CN109847198A - 一种加速器调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种加速器调整装置，该调整装置包括机头承载架、机头升降调节装置和偏摆支架，本发明提供的加速器调整装置，可以分别对机头进行上下高度、左右偏摆位移的调整，解决了因图像造影设备结构限制造成的肿瘤与设备整体旋转治疗中心不同心问题，同时在有正常人体组织对肿瘤进行遮挡时可以进行放射源偏摆避开对正常人体组织的照射，缩短病人放射治疗时间，增加放疗效果。本发明的加速器调整装置用于图像造影设备引导的放疗设备，用以解决现有产品只能进行单维度放射治疗问题。
Description
技术领域
本发明涉及图像造影设备引导的放疗设备技术领域，具体而言，涉及一种加速器调整装置。
背景技术
恶性肿瘤是当前人类健康面临的主要威胁之一，并且呈现逐年上升的趋势。放射治疗通过高能放射线照射实现对肿瘤的治疗。由于高能射线不仅能杀死肿瘤细胞，同时也能对正常的组织细胞造成损伤，所以精确度是放疗技术的关键因素。
目前国内外进行的放疗***研究工作中，放射源机头只能围绕病床旋转，对患者肿瘤部位进行单维度放射治疗。例如美国ViewRay公司的MRIdian通过一个旋转机架，安装三个Co60远程治疗头，实现肿瘤的定位为与治疗。加拿大Alberta大学CCI（Cross CancerInstitute）通过一个门架圆环将磁共振造影***和直线加速器偶联在一起，通过门架的旋转带动放射***的旋转放射，但是放射源机头只能围绕病床旋转，不能做多角度多平面的放射治疗。
加速器放射元机头绕患者肿瘤做单维度放射治疗时，若有正常人体组织对肿瘤进行遮挡时将会对人体的正常组织造成损伤。为了避免造成遮挡肿瘤的正常组织的损伤，则需要进行不同方向的摆位照射治疗，或当照射到造成遮挡肿瘤的正常组织时关闭放射源，绕过正常组织时再打开放射源。以上操作不仅增加了患者放射治疗的时间和摆位难度，而且由于治疗床移动距离受限等，通常还会导致肿瘤中心点与***中心点偏移，不能保证各部位放疗剂量一致，同时也会造成被正常人体组织遮挡肿瘤放疗照射计量不够，从而不能达到有效的治疗效果。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种加速器机头调整装置，旨在解决现有的问题。
本发明提出了一种加速器调整装置，用于造影成像设备引导的放疗设备，所述机头调整装置包括机头承载架、机头升降调节装置和偏摆支架，所述机头承载架上设置有加速器机头和机头偏摆驱动定位装置，所述机头偏摆驱动定位装置可驱动加速器机头绕轴做回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈；所述机头升降调节装置位于机头承载架与偏摆支架之间，可上下伸缩调整机头承载架高度；所述偏摆支架为龙门支架，具有偏摆支架回转轴，偏摆支架上设有偏摆驱动装置，可驱动偏摆支架绕偏摆支架回转轴偏摆，从而带动加速器机头也绕所述偏摆支架回转轴偏摆；所述加速器机头调整装置通过所述偏摆支架直接跨接于所述造影成像设备两侧，或通过连接件设于所述造影成像设备的外侧。
进一步地，上述偏摆支架两侧还分别设有调心装置。
进一步地，上述调心装置包括：调心孔、偏心轴、滚轮轴承和偏心轴锁紧螺母；所述调心孔设于所述造影成像设备或所述连接件上，所述调心孔的中心位于所述偏摆支架回转轴上，所述调心孔内设有若干滚轮轴承，所述偏心轴穿过偏摆支架与所述滚轮轴承连接，通过所述偏心轴锁紧螺母锁紧。
进一步地，上述偏摆支架上还设有位置检测装置。
进一步地，上述位置检测装置为旋转编码器或光栅尺。
进一步地，上述机头升降调节装置由若干升降杆组成，所述升降杆为丝杠升降杆。
所述升降杆包括：中空的升降座和升降柱，升降柱通过滑动导向套套接与所述升降座内，升降座底部固定有电机，电机通过联轴器连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套设有滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母外套设有滚珠螺母座，且滚珠螺母座固定在所述升降柱的内壁上。
进一步地，上述机头升降调节装置由四根升降杆构成。
进一步地，上述的加速器调整装置还包括配重块，所述配重块位于偏摆支架的下方。
