一种基于超声电机驱动的可变野准直器的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，具体是一种基于超声电机驱动的可变野准直器。

背景技术：

放射治疗是治疗肿瘤的一种重要手段，其目标是最大限度地将放射线集中照射到肿瘤（靶区），而周围的正常组织及器官应受到最小剂量的辐射。准直器是放射治疗设备的关键组件之一，安装在射线源加速器前端，通过准直器的扩缩控制射野的形状和大小，以更好地分开靶区和周围正常组织的剂量，达到靶区内剂量的均一照射，实现强调适形放射治疗的目的。

美国专利us4450578公开了一种准直器结构，该结构采用四个挡块并且挡块边缘关联，在中心形成方形准直器射野。在外围利用同步机构（链、带等）驱动两个相对挡块沿着对角线运动，即可迫使另外两个挡块运动形成可变的方形射野。转动手柄即可带动同步带驱动上下相对的挡块运动，并迫使左右相对的挡块上下运动，以构成可变方形射野。由于带、链条等的柔性，并且只驱动其中两块挡块，另外两个挡块需要利用摩擦力来驱动，会造成射野精度不高、驱动功率较大、效率较低、磨损严重等；此外，挡块连接处存在缝隙，会造成射线漏射。美国专利us2008019484a1公开了一种射线准直器，它是由两台电机各控制一个凸轮轴形成的准直器，可调整射线束的宽度和射线束的中心位置。它需要两个驱动器，同时是利用丝杠传动控制光闸板运动，传动部件增多，存在结构复杂，占用空间大，成本高的问题。

中国专利zl200420105154.9提供了一种方形可变射野准直器，但其内部运动细微结构不明确。中国专利cn103106944b公开提供的可变野准直器采用齿轮传动并配合齿轮盘上的曲线卡槽，推动两挡块沿方形射野的对角线运动，实现射野的扩缩。然而齿轮传动的传动精度低，且曲线卡槽传动方式存在加工难度大传动部件磨损严重、使用寿命低的问题。

现有技术中大多准直器均是以旋转电机作为驱动，通过齿轮或者皮带、链条配合丝杠传动或摩擦传动间接获得驱动遮挡射野组件的直线运动，实现射野的扩缩。存在结构相对复杂，射野调整精度低的缺陷。

直线超声电机是一种新型作动器，利用压电材料的逆压电效应使弹性体产生超声频段内的振动，通过弹性体和动子之间的摩擦作用，直接输出动子的宏观运动。与传统电磁电机相比，直线超声电机具有结构简单紧凑、能直接输出低速大推力、响应迅速、不产生磁场、定位精度高和断电自锁等独特优点，已被广泛应用于航空航天、生物医疗和光学精密仪器等领域。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于超声电机驱动的可变野准直器，结构简单，只采用一个驱动器即可实现在放射治疗过程中射野大小实时改变。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于超声电机驱动的可变野准直器，包括第一至第二挡块、壳体、基座、第一至第二连杆、制动导轨、制动滑块、超声电机和光栅尺位移传感器；

所述壳体包含上端盖、下端盖、以及第一至第四侧壁；

所述第一至第四侧壁均为外壁呈弧面、内壁为平面的柱体，所述上端盖、下端盖为同轴设置的圆环；

所述第一侧壁、第二侧壁对应设置在所述上端盖的两侧，且第一侧壁、第二侧壁的上端面和所述上端盖的下端面固连；

所述第三侧壁、第四侧壁对应设置在所述下端盖的两侧，且第三侧壁、第四侧壁的下端面和所述上端盖的上端面固连；

所述第一侧壁、第二侧壁分别通过若干连接柱和所述第三侧壁、第四侧壁固连；

所述第一至第四侧壁的内壁上均设有导向滑轨；

所述第一挡块、第二挡块均包含棱柱和若干对挡片，其中，所述若干对挡片均匀垂直设置在所述棱柱上，每对挡片之间的夹角相同，且所述第一挡块、第二挡块的挡片之间相互交错设置；

