CN211327838U - 术中放射治疗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种术中放射治疗机器人，包括底盘、立座、辐射头运动模块、辐射头、串联机械臂、射线阻挡模块、电气柜，其中，立座和电气柜并排地固定安装在底盘上，辐射头运动模块可升降地安装在立座上，辐射头固定安装在辐射头运动模块上，串联机械臂安装在立座上。利用辐射头运动模块实现辐射头的多自由度运动，使得术中放射治疗机器人结构更加紧凑，操作更加灵活；利用串联机械臂辅助限束筒摆位，可建立辐射头和限束筒的精确位置关系，使得术中放疗机器人的自动化程度大幅度提高，可实现辐射头和限束筒的快速自动对准，提高术中放射治疗的操作效率。

Description

术中放射治疗机器人

技术领域

本实用新型涉及放射治疗医学领域，具体涉及一种术中放射治疗机器人。

背景技术

术中放疗技术是指在手术切除肿瘤或手术暴露不能切除的肿瘤情况下，对原发肿瘤瘤床、残存肿瘤或淋巴引流区在手术中给予一次大剂量照射，可使肿瘤、肿瘤细胞在直接受到大剂量照射的同时保护周围正常组织，从而提高局部控制率、生存率及生存质量。术中放疗技术已逐渐成为肿瘤综合治疗的一个重要组成部分，各种术中放疗装置也相继涌现出来，如NOVAC7移动式术中放疗装置(美国专利，专利号5635721)，MOBETRON可移动电子直线加速器(美国专利，专利号：5321271)，IntraBeam的移动式术中低能X线机(美国专利，专利号：6452177B1)。以上公开的几种术中放疗装置的特点均是通过特殊设计缩小术中放疗装置的重量和体积，且加速器辐射头具有多个运动自由度，以实现对不同部位肿瘤的术中照射。这些术中放疗装置涉及到机器人技术，自动控制技术，以及小型化直线加速器设计制造技术等，代表了最尖端的技术水平，例如 (申请号：2017114310543)术中放射治疗装置、(专利号：2017103387039)多机械臂式术中放射治疗装置等。

尽管如此，上述技术仍存在一些缺陷。首先，为实现术中放疗装置术中放疗装置辐射头的多自由度运动，所采用的机械装置过于复杂，体积庞大，操作灵活性差；其次，术中放疗装置辐射头与治疗限束筒需要手动对中，操作复杂，对中精度差，不利于实现精确术中放疗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决目前放射治疗机器人装置复杂、体积庞大、操作灵活性差和辐射头与治疗限束筒需要手动对中、操作复杂、对中精度差的问题，提供一种自动化程度高，结构紧凑，操作灵活，运动精度高的术中放射治疗机器人。

本实用新型采用的技术方案是：一种术中放射治疗机器人，包括底盘、立座、电气柜、辐射头运动模块、辐射头、串联机械臂、射线阻挡模块，其中，立座和电气柜并排地固定安装在底盘上，辐射头运动模块可升降地安装在立座上，辐射头固定安装在辐射头运动模块上，串联机械臂安装在立座上。

优选地，所述底盘包括左右两个支撑腿，连板和四个脚轮，其中，两个支撑腿分别固连在连板的两侧，构成U形结构，四个脚轮分别安装在底盘的四个角处，通过控制各脚轮的转速和转向可实现底盘的左右、前后、旋转等平面运动，四个脚轮可以是麦克纳姆轮。

优选地，所述立座具有机架安装槽，机架安装槽的两侧分别设有滑槽，立座前部或侧面有串联机械臂安装孔。

优选地，所述辐射头运动模块包括机架、并联运动平台，机架可升降地安装在立座上，并联运动平台安装在机架上。

优选地，所述机架两侧固连有滑动导轨，所述滑动导轨安装到立座上的滑槽中，机架上部固定地设置有一圆盘形安装座，所述圆盘形安装座的中心处开有用于布置线缆的圆孔，圆盘形安装座可竖直或一定角度地设置在机架上。

