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      利用Stewart機器人平臺進(jìn)行跟蹤定位的放療裝置的制造方法

      文檔序號:10173753閱讀:447來源:國知局
      利用Stewart機器人平臺進(jìn)行跟蹤定位的放療裝置的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本實用新型屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域,涉及一種放療裝置,特別是一種用于調(diào)整人體在放療中的位姿的裝置。
      【背景技術(shù)】
      [0002]手術(shù)中放射治療是腫瘤放射治療的一種新技術(shù),它是在手術(shù)中,當(dāng)外科醫(yī)生已經(jīng)切除局部腫瘤后,應(yīng)用放射線通過手術(shù)視野照射已切除腫瘤部份的腫瘤床或殘存腫瘤組織,廣泛應(yīng)用在頭頸部腫瘤、胸部、腹部、盆腔腫瘤的聯(lián)合治療中。
      [0003]手術(shù)中放射治療起始于本世紀(jì)八十年代,在手術(shù)中應(yīng)用醫(yī)用直線加速器,利用開放的手術(shù)野直接照射組織表面,以殺滅局部殘余的腫瘤細(xì)胞。由于當(dāng)時尚無專用術(shù)中放療設(shè)備,因此采用放療科的大型醫(yī)用直線加速器來實施治療,在手術(shù)切除腫瘤后,病人依然處于麻醉狀態(tài)下,傷口用消毒巾覆蓋后,將病人連同手術(shù)床直接送到直線加速器治療室,實施術(shù)中放療,這種治療方法程序復(fù)雜,操作困難,給臨床醫(yī)生和病人都帶來諸多不便,因此極大地限制了術(shù)中放療的普及和推廣。
      [0004]90年代后期,意大利首家推出移動式機械臂術(shù)中放療裝置,較正常電子直線加速器體積明顯縮小,重量減輕,可以直接移動至手術(shù)室中進(jìn)行術(shù)中放療,美國專利(專利號:5,635,721)公開的技術(shù)“特別用于術(shù)中放療的電子加速器”詳細(xì)介紹了這種可移動型的術(shù)中放療裝置,它采用機械臂式的裝置來支撐和移動電子直線加速器輻射頭,在六個軸方向自由移動,而且通過特別設(shè)計,大幅減輕電子直線加速器重量和體積,通過自動化控制機械臂的運動而驅(qū)動電子直線加速器輻射頭移動至手術(shù)視野,瞄準(zhǔn)腫瘤床位置,實施術(shù)中放射治療。
      [0005]通過特殊設(shè)計縮小電子直線加速器體積,并采用機械臂的方法來移動電子直線加速器輻射頭,設(shè)備都應(yīng)用了機器人技術(shù),多維多方向機械臂自動控制技術(shù),以及制造低重量、小體積的電子直線加速器技術(shù),代表了當(dāng)今最尖端的技術(shù)水平。
      [0006]盡管如此,上述技術(shù)仍然存在缺陷,由于為了滿足大幅減少重量和體積的目的,而進(jìn)行的特殊電子加速管設(shè)計,明顯減低了所能達(dá)到的放射能量,這對于殺滅很多深部組織的腫瘤細(xì)胞是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,由于上述裝置是采用機械臂來支撐移動電子直線加速器輻射頭,而機械臂可以驅(qū)動輻射頭的重量又是有所限制的,所以這種缺陷是上述裝置很難克服的,而在臨床推廣過程中,這又是極其重要的關(guān)鍵,這種缺陷必然會影響術(shù)中放療技術(shù)的普及和推廣。
      [0007]盡管上述裝置明顯減輕了電子直線加速器的體積和重量,上述裝置的重量仍重達(dá)2500鎊,對于靈活移動2500鎊重量,多維、多方向運動機械臂的制造成本也必然非常昂貴,因此,術(shù)中放療裝置居高不下的價格,明顯影響了這種技術(shù)在臨床醫(yī)院的推廣。
      [0008]上述裝置另一個明顯的缺陷是,盡管他們采用了極精密的多維多方向運動機械臂技術(shù),但是,在臨床應(yīng)用中,缺乏三維立體定向技術(shù)和裝置,僅是依靠臨床外科醫(yī)生和放療科醫(yī)生肉眼觀察來確定位置,既沒有應(yīng)用高精度定位的CT或MR工影像輔助,也沒有讓醫(yī)生有完善的工具確定病灶位置、角度、方向以及與周圍正常組織的關(guān)系,以及對周圍重要器官的影響,從而確定術(shù)中放療電子束入射的最佳路徑、方向、角度,以及據(jù)此而確定的電子束發(fā)射功率、發(fā)射時間等。
      [0009]接下來描述放療裝置的傳統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀:
      [0010]見中國實用新型專利,專利申請?zhí)?200310108091.2,公開了一種手術(shù)中放射治療裝置。該專利披露,在天花板上設(shè)置懸掛式機架,該懸掛式機架上設(shè)置有輻射頭,輻射頭具有沿X、Y、Z方向做平動及繞Z軸做轉(zhuǎn)動的功能。在懸掛式機架的下方設(shè)置治療床,人體躺于治療床上,該治療床具有沿治療床具有沿Ζ軸升降移動及繞Ζ軸轉(zhuǎn)動的功能。從機構(gòu)運動學(xué)角度分析,該實用新型所披露的手術(shù)中放射治療裝置具有4個自由度,。機構(gòu)運動學(xué)認(rèn)為,空間中,一剛體具有6個自由度,S卩:沿X、Υ、Z軸的平動和繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動。很明顯,該專利所披露的裝置還缺少2個自由度,即繞X、Y軸轉(zhuǎn)動的自由度。所以該實用新型并不能確保放療中,將病灶部位與輻射頭之間調(diào)整出最佳的位置和角度。
      [0011]其次,該專利所披露的放療裝置還存在以下不足:
      [0012]a、在天花板上設(shè)置懸掛式機架,由于懸掛式機架的位置很高,在安裝、維護(hù)方面帶來了很多困難。
      [0013]b、在自由度的設(shè)計上存在重復(fù),S卩:輻射頭具有沿X、Y、Z方向做平動及繞Z軸做轉(zhuǎn)動,治療床具有沿Ζ軸升降移動及繞Ζ軸轉(zhuǎn)動,重復(fù)的自由度是:沿Ζ軸升降移動及繞Ζ軸轉(zhuǎn)動,從而使治療床在姿態(tài)調(diào)整中不能得到任意所需的位置和角度;
      [0014]c、懸掛式機架設(shè)置于天花板上,由于輻射頭的重量及懸掛式機架本身的自重,使得輻射頭及懸掛式機架存在掉落的風(fēng)險,如果發(fā)生輻射頭掉落等危險事件,位于正下方的病人后果將不堪設(shè)想。
      【實用新型內(nèi)容】
      [0015]本實用新型的目的在于提供一種利用Stewart機器人平臺進(jìn)行跟蹤定位的放療裝置,利用Stewart機器人平臺作為承載平臺,人體躺于Stewart機器人平臺上,Stewart機器人平臺可以調(diào)整出放療所需要的任意角度和方向,從而達(dá)到完美的放療效果。
      [0016]—種利用Stewart機器人平臺進(jìn)行跟蹤定位的放療裝置,包括:Stewart機器人平臺、運動床板、人體;所述Stewart機器人平臺的靜平臺固定于地面上,在所述Stewart機器人平臺的動平臺上固連所述運動床板;所述運動床板包括底板和十字滑臺,所述底板和所述動平臺固連,所述十字滑臺活動連接于所述底板;所述人體固連于所述十字滑臺上。
      [0017]優(yōu)選地,所述傳感器布置于所述人體病灶部位的周圍,所述傳感器的數(shù)量為至3個5。
      [0018]和傳統(tǒng)技術(shù)相比,本實用新型具有以下積極作用:
      [0019]所述人體固連于所述運動床板上。
      [0020]建立笛卡爾坐標(biāo)系XYZ,所述十字滑臺活動連接于所述底板,所述十字滑臺可以沿X方向、Y方向運動,驅(qū)動所述十字滑臺沿X方向、Y方向運動,使所述人體的病灶部位位于所述動平臺的上部中央位置。
      [0021 ]由于所述動平臺可以獲取六個自由度:沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動。從而使所述病灶部位調(diào)節(jié)到任意所需要的位置和角度,使電子束可以準(zhǔn)確地照射到所述病灶部位。
      [0022]位置的調(diào)節(jié):所述傳感器采集到電子束的照射后,采集到電子束的強弱信號,將該信號傳送至控制器,由控制器調(diào)節(jié)所述Stewart機器人平臺的位置和角度,使所述傳感器采集到的電子束信號的強度一致,此時,所述人體的病灶部位位于電子束的中心位置。
      [0023]角度的調(diào)節(jié):繼續(xù)調(diào)節(jié)所述Stewart機器人平臺的角度,使電子束正面照射于所述人體的病灶部位。此時,可以依靠肉眼判斷。
      [0024]本實用新型,充分發(fā)揮了所述Stewart機器人平臺的優(yōu)勢,
      [0025]德國Stewart實用新型了六自由度并聯(lián)機構(gòu),并作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員。澳大利亞著名機構(gòu)學(xué)教授Hunt提出將并聯(lián)機構(gòu)用于機器人手臂。
      [0026]由于并聯(lián)機器人的在線實時計算是要求計算反解的,這對串聯(lián)機構(gòu)十分不利,而并聯(lián)機構(gòu)卻容易實現(xiàn),由于這一系列優(yōu)點,因而擴大了整個機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。并聯(lián)機器人通常應(yīng)用于構(gòu)建加工系統(tǒng)、實驗?zāi)M平臺等方面。本實用新型將所述Stewart機器人平臺引入到放療領(lǐng)域,是一個偉大的創(chuàng)新發(fā)展和大膽開發(fā)。
      [0027]所述Stewart機器人平臺的上部布置所述十字滑臺,利用所述十字滑臺行程長的特點,將所述人體調(diào)節(jié)到所述Stewart機器人平臺的上部,然后發(fā)揮所述Stewart機器人平臺精密的調(diào)節(jié)能力,隨病灶部位進(jìn)行精密定位和調(diào)節(jié)角度。從而實現(xiàn)粗調(diào)和精調(diào)的互補組合,在大范圍內(nèi)快速實現(xiàn)對病灶的精密定位。
      [0028]國外廣泛采用的將輻射頭安裝到串聯(lián)式機械臂上,由于受到機械臂的負(fù)載限制,對輻射頭的重量提出了很高要求。
      [0029]本實用新型由于引入了所述Stewart機器人平臺,為放療設(shè)備的探索開發(fā)打開了一扇大門。很多困擾放療設(shè)備進(jìn)步的困難都將迎刃而解。
      [0030]本實用新型利用Stewart機器人平臺進(jìn)行跟蹤定位的放療裝置將輻射頭固定于某個裝置上,從而調(diào)整人體的位姿,無需使用機械臂,從而避免了對輻射頭在重量方面的要求。
      [0031]相對于國內(nèi)的懸掛式機架而言,本實用新型將所述Stewart機器人平臺放置于地面上,調(diào)節(jié)、安裝、維護(hù)都非常方便,同時大大提高了放療的安全性,不用擔(dān)心輻射頭掉下來砸傷病人。同時,落地式的結(jié)構(gòu)方式,所述人體躺在運動床板上。使得所述Stewart機器
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