TWI845689B

TWI845689B - 患者定位裝置

Info

Publication number: TWI845689B
Application number: TW109117338A
Authority: TW
Inventors: 馬帝亞斯巴克
Original assignee: 德商畢宜斯科技有限公司
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2024-06-21

Abstract

一種患者定位裝置(1)，特定言之用於硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy；BNCT)，該裝置包含一機器手臂(2)及固持於該機器手臂(2)處之一患者收容器(3)。該患者定位裝置(1)包含用於該機器手臂(2)之一外殼總成(4)。該外殼總成(4)包含至少部分地包圍該機器手臂(2)之至少一個外殼單元(17，18，19，20，21)。該外殼單元(17，18，19，20，21)固定於該機器手臂(2)處。該患者定位裝置(1)包含針對電離輻射之一屏蔽件(33)。該屏蔽件(33)之至少一個部分配置於該外殼單元(17，18，19，20，21)處。

Description

患者定位裝置

本發明係關於一種患者定位裝置，特別是用於硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy；BNCT)的患者定位裝置，其包含機器手臂及固持於機器手臂處之患者收容器。

EP 1 985 237 A1揭示一種患者定位裝置，其包含機器手臂及固持於該機器手臂處之患者收容器。

當照射腫瘤組織時，使用電離輻射。特定言之，用於硼中子捕獲治療(boron neutron capture therapy；BNCT)中之輻射為極具侵襲性的且特定言之損壞電子組件。為了保護電子組件免受電離輻射，已知例如呈板或箔片形式市售之屏蔽裝置。

本發明之目標為提供可在具有電離輻射之環境中使用且具有簡單組態的前述種類之患者定位裝置。

此目標係藉由一種患者定位裝置來解決，其中患者定位裝置包含用於機器手臂之外殼總成，外殼總成包含至少部分地包圍機器手臂之至少一個外殼單元，其中外殼單元固定於機器手臂處，且其中患者定位裝置包含針對電離輻射之屏蔽件，其中屏蔽件之至少一個部分配置於外殼單元處。

結合患者定位裝置使用之機器手臂通常不為用於患者定位之定製產品，而為用於工業製造之習知機器手臂。此類機器手臂不具有針對電離輻射之屏蔽件。為了能夠將此類機器手臂用於患者定位裝置，本發明提供用於機器手臂之外殼總成，該外殼總成包含至少部分地包圍機器手臂之至少一個外殼單元。該外殼單元固定於該機器手臂處。因此，外殼單元在操作中與機器手臂一起移動。該患者定位裝置包含針對電離輻射之屏蔽件，其中該屏蔽件之至少一部分配置於該外殼單元處。根據本發明，因此規定該屏蔽件並不緊接著配置於該機器手臂自身處而係配置於至少部分地包圍該機器手臂之外殼單元處。

由於屏蔽件並不設置於機器手臂處而是設置於包圍機器手臂之外殼單元處，因此屏蔽件可至少部分地配置於距機器手臂一定距離處。此在操作期間會變熱之驅動區中係尤其有利的。歸因於該距離，一方面防止熱量對屏蔽件之損壞，且另一方面可確保圍繞變熱之機器手臂之部分(例如圍繞驅動)的空氣循環令人滿意。

由於屏蔽件並不緊接著配置於機器手臂處，因此屏蔽件組態可能具有與機器手臂之幾何形狀偏離之幾何形狀。外殼單元之幾何形狀可能適於屏蔽件之幾何要求。至少一個外殼單元可經設計以使得屏蔽件可以簡單方式附接至外殼單元，例如，以箔片或板或複數個板之形式。出於此目的，外殼單元有利地包含具有軟過渡且無邊緣或僅幾個邊緣之平滑幾何形狀。具有較大表面積之幾何形狀對於施加屏蔽件為特別有利的。有利的為例如基於具有圓角之長方體、截錐、具有圓角之截角錐、球體、橢球、半球、圓柱或其他幾何基本形狀之幾何形狀。

