一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统的制作方法

本实用新型属于大型质子/重离子医疗设备领域，涉及一种图像引导系统，具体为一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统，该实用新型解决传统质子/重离子治疗端设备种类多、占用空间大、使用资源多和结构复杂等问题；新型系统拥有目前先进的CBCT图像引导系统功能，同时兼具二维成像定位功能，使治疗端形成单一类型，在同等建筑规模及资金等资源条件下，可更多的设计出治疗室和图像引导系统。

背景技术：

大型医用质子治疗设备目前在国际上已趋于成熟，国内亦已开始使用，其治疗端在肿瘤治疗过程具有重要作用。治疗端的辅助设备——图像引导系统(如 CBCT图像引导系统和二维成像系统)，承担着质子医疗治疗过程病灶区的定位功能，由于成像装置种类不一/功能相异，便需求医用质子治疗设备需要配备不少于两种的治疗室及图像引导系统，目前的图像引导系统占用空间大、使用资源多，同时旋转治疗室的图像引导系统需同治疗头一同借助筒式旋转机架进行旋转，在此背景下，本实用新型提供一种兼具CBCT图像引导系统和二维成像系统功能的新型系统，使治疗端图像引导系统单一化，取代传统筒式旋转机架。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统，兼具CBCT图像引导系统和二维成像系统功能的新型系统，使治疗端图像引导系统单一化，取代传统筒式旋转机架。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统，包括底座系统、成像系统和旋转系统；所述底座系统的底座斜面上安装有电机、丝杠、线轨，共同组成一套直线运动机构，用于驱动成像系统沿底座斜面上下运动；所述底座的顶部安装定滑轮，定滑轮上缠绕钢丝绳；所述钢丝绳一端固定成像系统，另一端安装配重；

所述成像系统的框架安装在底座的斜面上；所述框架上安装旋转系统，旋转系统用于安装并带动X射源和平板探测器进行±180°往复匀速旋转；激光系统安装在旋转系统上；钢丝绳固定板固定连接钢丝绳一端；丝杠螺母支架固定于底座系统的丝杠自带丝杠螺母上；

所述旋转系统的轴承座通过安装板安装在框架上；交叉滚子轴承为外圈带齿形式轴承，轴承内圈安装在轴承座上，小齿轮与交叉滚子轴承形成齿轮副，互相啮合；驱动电机及减速机用于驱动小齿轮，进而带动齿轮副工作。

所述底座系统实现支撑成像系统和旋转系统，同时实现成像系统的往复运动；底座系统包括底座、电机、丝杠、线轨、定滑轮、钢丝绳、配重；所述底座为Q235A型材焊接而成，底座呈直角梯形形状，其斜面与地平面夹角为锐角，底座的底面安装在治疗室地面。

所述底座的斜面上沿其长度方向设有相对的两个线轨，位于两个线轨之间的斜面上、下两端部分别设有底座板，两端部的底座板上通过分别设有的丝杠支撑座安装丝杠，位于上端部的底座板上安装有电机，丝杠平行于底座的斜面设置，电机输出轴连接丝杠。

所述底座的顶部位于直角边一侧的位置上设有支撑柱，支撑柱上安装定滑轮；所述定滑轮、钢丝绳和配重共同组成一套配重部件。

所述成像系统实现图像引导定位功能，包括CBCT图像引导系统和二维成像系统；成像系统包括框架、旋转系统、X射源、平板探测器、外壳、激光系统、钢丝绳固定板、丝杠螺母支架；所述框架采用Q235A型材焊接而成，框架呈直角三角形形状，框架安装在底座的斜面上；框架的竖直直角边上安装旋转系统。

所述X射源是为通高压电可产生X射线的仪器，平板探测器为用于接收X 射源发出的X射线，转换成信号传递给计算机图像引导系统，进行图像处理；所述X射源与平板探测器正交布局，源像距2800mm以上，源轴距1400mm以上。

所述外壳安装在框架的竖直直角边上，旋转系统与激光系统位于外壳内；所述激光系统为定位成像系统至患者肿瘤位置的装置。

所述钢丝绳固定板设在框架的底面直角边上；丝杠螺母支架设在框架的底面直角边上；所述成像系统内部空间直径Φ不小于2000mm。

所述旋转系统实现成像系统绕患者±180°匀速旋转；旋转系统包括轴承座、安装板、交叉滚子轴承、小齿轮、驱动电机及减速机、电机支架；所述交叉滚子轴承下翼面安装成像系统中的X射源、平板探测器和激光系统，当驱动电机及减速机驱动齿轮副旋转时，X射源、平板探测器和激光系统即可实现匀速旋转。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的图像引导系统可代替传统质子/ 重离子医疗设备中的大型旋转机架及其旋转过程需求的大量电力，使治疗室微型化，使治疗端设备轻型化；图像引导系统具有以下特点：

