动物放疗系统进行针对放疗目标的空间立体精准放疗实验过程中单次实验只能对单个动物进行成像和放疗的问题，一次装载多只动物集中在实验区成像定位肿瘤目标后，可单独控制每只动物在实验区的停留或撤离，对肿瘤目标进行空间立体精准放疗，通过程序自动控制多只动物的放疗实验过程，大幅提升小动物放疗实验的准确性、可靠性、高效性，有效促进新型放疗理论研究的进程，最终促进人类抗肿瘤事业的发展。
附图说明
图1为本发明实施例中精准放射治疗研究用动物送样装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中小鼠样本仓的结构示意图；
图3为本发明实施例中送样通道的结构示意图；
图4为本发明实施例中驱动机构的结构示意图；
图5为本发明实施例中送样锁定机构和实验锁定机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
本实施例以小鼠作为动物样本，参见图1至图5，本实施例的精准放射治疗研究用动物送样装置包括底座100、小鼠样本仓200、送样通道300、驱动机构400、送样锁定机构500和实验锁定机构600。
小鼠样本仓200在驱动机构400的作用下可以在送样通道300内移动；小鼠样本仓200通过送样锁定机构500与驱动机构400连接在一起，通过实验锁定机构600锁定在实验区。
小鼠样本仓200包括小鼠固定板201和位于小鼠固定板201两端的圆形支撑板202和203。小鼠固定板201可将小鼠固定不动。小鼠固定板201由X射线线性衰减系数低的材料如碳纤维管制作。圆形支撑板202和203由导磁性好的材料如铁块制作。
送样通道300为沿轴向设有开槽的空心圆筒，空心圆筒由X射线线性衰减系数低的材料如碳纤维管制作。在底座100上设置有用于安装送样通道的支撑板101，支撑板101上开有若干个沿圆周均布的圆孔，相应个数的空心圆筒穿过支撑板101上的圆孔，槽口均对向中心。
驱动机构400包括直线驱动件401、接近开关402和推板403，其中推板403呈辐射状，穿过空心圆筒上的开槽伸入各个空心圆筒内，推板403的中心部位与直线驱动件401连接，在直线驱动件401的作用下沿空心圆筒轴线方向往复移动，接近开关402限制推板403的移动范围。
直线驱动件401包括电机4011、联轴器4012、滚珠丝杠4013、丝杠螺母4014和轴承4015。底座100上设置有与支撑板101形状相同的电机安装板102和实验区安装板103。电机4011固定在电机安装板102上，通过联轴器4012与滚珠丝杠4013一端连接，滚珠丝杠4013另一端通过轴承4015与支撑板101连接。丝杠螺母4014与推板403的中心部位连接。滚珠丝杠4013的轴线与空心圆筒的轴线平行。电机4011旋转时通过联轴器4012带动滚珠丝杠4013转动，滚珠丝杠4013转动时带动丝杠螺母4014直线运动，丝杠螺母4014直线运动时带动推板403直线运动。通过电机4011正反向旋转，驱动推板403直线往复运动。
送样锁定机构500的磁力开关501固定于推板403上伸入空心圆筒的部位，送样锁紧控制可独立控制每个磁力开关501与相应小鼠样本仓200的圆形支撑板202的锁紧或脱离。磁力开关501个数与空心圆筒9个数相同。
实验区安装板103上通过螺栓安装有实验锁紧机构安装板104，实验锁定机构600的磁力开关601沿圆周均布固定于实验锁紧机构安装板104上，实验锁紧控制可独立控制每个锁紧磁力开关601与相应小鼠样本仓200的圆形支撑板203的锁紧或脱离。磁力开关个数601与空心圆筒个数相同。
实验前一次装载多只小鼠分别固定于小鼠样本仓200的小鼠固定件201上；小鼠样本仓200的圆形支撑板203与实验锁定机构600的磁力开关601锁定，从而将小鼠样本仓200锁定在实验区并进行集体成像定位肿瘤目标；然后只留一个小鼠样本仓200a不动，其余小鼠样本仓200的圆形支撑板203与实验锁定机构600的磁力开关601脱离，同时圆形支撑板202与送样锁定机构500的磁力开关501锁定，通过推板403与驱动机构400的直线驱动件401连接，在驱动机构400的作用下沿空心圆筒内移动离开实验区；再对实验区内仅剩的一个小鼠样本仓200a进行放疗，结束后其余小鼠样本仓200在驱动机构400的作用下沿空心圆筒内移动回到实验区；将其中一个小鼠样本仓200b的圆形支撑板202与送样锁定机构500的磁力开关501脱离，同时通过实验锁定机构600锁定在实验区，而放疗过的小鼠样本仓200a与实验锁定机构600脱离，并通过圆形支撑板202与送样锁定机构500的磁力开关501锁定，与送样锁定机构500锁定的其他小鼠样本仓200一起在驱动机构400的作用下沿空心圆筒内移动离开实验区；再对实验区内仅剩的一个小鼠样本仓200b进行放疗，依此循环，直至所有小鼠样本仓200放疗结束。
送样锁紧控制和实验锁紧控制以及直线往复驱动控制通过计算机程序实现，自动控制多只小鼠的放疗实验过程。
本实施例的精准放射治疗研究用动物送样装置可以固定在一体化小动物放疗系统的小动物床上，跟随小动物床一起平移或旋转，与X射线源联动实现对放疗目标的空间立体精准放疗。
Claims (7)
1.一种精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，包括底座和设置在所述底座上的：
动物样本仓，用于装载实验动物；
送样通道，为沿轴向设有开槽的空心圆筒，一端为实验区，另一端为非实验区，若干个所述的空心圆筒沿圆周均布，开槽均朝向中心，每个空心圆筒内均设有一个动物样本仓；
驱动机构，包括直线驱动件和安装在所述直线驱动件上的推板，所述推板呈辐射状，穿过所有开槽伸入各个空心圆筒内，用于驱动所述动物样本仓沿所述送样通道在实验区与非实验区之间移动；
锁定机构，包括将所述动物样本仓锁定在实验区的实验锁定机构和设置在所述驱动机构与所述动物样本仓之间的送样锁定机构；每个动物样本仓对应设置一个实验锁定机构和一个送样锁定机构。
2.根据权利要求1所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的动物样本仓包括动物固定板和位于所述动物固定板两端的圆形支撑板。
3.根据权利要求2所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的圆形支撑板由导磁性材料制成；所述的空心圆筒和所述的动物固定板由X射线线性衰减系数低的材料制成。
4.根据权利要求3所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的实验锁定机构包括设置在实验区的实验磁力开关，与所述的动物固定板端部的圆形支撑板配合使用。
5.根据权利要求3所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的送样锁定机构包括设置在非实验区的送样磁力开关，与所述的动物固定板端部的圆形支撑板配合使用。
6.根据权利要求1所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的直线驱动件包括设置在所有空心圆筒中心处的滚珠丝杠、与所述滚珠丝杠配合的丝杠螺母以及安装在所述底座上的驱动电机，所述滚珠丝杠的端部与所述驱动电机的输出端连接，所述的推板固定在所述丝杠螺母上。
7.根据权利要求6所述的精准放射治疗研究用动物送样装置，其特征在于，所述的推板上设有接近开关。
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