有利地，外殼單元包含至少一個可移式蓋板。有利地，屏蔽件之至少一部分固持於蓋板處且可與蓋板一起移除。以此方式，外殼單元可經設計以使得待服務或修理之機器手臂之組件可藉由移除蓋板容易地接近。由於屏蔽件固持於蓋板處且可與蓋板一起移除，因此可靠地防止例如在機器手臂處之服務操作期間對屏蔽件之損壞。以此方式，實現通常極昂貴屏蔽件之較長使用壽命。由於屏蔽件並非緊接著配置於機器手臂處，例如膠合至機器手臂上，而是可至少部分地與外殼單元之蓋板一起移除，因此防止屏蔽件在服務或修理操作期間可受損且因此必須部分或完全更換。

在一有利組態中，用於機器手臂之屏蔽件之所有部分固定於外殼總成處。較佳地，外殼總成之所有區段具備屏蔽件，特定言之完全襯有屏蔽件。

在一有利組態中，該屏蔽件配置於該外殼單元之內側處。以此方式，保護屏蔽件免受外部機械影響及與其相關聯之可能損壞。

有利地，機器手臂包含可相對於彼此移動之複數個區段。在一有利組態中，提供用於機器手臂之各區段之單獨外殼單元。以此方式，外殼單元可與機器手臂之各別區段一起移動，且以簡單方式在機器手臂移動時，預防機器手臂之區域自外殼總成離開且可能會因此暴露於電離輻射。

當至少一個外殼單元包含固定於該機器手臂之區段的基座主體及可拆卸地固持於該基座主體處之蓋板時，產生簡單組態結果。在此背景下亦可提供複數個基座主體及/或複數個蓋板。亦可規定基座主體及/或蓋板係由固定地彼此連接之複數個組件建構。在一有利組態中，以任何方式設置於機器手臂處之螺釘連接點用於在機器手臂處固定基座主體，從而使得以簡單方式可能將至少一個基座主體固定於機器手臂處。基座主體有利地經組態，使得其在常見服務及修理操作中一定不能移除。因此，對於機器手臂處基座主體之附件，亦可設想到關於拆卸更複雜之附件。機器手臂處基座主體之附件可有利地部分或完全地配置於外殼單元之外殼內部中。機器手臂處基座主體之附件可包含例如在外殼內部中延伸之托架或夾持輪廓。該蓋板藉助於緊固構件有利地固定於基座主體處，該等緊固構件易於自外部接近。緊固構件之位置可經選擇，以使得提供良好可接近性，此係因為蓋板之緊固構件於基座主體處之位置獨立於機器手臂之可能的螺釘連接點之位置。

為了簡化蓋板於基座主體處之安裝，有利地規定至少一個外殼單元包含用於相對於基座主體定位蓋板之構件。在一有利組態中，用於相對於基座主體定位蓋板之構件係由圓周輪緣形成。亦可提供個別定位銷、插入斜塊或其類似者作為用於相對於基座主體定位蓋板之構件。用於相對於基座主體定位蓋板之構件之不同構造組態亦可為有利的。

有利地，至少一個外殼單元至少部分地具備阻尼層。可特定地提供此類阻尼層以便防止機器手臂與其他物件碰撞時損壞。當阻尼層配置於屏蔽件外部時，特定地產生有利組態，亦即，屏蔽件因此經定位比阻尼層更接近於外殼內部。以此方式，阻尼層之阻尼作用並未由屏蔽件改變或影響。

有利地，阻尼層固持於外殼單元之支撐結構處。該支撐結構較佳為外殼單元之內殼。在一特別較佳具體實例中，屏蔽件配置於內殼之內側處且阻尼層配置於內殼之外側處。支撐結構之不同組態(例如，呈個別肋狀物之形式或呈柵格結構之形式)亦可為有利的。在一有利組態中，阻尼層係藉由外包絡(outer envelope)覆蓋。以此方式，達成患者定位裝置之合意的外部。有利地，阻尼層包含彈性阻尼材料。阻尼材料可為例如發泡體材料或其類似材料。替代地或另外，阻尼層可包含一個或複數個充氣墊。至少一個充氣墊之阻尼作用係藉由封閉之氣體獲得。封閉之氣體特定言之為空氣。封閉之氣體可與觸動感應器同時使用，例如在於量測氣體之壓力波動。外包絡可形成封閉氣體之墊之一部分。然而，亦可規定將氣體配置於墊中，繼而，該墊由外包絡覆蓋。