进一步地，上述配重块为金属配重块。
本发明提供的加速器调整装置，通过机头偏摆驱动定位装置、机头升降调节装置、偏摆支架的配合，可以分开对机头进行上下高度、及左右偏摆位移的调整，解决了因图像造影设备结构限制造成的肿瘤与设备整体旋转治疗中心不同心问题，即放射治疗照射的等中心问题，同时实现加速器放射源对肿瘤的多维度连续旋转照射治疗，在有正常人体组织对肿瘤进行遮挡时可以进行放射源偏摆避开对正常人体组织的照射，缩短病人放射治疗时间，增加放疗效果。本发明的加速器调整装置用于图像造影设备引导的放疗设备，用以解决现有产品只能进行单维度放射治疗问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的加速器调整装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的加速器调整装置的机头调节装置结构示意图；
图3A为本发明实施例提供的加速器调整装置的调心装置结构示意图一；
图3B为本发明实施例提供的加速器调整装置的调心装置结构示意图二；
图4A为本发明实施例提供的加速器调整装置与图像造影设备配置关系示意图一；
图4B为本发明实施例提供的加速器调整装置与图像造影设备配置关系示意图二；
图5为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备结构示意图；
图6A为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备等中心照射示意图一；
图6B为为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备等中心照射示意图二；
图7为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备的正常组织躲避照射示意图；
图8A为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备的配重块效果示意图一；
图8B为具有本发明实施例的加速器调整装置的图像造影设备引导的放疗设备的配重块效果示意图二；
1、加速器机头，2、偏摆支架，3、机头承载架，4、配重块，5、机头调节装置，6、偏摆支架驱动装置，7、位置检测装置，8、调心装置，9、机头偏摆驱动定位装置，10、图像造影设备，11、造影设备支架，12、造影设备回转轴承，13、造影设备回转轴，14、偏摆支架回转轴，15、机头偏摆回转轴，16、患者，17、***等中心点，18、肿瘤中心点19、人体正常组织， 20、肿瘤 ，21、固定螺钉，22、偏心轴锁紧螺母，23、偏心轴，24、轴承滚轮，25、调心孔，26、射线束，27、主屏蔽区，28、治疗室，29、连接件。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，3，为本发明实施例提供的用于图像造影设备引导的放疗设备的加速器调整装置；该调整装置包括机头承载架3、机头升降调节装置5和偏摆支架2。
机头承载架3上设置有加速器机头1和机头偏摆驱动定位装置9，加速器机头1内部装有发射源与多叶式准直器（MLC），用于发射射线对肿瘤进行放射治疗；机头偏摆驱动定位装置9位于所述加速器机头1***，可驱动加速器机头1围绕加速器机头偏摆回转轴15进行一定角度的回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈。
机头升降调节装置5位于机头承载架3与偏摆支架2之间，可上下伸缩调整机头承载架3高度。
偏摆支架2为龙门支架，具有偏摆支架回转轴14，其上设有偏摆驱动装置6，可驱动偏摆支架2绕偏摆支架回转轴14旋转；从而可以带动加速器机头1也可绕偏摆支架回转轴14偏摆。
加速器机头调整装置与图像造影设备10有两种配置关系，一种是将放疗加速器调整装置与图像造影设备10进行整合，使加速器调整装置与图像造影设备10同时旋转对肿瘤进行放射治疗，如图4A所示，通过偏摆支架2直接跨接于造影成像设备两侧。另一种配置关系是加速器调整装置通过连接件29安装在图像造影设备10外侧，可以独立进行旋转放射治疗，也可与图像造影设备10同时旋转进行放射治疗，如图4B所示。
