CN1190026A - 摇篮式放射治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种摇篮式放射治疗装置,包括真空密封旋转接头、四极透镜、偏转磁铁、治疗头、摆动架、摇篮以及固定在摇篮底板上的治疗床;四极透镜、偏转磁铁和治疗头都与摆动架刚性固定在一起,且能够以水平束流轴为旋转轴摆动;摇篮与摆动架以铰链方式连接,构成平行四边形机构;无论摆动架摆动到任何角度,治疗床面始终保持水平位置,且束流引出口与肿瘤的距离不变。摇篮式摆动机构结构简单,体积小,重量轻,更加完全可靠和易于维护。

Description

摇篮式放射治疗装置

本发明涉及放射治疗领域，尤其是涉及具有布拉格峰特性的带电粒子的放射治疗装置。

所谓布拉格峰是指，带电粒子进入人体后，其能量在行进的路径中损失很小，但在其轨迹终点附近释放其所有能量而形成一高而窄的吸收剂量峰。而在布拉格峰后的正常组织不会受到放射损伤。具有布拉格峰特性的带电粒子包括质子、轻离子、重离子和π介子等，现阶段国际上开展得最为广泛的是质子放射治疗。八十年代以来，已经建成和在建的专用质子治疗中心共有三家，分别分布在美国和日本，其质子治疗设备普遍采用了体积庞大的转台(Gantry)方案，转台围绕人体360°旋转，治疗床水平360°旋转。转台的体积非常庞大，例如美国Loma Linda大学医疗中心(LLUMC)的转台直径为10.4米；俄国理论与实验物理研究所(ITEP)设计的转台直径为6米；比较小的瑞士Paul Scherrer Institute(PSI)设计的转台直径虽只有4米，但其长度却在10米左右；每个转台重量均在100吨以上。另外，转台的制造精度要求很高，结构复杂，造价昂贵。转台的造价在整个质子治疗设备中占很大比重。由于转台的体积庞大，使得治疗室的建筑空间必须足够大，同时由于设备的体积和重量大，使得运输、安装的费用也相应比较大；设备的调试、维护也相对比较复杂。因此，由于设备和建筑费用的昂贵，使得治疗费用居高不下，同时质子治疗中心的营运成本增大，这些都严重限制了质子治疗的普及推广。专利文献97101188.5公开了一种结构轻巧的放射治疗装置：治疗头与治疗床相分离，治疗头绕平行于地面的中心轴摆动，并可以停留在任一角度；然后调节治疗床底座的X向导向机构和升降机构使治疗床作跟随运动，对靶点重新定位，使靶点始终保持在等中心点上；然后让治疗床绕垂直地面的Z轴360°旋转，对病人进行立体定向放射治疗。该专利所提出的治疗床必须跟随治疗头运动以确保等中心点不变，运动范围大，不但要求制造精度、定位精度很高，对治疗床控制***的要求也很复杂；而且一旦治疗头的摆动角度大，治疗床需要上升到很高的高度，给病人心理上造成压力，也很难保证Z向的精度。

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提出一种摇篮式放射治疗装置，不仅重量和体积比目前普遍采用的转台要小得多，而且结构更简单，体贴病人且确保医疗质量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种摇篮式放射治疗装置，包括真空密封旋转接头1、对束斑进行放大缩小的四极透镜2、束流管12、偏转磁铁3和治疗头4，其特征在于：还包括摆动架6、摇篮7以及固定在摇篮底板上的治疗床9；所述四极透镜2、偏转磁铁3、束流管12和治疗头4都与摆动架6刚性固定在一起，且能够以水平束流轴5为旋转轴摆动；摇篮7与摆动架6以铰链方式连接，其铰接点c、d都在同一水平面内，摆动架6与摇篮7在旋转平面内构成平行四边形机构，以使摆动架6无论摆动到任何角度，所有铰接点所在平面和治疗床面始终保持水平位置；从治疗头4引出的束线与治疗床9垂直于地面的旋转轴始终相交于铰接点所在水平面内一点，保持束流引出口与交点的距离不变。

本发明的技术优点是：由于采用摇篮式平行四边形摆动机构，治疗床和治疗头同步绕水平轴摆动，且始终保持水平，不做任何倾斜，大大简化了治疗床的控制***及治疗床本身的结构；由于采用治疗床的等中心旋转和治疗头摆动方案，从而可以不用转台，而且摇篮式摆动机构比通常的转台结构简单，体积小，重量轻，更加安全可靠和易于维护。

下面结合附图并通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明摇篮式放射治疗装置的一个实施例的构成示意图；

图2是图1中A向所示摇篮式放射治疗装置的机构原理图；

图3是图1中A向所示摇篮式放射治疗装置的治疗原理图。

在本实施例中，束流为质子束。参照图3，可以清楚地理解摇篮式质子刀的放射治疗原理，图中5为摆动轴，5H是水平线，5V是铅垂线，P为质子束，O为垂直于地面的治疗床旋转轴，B为病人身体表面，10为肿瘤，20为治疗过程中质子束在病人体内所通过的锥体。当治疗头4由0°摆动到θ₁(即质子束的入射角为θ₁)，停下来让治疗床(图中未面出)绕O轴旋转一圈(即360°)，质子束在病人体内的轨迹就构成了一个以肿瘤10为锥顶，张角为2θ₁的圆锥体；当治疗头4再由θ₁摆动到θ₂，停下来让治疗床4再转动一圈，质子束形成的轨迹又是一个以肿瘤10为锥顶，张角为2θ₂的圆锥体；依此类推，通过治疗床绕等中心点的旋转使得各个方向(即不同入射角)的质子束的布拉格峰在肿瘤10处聚焦，在肿瘤10处沉积的剂量远远大于正常组织所受的剂量，从而达到杀死肿瘤的目的。

