CN1947813A - 放射治疗仪的支架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种放射治疗仪的支架。按一种有利的实施方式，支架(30)包括可纵向调整的细长的支承臂、可绕垂直于该支承臂的第一轴线旋转地支承在支承臂内的杆臂(32)以及在该杆臂(32)内可绕平行于第一轴线的第二轴线旋转的扁平的探测元件，该探测元件基本上平行于支承臂定向，其中，当杆臂(32)旋转时探测元件保持与支承臂平行地定向，以及，电动机(40)驱动所述杆臂(32)旋转。杆臂(32)的旋转通过与电动机(40)连接的第一传动装置(41)传动，以及探测元件的旋转通过与同一台电动机(40)连接的与第一个传动装置(41)反向传动的第二传动装置(45)传动。这种具有单台电动机(40)和两个反向工作的传动装置(41、45)的结构可以实现，非常精确地定位和与此同时只需要小的结构体积或空间。

Description

放射治疗仪的支架
技术领域
本发明涉及一种放射治疗仪的支架。
背景技术
在医学治疗时使用放射治疗仪，例如放射治疗患病的组织，如肿瘤组织。适用于这种治疗的射线类型，例如包括在兆伏(MV)范围内的高能X射线、轻粒子射线如电子或阳电子或质子、重粒子射线如氧离子或碳离子。通过放射治疗活的组织发生如下改变：连接可能被破坏或原子可能被离子化。这些变化会导致破坏或杀死组织。在正是这种作用有意识地针对肿瘤组织或患病组织的同时，正相反，应尽可能避免将这种作用用于健康的组织。因此应通过尽可能有针对性地只放射治疗肿瘤组织，一方面增加在肿瘤组织内施放的射线剂量，以及另一方面减少在健康组织内给予的射线剂量。
考虑到放射治疗的组织内的侵入深度，对射线剂量尽可能准确的定位可以通过恰当选择射线类型和通过射线能量达到。射线就面积而言涉及放射方向的侧向的限定，可以通过射束的范围以及通过射束的轮廓形状达到。通过更严格或不太严格的聚焦、通过孔板粗略地限定以及通过视准管例如multi-leaf-collimators轮廓形状精细地限定，几乎可以任意调整轮廓形状。例如在放射治疗某种器官时，可以将射束成形为使它基本上正好与器官的轮廓形状一致，并因而只以较低微的程度同时放射在该器官附近的组织。
为了提高工作可靠性以及为了避免基于目标不够准确的放射治疗通过不必要的高的射线剂量给病人带来的危险，射线束的轮廓形状连续地和按具体情况控制。作为控制，例如对于可见光可采用射线成形装置，亦即聚焦装置、孔板和视准管，从而可以实施光学控制。为此的前提条件显然是，所提到的射线类型具有与可见光同样的光学特性。此外，探测元件，例如X射线图像探测器，可以安装在要放射治疗的病人要定位在这里的位置上。由此例如在X射线照射的情况下可以获得一种射束的控制图。
除了准确调整射束轮廓形状外，同样需要准确定位要放射治疗的病人。为此必须以尽可能高的精度确定，要放射治疗的组织处于病人身体的哪个三维位置上。然后必须正好将此空间位置尽可能准确地置于放射治疗仪的作用中心内或与之同心。只有保证准确定位在中心内，射束的轮廓形状才能与要放射治疗的组织的轮廓形状正好完全一致。因为要治疗的组织的位置必须通过并不需要与治疗仪一致的诊断仪确定，所以确定在空间的组织位置后接着的定位步骤，隐含有很大的产生误差的可能性，这种误差会影响准确地定位。
为了尽可能排除此类误差源，已知将诊断仪与治疗仪组合，从而病人可以在同一个位置首先诊断和然后治疗。因此，由于病人在此期间的再定位引起的不准确度与由于治疗仪在此期间定位引起的不准度一样得到抑制。其中，对于仪器方面提高定位精度而言重要的是，仪器治疗部件相对于诊断部件的空间定向是已知的并且是固定的。