下面参照图1-7，结合加速器调整装置与图像造影设备的第一种配置关系，来详细说明本发明的加速器调整装置的结构及工作原理。
如图5所示，一图像造影设备引导的放疗设备，具有如图1所示的加速器调整装置，其中偏摆支架2跨越安装在图像造影设备10的两侧，通过固定螺钉21固定于图像造影设备10上，偏摆支架2采用两侧同步驱动，带动加速器机头1及整个调整装置围绕偏摆支架回转轴14偏摆。图像造影设备10用于对患者肿瘤进行扫描成像，通过图像引导放疗装置对肿瘤进行精确的放射治疗，其图像造影设备10包括核磁MRI、CT、DR等，通过造影设备支架11固定和支撑整套放疗设备，造影设备支架11通过造影设备回转轴承12安装在图像造影设备10上，从而实现图像造影设备可绕造影设备回转轴13做回转运动。
放射治疗时，为保证效果，通常希望放射束的中心和要放疗的组织如肿瘤中心是一致的，这样保证各部位放疗剂量一致；同时要求为了尽量避免造成遮挡肿瘤的正常组织的损伤。
下面结合等中心照射和人体正常组织躲避的问题说明本发明的加速器机头调整装置是如何工作的。
等中心照射
参考图6A，理想的照射方式是将肿瘤中心点18通过移动治疗床等方式摆位至***等中心点17上（即***等中心点17和肿瘤中心点18是重合的，***等中心点17与造影设备回转轴13重合），加速器的机头1绕***等中心点17旋转，即可实现对肿瘤中心点18的等中心旋转。这种情况下，由于肿瘤中心点18位于放射源的旋转中心，因此在加速器机头1围绕造影设备回转轴13旋转过程中的各点处，加速器机头1离肿瘤中心点18的距离都是固定值，射线能量不会因为距离等因素导致在肿瘤中心点18处的剂量发生变化，从而实现等中心照射。
但实际应用中，由于造影设备种类、结构与成像原理的不同，导致治疗床的移动距离受限，不能随意摆位，因此可能导致肿瘤中心点18的位置偏离***等中心点17，如图6A所示，在此情况下，如果加速器机头1按原方式继续绕造影设备回转轴13旋转，会出现如射线束无法照射到肿瘤中心点18的情况。为了照射到肿瘤中心点18，现有的设备，只能通过围绕机头偏摆回转轴15偏转加速器机头1一定角度α，使射线束对准肿瘤中心点18进行照射。但按照这种方式，从加速器机头1到肿瘤中心点18的距离必然在旋转轨迹的各个位置不相同，如此导致射线到达肿瘤中心点18处的剂量发生改变。
而本发明的调整装置，由于具有机头升降调节装置5，可通过伸缩，上下调整加速器机头1的位置，从而使得调整范围更大，从而实现等中心照射。
具体地，当患者16的肿瘤中心点18不能摆放到***等中心点17上时，在放射治疗前先通过图像造影设备10对肿瘤进行扫描成像，从而计算确定肿瘤中心点18与***等中心点17的相对位置，并通过放射治疗***控制主机计算加速器机头1围绕造影设备回转轴13回转路径上各点处加速器机头1偏转角度α。通过治疗需要的肿瘤中心点18照射剂量可以计算出加速器机头1到肿瘤中心点18的距离D，保持距离D不变情况下计算出回转路径上各点处机头承载架3与偏摆支架2间的距离A。
然后，在放射治疗开始时，如图6A，先将机头偏摆驱动定位装置9按照放射治疗***控制主机计算机头偏转角驱动加速器机头1围绕机头偏摆回转轴15偏摆一定角度α，同时机头调节装置5通过自行伸缩调节机头承载架3与偏摆支架2间的距离A，使加速器机头1发射的射束对准肿瘤中心18并且距离为D，达到治疗需求的照射剂量。
接着，如图6B，当加速器机头1围绕造影设备回转轴13即***等中心点17回转一定角度θ，机头偏摆驱动定位装置9按照放射治疗***控制主机计算出的此位置机头偏转角，驱动加速器机头1围绕机头偏摆回转轴15偏摆到角度β，同时机头升降调节装置5通过自行伸缩调节机头承载架3与偏摆支架2间的距离到B，使加速器机头1发射的射束对准肿瘤中心18并且距离为D，达到治疗需求的照射剂量。
这样如上所述，当加速器机头1围绕设备等中心点17进行连续旋转照射治疗时，机头偏摆驱动定位装置9驱动加速器机头1根据实时位置进行偏摆，同时机头调节装置5通过自行伸缩调节机头承载架3与偏摆支架2间的距离，以确保加速器机头1发射的射束对准肿瘤中心18并且距离为D，如此实现放射治疗的等中心点照射治疗。
