CN1364649A - 一种用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置 - Google Patents

Abstract

用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置,包括X轴移动机构、Y轴移动机构、滑台和三个伸缩杆,X轴移动机构驱动治疗床,Y轴移动机构驱动滑台,伸缩杆的一顶端固定在滑台上,另一顶端与超声组合探头连接,其顶端均成正三角形分布。伸缩杆的结构为:丝杆位于滑杆内、并置于导向套内,其侧面开有缝槽,导向套上设有导向块,滑杆与螺母固定连接;在丝杆的二端部设有挡块;电机驱动丝杆转动,丝杆座固定在底座上并通过连接轴套在连接座的孔内,连接座固定在滑台上;在滑杆的顶部设有球铰。本实用新型采用两个串联直线移动坐标和三个并联坐标,它具有结构简单、精度高、制造成本低、运动空间大等优点,易于通过多轴联动来实现三维运动。

Description

一种用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置

技术领域

本发明涉及一种扫描装置，具体地说，涉及一种用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置。

背景技术

癌症是人类的一大顽敌，在每年死亡人口中癌症患者约占10％-20％。现有治疗癌症的方法多种多样，如手术切除、放射治疗、化学疗法、生物疗法、激光治疗、冷冻等，都有一定的疗效，但在疗效、副作用、经济性等方面存在局限性。人类一直在寻求新的癌症治疗方法，高强聚焦超声(HIFU)无创外科技术就是其中的一种，现今已上升为重要治癌方法之一。HIFU是一种机械振动能量，属非离子辐射，它不伴有放射性损伤与污染。聚焦性能好，焦域小，对通过的正常组织无损伤，并有实时监控。通过临床应用证明，在治疗乳腺癌、骨肉瘤、肝癌和软组织肉瘤等实体恶性肿瘤具有较安全和有效，不会伤及周围重要的组织结构。除此之外，它在肿瘤的治疗范围、治疗质量及治疗成本等诸多方面，都构成了对放射性无创外科技术的挑战，它正在为21世纪肿瘤的无创性治疗展示出诱人的前景，目前许多国家(如美国、日本、英国、法国、德国、挪威、芬兰等)都介入了该技术的开发和应用研究。我国虽然起步较晚，但是进展较为迅速，已有多种高强度超声聚焦治疗系统在临床应用，虽然治疗原理相似，但结构各不相同。

超声波是一种机械波，能穿透组织但不会对组织产生类似X射线导致的电离辐射损伤，能在局部区域内聚焦产生瞬态高温效应。把超声用于肿瘤治疗，利用超声波的非射线性、良好的组织内聚焦性和能量的可渗透性，使超声束在体内聚焦，在0.5-1秒钟内使聚焦区域组织升温达到65摄氏度以上，可以顷刻间将癌块凝固而又不损伤周围正常组织。此时肿瘤细胞失去侵润和转移能力，癌块随之良性化，使患者机体与肿瘤的对抗朝着机体占优势的方向发生明显变化，此为超声治疗癌症的理论根据。超声治癌安全、可控，对表浅及深在肿瘤均可起到有效破坏作用。

高强度超声聚焦治疗系统治疗原理如图1所示。换能器2发射超声波，经过耦合介质，在患者体内聚焦，焦域1一般为椭球形，体积比病灶3小，需要用扫描的方式来对整个病灶进行治疗。扫描装置是高强度超声聚焦治疗系统中的执行部分，通过控制换能器的位置和姿态实现超声焦点相对病灶的相对位置，达到治疗的目的。扫描装置的性能对超声治疗肿瘤的效果产生直接影响。

根据超声治疗的特性，高质量的高强度超声聚焦治疗系统应满足如下要求：

必须能形成一个超声波的高能焦域，输出功率和频率可调节，且有良好聚焦性能；超声探头至患者间有接近人体组织声阻抗特征的声传播与声耦合介质，并且要求声衰减小，不干涉聚焦声场；有用于实时焦域定位及监控治疗效果的高质量医学影像系统；对非规则肿瘤可以通过机械运动进行扫描治疗，并且有多种扫描方式供选择；有高度智能化的计算机控制系统。除此之外，出于安全性和有效性考虑，高强度聚焦超声在皮肤组织表面的强度不能过高，防止灼伤皮肤；超声的传播特性要求声束传播的通路上不能有骨骼或气体出现。这样就对超声组合探头的运动空间和姿态提出较高的要求，以利于避开骨骼或敏感组织进行治疗。

