CN2897310Y - 高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，包括整机升降机构、旋转机构、偏摆机构及安装其上的聚焦超声发射源和B超监测机构，升降机构在底层，升降机构上面与旋转机构连接，偏摆机构的偏摆工作台置于旋转机构上的旋转支座的两个支臂之间，与旋转支座的两个支臂轴连，偏摆工作台与偏摆驱动机构连接。聚焦超声发射源的底部通过轴承与偏摆工作台连接，B超监测头安放在聚焦超声发射源的中心孔处，B超监测头与旋转机构或相关旋转部件连接，聚焦超声发射源的边缘通过止动杆和导向支座与升降机构的升降工作台连接定位。B超监测头安装在B超升降机构内筒上，B超升降机构内筒置于B超升降机构导向筒中，偏摆工作台与B超升降机构内筒之间由旋转连动机构连接。

Description

高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置

技术领域

本实用新型涉及一种高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，可适用于高强聚焦超声肿瘤治疗机中的多轴执行立体定位系统，属于医疗器械领域。

背景技术

高强聚焦超声肿瘤治疗是近年兴起的一种高效的体外微创局部治疗技术，利用换能器发出的超声波穿透深度大、指向性强、聚焦性能好的特性，采用体外发射、体内聚焦的技术方式，将多束低能量的超声波聚焦起来，深入人体肿瘤内部，形成高能量区，与放大镜聚焦阳光在焦点处产生巨大能量相似，可瞬间使肿瘤组织局部升温，产生凝固性坏死，失去增殖、浸润、转移能力，最终杀死癌细胞，而对正常人体组织无任何损伤。高强聚焦超声肿瘤治疗机由治疗主机、电气控制系统、超声系统、治疗计划软件、水处理系统等五部分组成。治疗主机是聚焦超声治疗机中的关键的部分，其属于机械运动机构。在治疗的过程中，病员的病灶部位处于治疗床上的空间上。聚焦超声发射源处于治疗床的下方。机械运动机构使聚焦超声发射源的焦点达到病灶。

文献检索发现有关聚焦超声治疗机的中国发明专利CN02113721.8“肿瘤治疗超声聚焦刀”中描述的高强聚焦超声肿瘤治疗机，由组合治疗头、超声功率源、介质水处理装置、B超机、治疗床、主控制器和工控机组成，所述五维运动机构的五维运动由x、Y、z、θ、γ运动组成：X、Y、Z的运动机构是一样的：伺服电机通过减速器传送到滚珠丝杆，滚珠丝杆带动托板在导轨上运动，旋转编码器与滚珠丝杆连接，X、Y、Z三个运动机构叠加就构成三维直角坐标系运动机构；伺服电机通过减速器连接弧形臂上的同步带，同步带固定有滑块，组合治疗头固定在滑块上使组合治疗头沿弧形臂运动且与Y坐标保持在同一平面上，形成Y坐标运动完成二维断面在Y坐标平面内的弧形运动，弧形臂固定在X、Y、Z三个单运动机构叠加构成三维运动装置上；气动筒通过连杆带动组合治疗头绕自身轴心转动形成O坐标运动，完成两个相互垂直且轴对称二维诊断面的转换；五维运动机构的控制是由工控机通过主控制器将运动信号传送到前端控制器，前端控制器控制伺服运动机构带动组合治疗头运动，运动检测器将检测到的位置信号反馈到前端控制器，再通过主控制器反馈到工控机，实现运动的闭环控制。中国实用新型专利CN99201009.8“高强度聚焦超声治疗系统中的六坐标扫描装置”具有6个完全的自由度，实现对超声波焦点的空间定位和超声波传导路径的姿态控制。这种形式的扫描机构实质上与传统的6坐标数控机床完全一致。该装置主机座通过中心孔左端面连接板和倾斜机构的外壳连接，倾斜机构左端通过螺孔和四维机构外壳连接，四维机构内有三个互相垂直的直角坐标和一个水平回转坐标。能够实现6个完全的自由度，保障超声波焦点按照任意指定的路径和姿态实现肿瘤“切除”。但是，这种方案机械结构复杂，体积笨重，制造和安装成本较高。整个系统的刚度较差，从系统受力的角度来看，薄弱环节较多，不利于精度保持，维护和调整也比较麻烦。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述装置的缺点，以简化的系统结构和较低的制造成本，改变传统的空间运行机构的X、Y、Z三维直线方向的思维，采用底层升降、中层旋转、上层偏摆的结构，配合顶层监测病灶的B超探头升降一套多轴执行装置，从而实现聚焦超声发射源的焦点达到病灶的三维空间的每一个区域上。