图2，给出了一个机头升降调节装置5的具体实施例，其由若干升降杆51组成，升降杆51为丝杠升降杆。升降杆51包括：中空的升降座511和升降柱512，升降柱512通过滑动导向套513套接与升降座511内，升降座511底部固定有电机515，且电机515固定在升降座511底部，电机515通过弹性联轴器514连接有滚珠丝杠516，滚珠丝杠516上套设有滚珠丝杠螺母518，滚珠丝杠螺母518外套设有滚珠螺母座517，滚珠螺母座517固定在升降柱512的内壁上。这样，电机515转动时会通过滚珠丝杠516驱动滚珠丝杠螺母518上下运动，同时滚珠螺母座517起到限位作用，这样当滚珠丝杠螺母518上下运动时便可驱动升降柱512上下运动。
滑动导向套513，可以减小升降柱512与升降座511之间的间隙和上下运动时的摩擦力，降低驱动电机功率。滑动导向套513可采用滑动导向材料如黄铜、尼龙、POM或聚四氟乙烯等材料制作。
人体正常组织躲避射线照射
如图5、图7所示，当加速器机头1围绕造影设备回转轴13进行连续旋转对肿瘤20进行等中心照射，若在加速器机头1对肿瘤20 的回转照射路径上有人体正常组织19在一定回转范围内对肿瘤20进行遮挡，造成射线必须穿过人体正常组织19才能照射到肿瘤20，这样射线便会对人体正常组织19产生损坏，因此在进行放射治疗时要尽量避免人体正常组织遭到射线照射。
在进行躲避人体正常组织19的连续等中心放射治疗时，首先要通过图像造影设备10对患者16肿瘤20及周边人体正常组织19进行扫描成像，确定***等中心点17、肿瘤20以及需要躲避照射的人体正常组织19的相对位置以及外形轮廓形状，通过放射治疗***控制主机计算出对肿瘤20等中心放射治疗路径进行照射，同时根据人体正常组织19的外形轮廓规划出加速器机头1躲避人体正常组织19的照射路径，具体实施躲避照射过程如下。
加速器机头1围绕造影设备回转轴13进行旋转同时，偏摆支架2在偏摆支架驱动装置6的驱动下围绕偏摆支架回转轴14进行偏摆运动，从而带动固定在偏摆支架2上的加速器机头1围绕偏摆支架回转轴14进行偏摆运动，因此加速器机头1在围绕造影设备回转轴13和偏摆支架回转轴14进行两个维度的旋转运动。依据放射治疗***控制主机规划出的躲避人体正常组织19规划的路径，可以分别控制加速器机头1围绕造影设备回转轴13和偏摆支架回转轴14位置及速度便可以使加速器机头1沿规划路径进行照射治疗，从而躲避人体正常组织19。
偏摆支架位置检测装置
进一步地，如图1，图5所示，在偏摆支架2还装有偏摆支架位置检测装置7，该装置可采用高精度旋转编码器或光栅尺，可以实时检测反馈偏摆支架2围绕偏摆支架回转轴14进行回转时的速度和位置，进而可以精确控制加速器机头1准确沿规划路径进行照射治疗，同时在偏摆支架驱动装置6出现故障时可以及时报警与停机，保证治疗过程的安装性。
调心装置
进一步地，由于偏摆支架2为龙门支架，多采用两侧跨越安装式结构，由于机械结构在进行加工和组装时可能存在累计误差，会造成偏摆支架2两侧安装后不同心情况，这样可能会增加偏摆支架驱动装置6的驱动阻力，造成偏摆支架2两侧受力不均而扭曲变形，甚至会影响到加速器机头1的照射治疗精度。因此在偏摆支架2两侧设计了偏摆支架调心装置8，如图1，图5所示。
调心装置8的结构如图3A，3B所示，调心装置8包括：偏心轴锁紧螺母22，偏心轴23，轴承滚轮24和调心孔25；调心孔25设于图像造影设备10上，调心孔25的中心位于偏摆支架回转轴14上，调心孔25内设有若干滚轮轴承24，偏心轴23穿过偏摆支架2与滚轮轴承24连接，通过偏心轴锁紧螺母22锁紧。如果是加速器机头调整装置与图像造影设备是第二种配置关系，那么调心孔25位于连接件29上。
使用时，首先松开偏摆支架2两侧固定在造影成像设备10上的固定螺钉21，旋松偏心轴锁紧螺母22，分别旋转调整偏摆支架调心装置8两侧偏心轴23带动轴承滚轮24在造影成像设备的调心孔25内进行偏转，调节偏摆支架回转轴14与支架的调心孔25中心轴重合，偏摆支架2两侧同时调节同心重合后，锁紧偏心轴锁紧螺母22和偏摆支架2两侧固定螺钉21。
配重块
进一步地，如图8A，本发明实施例的调整装置，还设有配重块4，其位于偏摆支架2的下端，与加速器机头1相对应。由于加速器机头1功能结构要求，所以其质量很重，安装在偏摆支架2一端沿偏摆支架回转轴14进行旋转时会导致偏摆支架驱动装置6驱动受力不均衡影响偏摆支架运转平稳性，因此为了保证运行平稳，在偏摆支架2另一端安装与加速器机头1重量相同的高密度配重块4，可以使偏摆支架驱动装置6驱动受力均衡运转平稳。