由于上述要求和肿瘤组织是立体组织，至少需要三轴驱动才能完整地进行扫描治疗。为了治疗过程中避开敏感组织和骨骼，三个移动轴和两个转动轴驱动组合探头方案能更好地实现治疗。

中国实用新型专利99201009于1999年12月1日公开了一种“高强度聚焦超声治疗系统中的六坐标扫描装置”。该装置主机座通过中心孔左端面联接板和倾斜机构的外壳联接，倾斜机械左端通过螺孔和四维机构外壳联接，四维机构内有三维互相垂直的直角坐标和水平回转坐标。但该扫描装置机械结构复杂，制造成本较较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置，它能够以较简单的结构和较低的成本实现三维运动并获得较高的运动精度，满足高强度超声聚焦治疗系统的需要。

为实现上述发明目的，用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置，包括X轴移动机构和Y轴移动机构，其特征在于：该扫描装置还包括滑台和三个伸缩杆，所述X轴移动机构用于驱动治疗床，所述Y轴移动机构用于驱动所述滑台，所述伸缩杆的一顶端固定在滑台上，另一顶端与超声组合探头连接，三个伸缩杆的二顶端在滑台与超声组合探头上均成正三角形分布。

上述伸缩杆可以采用下述方式实现。伸缩杆包括第三电机、第三丝杆、第三丝杆螺母、导向套、滑杆和球铰，第三丝杆位于滑杆内，滑杆位于导向套内，其侧面开有缝槽，导向套上设有与该缝槽匹配的导向块，滑杆与第三丝杆螺母固定连接；在第三丝杆的顶部固定有第一挡块，第二挡块位于第三丝杆的另一端、并固定在丝杆座的上方；第三电机驱动第三丝杆转动，丝杆座固定在底座上，底座与连接轴相连，连接轴套在连接座的孔内，连接座固定在滑台上；在滑杆的顶部设有球铰，球铰的一端固定在超声组合探头上。

上述伸缩杆也可采用为液压伺服驱动结构实现。

所述X轴移动机构和Y轴移动机构可采用电机丝杆导轨式结构、液压伺服驱动结构或直线移动电机结构实现。

本发明采用两个串联直线移动坐标(即X轴移动机构和Y轴移动机构)和三个并联坐标(即三个伸缩杆)，实质上是一种串并联结构，它具有结构简单、精度高、制造成本低、运动空间大等优点，特别容易通过多轴联动来实现所述三维运动。工作时，超声组合探头和治疗床可分别由伺服电机经丝杆导轨机构实现X、Y轴方向上的移动；同理，控制三个伸缩杆同时伸缩相同的长度，可实现工作头在Z轴方向的移动，若伸缩不相同的长度即可实现绕X、Y轴的转动。

附图说明

图1为超声聚焦治疗系统治疗原理示意图；

图2为本发明用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置的结构示意图；

图3为图2中伸缩杆及其传动方式的剖视图；

图4为在俯视方向上伸缩杆在滑台上布置图；

图5为在俯视方向上伸缩杆在超声组合探头上布置图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明由X轴移动机构、Y轴移动机构、滑台和三个伸缩杆组成。如图2所示，X轴移动机构由电机、丝杆、丝杆螺母和导轨构成。第一电机7与第一丝杆9相连、且固定在治疗床6下方，第一丝杆螺母8与支架3相连，这样第一电机7即可驱动治疗床6沿导轨5在X轴方向移动。Y轴移动机构的构成与X轴移动机构相同，第二电机13与第二丝杆1相连、且固定在支架3上，第二丝杆螺母2与滑台3相连，第二电机13驱动滑台3在Y轴方向移动。三个伸缩杆4的一顶端与滑台3相连，另一顶端与超声组合探头相连，三个伸缩伸的二顶端在滑台与超声组合探头上的分布如图4、图5所示，均为正三角形布置。