本实用新型的技术方案：本实用新型的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置包括整机升降机构、旋转机构、偏摆机构及安装其上的聚焦超声发射源和B超监测机构，具体是：升降机构在底层，升降机构上面与旋转机构连接，在旋转机构之上安装偏摆机构，聚焦超声发射源的底部通过轴承与偏摆工作台连接，B超监测头安放在聚焦超声发射源的中心孔处，B超监测头与旋转机构或相关旋转部件连接，聚焦超声发射源的边缘通过止动杆和导向支座与升降机构的升降工作台连接定位。

所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其旋转机构的旋转盘33上面安装旋转支座25，偏摆工作台24与旋转支座25的两支臂通过轴26连接，偏摆齿轮23与偏摆工作台24连接，偏摆齿轮23与偏摆驱动机构22连接。

所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其偏摆机构的偏摆工作台置于旋转机构上的旋转支座的两个支臂之间，与旋转支座的两个支臂轴连，偏摆工作台与偏摆驱动机构连接。

所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其B超监测头安装在B超升降机构内筒上，B超升降机构内筒置于B超升降机构导向筒中，偏摆工作台与B超升降机构内筒之间由旋转连动机构连接；聚焦超声发射源的底部与B超升降机构导向筒连接，B超升降机构导向筒与偏摆工作台通过轴承连接；B超升降机构的内筒与B超升降驱动机构连接。

所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其B超升降驱动机构包括带动B超升降机构内筒的齿条，与齿条匹配的齿轮及其驱动电机。

所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其旋转机构底座34固定在升降机构的升降工作台46上，旋转盘33通过轴承与旋转机构底座34连接，旋转驱动电机3通过传动机构与旋转盘33连接。

本实用新型的优点：结构层次清晰，制造工艺容易，总体结构体积小，实现的效果能达到上述X、Y、Z等多维运动装置的效果。本多轴执行装置更加适于计算机程序通过PLC控制进行多维运动，使聚焦超声发射源的焦点达到病灶的三维空间的每一个区域上。控制组合探头的治疗点达到病灶的三维空间的每一个区域上对体内立体病灶实施空间覆盖三维移动，快速、有效、安全地实施治疗。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是聚焦超声发射源与偏摆工作台、B超升降机构的连接关系剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例

图1是本实用新型的整体结构示意图：

升降机构由升降丝杆副41、47进行升降传动，升降螺母47固定在固定架45的固定平板43上，升降丝杆41两侧是升降导向柱42、48，导向柱42、48在导向筒44、49中被动地运动，保证在升降时，整个装置的平稳性；升降工作台46固定在升降丝杆41、导向筒44、49之上，升降丝杆41、升降导向柱42、48下端悬空。升降丝杆41与升降驱动机构410连接。升降机构也可以采用齿轮、齿条传动。

旋转机构：旋转机构底座34固定在升降工作台46上，旋转从动齿轮即旋转盘33通过轴承与旋转机构底座34连接，旋转驱动电机3通过减速机31、传动齿轮32带动从动齿轮即旋转盘33旋转，使B超监测的探头6旋转，旋转范围180度。但是旋转机构底座34不发生旋转。

