CN209048924U - 一种用于放射治疗中的防护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于放射治疗中的防护装置，涉及医疗器械技术领域，其包括铅挡块和存放铅挡块的旋转工作台以及将铅挡块从旋转工作台上搬运到治疗床的机械手。旋转工作台包括基座和位于基座上方的旋转台，旋转台通过基座内的旋转台电机带动旋转，旋转台的台面上均匀分布有若干用于放置铅挡块的固定凹槽，每个固定凹槽下方均设置有压力传感器，压力传感器、旋转台电机分别电连接于控制芯片上。机械手上设置有与控制芯片电连接的摄影机、话筒和声音播放器，控制芯片上连接有电源模块。解决了现有放射治疗中用于隔离靶区和正常组织的铅挡块搬运不方便的问题。

Description

一种用于放射治疗中的防护装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种保证放射治疗安全的装置。

背景技术

放射治疗是利用一种或多种电离辐射对恶性肿瘤进行的治疗。肿瘤放射治疗的目的在于对肿瘤实施最大的照射剂量，而周围正常组织和器官的剂量最小，从而提高肿瘤的局部控制率，降低正常组织的并发症。但是，目前存在的放疗设备都存在一个问题，即对靶区以外的正常组织和器官缺少避免散射线伤害的保护。

虽然现有技术中用于放射治疗的医用直线加速器通过使用多级准直器已经让靶区的剂量达到了最大，而靶区周边正常组织器官的剂量达到了较低，但是靶区周边和人体其他正常组织和器官还是或多或少受到散射线的照射。这是由于射线经过准直器、空气和身体组织时，会产生散射线，散射线与空气等介质相互作用，又会形成新的散射线。这些散射线虽然剂量低，但能量高，还是会对人体造成损害。因此在放射治疗中最大限度保护患者正常组织器官，降低散射线对患者的损害具有非常重要的意义。

在实践中，由于金属铅的原子序数和密度都比较高，能很好地阻挡X射线和放射性射线，因此，铅被大量应用于医院放射科里保护医护人员和患者。而在放射治疗恶性肿瘤中，用到的是兆伏(MV)级光子线，传统的铅衣对兆伏级射线几乎没有遮挡作用，只有通过增加铅的厚度来达到挡住兆伏级射线的目的，即制作厚度能够使射线剂量衰减到原射线5％以下的铅挡块。将多个铅挡块放置于患者接受射线治疗的靶区周围来防止射线对其他组织的伤害。但要使射线的剂量衰减到原射线5％以下所需要的铅挡块厚度较厚，比如放射治疗常用的钴60伽马射线，要使其剂量衰减到原射线5％以下则需要铅的厚度为61毫米，由于铅的密度为11.3437克/立方厘米，所以铅挡块很重，如果每次做放射治疗时均由医护人员将铅挡块放于治疗床上，其劳动强度相当大，也不易于操作。

实用新型内容

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种用于放射治疗中的防护装置，解决了现有放射治疗中用于隔离靶区和正常组织的铅挡块搬运不方便的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种用于放射治疗中的防护装置，其包括铅挡块和存放铅挡块的旋转工作台以及将铅挡块从旋转工作台上搬运到治疗床的机械手。

旋转工作台包括基座和位于基座上方的旋转台，旋转台通过基座内的旋转台电机带动旋转，旋转台的台面上分布有若干用于放置铅挡块的固定凹槽，每个固定凹槽下方均设置有压力传感器，压力传感器、旋转台电机分别电连接于控制芯片上。

机械手上设置有与控制芯片电连接的摄像头、话筒以及声音播放器，控制芯片上连接有电源模块。

进一步地，机械手包括置于地面上的底座、转动连接于底座上的旋转座、铰接于旋转座和横臂之间的立臂以及固定于横臂端部的抓取机构，旋转座和立臂分别铰接于第一气缸的缸筒和活塞杆上，立臂和横臂分别铰接于第二气缸的缸筒和活塞杆上，旋转座通过旋转座电机驱动旋转。通过旋转座与第一气缸和第二气缸的相互配合实现抓取机构的上、下和旋转运动，将铅挡块从旋转工作台上抓取后移动到治疗床上并放到合适的位置。

进一步地，抓取机构包括两个相对设置的抓手，两个抓手上均固定连接有齿条，两个齿条分别啮合于齿轮的两侧，齿轮通过抓手电机驱动旋转。两个相对设置的抓手的开合通过齿轮齿条的传动方式驱动，可以方便快速地调节间距，并且齿轮齿条的承载力大，使用寿命长；并且齿轮一旦安装好其具有固定的传动比，所以齿轮的转速与抓手的移动距离的关系也是固定的，便于后期编程控制。

进一步地，抓手的工作面上设置有与铅挡块上的V型凸台对应的V型槽。V型槽是一种结构简单、加工方便的常见槽型，通过V型槽与V型凸台的配合达到将铅挡块固定于机械手上的目的。

