CN1348826A - 放射线平移治疗装置 - Google Patents

Abstract

放射线平移治疗装置。特别是放疗设备中的能使人体病灶自动移入其治疗头下的照射野内,并通过对其移动速度、移动距离的控制,实现按医嘱的照射剂量、射野大小对人体进行治疗的平移治疗装置。其特征是:它包含一个平移治疗床,该床含有以滚柱导轨机构连接的床体和床座、能使床体在床座上移动的往复运动机构、能驱动往复运动机构的步进电机,以及一套能按医嘱设定的照射剂量启闭步进电机的控制系统,该系统含有微机、光电耦合器、步进电机控制电路、报警及安全联锁器。本发明解决了现有放疗设备的射野小、对一些长达50－60cm或呈L型、T型的不规则病灶无法单野一次照射且剂量分布不匀故放疗效果差,甚至引起病症复发或伤及无病区域等问题。

Description

放射线平移治疗装置

技术领域

本发明涉及一种放射治疗的设备，特别是该设备中的一种能使人体病灶自动移入其治疗头下的照射野内，并通过对其移动速度、移动距离的控制，实现按医嘱的照射剂量、射野大小对人体进行治疗的放射线平移治疗装置。

背景技术

现有放射治疗设备如图13所示，它的带射线源的治疗头9位于治疗台10的上方，治疗台可以转动一定的角度，但治疗时不能在治疗头下方移运动。现有放射治疗设备的缺点是：治疗头发出的射线因中心轴的位置固定不动，故要调整射野大小就只能通过调节准直器上的两对钨门、控制射线方向要旋转治疗头机架，而且它只能开展共面等中心治疗或源皮距治疗，其治疗的范围仅为一个两维单平面且射野的大小有限，如：一般加速器X线的最大射野是40×40cm²、电子线可变限束器的最大射野是25×25cm²、钴60的最大射野是35×35cm²；对于一些长达50-60cm的长条形的病灶，如髓母细胞瘤的全脊髓照射及一些L型、T型的不规则长条形肿瘤等，均无法作单野一次照射，而要采用多野分段治疗操作；该多野分段操作中其射野的设计比较困难，因而在两野相邻处不可避免地出现剂量冷点或热点，使局部病灶上的放射剂量达不到要求，从而引病症复发，或者病灶以外的部位受到损伤；此外，多野分段操作比较麻烦。

发明内容

本发明是要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种能使人体病灶自动移入治疗头的射野内，并通过控制其移动速度、移动距离实现以设定的照射剂量和设定的射野大小对人体进行单野一次照射且整个受照区剂量分布均匀的放射线平移治疗装置，并使它具有结构简单合理、操作简便、使用安全可靠等特点。

本发明放射线平移治疗装置，它的特点是：它包含一个平移治疗床，该床含有以滚柱导轨机构连接的床体和床座、能使床体在床座上移动的往复运动机构、能驱动往复运动机构的步进电机，以及一套能按医嘱设定的照射剂量启闭步进电机的控制系统，该系统含有微机、光电耦合器、步进电机控制电路、报警及安全联锁器。

本发明放射线平移治疗装置中的报警器，它包含一个用于连接在步进电机轴上的非金属联轴器、在联轴器上安装的接近开关感应头和金属箔，以及包含在控制系统中的继电器、延时继电器和接近开关、喇叭，其中接近开关的两极接电源正负极，延时继电器在并接后与继电器、喇叭串接在电源电路中。

本发明放射线平移治疗装置，它还可在床体上装有治疗罩，该治疗罩包含一个能随床体一起移动的支架、在支架上固定的可供放射线穿透的透明板、置于透明板上的可根据病灶宽度改变其位置的屏蔽挡块，以及安装在床座上的能根据病灶的长度挡住支架移动的定程凸块。

本发明放射线平移治疗装置，它的平移治疗床还可装有能对床体的移动进行限定的限位开关，以及可调床体初始位置的手动开关、指示器。

在使用中，先将本发明装置的平移治疗床放在现有放疗设备的治疗头下方，如放在现有放疗设备的治疗台上，或者取消现有放疗设备的治疗台，放在另设的框架上，再根据该装置上的指示器按动手动开关，以调整床体的初始位置；又根据放疗设备输出剂量率(cGy/min)、对病人进行治疗的射野长度(cm)、医嘱剂量(cGy)、照射时间，以及根据系统模拟加速器旋转治疗中每度剂量的模式，设定一剂量与运动速度相应的模式、每移动单位距离时机器所辐射的剂量，以确定平移治疗床的运动速度并将其输入控制系统；最后通过微机操纵步进电机、驱动床体平移运动；与此同时，治疗头开始放射线照射。在放射线照射过程中，由于照射剂量、运动距离、运动时间三者同步，故使病人获得最准确、效果最好且不照及病灶之外的健康部位的最安全可靠的治疗。

