CN116421899B - 超导重离子旋转机架 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超导重离子旋转机架，包括：旋转机架箱体组件；后端支撑组件和前端支撑组件，通过回转支撑与旋转机架箱体组件转动连接，用于提供竖直方向的支撑力；紧急制动组件，与旋转机架箱体组件固定连接，用于对旋转机架的旋转部分紧急制动；卷线筒组件和驱动组件，均固定在旋转机架箱体组件上；配重组件和束流传输组件，均与旋转机架箱体组件连接，配重组件用于控制旋转机架的重心位于旋转轴线上，束流传输组件用于传输束流；C形盘组件中齿圈，与驱动组件中齿轮啮合，驱动旋转机架箱体组件转动；固定分度组件，设于旋转机架箱体组件上，与C形盘组件配合固定旋转机架箱体组件处于目标位置；旋转地板组件，与旋转机架箱体组件同步转动。
Description
技术领域
本发明涉及重离子治疗设备技术领域，尤其涉及一种超导重离子旋转机架。
背景技术
放射治疗的主要目的是尽可能的增大给予肿瘤的辐照剂量以灭活肿瘤细胞，同时又尽可能地保护肿瘤周围和辐射通道上的正常组织，减小所受伤害。在常规的放射性治疗中主要采用电子束和伽马刀，相比常规射线呈指数衰减的深度剂量分布，重离子(12C6+)束因其独特倒转深度剂量分布和相对生物学效应，对应不同能量范围可以使Bragg峰覆盖整个肿瘤区域，实现对肿瘤的“立体定向爆破”。
由于在辐射治疗过程中，皮肤与肿瘤间的正常细胞会受到辐照伤害，设置旋转机架能够让不同方向的组织承担这一部分的伤害，增加治疗的焦皮比值，从而降低皮肤与肿瘤之间正常细胞受到的辐照剂量，减少这一部分组织受到的伤害。由于旋转机架本身可以相对于患者旋转运动，可以让患者无需倾斜身体即可实现任意角度的粒子辐射治疗，减轻患者的身体负担，提高患者的治疗体验。因此，旋转机架是重离子治疗系统中的一个关键设备。
常规重离子治疗终端固定，对于不同部位的肿瘤无法实现精准放疗，而旋转机架可以避开重要器官对角度进行细微调节，优化肿瘤部位接收到的粒子辐射剂量分布，实现多方位精准治疗。目前旋转机架主要用于质子治疗。然而，由于重离子磁刚度为质子的3倍左右，导致重离子旋转机架磁铁体积大，重量重，对实际应用带来巨大挑战。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种超导重离子旋转机架，用于至少部分解决上述技术问题。
基于此，本发明实施例提供一种超导重离子旋转机架，包括：旋转机架箱体组件；后端支撑组件和前端支撑组件，通过回转支撑与旋转机架箱体组件转动连接，后端支撑组件和前端支撑组件配合提供沿竖直方向的支撑力，后端支撑组件和前端支撑组件固定在预先构造的土建上；紧急制动组件，与旋转机架箱体组件固定连接，用于对超导重离子旋转机架的旋转部分进行紧急制动；卷线筒组件，固定在旋转机架箱体组件上，用于作为出线通道；配重组件，与旋转机架箱体组件连接，用于控制超导重离子旋转机架的重心位于旋转轴线上；束流传输组件，与旋转机架箱体组件连接，用于传输束流；驱动组件，固定在旋转机架箱体组件上；C形盘组件，与驱动组件啮合，为旋转机架箱体组件提供转动作用力；固定分度组件，设于旋转机架箱体组件上，与C形盘组件配合固定旋转机架箱体组件处于目标位置；旋转地板组件，与旋转机架箱体组件同步转动。
根据本发明的实施例，旋转机架箱体组件包括：依次叠设且连接的上箱体结构、中箱体结构和下箱体结构；检修平台，设于箱体结构的外侧；导向轮组件，固定在中箱体结构上。
根据本发明的实施例，紧急制动组件包括：卡钳式制动器、制动盘、支撑轴和制动盘；其中，制动盘通过支撑轴与旋转机架箱体组件固定连接，通过卡钳式制动器钳制制动盘对超导重离子旋转机架的旋转部分进行紧急制动。
根据本发明的实施例，卡钳式制动器包括常闭式制动器。
根据本发明的实施例，配重组件包括：可调配重块，被配置为通过调整可调配重块的重量来控制超导重离子旋转机架的重心位于旋转轴线上。
根据本发明的实施例，束流传输组件包括：真空系统组件、束诊系统组件和磁铁系统组件，其中，磁铁系统组件包括由在二极磁铁线圈外层绕制四极磁铁线圈构成的超导磁铁。