进一步地，基座与旋转台之间安装有平面轴承。通过平面轴承可以减小基座和旋转台之间的摩擦力，使转动更加平滑，大大减小了转动产生的噪声，给患者营造一个较安静的环境。

进一步地，电源模块为不间断电源。不间断电源(UPS)是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。在供电正常时能够起到稳压的作用。在断电时能够继续给摄像头、话筒、声音播放器和控制芯片供电，使它们继续处于工作状态，这样可以保证在断电时医生能够继续与患者交谈，也能通过摄像头拍摄的画面继续观察到患者的状态，避免患者独自在治疗室里接受治疗时因突然断电产生恐慌继而发生安全事故。

进一步地，旋转台电机、旋转座电机和抓手电机均为减速电机。减速电机自带减速器，可以将电机的输出轴直接与被驱动件相连，节省了安装程序。

进一步地，第一气缸和第二气缸上均连接有电磁阀。通过电磁阀的通断来控制气缸内两个腔室的气压差从而达到控制气缸活塞杆的伸缩运动。

本实用新型的有益效果为：铅是目前为止对电离辐射阻隔作用最好的材料，通过在患者接受放射治疗的靶区周围安装铅挡块，可以有效阻挡射线照射患者的正常器官或组织，对患者的正常器官和组织起到很好的保护效果；由于采用了机械手自动搬运铅挡块，使铅挡块的厚度可以根据不同射线强度的需求制作，不必考虑铅挡块的重量无法搬运的问题，保证了铅挡块阻挡射线的方法得以顺利实施。

旋转工作台可以通过压力传感器感知压力变化，从而判断该压力传感器所在上方是否放置有铅挡块，从而通过控制芯片控制旋转台电机转动，保证机械手抓取的位置一直有铅挡块存在。在固定的点抓取铅挡块可以简化机械手的运行难度，从而降低本装置的成本。

机械手的立臂和横臂的运动通过气缸驱动，气缸是利用将压缩空气的压力能转化为机械能，压缩空气在管路中流速快，可以直接利用气压信号实现系统的自动控制，完成各种复杂的动作。

机械手上安装的摄像头、话筒能够采集患者的图像和声音信号经过控制芯片处理后用基带传送给操作室的医生，声音播放器能够播放控制芯片收到的医生的语音信息，从而实现患者与操作室的医生实时的交流，使医生能够在不进入有电离辐射的治疗室就能够随时监测到患者的情况，从而避免了医生受到电离辐射的伤害。

附图说明

图1为用于放射治疗中的防护装置的结构示意图。

其中，1、铅挡块；11、V型凸台；2、旋转工作台；21、基座；22、旋转台；221、固定凹槽；23、压力传感器；24、旋转台电机；3、机械手；31、底座；32、旋转座；33、立臂；34、横臂；35、抓取机构；351、抓手；3511、V型槽；352、齿条；353、齿轮；354、抓手电机；36、第一气缸；37、第二气缸；38、旋转座电机；5、摄像头；6、话筒；7、声音播放器；9、电源模块。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该用于放射治疗中的防护装置包括铅挡块1和存放铅挡块1的旋转工作台2以及将铅挡块1从旋转工作台2搬运到治疗床的机械手3。

旋转工作台2包括基座21和位于基座21上方的旋转台22。基座21通过片面轴承对旋转台22起到支撑和作用，旋转台22通过安装于基座21内的旋转台电机24带动旋转。旋转台电机24采用减速电机，电机的转速通过自带的减速器减速到旋转台22需要的慢转速。旋转台电机24由电机驱动芯片驱动旋转，控制芯片发出PWM信号给电机驱动芯片驱动电机旋转台电机24旋转。

旋转台22的台面上均匀分布有四个用于放置铅挡块1的固定凹槽221，在每个固定凹槽221下方均设置有压力传感器23。压力传感器23通过感应其上的压力变化来判断铅挡块1的位置，并将信号传递给控制芯片，每个压力传感器23接入控制芯片不同的引脚，控制芯片通过解码接受到的信号来控制旋转台电机24旋转将由铅挡块1的一处转动到机械手3的抓取点。

由于只需要检测对应压力传感器的上方是否存在铅挡块1，并且铅挡块1的重量较重，压力传感器23不需要精度太高的类型，本实施例中优选压力传感器23的型号为GSL309，其能够测量2-100KG的重量，输出的信号为模拟信号，通过A/D转换电路转化为数字信号输入到控制芯片上，控制芯片根据接受到的信号来判断哪些位置有铅挡块，然后发出控制信号控制旋转台电机24转动让铅挡块置于机械手的抓取位置处。控制芯片采用STM32F103VET6芯片。