(1)本系统具有独立的CBCT图像引导系统，可准确定位患者肿瘤位置，同时兼具二维成像系统功能，根据肿瘤类型及位置，可随时切换使用CBCT图像引导系统或者二维成像系统，将过去质子治疗设备中的CBCT图像引导系统和二维成像系统集成到一套系统中；

(2)本系统相较传统质子/重离子医疗设备配备的旋转治疗室和固定治疗室，具有结构紧凑，占用空间小，利用资源少等优点。

a.传统质子/重离子医疗设备旋转治疗室中的治疗头和CBCT图像引导系统随筒式旋转机架一同旋转，本系统中图像引导系统仅要求治疗头固定在基建墙壁上，图像引导系统和治疗椅配合，使患者达到指定的区域，进行图像定位和后期的治疗，设备仅需要一种治疗室；

b.图像引导系统中独立的成像装置满足CBCT图像引导系统功能，当成像装置固定(不旋转)时，可满足二维成像功能。当完成肿瘤定位后，患者在治疗椅上固定，图像引导系统的成像装置移动到顶部，预留出治疗空间，治疗头出束，便可以进行治疗。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型底座系统的结构示意图；

图2为本实用新型底座系统中成像系统的受力分析图；

图3为本实用新型成像系统的结构示意图；

图4为本实用新型旋转系统的主视结构示意图；

图5为本实用新型旋转系统的轴侧结构示意图；

图6为本实用新型整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统,如图1-6所示，图像引导系统共有三个功能部件：底座系统、成像系统和旋转系统，各功能部件主要功能有：

底座系统：实现支撑成像系统和旋转系统，同时实现成像系统的往复运动；

成像系统：实现图像引导定位功能，包括CBCT图像引导系统和二维成像系统的主要功能，同时具有激光定位功能；

旋转系统：实现成像系统绕患者±180°匀速旋转；

所述功能部件可以通过以下技术方案实现：

1.底座系统：如图1所示，底座系统主要零件有底座1.1、电机1.2、丝杠 1.3、线轨1.4、定滑轮1.5、钢丝绳1.6、配重1.7；

(1)所述底座1.1为Q235A型材焊接而成，底座1.1呈直角梯形形状，其斜面与地平面夹角为锐角，底座的底面安装在治疗室地面；

(2)所述底座1.1的斜面上安装电机1.2、丝杠1.3、线轨1.4；电机1.2、丝杠1.3、线轨1.4共同组成一套直线运动机构，用于驱动成像系统沿底座斜面上下运动；具体为：底座1.1的斜面上沿其长度方向设有相对的两个线轨1.4，位于两个线轨1.4之间的斜面上、下两端部分别设有底座板，两端部的底座板上通过分别设有的丝杠支撑座安装丝杠1.3，位于上端部的底座板上安装有电机 1.2，丝杠1.3平行于底座1.1的斜面设置，电机1.2输出轴连接丝杠1.3；

(3)所述底座1.1的顶部安装定滑轮1.5，定滑轮1.5上缠绕钢丝绳1.6；具体为：底座1.1的顶部位于直角边一侧的位置上设有支撑柱，支撑柱上安装定滑轮1.5；

(4)所述钢丝绳1.6一端固定成像系统，另一端安装配重1.7；所述线轨1.4通过线轨上的4个滑块与成像系统上框架2.1进行连接；

(5)所述定滑轮1.5、钢丝绳1.6和配重1.7共同组成一套配重部件，用于平衡图2所示(成像系统和旋转系统)向下的分力G1，降低电机1.2的功率和提高直线运动的稳定性；

2.成像系统(包括CBCT图像引导系统和二维成像系统)；如图3所示，成像系统主要零件有框架2.1、旋转系统2.2、X射源2.3、平板探测器2.4、外壳 2.5、激光系统2.6、钢丝绳固定板2.7、丝杠螺母支架2.8；

(1)所述框架2.1采用Q235A型材焊接而成，框架2.1呈直角三角形形状，其表面烤漆进行防锈处理；框架2.1安装在底座1.1的斜面上；

(2)所述框架2.1上安装旋转系统2.2，旋转系统2.2用于安装并带动X 射源2.3和平板探测器2.4进行±180°往复匀速旋转；具体为：框架2.1的竖直直角边上安装旋转系统2.2；