优选地，所述并联运动平台包括固定座、六个伸缩杆、用于安装辐射头的动平台，其中，固定座固定安装在机架的圆盘形安装座上，各伸缩杆的一端均铰接在固定座上，另一端均铰接在动平台上，通过控制各伸缩杆的伸缩运动可实现动平台的多自由度运动。

优选地，所述射线阻挡模块包括支架、二维运动平台、射线阻挡器，支架安装在底盘的支撑腿上，二维运动平台安装在支架上，射线阻挡器安装在二维运动平台上，射线阻挡器可在二维平台带动下对准辐射头发出的射线束。

优选地，所述支架为具有固定高度的框架结构，包括支撑框和用于安装二维运动平台的支撑平台，支撑框的底部固定安装在底盘的支撑腿上，支撑平台固定安装在支撑框上。

优选地，所述支架高度可调，包括升降架和支撑平台，其中，升降架安装在底盘的支撑腿上，支撑平台固定安装在升降架上，二维运动平台固定安装在支撑平台上。

优选地，所述升降架为剪刀式升降架，包括四根支撑杆，中心轴，上滑动连杆和下滑动连杆，每两根支撑杆中部连接成X形升降架，两组X形升降架的中部通过中心轴连接，X形升降架的一根支撑杆一端铰接在底盘支撑腿上，另一端滑动地设置在支撑平台上，X形升降架的另一个支撑杆一端铰接在支撑平台上，另一端滑动地设置在底盘支撑腿上，上滑动连杆连接在两X形升降架支撑杆在支撑平台上的滑动端，下滑动连杆连接在两X形升降架支撑杆在底盘支撑腿上的滑动端。

本实用新型的有益效果是：利用辐射头运动模块实现辐射头的多自由度运动，使得术中放射治疗机器人结构更加紧凑，操作更加灵活；利用串联机械臂辅助限束筒摆位，可建立辐射头和限束筒的精确位置关系，使得术中放疗机器人的自动化程度大幅度提高，可实现辐射头和限束筒的快速自动对准，提高术中放射治疗的操作效率。

附图说明

图1是本实用新型术中放射治疗机器人结构方案一示意图。

图2是本实用新型术中放射治疗机器人结构方案二示意图。

图3是本实用新型术中放射治疗机器人方案一的治疗状态示意图。

图4是本实用新型术中放射治疗机器人方案二的治疗状态示意图。

图5是本实用新型并联运动平台结构示意图。

图6是本实用新型固定高度的支架安装示意图。

图7是本实用新型可升降支架安装示意图。

附图标记如下：底盘1，左支撑腿11，右支撑腿12，连板13，脚轮14，立座2，机架安装槽21，滑槽22，弧形槽23，电气柜3，辐射头运动模块4，机架41，并联运动平台42，固定座421，伸缩杆422，动平台423，圆盘形安装座 43，圆孔44，辐射头5，串联机械臂6，射线阻挡模块7，支架71，支撑框711，支撑平台712，升降架713，支撑杆7131，中心轴7132，上滑动连杆7133，下滑动连杆7134，二维运动平台72，射线阻挡器73。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1-图4所示，一种术中放射治疗机器人，包括底盘1、立座2、电气柜 3、辐射头运动模块4、辐射头5、串联机械臂6、射线阻挡模块7，其中，立座 2和电气柜3并排地固定安装在底盘1上，辐射头运动模块4可升降地安装在立座2上，辐射头5固定安装在辐射头运动模块4上，串联机械臂6安装在立座2 上。

如图6、图7所示，底盘1包括左支撑腿11和右支撑腿12、连板13和四个脚轮14，其中，左支撑腿11和右支撑腿12分别固连在连板13的两侧，构成 U形结构，四个脚轮14分别安装在底盘1的四个角处，通过控制各脚轮的转速和转向可实现底盘的左右、前后、旋转等平面运动。可以理解的是，各脚轮14 可采用麦克纳姆轮，并由电机驱动，通过控制各脚轮的转速和转向，可灵活实现术中放疗机器人的前后、左右和旋转等平面运动。

