一种肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域，属于机械与医学放疗领域交叉的前沿学科,是一种用于体部肿瘤粒子植入放射治疗的自动摆位辅助装置。

背景技术：

在体部肿瘤的治疗中，作为一种重要的治疗方式，放射治疗越来越受到重视。放疗过程是通过各种高能射线照射肿瘤病变组织，以达到抑制和杀灭癌细胞的治疗方法。现阶段的放射治疗肿瘤依照其不同的方式，可以被划分为远距离放疗和近距离放疗。远距离放疗是通过X射线治疗机等将射线聚焦在人体外对体表或体内肿瘤部位进行短时间照射，以起到杀死肿瘤细胞的作用，代表的治疗方式为外照射。近距离放疗则是通过放射性核素靠近肿瘤部位，主要依靠γ射线抑制、杀伤肿瘤细胞，代表的治疗方式主要有¹²⁵I 粒子植入式治疗与¹⁹²Ir后装治疗。

作为一种近距离放疗治疗手段，放射性¹²⁵I粒子植入被越来越多应用到临床治疗并取得了非常好的疗效。相较于传统的远距离照射治疗，粒子植入式的放射治疗具有许多优点：1)粒子被精确植入肿瘤内部，减少了放射性核素对周围正常组织的放射性损伤，不会造成例如外照射对体表皮肤等组织的永久性伤害。2)由于粒子被永久性植入肿瘤组织，因此其照射位置是固定的，可随患者移动，对肿瘤组织可造成持续性伤害，疗效也更加明显。3)植入粒子数目可根据患者具体情况变动，具有更大的灵活性。通过控制粒子数目以及粒子位置，较好地包围治疗靶区，达到较理想的放射剂量分布，因此并发症较少。通过各大医院使用放射性粒子植入式治疗肿瘤的情况，粒子的精确植入至关重要，其关系到肿瘤靶区的剂量分布，直接关系到放疗疗效。

当前粒子植入的方法是：通过调节手动的支架固定穿刺模板，然后经过模板插入穿刺针植入粒子。在手动调节过程中，模板末端的角度误差很难保证，精度较低，进而造成粒子植入位置精度较低。并且手动调节的过程非常耗时。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构，该机构能够准确定位放疗粒子植入模板，并大大缩短定位时间。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构，包括基座、水平向线性模组、弧形导轨、弧形滑动模组、竖直向线性模组、支撑臂、云台、舵机和模板；所述水平向线性模组安装在所述基座上，在所述水平向线性模组上设有沿左右移动的滑块Ⅰ；所述弧形导轨的下端固接在所述滑块Ⅰ上，所述弧形导轨的水平投影沿前后方向延伸；所述弧形滑动模组安装在所述弧形导轨上；所述竖直向线性模组安装在所述弧形滑动模组的一侧，在所述竖直向线性模组上设有沿上下移动的滑块Ⅱ；所述支撑臂侧向伸出，上端固接在所述滑块Ⅱ上；所述云台固接在所述支撑臂的下端；所述舵机与所述云台转动连接；所述模板与所述舵机通过刚性连接件固接，在所述刚性连接件上安装有电磁定位仪传感触头、倾角仪和接近开关。

所述弧形导轨的弧度为90°，所述基座采用全对称结构，在所述弧形导轨的本体两端各固接有一U型插头，在所述滑块Ⅰ上固接一T型插座，所述U型插头插在所述T型插座上并采用螺栓锁紧，在所述螺栓的头部设有手轮。

所述水平向线性模组采用丝杠导轨结构，所述丝杠导轨结构采用具有自锁螺纹的丝杠，所述丝杠沿左右方向设置，在所述丝杠上连接有所述滑块Ⅰ，所述丝杠由电机Ⅰ驱动。

所述弧形滑动模组安装在所述弧形导轨的本体上，包括弧形滑动基体，在所述弧形滑动基体上固装有导向滚轮和导向滑块，所述导向滚轮和所述导向滑块均设有V型槽，在所述弧形导轨的本体上设有与所述V型槽适配的滑轨和齿条，所述导向滚轮和所述导向滑块通过所述V型槽装配在所述滑轨上，在所述齿条上啮合有齿轮，所述齿轮由电机Ⅱ驱动，所述电机Ⅱ和所述齿轮均安装在所述弧形滑动基体上，在所述电机Ⅱ上设有抱闸模块。