特別較佳地，至少一個觸動感應器配置於阻尼層中。觸動感應器在例如由於與物件之非所要接觸而壓縮阻尼層時產生對應信號，且可對應地控制機器手臂，例如，可將其關閉。特別較佳地，複數個觸動感應器配置於阻尼層中。觸動感應器在阻尼層之每個位置處相對於彼此有利地具有小於10cm之距離。以此方式，可以簡單方式確定表面中之可能接觸。

機器手臂較佳為具有至少五個，特定言之具有至少六個旋轉運動軸之機器手臂。機器手臂有利地包含基座框架、圍繞第一旋轉運動軸可旋轉地支撐於該基座框架處之回轉料架、圍繞第二旋轉運動軸可旋轉地支撐於該回轉料架之搖臂、可旋轉地支撐於該搖臂處之臂及支撐於該臂處之把手。該把手較佳具有三個旋轉運動軸。然而，機器手臂之不同組態亦可為有利的。

1:患者定位裝置

2:機器手臂

3:患者收容器

4:外殼總成

5:基座框架

6:回轉料架

7:搖臂

8:臂

9:把手

10:緊固凸緣

11:第一旋轉運動軸

12:第二旋轉運動軸

13:第三旋轉運動軸

14:第四旋轉運動軸

15:第五旋轉運動軸

16:第六旋轉運動軸

17:第一外殼單元

18:第二外殼單元

19:第三外殼單元

20:第四外殼單元

21:第五外殼單元

22:第六外殼單元

23:基座主體

24:蓋板

25:緊固螺釘

26:緊固螺釘

27:內殼

28:阻尼層

29:外包絡

30:阻尼材料

31:觸動感應器

32:電纜線束

33:屏蔽件

34:外殼壁

35:圓周輪緣

36:緊固網

37:緊固螺釘

38:外殼內部

39:內側

40:天花板

41:托架

42:緊固螺釘

43:夾持輪廓

a:距離

b:距離

d:厚度

下文藉助於圖式來解釋本發明之具體實例。其展示於以下圖式中：[圖1]為患者定位裝置之側視圖；[圖2]為圖1之患者定位裝置在圖1中之箭頭II方向上之側視圖；[圖3]至[圖6]為圖1及圖2之患者定位裝置之部分截面視圖，其中外殼總成示為部分截面的，且因此配置於外殼總成中之機器手臂為可見的，且其中患者收容器僅示於圖6中；[圖7]及[圖8]為根據圖1及圖2之視圖之患者定位裝置之示意圖，其中外殼總成用虛線圖示且配置於外殼總成中之機器手臂用實線圖示，且其中患者收容器及緊固凸緣處之外殼單元未示出；[圖9]為對應於圖1之視圖的患者定位裝置之側視圖，其中患者收容器、基座框架之外殼單元及緊固凸緣之外殼單元未示出；[圖10]為在圖9中之箭頭X方向上之側視圖；[圖11]為沿圖10中之線XI-XI之截面圖示；[圖12]為圖11之截面平面中之患者定位裝置之構造的示意圖； [圖13]為圖12之細節XIII之放大圖示；[圖14]至[圖16]為機器手臂處之外殼單元之不同附件的示意圖。

圖1及圖2展示患者定位裝置1。使用此類患者定位裝置1以便相對於輻射裝置定位患者。由輻射裝置發射之射束特定言之為電離輻射束。此類輻射裝置特定言之用於腫瘤治療中。特別較佳地，輻射裝置為用於硼中子捕獲治療(BNCT)之輻射裝置。患者定位裝置1包含支撐患者收容器3之機器手臂2(圖6)。在具體實例中，患者收容器3為患者台。患者收容器3亦可以不同形式組態，例如組態為座位。在具體實例中，患者定位裝置1固定至房間之天花板40。地板處之固定亦可為有利的。