在治疗部件相对于诊断部件的布置方面，主要在两种可能的状况之间有所不同。第一种状况是，诊断仪的射线射程可以在空间上不同于治疗仪的射线射程。例如，诊断的射线可以垂直于治疗的射线延伸。因此若病人用垂直的射线治疗，则诊断的射线射程水平地延伸。这种不同的空间延伸正是由于只能确定不同的空间坐标，所以含有不准确性；在所选择的例子中，水平的诊断射线特别适用于确定组织的垂直空间坐标，而通过勾划治疗射束的轮廓形状尤其可以调整水平的空间坐标。另一方面这种状况带来的优点是，不同的仪器部件在空间上可以彼此间隔距离地布置，而互不妨碍。
由US6888919已知一种放射治疗仪，其中，治疗部件装在一个第一所谓的台架内，诊断部件装在一个第二台架内。这些台架可彼此独立地运动并允许调整不同的射线射程位置。每个台架需要一个自己的运动自由空间以及包括一些紧邻治疗区围绕病人布置的机械部件。
此外，可以选择这样一种布局状况，在该布局中诊断射线射程的轴线与治疗射线射程的轴线在空间重合。由此可以保证，诊断及治疗以相同的光学几何结构为基础，其结果是提高了精度。另一方面，各自的仪器部件设在同一个射线射程内并因而相互妨碍。因此减小了可供使用的装配空间，以及部件必须节省位置或彼此协调后集成组成到诊断仪和/或治疗仪内。
也就是说，在这种X射线治疗仪的例子中必须在同一个射线射程内设高能X射线源、另一个较低的高能X射线源以及在至少一个较低高能范围内的X射线图像探测器。此外，可以添加一个处于高能范围的X射线探测器。同时应当考虑到，应为病人和医治人员提供尽可能大的空间，以便不会过分限制治疗的可能性及病人的舒适性。
由AT156705B已知一种用于通过X射线摄影生成身体剖面图像或身体断层图像的仪器或者一种既生成身体剖面也生成身体断层图像的仪器，其中，X射线管和拍片层的支架(底片盒支架)通过安装在双杠杆的两个臂上，可以这样绕一条处于要表示的那个身体剖面的平面内的轴线回转，即，使得穿过要表示的那个身体剖面的某个点的X射线，始终命中在旋转运动时保持平行于剖面平面的拍片层的同一个点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种诊断和/或治疗仪，其中，除了治疗射线源外还可以多方面地使用现存的探测元件并与此同时节省空间位置地将其集成组成。
本发明的上述技术问题通过一种支架得以解决，其中，所述支架包括可纵向调整的细长的支承臂、可绕垂直于支承臂的第一轴线旋转地支承在支承臂内的杆臂以及在杆臂内可绕平行于第一轴线的第二轴线旋转的扁平的探测元件，该探测元件基本上平行于支承臂定向，其中，当杆臂旋转时探测元件保持与支承臂平行地定向，以及，电动机驱动所述杆臂旋转。在这里，杆臂的旋转通过与电动机连接的第一传动装置传动，以及探测元件的旋转通过与同一台电动机连接的与第一传动装置反向传动的第二传动装置传动。所述的这种杆臂和探测元件借助一台电动机及两个反向工作的传动装置的运动，可以实现一种特别节省位置和灵活的结构。与此同时，可以实现极精确地导引探测元件。所述结构一个突出的优点在于，只需要两个可分别设计为高精度的旋转支承装置。与之相比较，例如平行四边形运动学(平行连杆运动学)尽管同样保证在平行四边形(连杆)旋转或上升和下降时探测元件保持基本上平行于支承臂定向，然而它以至少四个旋转支承装置为基础，这些四个旋转支承装置必须分别设计为相互匹配和除此以外与平行四边形的杆相配。此外，平行四边形的杆也必须彼此协调。由于存在众多相互的依赖性，或使探测元件的运动导引装置精度受损，或不适宜地提高生产成本。而且与单杆式设计的杆臂相比，空间位置的需求视平行四边形结构的尺寸而提高。在探测元件运动导引装置的精度方面尤其应考虑，放射治疗仪通常允许治疗和诊断射线绕同一个中心旋转，由此也使杆臂和探测元件的指向转动。通过与此相关联地改变重力沿其作用的方向，对运动导引装置的精度提出了更高的附加要求。满足这些附加的要求，同时造成了进一步增加设计及制造成本。通过仅采用少量的运动学结构元件，使这种费用保持较低。