如图1所示，立座2具有机架安装槽21，机架安装槽21的两侧分别设有滑槽22，立座2前部或侧面有串联机械臂安装孔。立座2前部可有一弧形槽23。

辐射头运动模块4包括机架41、并联运动平台42，机架41可升降地安装在立座2上，并联运动平台42安装在机架41上。机架41两侧固连有滑动导轨，所述滑动导轨安装到立座2上的滑槽中，机架41上部固定地设置有一圆盘形安装座43，所述圆盘形安装座43的中心处开有用于布置线缆的圆孔44。机架降至最低位置时，可以如图1所示，机架41上的圆盘形安装座43可贴紧立座2 上的弧形槽23，也可以如图2所示，圆盘形安装座43下方的平面贴紧立座2上部平面。

如图5所示，并联运动平台42包括固定座421、六个伸缩杆422、用于安装辐射头5的动平台423，其中，固定座421固定安装在机架41的圆盘形安装座43上，各伸缩杆422的一端均铰接在固定座421上，另一端均铰接在动平台 423上，通过控制各伸缩杆422的伸缩运动可实现动平台423的多自由度运动。

如图6、图7所示，射线阻挡模块7包括支架71、二维运动平台72、射线阻挡器73，支架71安装在底盘1的支撑腿上，二维运动平台72安装在支架71 上，射线阻挡器73安装在二维运动平台72上，在二维运动平台72的带动下，射线阻挡器73可进行平移运动，从而对准辐射头5发出的射线束，以吸收穿过患者身体后多余的射线，且同时起到配重作用，防止术中放射治疗机器人重心不稳。

如图6所示，支架71可采用固定高度的框架结构，包括支撑框711和用于安装二维运动平台72的支撑平台712，支撑框711的底部固定安装在底盘1的支撑腿上，支撑平台712固定安装在支撑框711上，支撑平台712位于辐射头5 的下方。

如图7所示，支架71高度可调，包括升降架713和支撑平台712，其中，升降架713安装在底盘1的支撑腿上，支撑平台712固定安装在升降架713上，二维运动平台72固定安装在支撑平台712上，通过升降架713可调整射线阻挡器73相对治疗床板下部的高度，使射线阻挡器73以较小的平面移动即可对准射线束。

如图7所示，升降架713为剪刀式升降架，包括四根支撑杆7131，中心轴 7132，上滑动连杆7133和下滑动连杆7134，每两根支撑杆7131中部连接成X 形升降架，两组X形升降架的中部通过中心轴7132连接，X形升降架的一根支撑杆一端铰接在底盘支撑腿上，另一端滑动地设置在支撑平台712上，X形升降架的另一个支撑杆一端铰接在支撑平台712上，另一端滑动地设置在底盘支撑腿上，上滑动连杆7133连接在两X形升降架支撑杆在支撑平台712上的滑动端，下滑动连杆7134连接在两X形升降架支撑杆在底盘支撑腿上的滑动端。

如图1和图2所示，术中放射治疗机器人处于初始收起状态以方便移动，其中，机架降至最低位置，并联运动平台各伸缩杆缩短至最短状态，串联机械臂处于折叠收起状态，射线阻挡器处于中位。操作人员可通过控制底盘底部的四个脚轮，将术中放疗机器人运送到手术室内任意指定的治疗位置。

如图3和图4所示，术中放射治疗机器人处于治疗状态，其基本的使用流程为，将图1所示处于收起状态的术中放射治疗机器人移动至手术床附近，先进行粗对准操作，即医生将限束筒固连在串联机械臂末端的夹持器上，然后手动引导机械臂将限束筒放置到瘤床附近，但不贴紧瘤床，术中放射治疗机器人根据串联机械臂各关节角度解算出限束筒此时的空间位姿，并计算出实现辐射头和限光对中所需的并联运动平台运动参数，机架运动参数及底盘移动参数，然后术中放射治疗机器人自动执行各运动参数，在保持限束筒位姿不变的情况下完成粗对准操作，之后外科大夫手动引导机械臂运动限光筒贴紧瘤床，然后术中放疗机器人解算并联运动平台运动参数，并自动调整辐射头位姿，完成精准对中操作，最后，根据辐射头的位置解算出射线阻挡器的运动参数，使射线阻挡器对准射线束中心轴，完成出束治疗前的准备工作。