如圖3及圖4中所示，機器手臂2係由外殼總成4包圍。在圖1及圖2中，示出完整外殼總成4；在圖3至圖6中，該外殼總成示為部分截面的，從而使得配置於外殼總成4中之機器手臂2為可見的。如圖3中所示，機器手臂2緊接著固持於房間之天花板40處。在一替代性具體實例中，亦可規定機器手臂2固定於線性導引件處，繼而，該線性導引件固持於房間之天花板40處。線性導引件形成線性移動裝置，其使整個機器手臂2沿空間軸(較佳地水平空間軸)移動。以此方式，擴大患者定位裝置1之移動範圍。配置於地板處之線性導引件亦可為有利的。亦可提供不同線性移動裝置。當機器手臂2固持於線性移動裝置處時，機器手臂2可經定位用於輻射治療，使得機器手臂2受電離輻射的影響儘可能小。

如圖3及圖4中所示，機器手臂2包含基座框架5。機器手臂2另外包含回轉料架6、搖臂7、臂8及把手9。把手9包含緊固凸緣10，患者收容器3固定於該緊固凸緣處。

基座框架5可固定於房間之天花板40處或替代地固定於線性導引件處或固定於房間之地板處。回轉料架6支撐於基座框架5處以便可圍繞第一旋轉運動軸11旋轉。第一旋轉運動軸11在具體實例中為垂直定向的。在回轉料架6處，圍繞第二旋轉運動軸12可旋轉地支撐搖臂7。如圖1至圖3中所示，第二旋轉運動軸12在具體實例為水平定向的。搖臂7具有細長組態。第二旋轉運動軸12配置於搖臂7之一個末端處，且第三旋轉運動軸13配置於搖臂7之第二末端處。在具體實例中，第三旋轉運動軸13平行於第二旋轉運動軸12延伸。在圖1及圖2中所示之第三旋轉運動軸13處，機器手臂2之臂8(圖4及圖6)可樞轉地支撐。臂8具有細長組態且在第一末端區域中圍繞第三旋轉運動軸13可旋轉地支撐於搖臂7處。在其另一末端之區域中，臂8支撐把手9。如圖1、圖2及圖3中示出，把手9圍繞第四旋轉運動軸14可旋轉地支撐於臂8處。在具體實例中，第四旋轉運動軸14在臂8之縱向方向上定向。把手9包含垂直於第四旋轉運動軸14定向之第五旋轉運動軸15，且進一步包含垂直於第五旋轉運動軸15延伸之第六旋轉運動軸16。把手9包含在圖5及圖6中可見之緊固凸緣10，如圖6中所示，患者收容器3固定於該緊固凸緣處。

基座框架5、回轉料架6、搖臂7、臂8以及把手9形成機器手臂2之可相對於彼此移動之區段。外殼總成4包含包圍機器手臂2之不同區段之複數個外殼單元17至22。如圖1至圖6中所示，提供包圍基座框架5之第一外殼單元17。第二外殼單元18包圍回轉料架6。第三外殼單元19包圍搖臂7。第四外殼單元20包圍臂8。第五外殼單元21圍繞把手9。第六外殼單元22包圍緊固凸緣10。對於機器手臂2之可相對於彼此移動之區段，因此設置外殼總成4之不同外殼單元17至22。外殼單元17至22經組態以使得機器手臂2之移動不會受外殼單元17至22影響。同時，形成外殼單元17至22，使得機器手臂2在機器手臂2之任何位置中大部分(特定言之完全)由外殼總成4包圍。電離輻射可有利地僅穿過外殼總成4至機器手臂2。外殼單元17至22並不完全封閉機器手臂2之區段。外殼單元17 至22具有開口，機器手臂2之區段經由該等開口彼此連接。