同时，参照图8B，在进行放射治疗时加速器机头1发射射线束26，射线束26有一部分能量用于肿瘤照射治疗其余部分则会向外照射，因此需要对多余射线束26进行屏蔽吸收以防止对其他人员设备的伤害。如图6B所示，放射治疗设备安装在治疗室28内，当加速器机头1围绕造影设备回转轴13旋转照射治疗时即射线束26也绕造影设备回转轴13旋转，因此为了屏蔽吸收射线需要在治疗室28对应射线束26旋转部位做一定宽度的屏蔽层即主屏蔽区27。由于射线束26能量比较高，所以主屏蔽区需要做的厚度很大才能完全屏蔽吸收多余射线，因此会导致占用治疗室28很大的空间，且施工成本也会增加。而通过在偏摆支架2另一端安装与加速器机头1重量相当的配重块4，且配重块4采用高密度金属材料制作而成，能够有效吸收屏蔽射线能量，使得射线束26穿过配种块4后能量大幅度衰减，因此主屏蔽区27的厚度大大降低，从而达到增江治疗室28空间，降低施工成本。
综上，本发明实施例提供的放疗加速器调整装置，用于通过图像引导的放疗***，可以解决现有产品只能进行单维度放射治疗问题。具体可以解决因图像造影设备结构限制造成的肿瘤与设备整体旋转治疗中心不同心问题，即放射治疗照射的等中心问题，同时实现加速器放射源对肿瘤的多维度连续旋转照射治疗，在有正常人体组织对肿瘤进行遮挡时可以进行放射源偏摆避开对正常人体组织的照射，缩短病人放射治疗时间，增加放疗效果。进一步地，本发明设计在加速器机头对称端布置一高密度材料配重块，用以均衡放了加速器支架两端受力，减小偏摆支架驱动力不均衡问题，同时高密度的金属配重块还可以遮挡吸收一部分射线，使得治疗室主屏蔽区屏蔽层减薄，增加治疗室空间，降低治疗室施工成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种加速器调整装置，用于造影成像设备引导的放疗设备，其特征在于，所述机头调整装置包括机头承载架、机头升降调节装置和偏摆支架，
所述机头承载架上设置有加速器机头和机头偏摆驱动定位装置，所述机头偏摆驱动定位装置可驱动加速器机头绕轴做回转偏摆运动，并能够对偏摆位置进行测量与反馈；
所述机头升降调节装置位于机头承载架与偏摆支架之间，可上下伸缩调整机头承载架高度；
所述偏摆支架为龙门支架，具有偏摆支架回转轴，偏摆支架上设有偏摆驱动装置，可驱动偏摆支架绕偏摆支架回转轴偏摆，从而带动加速器机头也绕所述偏摆支架回转轴偏摆；
所述加速器机头调整装置通过所述偏摆支架直接跨接于所述造影成像设备两侧，或通过连接件设于所述造影成像设备的外侧。
2.根据权利要求1所述的加速器调整装置，其特征在于，所述偏摆支架两侧还分别设有调心装置。
3.根据权利要求2所述的加速器调整装置，其特征在于，所述调心装置包括：调心孔、偏心轴、滚轮轴承和偏心轴锁紧螺母；所述调心孔设于所述造影成像设备或所述连接件上，所述调心孔的中心位于所述偏摆支架回转轴上，所述调心孔内设有若干滚轮轴承，所述偏心轴穿过偏摆支架与所述滚轮轴承连接，通过所述偏心轴锁紧螺母锁紧。
4.根据权利要求1所述的加速器调整装置，其特征在于，所述偏摆支架上还设有位置检测装置。
5.根据权利要求4所述的加速器调整装置，其特征在于，所述位置检测装置为旋转编码器或光栅尺。
6.根据权利要求1所述的加速器调整装置，其特征在于，所述机头升降调节装置由若干升降杆组成，所述升降杆为丝杠升降杆。
7.根据权利要求6所述的加速器调整装置，其特征在于，所述丝杠升降杆包括：中空的升降座和升降柱，升降柱通过滑动导向套套接与所述升降座内，升降座底部固定有电机，电机通过联轴器连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠上套设有滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母外套设有滚珠螺母座，且滚珠螺母座固定在所述升降柱的内壁上。
8.根据权利要求6所述的加速器调整装置，其特征在于，所述机头升降调节装置由四根升降杆构成。
9.根据权利要求1所述的加速器调整装置，其特征在于，还包括配重块，所述配重块位于偏摆支架的下方。
10.根据权利要求9所述的加速器调整装置，其特征在于，所述配重块为金属配重块。
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