一种有利的实施方式规定，所述支承臂设计为具有至少一个伸缩轨和至少一个伸缩臂的伸缩机构。电动机通过轴与第一传动装置连接，以及通过皮带或链条与第二传动装置连接。通过所述轴保证对第一传动装置精确的运动导引，而第二传动装置的皮带或链条驱动装置一方面已足够准确，但另一方面可以用低的设计成本实现。所述杆臂有利地设计为单杆式的。
另外，本发明的上述技术问题还通过一种放射治疗设备得以解决，该放射治疗设备包括台架和按照本发明的支架，其中，探测元件设计为X射线探测器，以及，支承臂支撑在所述台架中。
有利的是，所述探测器设计用于探测能量的数量级为MV的X射线。
另一种有利的实施方式规定，所述支架包括：
-正好一个支承臂，它带有正好一根伸缩轨和正好一个伸缩臂，
-正好一个支撑在所述支承臂内的单杆式杆臂，
-正好一个支撑在所述杆臂内的侧向驱动装置，以及
-正好一个由所述侧向驱动装置支撑的探测元件。
这种结构在运动导引的可变性、设计成本以及尤其支架处于移回状态的停放位置时尽可能小的空间需求量之间达到特别有利的相互协调。
在一种有利的实施方式中，所述台架包括处于挡板后方的探测器停放腔；所述支架固定在该探测器停放腔内以及可以连同探测元件完全移回到该探测器停放腔内。
附图说明
下面借助于附图对本发明予以阐述。附图中：
图1表示具有支架和探测元件的放射治疗设备；
图2表示支架和探测元件的正视图；
图3表示从下方观察到的支架和探测元件；以及
图4表示具有低能量X射线源的放射治疗设备。
具体实施方式
图1示意性地表示出放射治疗设备1的透视图。此放射治疗设备包括一个台架10，它安装成可绕水平轴线旋转并承载有放射治疗设备1的一些重要的功能部件。
台架10有一个放射头11，治疗的射线从该放射头射出，确切地说在此图中沿向下的方向射出。要放射治疗的(未示出的)病人在(同样未表示出的)病人定位装置上将要放射治疗的身体部分定位在放射头11下方。在放射头11上设有射线成形器12，它尤其用于射束轮廓形状的成形。为此目的，该成形器可含有一个聚焦装置、一块或多块孔板以及一个或多个视准管。
在射线成形器12下方设置kV探测器15，借助它可以探测在kV能量范围内的X射线。kV探测器15一方面可以探测穿透的X射线束的轮廓形状，另一方面借助它还可以确定穿过的X射线剂量。若用在kV探测器15内测量的剂量对病人进行放射治疗，以及在透过病人后再次测量剂量，则可根据各自测得的剂量之差获得一个用于剂量仪的值。
在台架10的与放射头11的相对置侧固定一个支架30。支架30包括一根穿过挡板21延伸的伸缩轨33。伸缩轨33是支承臂的组成部分，杆臂32可绕第一轴线旋转地支承在支承臂内。第一轴线垂直于支承臂的纵向长度地延伸以及在此图内水平地定向。但第一轴线也可以取决于台架10的旋转位置地定向，而非水平地定向。
杆臂32设计为单杆式，由此得到一种紧凑且简单的结构。
MV探测器31可绕第二轴线旋转地支承在杆臂32内。第二轴线平行于第一轴线地延伸。MV探测器31设计成平面状，以及基本上在一个平行于支承臂纵向延伸长度以及平行于第一和第二旋转轴线定向的平面内延伸。重要的是，探测平面垂直于从放射头11射出的治疗射线的中心射线射程定向。杆臂32的旋转尤其促使MV探测器31相对于支承臂上升或下降。为了补偿与此同时产生的纵向移动，支承臂的伸缩机构可以同时缩回或伸出。由为反映此情况所选择的视图可以看出，支架30与MV探测器31在侧视图内大体形成Z字形。因此，在杆臂32旋转时保持探测元件31定向的运动控制，同时也维持了此Z字形，因此在下面它们也应称为Z形驱动装置。