参见图2，为实现图3所示治疗原理，采用平行四边形连杆机构6，治疗头4与平行四边形连杆机构6刚性固定在一起。治疗头4由步进电机驱动以实现精确的定位和分度。步进电机驱动蜗杆蜗轮副13，使主轴5转动以驱动治疗头4，同时通过链条14、链轮15、方键16带动平行四边形连杆机构6，这样，治疗头4摆动的同时，水平连杆ab平稳匀速地一起运动。由平行四边形连杆机构的特性我们知道，无论摆动到任何角度，治疗头4引出的质子束始终和连杆ab相交于固定的一点，即肿瘤10处，而日肿瘤10与束线引出口的距离始终不变。

根据图2机构原理，提出一种摇篮式放射治疗装置。参见图1，质子束由回旋加速器中引出，能量在70～235MeV之间可调，引出后经束流传输线、四个对束斑进行放大缩小的四极透镜2、两个45°偏转磁铁3进入治疗头4，上述四极透镜4、偏转磁铁3、束流管12、治疗头4以及防护体11等部件都与摆动架6刚性固定在一起，它们能够以水平束流轴线5为旋转轴在垂直面内相对于铅垂线作±65°摆动，并且可以停留在任一角度。摆动轴5采用双支撑结构17来支撑，这样可以大大减少挠度，提高治疗精度。在四极透镜2的上游，有一个真空密封的旋转接头1，这样保证整个摆动机构的旋转运动不受限制。具有四个自由度的治疗床9固定在摇篮7的底板上，摇篮7与摆动架6以铰链方式8连接，构成平行四边形机构，其铰接点c、d均处于同一水平面内，以下简称铰链水平面。这样，无论摆动到任何角度，摇篮的底板和治疗床7始终保持水平位置，即在治疗过程中病人始终保持平躺***，不做任何倾斜。在铰链水平面上没置有x、y激光***和X射线***，这些***与治疗头4上的同样***构成三维定位监视***。治疗前，利用这些***和治疗床9的三维移动，把肿瘤10定位在质子束线与铰链水平面的交点10上。这样一来，在治疗过程中无论治疗头4摆到任何一个角度，质子束与铰链水平面始终相交在肿瘤10上，并且保持束流引出口与肿瘤10的距离不变，因此整个治疗过程不需要进行二次定位。

本发明通过治疗头4和摆动架6的刚性连接、摇篮7和摆动架6的铰链连接构成平行四边形机构，来保证治疗头4和治疗床9的同步运动，以及保证摆动过程中治疗床的水平状态。

摇篮式质子治疗装置摆动重量小于25吨，设备总高度包括摆动行程在内，大约6米。其体积和重量都比目前普遍采用的转台小得多，更重要的是采用摆动摇篮式治疗方式，能对肿瘤精确定位和治疗，不仅大大提高装置的治疗能力，有效地降低成本，同时病人的治疗周期短，设备利用率高；而且把质子治疗质量提高到一个崭新的水平，有力地促进质子治疗在全球范围内的推广。

Claims (6)

1、一种摇篮式放射治疗装置，包括真空密封旋转接头(1)、对束斑进行放大缩小的四极透镜(2)、束流管(12)、偏转磁铁(3)和治疗头(4)，其特征在于：还包括摆动架(6)、摇篮(7)以及固定在摇篮底板上的治疗床(9)；所述四极透镜(2)、偏转磁铁(3)、束流管(12)和治疗头(4)都与摆动架(6)刚性固定在一起，且能够以水平束流轴(5)为旋转轴摆动；摇篮(7)与摆动架(6)以铰链方式连接，其铰接点(c，d)都在同一水平面内，摆动架(6)与摇篮(7)在旋转平面内构成平行四边形机构，以使摆动架(6)无论摆动到任何角度，所有铰接点所在平面和治疗床面始终保持水平位置；从治疗头(4)引出的束线与治疗床(9)垂直于地面的旋转轴始终相交于铰接点所在水平面内一点，保持束流引出口与交点的距离不变。

2、根据权利要求1所述的摇篮式放射治疗装置，其特征在于：所述摆动轴(5)采用双支撑结构(17)支撑。

3、根据权利要求1所述的摇篮式放射治疗装置，其特征在于：所述摆动架(6)在垂直面内相对于铅垂线作±65°摆动，并且可以停留在任一角度。

4、根据权利要求1所述的摇篮式放射治疗装置，其特征在于：在所述铰接点所在水平面上设置有x、y激光***和X射线***，这些***与治疗头(4)上的同样***构成三维定位监视***。

5、根据权利要求1所述的摇篮式放射治疗装置，其特征在于：所述治疗床(7)具有四个自由度。

6、根据权利要求1所述的摇篮式放射治疗装置，其特征在于：所述治疗头(4)由步进电机驱动，同时通过蜗杆蜗轮(13)、链条(14)、链轮(15)、方键(16)带动摆动架(6)同步旋转。

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