机械手3包括置于地面上的底座31、转动连接于底座31上的旋转座32、铰接于旋转座32和横臂34之间的立臂33以及固定于横臂34端部的抓取机构35。旋转座32和立臂33分别铰接于第一气缸36的缸筒和活塞杆上，立臂33和横臂34分别铰接于第二气缸37的缸筒和活塞杆上，旋转座32通过旋转座电机38驱动旋转。旋转座电机38与旋转台电机24一样，同样为减速电机，同样通过控制芯片控制电机驱动芯片驱动旋转，只是触发控制芯片发出转动控制信号的是抓取机构抓取到铅挡块1的信号。

第一气缸36和第二气缸37用于驱动抓取机构35的水平和垂直方向的运动，第一气缸36和第二气缸37上均连接有电磁阀。电磁阀通过继电器控制通断电。旋转座电机38用于驱动抓取机构35的旋转运动。所以本装置中用到的机械手为三自由度机械手。由于机械手只需实现从定点位置抓取铅挡块1到治疗床上，所以机械手的定位方式采用安装机械挡块的方式。

抓取机构35包括两个相对设置的抓手351，两个抓手351上均固定连接有齿条352，两个齿条352分别啮合于齿轮353的两侧，齿轮353通过抓手电机354驱动旋转。抓手351的工作面上设置有与设置于铅挡块1上的V型凸台11对应的V型槽3511。

抓手电机354与旋转台电机24一样，同样为减速电机，同样通过控制芯片控制电机驱动芯片驱动旋转。当旋转座32接触到限位挡块后，触发抓手电机354旋转，并通过齿轮齿条传动拉动两个抓手351靠近，直到铅挡块1上的V型凸台11完全与抓手351上的V型槽3511接触并挤压从而抓牢铅挡块1后才停止抓手电机354。

机械手3上设置有与控制芯片电连接的摄像头5、话筒6和声音播放器7，控制芯片上连接有电源模块9。摄像头5和话筒6将采集到的患者治疗时的图像和声音信息经过控制芯片编码后，通过基带传送到控制室，以方便医生随时注意到躺在治疗床上的患者的情况。摄像头5、话筒6采用常用的型号。由于具有电离辐射的治疗室必须采取屏蔽措施，所以本方案中采用基带传送的通信方式。基带传送采用多路复用技术将来自不同信息源的各路信息合并为一路，通过同一信道传送给控制室的接收端。

医生的语音信息也可通过控制室采集编码后通过基带传送到治疗室，控制芯片解码后通过声音播放器7播放给患者听，从而实现了处于两个空间里的患者与医生能够实时通话，也就保证了医生可以不用冒着接受电离辐射伤害的危险进入治疗室。

电源模块9为不间断电源(UPS)，其是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将机内电池的电能，供给给摄像头、摄像头、话筒、声音播放器和控制芯片等小功率器件，使其维持正常工作来保证患者和医生能够继续交流。

Claims (8)

1.一种用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，包括铅挡块(1)和存放铅挡块(1)的旋转工作台(2)以及将铅挡块(1)从旋转工作台(2)搬运到治疗床的机械手(3)；

所述旋转工作台(2)包括基座(21)和位于基座(21)上方的旋转台(22)，所述旋转台(22)通过基座(21)内的旋转台电机(24)带动旋转，所述旋转台(22)的台面上分布有若干用于放置所述铅挡块(1)的固定凹槽(221)，每个所述固定凹槽(221)下方均设置有压力传感器(23)，所述压力传感器(23)、旋转台电机(24)分别电连接于控制芯片上；

所述机械手(3)上设置有与控制芯片电连接的摄像头(5)、话筒(6)和声音播放器(7)，所述控制芯片上连接有电源模块(9)。

2.根据权利要求1所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述机械手(3)包括置于地面上的底座(31)、转动连接于底座(31)上的旋转座(32)、铰接于旋转座(32)和横臂(34)之间的立臂(33)以及固定于横臂(34)端部的抓取机构(35)，所述旋转座(32)和所述立臂(33)分别铰接于第一气缸(36)的缸筒和活塞杆上，所述立臂(33)和所述横臂(34)分别铰接于第二气缸(37)的缸筒和活塞杆上，旋转座(32)通过旋转座电机(38)驱动旋转。

3.根据权利要求2所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述抓取机构(35)包括两个相对设置的抓手(351)，两个所述抓手(351)上均固定连接有齿条(352)，两个所述齿条(352)分别啮合于齿轮(353)的两侧，所述齿轮(353)通过抓手电机(354)驱动旋转。

4.根据权利要求3所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述抓手(351)的工作面上设置有与所述铅挡块(1)上的V型凸台(11)对应的V型槽(3511)。

5.根据权利要求1所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述基座(21)与旋转台(22)之间安装有平面轴承。

6.根据权利要求1所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述电源模块(9)为不间断电源。

7.根据权利要求3所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述旋转台电机(24)、旋转座电机(38)和抓手电机(354)均为减速电机。

8.根据权利要求2所述的用于放射治疗中的防护装置，其特征在于，所述第一气缸(36)和第二气缸(37)上均连接有电磁阀。