偏摆机构：旋转机构即旋转盘33上面安装旋转支座25，偏摆工作台24与旋转支座25的两臂通过轴26连接，21是轴承。偏摆工作台24上放置聚焦超声发射源5。偏摆齿轮23与偏摆工作台24连接，偏摆齿轮23与偏摆驱动机构22连接。偏摆驱动机构22带偏偏摆齿轮23转动，从而带偏摆工作台24偏摆，偏摆工作台24带动聚焦超声发射源5发生偏摆。偏摆机构执行偏摆的命令时，使聚焦超声发射源5发生偏摆并调整合适的高度，以保证聚焦超声源对准同一深度的不同靶点。

如图2：聚焦超声发射源5的底部与B超升降机构的导向筒13通过紧固件52连接，B超升降机构的导向筒13与偏摆工作台24通过轴承51连接。B超监测探头6安装在B超升降机构的内筒12上，B超升降机构的内筒12置于导向筒13中，偏摆工作台与B超升降机构内筒之间由旋转连动机构连接，以便B超监测的探头6随旋转机构旋转，具体可以是：与偏摆工作台连接的滑杆16的另一端的滑动头置于B超升降机构内筒底部的滑槽17内，以便偏摆工作台24随旋转盘33旋转时，内筒12跟着旋转，带动B超监测探头旋转。也可以是其它旋转连动机构。B超升降驱动机构包括固定在B超升降内筒12侧的齿条14，与齿条14匹配的齿轮15及其驱动电机11(见图1)。

如图1、图2聚焦超声发射源5的边缘通过止动杆8和导向支座7与升降机构的升降工作台46连接定位。B超升降机构的内筒与B超升降驱动机构连接。目的是旋转盘33旋转时，旋转盘(从动齿轮)33之上的所有部件(包括B超监测探头6)都发生旋转，但聚焦超声发射源5和B超升降机构的导向筒12不发生旋转。

聚焦超声发射源5不能发生的旋转的原因有二：一是因为聚焦超声发射源5的边缘通过止动杆8和导向支座7与升降机构的升降工作台46连接定位；二是如图2，聚焦超声发射源5的底部通过B超升降机构的导向筒13与偏摆工作台24轴连。偏摆工作台24随旋转盘(从动齿轮)33旋转时，内聚焦超声发射源5的止动杆8只能在导向支座7内上下活动，不能水平方向运动，使得聚焦超声发射源5只能发生偏摆，不能发生旋转，以保证连接在聚焦超声发射源上的物件如水囊等不发生扭转而致损坏。

B超升降机构：在B超升降驱动电机11带动下，齿轮15带动齿条14上下运动，从而带动B超监测头6上下运动。B超升降机构只会引起监测B超的升降。B超升降机构的作用是在治疗开始时，将B超监测的探头6(下降)由检查状态的位置回到原来的零位状态，以保证聚焦超声源5发出的超声不致于损伤B超的探头。

本实用新型的多轴执行装置的控制由计算机完成，同时协调相互之间的运动。整个治疗过程由程序来操作控制完成，开启聚焦超声治疗机后，首先进入一个使多轴执行装置的各轴处于一个初始化的状态，即零位。升起治疗床下方的B超监测的探头到一定的高度，以保证B超监测探头贴近治疗床上的病员的病灶的体表处。由于B超图像获取的是病灶的一个切面，而病灶是一个立体的实体，那么如何获取病灶的各个切面呢？方法是利用本实用新型的多轴执行装置中的旋转机构，使B超监测的探头作一个180度范围的旋转，这时根据医生的需要犹如切西瓜样把病灶实体分成一个个的层面，计算机保存下各个层面病灶轮廓的信息，并且计算出针对各个层面上病灶轮廓的靶点的空间坐标。

治疗开始时，B超监测的探头6通过B超升降机构由检查状态的位置回到原来的零位状态，以保证聚焦超声源5发出的超声不致于损伤B超的探头。此时多轴执行装置接受计算机的指令，反复来回地移动聚焦超声源5，将其焦点对准病灶轮廓的各个靶点，过程如下所述：