伸缩杆的结构如图3所示，包括第三电机26、第三丝杆18、第三丝杆螺母24、导向套19、滑杆20和球铰22等。第三丝杆18位于滑杆20内，滑杆20位于导向套19内。滑杆20与第三丝杆螺母24固定连接，滑杆的侧面开有缝槽，导向套19上设有与缝槽匹配的导向块23。这样，滑杆就只能轴向移动而不会产生旋转运动。在第三丝杆18的顶部固定有第一挡块21，第二挡块25位于丝杆另一端，固定在丝杆座17的上方，这样滑杆20就只能在二个挡块所限定的行程内移动。皮带轮16与第三丝杆18相连，丝杆座17和第三电机26均固定在底座15上，底座15与连接轴29相连，连接轴29套在连接座14的孔内，连接座固定在滑台12上。这样，杆缩杆就可以随连接轴29在同一平面内转动。在滑杆20的顶部设有球铰22，球铰22通过其内孔螺纹与螺栓30固定在超声组合探头12上。这样，伸缩杆通过球铰22可实现空间转动。

第三电机26通过皮带28和皮带轮16、27驱动第三丝杆18旋转，使得第三丝杆螺母带动滑杆20移动。第三电机26也可以通过其它方式驱动第三丝杆18旋转。若控制三个伸缩杆同时伸缩相同的长度，可实现超声组合探头在Z轴方向的移动，若伸缩不相同的长度即可实现绕X轴、Y轴的转动。

总之，本发明采用X轴移动机构和Y轴移动机构构成的两个串联直线移动坐标和由三个伸缩杆构成的三个并联坐标，即一种串并联结构实现本发明的目的。从上述描述可知，本领域普通技术人员不难发现实现上述功能的机械装置有多种，如X轴移动机构、Y轴移动机构不限于上述的电机、丝杆导轨式结构，还可以液压伺服驱动结构和直线移动电机结构来实现；伸缩杆的结构也不限于上述实施例所说明的结构，也可以采用液压伺服驱动结构来实现。

超声组合探头12是由一组治疗探头和一个B超探头安装在一球冠体上形成的，它发射超声波在患者体内的病灶部位聚焦，杀死肿瘤细胞，同时B超监视治疗过程。本发明不涉及超声组合探头和治疗床。

Claims (6)

1.一种用于高强度超声聚焦治疗系统的串并联扫描装置，包括X轴移动机构和Y轴移动机构，其特征在于：该扫描装置还包括滑台(3)和三个伸缩杆(4)，所述X轴移动机构用于驱动治疗床(6)，所述Y轴移动机构用于驱动所述滑台(3)，所述伸缩杆(4)的一顶端固定在滑台(3)上，另一顶端与超声组合探头(12)连接，三个伸缩杆(4)的二顶端在滑台(3)与超声组合探头(12)上均成正三角形分布。

2.根据权利要求1所述的串并联扫描装置，其特征在于，所述伸缩杆4包括第三电机(26)、第三丝杆(18)、第三丝杆螺母(24)、导向套(19)、滑杆(20)和球铰(22)，第三丝杆(18)位于滑杆(20)内，滑杆(20)位于导向套(19)内，其侧面开有缝槽，导向套(19)上设有与该缝槽匹配的导向块(23)，滑杆(20)与第三丝杆螺母(24)固定连接；在第三丝杆(18)的顶部固定有第一挡块(21)，第二挡块(25)位于第三丝杆(18)的另一端、并固定在丝杆座(17)的上方；第三电机(26)驱动第三丝杆(18)转动，丝杆座(17)固定在底座(15)上，底座(15)与连接轴(29)相连，连接轴(29)套在连接座(14)的孔内，连接座(14)固定在滑台(12)上；在滑杆(20)的顶部设有球铰(22)，球铰(22)的一端固定在超声组合探头(12)上。

3. 根据权利要求1所述的串并联扫描装置，其特征在于，所述伸缩杆为液压伺服驱动结构。

4.根据权利要求1、2或3所述的串并联扫描装置，其特征在于，所述X轴移动机构和Y轴移动机构为电机、丝杆导轨式结构。

5.根据权利要求1、2或3所述的串并联扫描装置，其特征在于，所述X轴移动机构和Y轴移动机构为液压伺服驱动结构。

6.根据权利要求1、2或3所述的串并联扫描装置，其特征在于，所述X轴移动机构和Y轴移动机构为直线移动电机结构。

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