所述支撑臂采用镂空结构，并采用铝合金材质。

本实用新型具有的优点和积极效果是：采用高精度步进电机配合相应的抱闸系统以及自锁结构，可以实现高精度到位的同时，方便结构锁定，增强了整体结构的安全性。结构采用90°弧形导轨单侧构型，更贴近于患者体表，并且利用对称结构，通过手轮操作，方便拆装，实现了机构的双侧安装就位，拓展了机构的工作范围，从而使治疗的效果最大化。机构末端的模板材料采用CT兼容的聚碳酸酯，同时该种材料透明，方便医生手术过程中对入针情况的观察。机构的基座结构对称，可换向夹持在CT连床两侧，在实施手术过程中，可随患者、病床一起进入CT扫描腔道进行多次扫描。末端的旋转自由度采用舵机驱动，在减轻机构重量的同时，大大减小了机构占用空间。综上所述，本实用新型高效、精确、安全、方便临床操作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的弧形滑动模组和弧形导轨装配示意图；

图3为本实用新型的弧形滑动模组和弧形导轨装配的内部示意图；

图4为本实用新型的末端结构细化示意图。

图中：1、基座，2-1、电机Ⅰ，2-2、滑块Ⅰ，2-3、T型插座，2-4、丝杠，3、手轮， 4-1、本体，4-2、U型插头，4-3、滑轨，4-4、齿条，5-1、弧形滑动基体，5-2、导向滚轮，5-3、导向滑块，5-4、齿轮，5-5、电机Ⅱ，6-1、滑块Ⅱ，7、支撑臂，8、云台，9、舵机，10、刚性连接件，11、模板。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图4，一种肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构，包括基座1、水平向线性模组、弧形导轨、弧形滑动模组、竖直向线性模组、支撑臂7、云台8、舵机9和模板11。

所述基座1采用安装螺钉安装在CT连床的床板上，基座1采用全对称结构，可以按照工作要求安装在CT连床的左侧或右侧，实现机构的双侧工作摆位，保证该机构可以在CT连床的左右两侧自由固定，加大了机构的工作空间。

所述水平向线性模组安装在所述基座1上，在所述水平向线性模组上设有沿左右移动的滑块Ⅰ2-2；所述水平向线性模组采用丝杠导轨结构，所述丝杠导轨结构采用具有自锁螺纹的丝杠2-4，所述丝杠2-4沿左右方向设置，在所述丝杠2-4上连接有所述滑块Ⅰ 2-2，所述丝杠2-4由电机Ⅰ2-1驱动，带动该机构实现左右自由度的调整，当调整至工作位置时，水平向线性模组可以依靠丝杠的自锁螺纹实现自锁，固定位置。

所述弧形导轨的弧度为90°，所述弧形导轨的下端固接在所述滑块Ⅰ2-2上，所述弧形导轨的水平投影沿前后方向延伸。

所述弧形导轨与所述滑块Ⅰ2-2的固接结构为：在所述弧形导轨的本体4-1两端各固接有一U型插头4-2，在所述滑块Ⅰ2-2上固接一T型插座2-3，U型插头4-2插在T型插座2-3上并采用螺栓锁紧，在所述螺栓的头部设有手轮3。该结构能够快速实现弧形导轨的换向，换向时，现松开螺栓，取下所述弧形导轨，然后将基座1移动到CT连床的另一侧，将所述弧形导轨两端颠倒安装在T型插座2-3上，进而实现该机构在病床左右两侧均可安装的工作要求，实现该机构的双侧工作要求，并且拓宽了弧形导轨以下的患者躺位空间，使其更易于临床操作。