所述第一挡块的棱柱的上端面、下端面、外侧壁上分别设有第一导向滑杆、第二导向滑杆、第一凸耳，所述第二挡块的棱柱的上端面、下端面、外侧壁上分别设有第三导向滑杆、第四导向滑杆、第二凸耳；

所述第一挡块最下层的一对挡片和第二挡块最上层的一对挡片中，每个挡片远离第一挡块棱柱的一端均设有导向滑块；

所述第一挡块最下层一对挡片中的两个导向滑块分别设置在所述第三侧壁、第四侧壁内壁上的导向滑轨中，所述第二挡块最上层一对挡片中的两个导向滑块分别设置在所述第一侧壁、第二侧壁上的导向滑轨中；

所述第一至第四导向滑块分别和所述第一至第四导向滑轨相配合，使得第一挡块、第二挡块能够相向或背向滑动；

所述上端盖上设有分别和所述第一导向滑杆、第三导向滑杆相匹配的第一导向滑槽、第三导向滑槽，所述下端盖上设有分别和所述第二导向滑杆、第四导向滑杆相匹配的第二导向滑槽、第四导向滑槽；在第一挡块、第二挡块能够相向或背向滑动时，所述第一至第四导向滑杆分别对应在所述第一至第四导向滑槽中滑动；

所述制动导轨、下端盖均固定在所述基座上；

所述制动导轨和所述第一挡块、第二挡块滑动的方向垂直；

所述制动滑块设置在所述制动导轨上，能够在所述制动导轨上自由滑动；

所述第一凸耳、第二凸耳分别通过第一连杆、第二连杆和所述制动滑块靠近所述壳体的一端铰接；

所述超声电机的输出端和所述制动滑块相连，用于控制所述制动滑块在所述制动导轨上滑动；

所述光栅尺位移传感器用于定位所述制动滑块在制动导轨上的位置，以实现射野调整的闭环控制。

作为本发明一种基于超声电机驱动的可变野准直器进一步的优化方案，所述第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角为直角。

作为本发明一种基于超声电机驱动的可变野准直器进一步的优化方案，所述第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角均为锐角。

作为本发明一种基于超声电机驱动的可变野准直器进一步的优化方案，所述第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角均为钝角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明结构简单，占用空间小，整个准直器只采用一个驱动，利用直线超声电机直接输出直线运动即可实现准直器射野的变大或变小，无需齿轮和丝杠等传动机构，传动部件少且没有减速装置；

2.超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观变形通过机械共振放大，通过摩擦耦合传动转换成动子的宏观运动，因此超声电机具有较高的定位精度，定位精度可达纳米级别。通过驱动精密导轨和光栅尺位移传感器的配合，可实现射野调整的闭环控制，使靶区被准直器子野精准覆盖进行强调放疗，有利于提高放射治疗的精度；

3.本发明的可变野准直器可用在各种高低能同位素放射源和x射线源的放射治疗系统中，特别是用于机器人放射治疗系统，根据超声电机自有的特性，其响应时间在毫秒级别，所以超声电机在往复运动时是没有惯性的，且响应速度快。只需通过超声电机驱动滑块的正向或反向运动，即可实现整个准直器的开口射野在一定范围内（如40mm×40mm）进行迅速无级变化。变野速度由超声电机决定，对于不同靶区进行放射治疗时能够快速自动地进行子射野变换，有利于各种放射治疗技术（如常规放射治疗技术，立体定向放射治疗技术，强调放射治疗技术等）的执行。