(3)所述X射源2.3是为通高压电可产生X射线的仪器，X射源发出的射线为锥形束，平板探测器2.4为用于接收X射源2.3发出的锥束X射线，转换成信号传递给计算机图像引导系统软件，进行图像处理；

(4)所述X射源2.3(两个)与平板探测器2.4(两个)正交布局，源像距2800mm以上，源轴距1400mm以上；

上述(1)-(4)为CBCT图像引导系统工作原理及技术特点；二维成像系统结构同CBCT图像引导系统一致，但X射源2.3和平板探测器2.4在工作时处于固定位置，不绕患者转动，平板探测器2.4接收X射源2.3发出的锥束X射线，转换成信号传递给计算机图像引导系统软件，进行图像处理；

(5)所述外壳2.5为防止患者及医务人员触碰设备内部结构的外壳件，同时美化外观；具体为：外壳2.5安装在框架2.1的竖直直角边上，旋转系统2.2 与激光系统2.6位于外壳2.5内；

(6)所述激光系统2.6为定位成像系统至患者肿瘤位置的装置；具体为：激光系统2.6安装在旋转系统2.2上；激光系统2.6有两个，一个激光系统位于两个平板探测器之间，另一个激光系统位于X射源与平板探测器之间；

所述激光系统2.6中核心零件为两个激光器，两个激光器互成90°安装于旋转系统的交叉滚子轴承3.3上，其一正对于患者正面，另一激光器正对于患者侧面，所述激光器发出的激光为500-600nm波长的红色或绿色可见光；

(7)所述钢丝绳固定板2.7固定连接钢丝绳1.6一端(钢丝绳另一端固定底座系统中的配重1.7)；具体为：钢丝绳固定板2.7设在框架2.1的底面直角边上；

(8)所述丝杠螺母支架2.8用于固定底座系统上丝杠1.3自带的丝杠螺母，进而实现底座系统中电机工作，便可带动成像系统往复运动；具体为：丝杠螺母支架2.8设在框架2.1的底面直角边上；

(9)所述成像系统内部空间直径Φ不小于2000mm，满足正常患者及治疗椅的进出；

3.旋转系统：如图4所示，旋转系统2.2主要零件包括轴承座3.1、安装板 3.2、交叉滚子轴承3.3、小齿轮3.4、驱动电机及减速机3.5、电机支架3.6；

(1)所述轴承座3.1通过安装板3.2安装在成像系统的框架2.1上；

(2)所述交叉滚子轴承3.3为外圈带齿形式轴承，轴承内圈安装在轴承座 3.1上，小齿轮3.4与交叉滚子轴承3.3形成齿轮副，互相啮合；

(3)所述驱动电机及减速机3.5用于驱动小齿轮3.4，进而带动齿轮副工作，实现旋转功能；电机支架3.6用于固定驱动电机及减速机3.5；电机支架 3.6安装在安装板3.2上。

(4)如图5所示，所述交叉滚子轴承3.3下翼面安装成像系统中的X射源 2.3、平板探测器2.4和激光系统2.6，当驱动电机及减速机3.5驱动齿轮副旋转时，X射源2.3、平板探测器2.4和激光系统2.6即可实现匀速旋转；

4.整体功能的实现

如图6所示，患者按医务人员的指导坐在治疗椅的指定位置，控制室控制治疗椅移动到指定区域，框架系统1上的电机1.2驱动成像系统2下降，利用激光系统2.6将成像系统2中心定位到患者肿瘤的大致位置，旋转系统2.2中的驱动电机驱动成像系统2绕患者±180°旋转进行图像采集，采集完成后，框架系统1中的电机驱动成像系统2升至高处，治疗椅和病人不进行移动，计算机进行图像的重建和配准，完成后，治疗头发出粒子束进行治疗，治疗完成，治疗椅移出，患者离开。

一种用于质子/重离子医疗设备系统中的图像引导系统树形表

结构简要说明

1.底座系统：

本系统主要包括底座、线轨、丝杠、电机和配重等零件。

(1)底座：采用Q235A材料焊接成整体，局部配合面机加工实现，表面烤漆处理，用于防锈和美化外观；

(2)线轨、丝杠及电机：此三个零件共同组成一套运动机构，丝杠上的丝杠螺母与成像系统连接，电机驱动丝杠旋转，使成像系统沿底座斜面可以往复运动，当需要进行成像定位时，电机驱动成像系统降落达到指定区域，成像系统进行工作；当成像定位结束时，电机驱动成像系统升起，保证留出足够的空间供治疗头进行患者治疗；

(3)配重：由于成像系统安装在底座斜面上，由受力分析可知会产生两个方向的分力，配重用于平衡沿底座斜面方向的分力。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。