根据本发明的实施例，驱动组件包括：驱动电机、减速器、齿轮和驱动支撑架，其中，驱动电机、减速器和齿轮同轴设置并固定在驱动支撑架上，驱动支撑架固定在旋转机架箱体组件上；驱动电机用于驱动齿轮转动，齿轮用于与C形盘组件啮合；减速器用于对齿轮的转动速率进行减速。
根据本发明的实施例，C形盘组件包括：C形盘支撑、导向槽和齿圈；其中，C形盘支撑固定在预先构造的土建上，导向槽和齿圈固定在C形盘支撑上，导向槽与导向轮组件配合对旋转机架箱体组件起导向及支撑作用，齿圈与齿轮啮合。
根据本发明的实施例，齿圈上设有定位销孔；固定分度组件包括：固定分度电机、导轨滑块组件、分度销轴和导向支撑架；其中，导向支撑架固定连接在旋转机架箱体组件上且靠近C形盘组件，分度销轴固定在导轨滑块组件的一端且与定位销孔相对设置，固定分度电机与导轨滑块组件固定连接，导轨滑块组件与导向支撑架滑动连接，固定分度电机用于驱动导轨滑块组件与导向支撑架相对滑动来将分度销轴推入定位销孔。
根据本发明的实施例，旋转机架箱体组件的旋转角度为180°。
根据本发明实施例提供的超导重离子旋转机架，至少包括以下有益效果：
采用前端支撑组件、后端支撑组件搭配回转支撑的方式固定旋转机架箱体组件，在保证稳定性的基础上，实现结构简单的旋转机架，便于安装维护。
旋转机架箱体组件由分体的箱体结构组成，并采用导向轮组件进行导向和支撑，使得旋转机架的结构可靠、简单，便于制造、运输、安装。
采用固定分度装置可实现旋转机架在特殊位置的精准定位，同时固定分度装置可起到安全冗余的作用。
采用卡钳式制动器、制动盘、支撑轴和制动盘构成紧急制动组件将制动盘置于旋转机架末端，制动形式简单可靠，便于安装维护，进一步地，采用常闭式制动器能够实现旋转机架在静止时的稳定。
束流传输组件中的磁铁系统组件由在二极磁铁线圈外层绕制四极磁铁线圈构成的超导磁铁构成，相比常规磁铁其重量减小75％以上，旋转机架所采用的束流传输线规模更小，使得旋转机架旋转部分的重量相对于常规束线旋转机架减小约80％，，可大幅度降低制造、安装、运行成本。
旋转机架的旋转角度被配置为180°，比于360°旋转方案治疗室治疗空间要大50％以上，有利于治疗室内其他治疗辅助设备的布局及安装，同时方便治疗的开展。
旋转机架的旋转部分相比现有重离子旋转机架结构简单、尺寸更小，重量更轻，转动惯量比常规旋转机架小，稳定性更好。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征图像和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架的轴测图。
图2示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架的主视图。
图3示意性示出了本发明实施例提供的旋转机架框架的轴测图。
图4示意性示出了本发明实施例提供的后端回转支撑与旋转机架箱体组件的连接图。
图5示意性示出了本发明实施例提供的紧急制动组件的结构图。
图6示意性示出了本发明实施例提供的驱动组件的轴测图。
图7示意性示出了本发明实施例提供的C形盘组件的轴测图。
图8示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架与土建的连接图。
图9示意性示出了本发明实施例提供的固定分度组件的轴测图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征图像、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征图像、步骤、操作或部件。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征图像有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征图像、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征图像、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征图像的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征图像可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征图像。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