本发明放射线平移治疗装置所带有的报警装置，可在平移治疗床因故障而床体停止不动时自动切断射线源、停止放射，且喇叭报警，从而确保病人的安全可靠。

本发明放射线平移治疗装置的治疗罩，可通过改变屏蔽挡块在透明板上的位置来控制射野的宽度、通过调整定程凸块在床座上的位置控制射野的长度，以挡去部分射线入照人体，从而实现对一些不规则的长条形病灶，如L型、T型病灶的治疗，并且操作简便、准确。

本发明的有益效果是：1)它能使人体病灶自动移入治疗头的射野内，并通过控制其移动速度、移动距离实现以设定的照射剂量和设定的照射野大小对人体进行单野一次照射，其治疗效果好、安全可靠、操作简便；2)本发明解决了一些长达50-60cm的长条形的病灶，如髓母细胞瘤的全脊髓照射及一些L型、T型的不规则长条形病灶等的单野一次照射，其照射剂量准确、均匀，操作简便、可靠；3)本发明中的报警装置，可在平移治疗床运行发生故障时自动停止放射，确保治疗安全；4)本发明装置运动平稳、无噪音。

下面将通过实施例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

附图说明

图1、图2分别是本发明放射线平移治疗装置的带局部剖的主视图和俯视图；

图3是本发明放射线平移治疗装置在移去床体上的顶盖11后的俯视图；

图4是图2中的A-A剖视图；

图5是图3中的节点I放大图；

图6是图5中的B-B放大图；

图7是安装在平移治疗装置中的往复运动机构的半剖视图；

图8和图9是以治疗T形病灶为例，表示出床体、床座、治疗罩在初始位置及移动中的一个位置上的结构示意图，并还以双点划线表示病灶、以虚线表示射野的形状；

图10是装于步进电机轴上的报警器示意图；

图11是本发明放射线平移治疗装置控制系统的方框图；

图12是本发明放射线平移治疗装置控制系统的电路原理图；

图13是现有放射治疗设备的结构示意图。

对各附图简略说明如下：

1-平移治疗床的床体；2-平移治疗床的床座；2a-手动开关(在图12中为K1、K2)；2b-轴承座；2c-定程凸块；2d-限位开关(在图12中为LXK、RXK)；2e-长槽；2f-底片；2g-螺钉；3-往复运动机构；3a-滚珠；3b-丝杆；3c-垫片；3d-螺栓；3e-螺母；4-滚柱导轨机构；4a-滚柱；4b-连接片；4c-导槽；5-指示器；5a-指针；5b-标尺；6-步进电机；7-治疗罩；7a-支架；7b-透明板；7c-屏蔽挡块；8-非金属联轴器；81-金属箔；82-接近开关的感应头；9-治疗头；10-治疗台；11-顶盖；L-最大宽度；I-照射野；II-T形病灶；JK1、JK2-接近开关；J1、J2-继电器；SJ1、SJ2-延时继电器；T1-三极管；R1-电阻。

具体实施方式

实施例1它可从图1-图3中看到。本实施例的放射线平移治疗装置，它包含一个平移治疗床，该床含有床座2和床体1，以及往复运动机构3、滚柱导轨机构4、指示器5、步进电机6。其中滚柱导轨机构4中的导槽4c设置在床座2内，一组滚柱4a通过连接片4b连成一体后装入导槽4c；床体1坐落在滚柱导轨机构的滚柱4a上，如受外力作用，它能相对于床座2作平移滚动；往复运动机构3的结构还可从图7中看到，它含有滚珠3a、丝杆3b和螺母3e，其中螺母3e固定在床体1上且通过滚珠3a与丝杆3b啮合，丝杆的一端安装在床座2的轴承座2b内、另端同步进电机6的输出轴连接，以从步进电机上传入运动和动力。本发明装置的控制系统可从图11中看到，它含有微机、光电耦合器、步进电机控制电路和报警及安全联锁器。步进电机控制电路由环形分配器和功率放大器组成，将微机发出的信号脉冲放大并驱动步进电机。