圖9詳細展示外殼總成4，其中外殼單元17及22未示出。

如圖9中所示，外殼單元18包含基座主體23以及蓋板24。蓋板24藉由緊固螺釘26有利地固定於基座主體23處。因此，可移除蓋板24。基座主體23有利地固定於機器手臂2自身處。包圍搖臂7之外殼單元19亦包含基座主體23以及蓋板24。基座主體23例如藉由緊固螺釘37固定於機器手臂2處。緊固螺釘37較佳旋擰至機器手臂2處已存在之螺釘連接點中。緊固螺釘26分別鄰近於基座主體23處之兩個緊固螺釘25而配置。

在具體實例中，在圖11中可見之緊固網36設置於外殼單元19內部，緊固螺釘25及26旋擰至外殼單元19中。以此方式，蓋板24固定於基座主體23處。基座主體23上之蓋板24之不同種類之固定可為有利的，例如，藉助於旋擰至基座主體23中之緊固螺釘或藉助於其他緊固構件。

以對應方式，外殼單元20及21分別由基座主體23及蓋板24建構。蓋板24分別經配置，使得機器手臂2之待服務之組件(例如，電驅動、電纜連接及其類似者)在移除蓋板24之後可容易地接近。

如圖10中所示，包圍搖臂7之外殼單元19在具體實例中具有雙殼組態。基座主體23之兩個殼封閉軸承位置，搖臂7在該等軸承位置處可樞轉地支撐於回轉料架6處或臂8處。第三外殼單元19之蓋板24及包圍臂8之第四外殼單元20之蓋板24自相對側附接至相關基座主體23。包圍緊固凸緣10之第六外殼單元22(圖1)可整體形成於第五外殼單元21之蓋板24處或可單獨地實施。第六外殼單元22有利地不由基座主體及蓋板建構，但可與第五外殼單元21之蓋板24一起完全可移除。有利地，包圍回轉料架6、搖臂7及臂8之至少外殼單元18、19及20係由基座主體23及蓋板24建構。

如圖11之截面圖示所示，亦即，在經由機器手臂2之臂8所示的截面圖示中，機器手臂2圍繞其整個圓周距外殼總成4包含距離a。機器手臂2包含相對不規則外部輪廓，該外部輪廓亦包含銳邊。與此相反，外殼總成4具備圓形邊緣及筆直或彎曲輪廓。外殼單元20包含包圍外殼內部38之外殼壁34。在外殼內部38中，機器手臂2之臂8經配置。亦如圖11中可見，外殼單元20之外殼壁34具有多殼組態。對應地建構外殼總成4之額外外殼單元17至19、21及22。外殼單元17至22各自具有內殼27。在具體實例中，內殼27形成外殼單元17至22之支撐結構。在具體實例中，除外殼壁34中之開口之外，內殼27具有閉合組態，該等開口充當用於將機器手臂2之區段彼此連接之通路。然而，亦可提供支撐結構之肋狀組態。外殼總成4之外殼壁34包含外包絡29。在具體實例中，外包絡29具有極薄組態且有利地為彈性的。在內殼27與外包絡29之間，配置有阻尼層28，其組件未在圖11中示出。

圖12示意性地展示機器手臂2於外殼總成4中之配置；臂8展示於圖式中。機器手臂2在所有側面上相對於外殼壁34包含距離a。外殼壁34包圍外殼內部38。在具體實例中，電纜線束32在鄰近於臂8之外殼內部38中延伸。電纜線束32可包含例如用於電力供應之電纜，例如用於電驅動及感應器之供應，或用於傳輸感應器信號之數據線。如圖12中示意性地說明，屏蔽件33配置於外殼單元20之定界外殼內部38之內側39處。屏蔽件33用於相對於電離輻射之屏蔽。此類屏蔽件可例如以箔片之形式實施。此外，可提供呈板或其類似形式之屏蔽件。屏蔽件33固定地連接至外殼總成4。屏蔽件33之區段在此背景下固定於基座主體23處，且屏蔽件33之另一區段固定於蓋板24處。在一特別有利組態中，屏蔽件33跨越基座主體23及蓋板24中之表面膠合。