图1示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架的轴测图。图2示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架的主视图。
如图1及图2所示，超导重离子旋转机架包括：旋转机架箱体组件1、后端支撑组件2、紧急制动组件3、卷线筒组件4、配重组件5、束流传输组件6、驱动组件7、固定分度组件8、旋转地板组件9、C形盘组件10、前端支撑组件11。
后端支撑组件2和前端支撑组件11，通过回转支撑与旋转机架箱体组件1转动连接，后端支撑组件2和前端支撑组件11配合提供沿竖直方向的支撑力。紧急制动组件3与旋转机架箱体组件1固定连接，用于对超导重离子旋转机架的旋转部分进行紧急制动。卷线筒组件4固定在旋转机架箱体组件1上，用于作为出线通道。卷线筒组件4作为旋转机架上所有线缆、柔性水管等的出线通道，可以与旋转机架箱体组件1焊接成整体。配重组件5与旋转机架箱体组件1连接，用于控制超导重离子旋转机架的重心位于旋转轴线上。束流传输组件6与旋转机架箱体组件1连接，用于传输束流。驱动组件7固定在旋转机架箱体组件1上。C形盘组件10与驱动组件7啮合，为旋转机架箱体组件1提供转动作用力。固定分度组件8设于旋转机架箱体组件1上，与C形盘组件10配合固定旋转机架箱体组件1处于目标位置。旋转地板组件9与旋转机架箱体组件1同步转动，用于治疗室的支撑组件。基于上述结构，旋转机架箱体组件1的旋转角度为180度。
应当理解，超导重离子旋转机架的旋转部分包括旋转机架箱体组件1、紧急制动组件3、卷线筒组件4、配重组件5、束流传输组件6、驱动组件7、固定分度组件8和旋转地板组件9。
图3示意性示出了本发明实施例提供的旋转机架框架的轴测图。
如图3所示，旋转机架箱体组件11是整个旋转机架的主体部分，包括：上箱体结构1-1、中箱体结构1-2、下箱体结构1-3、检修平台1-4和导向轮组件1-5。
上箱体结构1-1、中箱体结构1-2和下箱体结构1-3依次叠设且相互连接的。检修平台1-4设于箱体结构的外侧，检修平台1-4上安装有机柜，当旋转机架中的部分组件损坏或需要定期检修时，可通过检修平台1-4对旋转机架进行快速检修。导向轮组件1-5固定在中箱体结构1-2上。其中，各箱体结构及检修平台1-4之间通过螺栓连接。
图4示意性示出了本发明实施例提供的后端回转支撑与旋转机架箱体组件的连接图。
如图2及4所示，后端支撑组件2与前端支撑组件11是整个旋转机架的支撑组件，后端支撑组件2和前端支撑组件11固定在预先构造的土建，具体的，后端支撑组件2固定在土建水平面上，前端支撑组件11固定在土建垂直侧墙面上。旋转机架箱体组件1与后端支撑组件2通过回转支撑2-1连接在一起，采用螺栓固定；旋转机架箱体组件1与前端支撑组件11通过回转支撑11-1连接在一起，采用螺栓固定。通过后端支撑组件2、前端支撑组件11及回转支撑2-1、回转支撑11-1实现旋转机架的旋转。
图5示意性示出了本发明实施例提供的紧急制动组件的结构图。
如图5所示，紧急制动组件3包括：卡钳式制动器3-1、制动盘3-2、支撑轴3-3和制动盘3-2。
制动盘3-2通过支撑轴3-3与旋转机架箱体组件1固定连接，通过卡钳式制动器3-1钳制制动盘3-2对超导重离子旋转机架的旋转部分进行紧急制动。进一步地，卡钳式制动器3-1包括但不限于常闭式制动器。
继续参阅图1，配重组件5包括：可调配重块5-1，可调配重块5-1被配置为通过调整可调配重块5-1的重量来调整旋转机架的平衡，控制超导重离子旋转机架的重心位于旋转轴线上，保证超导重离子旋转机架运动时的稳定性和平衡。