在使用本实施例的放射线平移治疗装置前，先要根据放疗设备输出剂量率(cGy/min)、对病人进行治疗的射野长度(cm)、医嘱剂量(cGy)、照射时间，以及根据系统模拟加速器旋转治疗中每度剂量的模式，设定每单位距离剂量与运动速度相应的模式，例如床体每移动单位距离时机器所辐射的剂量，以确定平移治疗床的移动速度、移动距离，并输入微机；然后可将它的平移治疗床放到现有放疗设备的治疗头下方，例如直接放在治疗台上(如无治疗台，则可另制一个设定高度的框架放置在治疗头下方)；最后操纵控制系统，使其发出指令启动步进电机6、驱动往复运动机构3，这时床座2固定不动而床体1在滚柱导轨机构4上作平移运动；与床体平移的同时，放疗设备的治疗头进行射线照射，这时放疗设备的治疗头位置固定不动，其发出的垂直向下的射线对人体进行放疗。整个治疗过程中床体作水平匀速运动，其运动速度、运动方向和运动的距离均由微机控制，从而使整个受照区的剂量分布均匀，并且照射过程中的照射剂量与床体运动的距离、运动时间(或运动速度)同步，故病人获得最准确、效果最好的治疗。当照射到达设定的照射距离时，步进电机6自动关闭、床体停止运动并停止照射；至此，以单野一次照射完成对病人的放射治疗。整个治疗过程中，因采用丝杆螺母机构为往复运动机构，且其运动速度可在0～1m/min的范围内任意调节，既运动平稳、安静，又方便操作。

为了治疗的安全可靠，本发明放射线平移治疗装置带有报警及安全联锁器，该报警及安全联锁器的结构还可从图10和图12中看到，它包含一个用于连接在步进电机轴上的非金属联轴器8、在联轴器上安装的接近开关感应头82和两片金属箔81，以及包含在控制系统中的继电器J1、延时继电器SJ1、SJ2和接近开关JK1、JK2和喇叭。延时继电器SJ1和SJ2并接后与继电器J1、喇叭串接在电源电路中。从图12中看到，接近开关JK1、JK2的A、B两极接电源正负极，A、C两极平时处于断开状态，当金属箔81靠近接近开关JK1、JK2的感应头时，A、C两极接通，其中两片金属箔81的大小和位置应满足于：当电机停在任意一个位置时，必定有一个金属箔81对着一个接近开关，并且在接近开关的动作距离之内。所以步进电机旋转时，金属箔81周期性地从接近开关前面通过，使接近开关周期性地开通和闭合。调节延时继电器SJ1、SJ2的延时时间，使接近开关JK1、JK2周期性的开合不足以使延时继电器SJ1、SJ2动作。当步进电机6正常关闭时，微机置光电耦合器输入端为低电位，继电器J1不得电，其常开触点断开，报警器不报警；步进电机6正常运转时，微机置光电耦合器输入端为高电位，继电器J1得电，其常开触点闭合；但延时继电器SJ1、SJ2在电机正常运转时是断开的，因此报警及安全联锁器也不报警。只有当微机发出指令驱动电机运行，同时置光电耦合器输入端为高电位，而步进电机由于故障不能运行时，继电器J1得电，其常开触点闭合，且步进电机因始终停在某个位置不动、金属箔81中必有一片与接近开关感应头82对应，使接近开关SJ1或SJ2闭合、喇叭接通电源进行报警并切断平移治疗床的连锁电路，放疗即自动停止，确保放疗的安全。

为了防止强电干扰及其它干扰信号进入微机，本发明放射线平移治疗装置的控制系统采用光电隔离。即微机输出的信号加到光电耦合器的发光二极管正端，当控制信号为低电平时，光敏三极管截止，输出信号几乎等于加在光敏三极管集电极上的电源电压。既起到了隔离作用，又进行了电平转换，将微机的输出信号转变为电源电压信号。光电耦合器采用4N32。本发明装置控制系统的电源采用单片集成稳压电源，LM338作为电源的核心元件，电阻R1、三极管T1构成LM338的扩流电路，为步进电机输出40V电压和提供6A电流。W7815和W7805分别提供15V、5V。步进电机控制电路中的环形分配器采用单片集成电路PMM8713。功放管采用IRF250。