所述弧形滑动模组安装在所述弧形导轨的本体4-1上，包括弧形滑动基体5-1，在所述弧形滑动基体5-1上固装有导向滚轮5-2和导向滑块5-3，所述导向滚轮5-2和所述导向滑块5-3均设有V型槽，在所述弧形导轨的本体4-1上设有与所述V型槽适配的滑轨 4-3和齿条4-4，所述导向滚轮5-2和所述导向滑块5-3通过所述V型槽装配在所述滑轨 4-3上，在所述齿条4-4上啮合有齿轮5-4，所述齿轮5-4由电机Ⅱ5-5驱动，所述电机Ⅱ5-5和所述齿轮5-4均安装在所述弧形滑动基体5-1上，在所述电机Ⅱ5-5上设有抱闸模块，可使机构在固定位姿锁定。所述电机Ⅱ5-5驱动所述弧形滑动模组沿所述弧形导轨的本体4-1滑动。

所述竖直向线性模组安装在所述弧形滑动模组的一侧，所述竖直向线性模组与所述水平向线性模组结构相同，布置方向不同，为机构提供上下方向的自由度，在所述竖直向线性模组上设有沿上下移动的滑块Ⅱ6-1。

所述支撑臂7侧向伸出，上端固接在所述滑块Ⅱ6-1上。所述支撑臂7采用镂空结构，并采用铝合金材质，可大幅减少机构末端承载。

所述云台8固接在所述支撑臂7的下端。

所述舵机9与所述云台8转动连接，为模板11提供偏转自由度。

所述模板11与所述舵机9通过刚性连接件10固接，在所述刚性连接件10上安装有电磁定位仪传感触头、倾角仪和接近开关。接近开关能够保证机构接近人体时的安全性，倾角仪能够反馈模板的工作倾角，电磁定位仪可实时反馈模板位姿；这些传感器可有效保证机构的定位、摆位精度。

上述肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构一共具有四个自由度，可以完全实现模板 11的工作摆位要求。模板11采用聚碳酸酯材料，该种材料透明，方便医生手术过程中观测入针情况，并且CT能够完全兼容该种材料，可以满足手术过程中随时进行扫描的要求。在与舵机9末端连接的刚性连接件上安装有倾角仪、接近开关以及电磁定位仪传感触头，倾角仪用来检测模板的倾角状况，由医生确定插植针入针角度后，根据模板倾角状况确定舵机9的旋转角度，从而进行模板偏转角度的调整；同时，接近开关可以在模板9接近患者体表时向控制系统发送信号，使控制系统发出警报并控制相应的电机、舵机减速，达到安全防护的作用；电磁定位仪传感触头可根据标定的坐标反馈模板的位姿，及时进行模板的摆位调整。当各项位姿调整使得模板摆位到达指定位置时，电机停转、抱闸抱紧，模板的位姿固定，医生可进行下一步的手术穿刺工作。

在材料方面，为满足轻便化要求，该机构大多零部件采用铝合金材料，其他相关功能性部件根据实际使用要求采用工程塑料等制造。整体结构通过三个伺服电机分别实现坐标系X、Y、Z空间点位置的摆位固定，依靠舵机实现偏转，共有四个自由度，完全可以满足临床需求。为了实现机构设计的轻便性要求，机构采用了90°圆弧设计，但通过便捷的安装可以实现机构在CT床左右两侧的固定，从而达到全方位的机构摆位，使工作空间得以拓展。

在工作的过程中，上述肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构可随CT连床自由地进出CT腔道，可实现患者术中实时的病灶扫描，具有很大的灵活性。

在实现放射性粒子¹²⁵I植入患者体内的微创治疗过程中，首先需要将患者通过负压气垫固定于CT连床上，然后使用电磁定位仪对患者摆位进行标定，确定患者在坐标系的位置。然后对患者进行CT扫描，定义肿瘤靶区，确定病灶位置。医生对刺入肿瘤区域的插植针进行预规划，此时确定插植针的刺入角度、位置以及针道个数。随后根据预规划来确定模板在患者体表的摆位位置，将本定位机构安装于CT连床上，通过电磁定位仪对本定位机构进行位置标定。控制系统对相对位置坐标进行计算，传输数据，使电机及舵机转动相应角度，最终使得定位机构携带模板到达治疗区域，并抱闸固定。手术过程中，医生可通过固定模板上的针道通孔向肿瘤组织植入插植针，然后通过中部空心的插植针向肿瘤组织植入放射性粒子¹²⁵I实施治疗。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。