借助MV探测器31可以确定高能的在MV范围内发射的治疗X射线束的轮廓形状图。由此可以控制所述治疗射线的期望轮廓形状。同时，MV探测器31可以装在要放射治疗的病人下方，以及与kV探测器15配合确定使用于剂量仪的剂量测量值。
图2近似用正视图示意性地表示出支架30连同MV探测器31。在这里，为了更好地说明而省略了对于功能不重要的支架挡板。此外，使用了与在上面已说明的图1中相同的附图标记。
在伸缩轨33内导引的伸缩臂34表示在向前打开的视图中，所以可以看到固定在伸缩臂34内的电动机40。电动机40通过一根图中没有详细表示出的轴与传动装置41连接，后者又与杆臂32连接。电动机40通过传动装置41驱动杆臂32旋转。皮带轮42同样与所述的轴连接，当杆臂32旋转时带动皮带轮。通过皮带轮42传动皮带43，皮带则驱动另一个皮带轮44。
另一个传动装置45与皮带轮44连接，因此在杆臂32旋转时带动此传动装置。传动装置45与传动装置41反向运行并旋转一个侧向传动装置50。传动装置41和45以完全相同的旋转速度反向运行，所以侧向传动装置50与杆臂32完全一样快但反向旋转。由此保证在杆臂32运动时支承在侧向传动装置50内的MV探测器31保持基本上平行的定向。
为了增大可变性，MV探测器31借助导轨51支承在侧向传动装置50内，所以它可以垂直于伸缩轨33和伸缩臂34的纵向地移动。这种移动不影响所述的平行定向。
电动机40、皮带轮42、44以及皮带43和其他细节在支架完成装配的状态下被挡板和罩盖遮挡。
图3用透视图示意性地表示出支架30连同MV探测器31的底视图。使用了与在上述图2中相同的附图标记，其中安装了杆臂32的罩盖和挡板，因此不能看到它的内部。只有伸缩臂34的前盖没有到位，所以还可以看到电动机40。
从外面可以看到的传动装置41与电动机40和另一些不能看到的在杆臂32的上端处的传动装置如上面介绍的那样配合工作。此外，在此图中可以更清楚地看出侧向驱动装置50的组成。MV探测器31有两个平行地横向延伸的导轨51和52，MV探测器31借助它们可横向移动地支承在侧向驱动装置上。侧向驱动装置50有一台没有详细表示出的电动机，它驱动MV探测器31横向或侧向地运动。为此目的，电动机驱动一个与MV探测器31的滑架连接的链条53。
图4用透视图示意性地表示放射治疗设备1，其中设备处于另一种状况。如前面对图1的说明中介绍的那样，它有一个台架10，该台架承载带有射线成形器12的放射头11。在射线成形器12的下方设有kV探测器15，借助它可以给定位在放射头11下方的在图中没有表示出的病人拍摄诊断照片。为了产生诊断的X射线，在台架10的对置端设有kV-X射线放射源61。
上述支架30连同MV探测器31完全移回到挡板21后面处于停放位置。kV-X射线放射源61固定在台架10内挡板20的后面紧挨着它。kV-X射线放射源61通过伸缩机构60支承，该伸缩机构60与支架30的伸缩机构基本相同。kV-X射线放射源61可绕两条轴线旋转地支承在伸缩机构60内。借助kV-X射线放射源61可以产生一个在较低的高能kV能量范围内的X射线束，该X射线束向上朝kV探测器15延伸。所选择的布局允许kV-X射线束的轴线在空间与从放射头11射出的MV-X射线束的轴线重合。