步进电机6选取点动命令时，微机置光电耦合器的输入端为低电位，J2不得电，J2的常开触点断开；如按手动开关2a(即图12的电原理图中的K1或K2)，其中一路得到相控制信号至步进电机控制电路，步进电机6开始运行。

本实施例中的平移治疗床采用铝合金制造，既减少床体对放射线的反射，又可轻便地抬起并放到放疗设备的治疗头下方。

本实施例中的往复运动机构3可从图7中看到，它含有滚珠3a；丝杆3b；垫片3c；螺栓3d；螺母3e；其螺母3e分成左右两段，并以垫片3c、螺栓3d连接，以形成双螺母预紧式结构；通过对垫片3c的预紧或在磨损而进行调紧，就可消除其运动间隙，从而使轴向刚度增加、运动平稳、传动精度高、使用寿命长。

实施例2它与实施例1所不同的是它还可在床体上装有治疗罩7，该治疗罩可从图1-图2中看到，它包含一个可随床体1一起移动的支架7a、在支架上固定的可供放射线穿透的透明板7b、位于透明板上的可根据病灶宽度要求改变其位置的屏蔽挡块7c，以及安装在床座上的能根据病灶的长度挡住支架移动的定程凸块2c。定程凸块以可调式的连接在床座2上，其连接的结构可从图2-图6中看到，定程凸块通过其底片2f上的通孔穿套了螺钉2g，该螺钉又同时穿套在床体的长槽2e内并紧固在床座上；在松开螺钉2g时，可改变定程凸块2c在长槽上的位置。

在使用治疗罩7时，先要根据病灶的宽度和长度设定屏蔽挡块7c在透明板7b上的位置和定程凸块2c在床座2的移动距离；然后按照实施例1中所述的放疗操作过程对病人进行治疗。为了清楚起见，下面用治疗T形病灶为例，并结合图8、图9，说明床体、床座、治疗罩等在治疗中的移动状况。其中图8表示治疗罩的初始位置，这时射野I的有效宽度L与T形病灶的最大宽度相等、两个屏蔽挡块7c之间的间隔距离是病灶的狭窄地带；治疗开始时，治疗罩7随床体1一起向左平移，直到其支架7a碰到床座2上的定程凸块2c即停止运动，如图9所示；此后床体1继续向左平移而治疗罩7不随床体运动，这时射线只能从两屏蔽挡块7c之间的狭窄地带穿过并照到人体病灶，从而完成对人体T形病灶的放疗。

屏蔽挡块7c可由铅制造，它的形状还可根据病灶的形状进行设计，以实现各种复杂病症的单野一次照射。

实施例3它与实施例1和实施例2所不同的是平移治疗床上还可装有能对床体的移动距离进行限定的限位开关2d，以及可调床体初始位置的手动开关2a和指示器5。其中两个限位开关2d装在床座2上，以限定床体1的移动范围、确保床体在设定的距离内运动；指示器5含有指针5a和标尺5b，它们分别装在床体1和床座2上，可方便地确定治疗的初始位置；手动开关2a均装在床座2上，以点动的方式方便地调整床体的初始位置。

Claims (4)

1、一种放射线平移治疗装置，其特征是：它包含一个平移治疗床，该床含有以滚柱导轨机构(4)连接的床体(1)和床座(2)、能使床体在床座上移动的往复运动机构(3)、能驱动往复运动机构的步进电机(6)，以及一套能按医嘱设定的照射剂量启闭步进电机的控制系统，该系统含有微机、光电耦合器、步进电机控制电路和报警及安全联锁器。

2、根据权利要求1所述的放射线平移治疗装置，其特征是：所说的报警及安全联锁器包含一个用于连接在步进电机轴上的非金属联轴器(8)、在联轴器上安装的接近开关感应头(82)和金属箔(81)，以及包含在控制系统中的继电器、延时继电器和接近开关、喇叭。

3、根据权利要求1所述的放射线平移治疗装置，其特征是：所说的平移治疗床上装有治疗罩(7)，该治疗罩包含一个能随床体一起移动的支架(7a)、在支架上固定的可供放射线穿透的透明板(7b)、位于透明板上的可根据病灶宽度要求改变其位置的屏蔽挡块(7c)，以及安装在床座上的能根据病灶的长度要求挡住支架移动的定程凸块(2c)。

4、根据权利要求1或2或3所述的放射线平移治疗装置，其特征是：所说的平移治疗床还可装有能对床体的移动进行限定的限位开关(2d)，以及可调床体初始位置的手动开关(2a)和指示器(5)。

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