圖13詳細展示外殼壁34之組態。自內部至外部，外殼壁34係由屏蔽件33、內殼27、阻尼層28及外包絡29建構。在阻尼層28中，配置阻尼材料30。阻尼材料30可例如藉由發泡材料元件形成。有利地，觸動感應器31在阻尼材料 30之鄰近區段之間延伸。觸動感應器31可實施為例如感測邊緣。屏蔽件33配置於外殼壁34之內側39處。阻尼層28之厚度d有利地相對較大。阻尼層28之厚度d可合計為例如0.5cm至15cm。阻尼層28之厚度d特定言之合計為0.5cm至3cm。阻尼層28之厚度d有利地與機器手臂2之行進速度匹配，其中較大厚度d有利對應於較大行進速度。外包絡29有利地為彈性的以使得阻尼層28之阻尼作用僅最低限度地由外包絡29影響。當外包絡29接觸物件時，阻尼層28壓縮。此削弱作用於物件之力。一旦與物件接觸，致動至少一個觸動感應器31。因此，接觸藉由患者定位裝置1辨識，且機器手臂2可相應地受控制，例如停止。由於屏蔽件33配置於外殼壁34之內側39處，因此屏蔽件33並不影響阻尼層28之阻尼特徵。同時保護屏蔽件33免於機械效應，使得避免對屏蔽件33之損壞。

在一替代具體實例中，規定阻尼層28包含一個或多個產生阻尼作用之充氣墊，特定言之空氣墊。墊可藉由外包絡29覆蓋。可替代地，墊之面向外部分可形成外包絡29。在一較佳具體實例中，墊內之壓力經監測及評估以便偵測墊與物件之接觸。至少一個墊因此形成觸動感應器。充氣墊與阻尼材料之組合可為有利的。

為了確保每次接觸都由外殼總成4偵測到，鄰近觸動感應器31之間的距離b有利地合計為小於10cm，特定言之小於5cm。

如圖11中所示，基座主體23包含圓周輪緣35，其突出至蓋板24之對應形狀之凹陷中。以此方式，蓋板24可定位於基座主體23處且較佳預固定於該基座主體處。以此方式，總成得以簡化。

圖14至圖16展示基座主體23固定於機器手臂2處之不同變化形式。在根據14圖之具體實例中，提供托架41，該托架藉由其末端固定於基座主體23處。托架41可例如螺釘連接於基座主體23處或可膠合於其上。托架41藉助於之一個或複數個緊固螺釘42而螺釘連接於機器手臂2處。以此方式，托架41將基座主體23固定於機器手臂2處。

在根據15圖之具體實例中，夾持輪廓43例如藉由膠合或藉由螺釘固定於基座主體23處。夾持輪廓43至少部分地在相對側處包圍機器手臂2。以此方式，機器手臂2以適配形式固定於夾持輪廓43處。另外，夾持輪廓43可螺釘連接至機器手臂2，特定言之用於固定該夾持固定。

根據圖16之具體實例展示在基座主體23處，兩個托架41配置於機器手臂2之相對側處之組態。機器手臂2夾持於兩個托架41之間。此外，藉由一個或複數個緊固螺釘之額外固定可為有利的。托架41可藉由膠合或藉助於螺釘固定於基座主體23處。亦可規定托架41歸因於其固有張力而彈性地固持於基座主體23處。用於將基座主體23固定於機器手臂2處之其他緊固種類亦可為有利的。

在具體實例中，詳細地說明外殼單元20之組態。額外外殼單元17、18、19及21有利地對應經組態。第六外殼單元22亦可相應地經組態。外殼壁34之組態對於外殼總成4之所有外殼單元較佳為相同的。用於將基座主體23固定於機器手臂2處之所有所描述之固定變化形式對於所有外殼單元17至22亦為可設想的。其他種類之固定亦可為有利的。