束流传输组件6可以通过螺栓连接在旋转机架箱体组件1上，其主要作用是将从加速器引出的束流经过束流传输线输运到治疗终端。束流传输组件6包括：真空系统组件、束诊系统组件、磁铁系统组件，其中，磁铁系统组件中使用组合功能的超导磁铁，其优点是将二极磁铁和四极磁铁集成到一起，即在二极磁铁线圈外层绕制四极磁铁线圈，从而添加四极场分量，从结构上看，单台组合磁体可实现二极磁铁和四极磁铁的功能，如此一来，大大减轻了磁铁的重量，又从整体上减少了磁铁使用数量。
图6示意性示出了本发明实施例提供的驱动组件的轴测图。
如图6所示，驱动组件7包括：驱动电机7-1、减速器7-2、齿轮7-3和驱动支撑架7-4。其中，驱动电机7-1、减速器7-2和齿轮7-3同轴设置并固定在驱动支撑架7-4上，驱动支撑架7-4固定在旋转机架箱体组件1上。驱动电机7-1用于驱动齿轮7-3转动，齿轮7-3用于与C形盘组件10啮合，完成旋转机架的驱动及制动。图7示意性示出了本发明实施例提供的C形盘组件的轴测图。图8示意性示出了本发明实施例提供的重离子旋转机架与土建的连接图。
如图7和图8所示，C形盘组件10包括：C形盘支撑10-1、导向槽10-2和齿圈10-3，齿圈10-3上设有定位销孔10-3-1。其中，C形盘支撑10-1固定在预先构造的土建上，导向槽10-2和齿圈10-3固定在C形盘支撑10-1上，导向槽10-2与导向轮组件1-5配合对旋转机架箱体组件1起导向及支撑作用，同时对旋转机架的运动轨迹进行校正，齿圈10-3与7-3齿轮啮合。
图9示意性示出了本发明实施例提供的固定分度组件的轴测图。
如图9所示，固定分度组件8对整个旋转机架的固定角度进行定位，可对旋转机架转动到特殊角度时进行约束定位，包括：固定分度电机8-1、导轨滑块组件8-2、分度销轴8-3和导向支撑架8-4。其中，导向支撑架8-4固定连接在旋转机架箱体组件1上且靠近C形盘组件10，分度销轴8-3固定在导轨滑块组件8-2的一端且与定位销孔10-3-1相对设置，固定分度电机8-1与导轨滑块组件8-2固定连接，导轨滑块组件与导向支撑架8-4滑动连接，固定分度电机8-1用于驱动导轨滑块组件8-2与导向支撑架8-4相对滑动来将分度销轴8-3推入定位销孔10-3-1。固定分度组件8与紧急制动组件3配合使用，可提高旋转机架的安全性。
本发明实施例提供的超导重离子旋转机架在实际使用时，通过启动驱动电机7-1，控制旋转机架旋转，利用束流传输组件6将从加速器引出的束流经过束流传输线输运到治疗终端，对患者进行多角度治疗。当旋转机架中的部分结构损坏或需要定期检修时，可通过检修平台1-4对旋转机架进行快速检修。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超导重离子旋转机架，其特征在于，包括：
旋转机架箱体组件(1)；
后端支撑组件(2)和前端支撑组件(11)，通过回转支撑与所述旋转机架箱体组件(1)转动连接，所述后端支撑组件(2)和前端支撑组件(11)配合提供沿竖直方向的支撑力；所述后端支撑组件(2)和前端支撑组件(11)固定在预先构造的土建上；
紧急制动组件(3)，与所述旋转机架箱体组件(1)固定连接，用于对所述超导重离子旋转机架的旋转部分-进行紧急制动；
卷线筒组件(4)，固定在所述旋转机架箱体组件(1)上，用于作为出线通道；
配重组件(5)，与所述旋转机架箱体组件(1)连接，用于控制所述超导重离子旋转机架-的重心位于旋转轴线上；
束流传输组件(6)，与所述旋转机架箱体组件(1)连接，用于传输束流；
驱动组件(7)，固定在所述旋转机架箱体组件(1)上；
C形盘组件(10)，与所述驱动组件(7)啮合，为所述旋转机架箱体组件(1)提供转动作用力；
固定分度组件(8)，设于所述旋转机架箱体组件(1)上，与所述C形盘组件(10)配合固定所述旋转机架箱体组件(1)处于目标位置；
旋转地板组件(9)，与所述旋转机架箱体组件(1)同步转动；