上面已经参照特定实施例描述了本实用新型的原理。本领域技术人员将理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，而是在不脱离本实用新型的思想和范围的情况下可以进行细节和形式上的许多修改和变化。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物定义。

Claims (10)

1.一种术中放射治疗机器人，其特征在于，包括底盘、立座、电气柜、辐射头运动模块、辐射头、串联机械臂、射线阻挡模块，其中，所述立座和所述电气柜并排地固定安装在所述底盘上，所述辐射头运动模块可升降地安装在所述立座上，所述辐射头固定安装在所述辐射头运动模块上，所述串联机械臂安装在所述立座上。

2.如权利要求1所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述底盘包括左支撑腿、右支撑腿、连板和四个脚轮，其中，所述左支撑腿、右支撑腿分别固连在所述连板的两侧，构成U形结构，四个所述脚轮分别安装在所述底盘的四个角处，通过控制各脚轮的转速和转向实现所述底盘的左右、前后、旋转等平面运动。

3.如权利要求1所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述立座具有机架安装槽，所述机架安装槽的两侧分别设有滑槽，所述立座前部或侧面有串联机械臂安装孔。

4.如权利要求1所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述辐射头运动模块包括机架、并联运动平台，所述机架可升降地安装在所述立座上，并联运动平台安装在机架上。

5.如权利要求4所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述机架两侧固连有滑动导轨，所述滑动导轨安装到所述立座上的滑槽中，所述机架上部固定地设置有一圆盘形安装座，所述圆盘形安装座的中心处开有用于布置线缆的圆孔。

6.如权利要求4或5所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述并联运动平台包括固定座、六个伸缩杆、用于安装辐射头的动平台，其中，所述固定座固定安装在所述机架的圆盘形安装座上，各伸缩杆的一端均铰接在所述固定座上，另一端均铰接在所述动平台上，通过控制各伸缩杆的伸缩运动可实现所述动平台的多自由度运动。

7.如权利要求1所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述射线阻挡模块包括支架、二维运动平台、射线阻挡器，所述支架安装在所述底盘的支撑腿上，所述二维运动平台安装在所述支架上，所述射线阻挡器安装在所述二维运动平台上，射线阻挡器可在二维平台带动下对准辐射头发出的射线束。

8.如权利要求7所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述支架为具有固定高度的框架结构，包括支撑框和用于安装所述二维运动平台的支撑平台，所述支撑框的底部固定安装在所述底盘的支撑腿上，所述支撑平台固定安装在所述支撑框上。

9.如权利要求7所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述支架高度可调，包括升降架和支撑平台，其中，所述升降架安装在所述底盘的支撑腿上，所述支撑平台固定安装在所述升降架上，所述二维运动平台固定安装在所述支撑平台上。

10.如权利要求9所述的术中放射治疗机器人，其特征在于，所述升降架为剪刀式升降架，包括四根支撑杆，中心轴，上滑动连杆和下滑动连杆，每两根支撑杆中部连接成X形升降架，两组X形升降架的中部通过所述中心轴连接，X形升降架的一根支撑杆一端铰接在底盘支撑腿上，另一端滑动地设置在所述支撑平台上，X形升降架的另一个支撑杆一端铰接在所述支撑平台上，另一端滑动地设置在底盘支撑腿上，所述上滑动连杆连接在两X形升降架支撑杆在所述支撑平台上的滑动端，所述下滑动连杆连接在两X形升降架支撑杆在底盘支撑腿上的滑动端。

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