当计算机准备治疗病灶的某一个层面时，设计的程序是让多轴执行装置由深至浅进行治疗，当准备治疗这个层面上的较深靶点时，多轴执行装置中的升降机构接受升起的命令，升起聚焦超声发射源，使聚焦超声发射源的焦点对准轮廓的较深的靶点，当准备治疗这个层面上的较浅靶点时，多轴执行装置中的升降机构下降，使聚焦超声发射源的焦点对准轮廓的较浅的靶点，当治疗这个层面上的同一深度的不同靶点时，多轴执行装置中的偏摆机构执行偏摆的命令，同时作用多轴执行装置中的升降机构。使聚焦超声发射源发生偏摆并调整合适的高度，以保证聚焦超声源对准同一深度的不同靶点，从而起到治疗的作用。

当计算机准备治疗病灶另外的一个层面时，这时多轴执行装置中的旋转装置执行旋转的命令，以保证聚焦超声源的焦点在这个层面上进行活动，治疗靶点的过程方法同上一样。

由此看来，无论病灶的形状、深度、大小如何，升起并旋转多轴执行装置中的监测B超，都可以获取病灶的各个切面，不同深度的不同靶点，可以升降多轴执行装置中的升降机构进行治疗，同一深度的不同靶点，可以偏摆、升降多轴执行装置进行治疗，对于不同层面上的靶点，可以旋转多轴执行装置来完成治疗，因此，由于多轴执行装置的配合，可以实现高强聚焦超声治疗机的对病人的全方位治疗。

整个多轴执行装置的运行数据的计算是由计算机来完成的，各轴的运行精度达到±0.8mm，由带减速机伺服电机来提供动力，运行路径上的极限开关控制其运行的过程长度。

本实用新型的核心是针对现有技术存在的问题，改变传统的空间运行机构的X、Y、Z三维直线方向的思维，采用底层升降、中层旋转、上层偏摆的结构，配合顶层监测病灶的B超探头升降一套多轴执行装置，从而实现聚焦超声发射源的焦点达到病灶的三维空间的每一个区域上。因此，凡是采用底层升降、中层旋转、上层偏摆的结构，配合B超探头升降的一套多轴执行装置均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，包括整机升降机构、旋转机构、偏摆机构及安装其上的聚焦超声发射源和B超监测机构，其特征在于：升降机构在底层，升降机构上面与旋转机构连接，在旋转机构之上安装偏摆机构，聚焦超声发射源的底部通过轴承与偏摆工作台连接，B超监测头安放在聚焦超声发射源的中心孔处，B超监测头与旋转机构或相关旋转部件连接，聚焦超声发射源的边缘通过止动杆和导向支座与升降机构的升降工作台连接定位。

2.根据权利要求1所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其特征在于：旋转机构的旋转盘(33)上面安装旋转支座(25)，偏摆工作台(24)与旋转支座(25)的两支臂通过轴(26)连接，偏摆齿轮(23)与偏摆工作台(24)连接，偏摆齿轮(23)与偏摆驱动机构(22)连接。

3.根据权利要求1或2所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其特征在于：偏摆机构的偏摆工作台置于旋转机构上的旋转支座的两个支臂之间，与旋转支座的两个支臂轴连，偏摆工作台与偏摆驱动机构连接。

4.根据权利要求1或2所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其特征在于：B超监测头安装在B超升降机构内筒上，B超升降机构内筒置于B超升降机构导向筒中，偏摆工作台与B超升降机构内筒之间由旋转连动机构连接；聚焦超声发射源的底部与B超升降机构导向筒连接，B超升降机构导向筒与偏摆工作台通过轴承连接；B超升降机构的内筒与B超升降驱动机构连接。

5.根据权利要求4所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其特征在于：B超升降驱动机构包括带动B超升降机构内筒的齿条，与齿条匹配的齿轮及其驱动电机。

6.根据权利要求1或2所述的高强聚焦超声肿瘤治疗机多轴执行装置，其特征在于：旋转机构底座(34)固定在升降机构的升降工作台(46)上，旋转盘(33)通过轴承与旋转机构底座(34)连接，旋转驱动电机(3)通过传动机构与旋转盘(33)连接。