附图说明

图1是本发明基于超声电机驱动的可变野准直器的结构示意图；

图2是本发明中所述壳体的结构示意图；

图3是本发明中所述第一挡块、第二挡块的结构示意图；

图4是本发明基于超声电机驱动的可变野准直器的俯视图。

图中，1-壳体，2-第一挡块，3-第二挡块，4-基座，5-第一连杆，6-第二连杆，7-制动滑块，8-制动导轨，9-超声电机，10-光栅尺位移传感器，11-上端盖，12-下端盖，13-第一侧壁，14-第二侧壁，15-第三侧壁，16-第四侧壁，17-导向滑轨，18-第一导向滑槽，19-第三导向滑槽，20-棱柱，21-挡片，22-第一导向滑杆，23-第三导向滑杆，24-导向滑块，25-第一凸耳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图1所示，本发明公开了一种基于超声电机驱动的可变野准直器，包括第一至第二挡块、壳体、基座、第一至第二连杆、制动导轨、制动滑块、超声电机和光栅尺位移传感器；

如图2所示，所述壳体包含上端盖、下端盖、以及第一至第四侧壁；

所述第一至第四侧壁均为外壁呈弧面、内壁为平面的柱体，所述上端盖、下端盖为同轴设置的圆环；

所述第一侧壁、第二侧壁对应设置在所述上端盖的两侧，且第一侧壁、第二侧壁的上端面和所述上端盖的下端面固连；

所述第三侧壁、第四侧壁对应设置在所述下端盖的两侧，且第三侧壁、第四侧壁的下端面和所述上端盖的上端面固连；

所述第一侧壁、第二侧壁分别通过若干连接柱和所述第三侧壁、第四侧壁固连；

所述第一至第四侧壁的内壁上均设有导向滑轨；

如图3所示，所述第一挡块、第二挡块均包含棱柱和若干对挡片，其中，所述若干对挡片均匀垂直设置在所述棱柱上，每对挡片之间的夹角相同，且所述第一挡块、第二挡块的挡片之间相互交错设置；

所述第一挡块的棱柱的上端面、下端面、外侧壁上分别设有第一导向滑杆、第二导向滑杆、第一凸耳，所述第二挡块的棱柱的上端面、下端面、外侧壁上分别设有第三导向滑杆、第四导向滑杆、第二凸耳；

所述第一挡块最下层的一对挡片和第二挡块最上层的一对挡片中，每个挡片远离第一挡块棱柱的一端均设有导向滑块；

所述第一挡块最下层一对挡片中的两个导向滑块分别设置在所述第三侧壁、第四侧壁内壁上的导向滑轨中，所述第二挡块最上层一对挡片中的两个导向滑块分别设置在所述第一侧壁、第二侧壁上的导向滑轨中；

所述第一至第四导向滑块分别和所述第一至第四导向滑轨相配合，使得第一挡块、第二挡块能够相向或背向滑动；

所述上端盖上设有分别和所述第一导向滑杆、第三导向滑杆相匹配的第一导向滑槽、第三导向滑槽，所述下端盖上设有分别和所述第二导向滑杆、第四导向滑杆相匹配的第二导向滑槽、第四导向滑槽；在第一挡块、第二挡块能够相向或背向滑动时，所述第一至第四导向滑杆分别对应在所述第一至第四导向滑槽中滑动；

所述制动导轨、下端盖均固定在所述基座上；

所述制动导轨和所述第一挡块、第二挡块滑动的方向垂直；

所述制动滑块设置在所述制动导轨上，能够在所述制动导轨上自由滑动；

所述第一凸耳、第二凸耳分别通过第一连杆、第二连杆和所述制动滑块靠近所述壳体的一端铰接；

所述超声电机的输出端和所述制动滑块相连，用于控制所述制动滑块在所述制动导轨上滑动；

所述光栅尺位移传感器设置在制动滑块下方，用于定位所述制动滑块在制动导轨上的位置，以实现射野调整的闭环控制。

所述第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角可以是直角，也可以是锐角或钝角。

如图4所示，基于超声电机驱动的可变野准直器工作过程为：超声电机驱动滑块正向运动时，通过第一连杆、第二连杆对第一凸耳、第二凸耳的作用力，拉动第一挡块、第二挡块在壳体内相向运动，使准直器射野收缩；超声电机驱动滑块反向运动时，通过第一连杆、第二连杆对第一凸耳、第二凸耳的作用力，推动第一挡块、第二挡块在壳体内背向运动，使准直器射野扩大。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。