由所选择的视图可以看出，kV-X射线放射源61的布置与因为移回到停放位置所以在图中没有表示出的MV探测器31的布置，必须在小的空间内找到共同的位置。因此需要节省位置的固定装置或各自节省位置的支架。同时，这样的两个部件应能完全移回到一个停放位置，从而只能看到挡板20和21，各部件隐藏在挡板后面。由此可以使提供给病人或医治人员使用的空间保持得尽可能大。此外，将用于kV放射源61和MV探测器31的各自的支架设计为，使两者可以同时伸出，从而可以同时进行高能MV-X射线束和较低高能的kV-X射线束的诊断。
综上所述：本发明涉及一种放射治疗仪的支架。按一种有利的实施方式，支架30包括一个可纵向调整的细长的支承臂、一个可绕垂直于支承臂的第一轴线旋转地支承在支承臂内的杆臂32以及一个在杆臂32内可绕平行于第一轴线的第二条轴线旋转的扁平的探测元件，该探测元件基本上平行于支承臂定向，其中，当杆臂32旋转时探测元件保持与支承臂的平行定向，以及，电动机40驱动所述杆臂32旋转。杆臂32的旋转通过与电动机40连接的第一传动装置41传动，以及探测元件的旋转通过与同一台电动机40连接的与第一个传动装置41反向工作的第二个传动装置45传动。这种具有单台电动机40和两个反向工作的传动装置41、45的结构可以实现，非常精确地定位和与此同时只需要小的结构体积或空间。

Claims (9)

1.一种支架(30)，其包括可纵向调整的细长的支承臂、可绕垂直于该支承臂的第一轴线旋转地支承在该支承臂内的杆臂(32)以及在所述杆臂(32)内可绕平行于第一轴线的第二轴线旋转的扁平的探测元件，该探测元件基本上平行于所述支承臂定向，其中，当所述杆臂(32)旋转时探测元件保持与所述支承臂平行的定向，以及，电动机(40)驱动所述杆臂(32)旋转，其特征在于：所述杆臂(32)的旋转通过与所述电动机(40)连接的第一传动装置(41)传动，以及所述探测元件的旋转通过与同一台电动机(40)连接的与所述第一传动装置(41)反向传动的第二传动装置(45)传动。
2.按照权利要求1所述的支架(30)，其特征在于，所述支承臂设计为具有至少一个伸缩轨(33)和至少一个伸缩臂(34)的伸缩机构。
3.按照权利要求1或2所述的支架(30)，其特征在于，所述电动机(40)通过轴与所述第一传动装置(41)连接。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的支架(30)，其特征在于，所述电动机(40)通过皮带(43)或链条与所述第二传动装置(45)连接。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的支架(30)，其特征在于，所述杆臂(32)设计为单杆式的。
6.一种放射治疗设备(1)，其包括台架(10)和按照上述权利要求任一项所述的支架(30)，其中，探测元件设计为X射线探测器，以及，支承臂支撑在所述台架(10)中。
7.按照权利要求6所述的放射治疗设备(1)，其中，所述探测器设计用于探测能量的数量级为MV的X射线。
8.按照权利要求6或7所述的放射治疗设备(1)，其特征在于，所述支架(30)包括：
-正好一个支承臂，它带有正好一根伸缩轨(33)和正好一个伸缩臂(34)，
-正好一个支撑在所述支承臂内的单杆式杆臂(32)，
-正好一个支撑在所述杆臂(32)内的侧向驱动装置(50)，以及
-正好一个由所述侧向驱动装置(50)支撑的探测元件。
9.按照权利要求6或7所述的放射治疗设备(1)，其特征在于，所述台架(10)包括处于挡板(21)后方的探测器停放腔；所述支架(30)固定在该探测器停放腔内以及可以连同探测元件完全移回到该探测器停放腔内。
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