其中，所述旋转机架箱体组件(1)包括：依次叠设且连接的上箱体结构(1-1)、中箱体结构(1-2)和下箱体结构(1-3)；检修平台(1-4)，设于箱体结构的外侧；导向轮组件(1-5)，固定在所述中箱体结构(1-2)上。
2.根据权利要求1所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述紧急制动组件(3)包括：
卡钳式制动器(3-1)、制动盘(3-2)、支撑轴(3-3)和制动盘(3-2)；其中，所述制动盘(3-2)通过支撑轴(3-3)与所述旋转机架箱体组件(1)固定连接，通过所述卡钳式制动器(3-1)钳制所述制动盘(3-2)对所述超导重离子旋转机架的旋转部分进行紧急制动。
3.根据权利要求2所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述卡钳式制动器(3-1)包括常闭式制动器。
4.根据权利要求1所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述配重组件(5)包括：
可调配重块(5-1)，被配置为通过调整所述可调配重块(5-1)的重量来控制所述超导重离子旋转机架的重心位于旋转轴线上。
5.根据权利要求1所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述束流传输组件(6)包括：
真空系统组件、束诊系统组件和磁铁系统组件，其中，所述磁铁系统组件包括由在二极磁铁线圈外层绕制四极磁铁线圈构成的超导磁铁。
6.根据权利要求1所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述驱动组件(7)包括：
驱动电机(7-1)、减速器(7-2)、齿轮(7-3)和驱动支撑架(7-4)，其中，所述驱动电机(7-1)、所述减速器(7-2)和所述齿轮(7-3)同轴设置并固定在所述驱动支撑架(7-4)上，所述驱动支撑架(7-4)固定在所述旋转机架箱体组件(1)上；
所述驱动电机(7-1)用于驱动所述齿轮(7-3)转动，所述(7-3)齿轮用于与所述C形盘组件(10)啮合；所述减速器(7-2)用于对所述(7-3)齿轮的转动速率进行减速。
7.根据权利要求6所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述C形盘组件10包括：
C形盘支撑(10-1)、导向槽(10-2)和齿圈(10-3)；
其中，所述C形盘支撑(10-1)固定在预先构造的土建上，所述导向槽(10-2)和所述齿圈(10-3)固定在所述C形盘支撑(10-1)上，所述导向槽(10-2)与所述导向轮组件(1-5)配合对所述旋转机架箱体组件(1)起导向及支撑作用，所述齿圈(10-3)与所述(7-3)齿轮啮合。
8.根据权利要求7所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述齿圈(10-3)上设有定位销孔(10-3-1)；所述固定分度组件(8)包括：
固定分度电机(8-1)、导轨滑块组件(8-2)、分度销轴(8-3)和导向支撑架(8-4)；
其中，所述导向支撑架(8-4)固定连接在所述旋转机架箱体组件(1)上且靠近所述C形盘组件(10)，所述分度销轴(8-3)固定在所述导轨滑块组件(8-2)的一端且与所述定位销孔(10-3-1)相对设置，所述固定分度电机(8-1)与所述导轨滑块组件(8-2)固定连接，所述导轨滑块组件与所述导向支撑架(8-4)滑动连接，所述固定分度电机(8-1)用于驱动所述导轨滑块组件(8-2)与所述导向支撑架(8-4)相对滑动来将所述分度销轴(8-3)推入所述定位销孔(10-3-1)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的超导重离子旋转机架，其特征在于，所述旋转机架箱体组件(1)的旋转角度为180°。
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