专利名称：碰撞检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种碰撞检测装置，用于放射治疗设备，包括，具有内部空间的放射单元(3)，用于在内部空间中朝向放射线焦点对放射线束导向，用于对患者体内的目标进行治疗。更确切地说，该碰撞检测装置功能是，当将患者移动进入该空间内，以将要被治疗的目标定位在放射线焦点上时，检测任何身体部位或与其相连的任何设备，是否与限定出放射单元内部空间的表面接触，本发明还涉及一种用于执行这种碰撞检测的方法。
背景技术：
本发明主要涉及所谓的放射手术，其中放射线束，典型地伽马射线，朝向组织内部中所谓放射线焦点的有限区域会聚。通过聚焦放射线束，确实可以在放射线焦点处获得高的放射剂量，以使得在该焦点区域内的组织可被破坏。以这种方式，例如不用打开颅骨就可以破坏脑内的癌变肿瘤。
然而，本发明可应用于任何涉及某种放射线束聚焦的放射治疗，例如这样的放射治疗，其主要目的不是立即破坏组织而是通过重复治疗逐渐耗尽患部组织。尽管由于头部可相对于颅骨牢固地定位，使得可以以高的精确度执行治疗，所以头部特别适于进行这类治疗，但本发明还涉及对除了头部之外的身体其他部位进行放射手术或治疗。相反，例如躯干中的器官相对于骨骼来说更容易移动，这就难以以高的精度执行这类放射治疗。例如在胳膊、腿或脊柱附近，相对于治疗设备对患部组织进行固定更容易，可以经由骨头相对于设备固定组织。
结果，本发明可应用于涉及对放射线束进行某种形式聚焦的所有放射治疗。在这些情况下，通常需要对在放射单元内部的治疗空间中将患者或身体部位进行移置，以将要被治疗的目标区域定位在放射线焦点上。放射单元可具有许多不同的形状，且通常为碗形或球形，具有形成具有为类似空腔，或具有圆形、方形或其他形式的环状的治疗空间，在环状形式下，治疗空间仅采用通孔的形式。要被治疗的身体部位随后插入治疗空间中并被移置，直到要被治疗的目标区域处在放射线焦点中。在治疗过程期间，甚至有必要对身体部位进行移置，以获得对孔影响区域进行规律且全面的放射。在对物体部位的这种移置过程中，总是存在这样的风险，身体部位或与身体部位连接的任何设备，例如用于固定身体部位的固定装置，会与放射单元的内部碰撞，结果会存在伤及患者或损坏设备的危险。
例如当在头部执行放射手术时，在诊断和治疗过程中，通过固定销将颅骨固定在到固定框架上，即所谓的立体定向框架，该固定销靠螺纹拧入病人的头骨中，立体定向框架再固定到放射装置中的移置装置上。以这种方式，头部可定位在一参考坐标系中，且在治疗过程中可提前以很大的精度性来计算行进路径。治疗过程中的移置通常通过电动机来自动执行，一方面因为要避免医疗人员暴露在过量的放射线中，也能在行进路径以及行进速度和保持时间方面以足够的精度来执行治疗。
在已有技术中，公知的是通过测量提供给电机的电力来检测可能的碰撞。当输送的电力超过预定值时，则中断电力输送且电机随之停止。这种解决方案的一个问题是，因为由于自然干扰或患者/身体部位重会导致无故中断，所以电力供应中断点不能设置很低。另一方面，将中断点设置得高，则在发生碰撞的情况下，会导致设备损坏，在参考坐标系中对身体部位误定位，或甚至伤及患者。当执行头部放射手术时，不仅可以在治疗期间移置患者头部，也可以同时移置患者的整个身体，以避免在设备中产生张力以及避免患者不适。当移置整个身体时，与仅移置身体一个部位(例如头部)相比需要更大的力。结果，中断点必须相应地设置得较高，在发生碰撞时，到电机停止之前这会导致更严重的问题。
发明内容
本发明的目的是消除已有技术的缺点和不足，并提供一种碰撞检测装置，能检测放射治疗单元与患者/身体部位或安装于其上的任何设备之间的任何碰撞，该装置可靠以及易于制造、安装和使用，且廉价。至少可以通过权利要求1的碰撞检测装置来实现该目的。
为了上述相同的目的，本发明还涉及一种方法，用于执行这种碰撞检测。这可以通过权利要求13的方法来实现。
本发明基于这样一种理解通过在放射单元内部提供碰撞检测单元来实现可靠的碰撞检测，至少在该碰撞检测单元的外表面包括导电层，且该碰撞检测单元通过电绝缘间隔元件与放射单元隔离开一小段距离。在安装之后，碰撞检测单元与电压供给连接。由于在这种情况下，碰撞检测单元的壁会变形或移位，以使得导电层与放射单元接触并因而接地，导致电压电平降至0伏，所以通过监控碰撞检测单元中的电压电平，患者身体部位或安装在身体部位上的任何设备与放射单元内部的任何碰撞都可以可靠地检测。
可以以不同的方式执行监控。最简单的方式是在测量指示器上显示碰撞检测单元处的电压，用于让操作者手动读取，或让电压降激活某种可视或可听的报警装置。如果检测到碰撞，操作者可以随后中断对患者的移置。然而，优选的是，通过某种监控装置使监控自动执行，以使得移动患者的设备可以停止，例如通过中断对执行运动的电机供电。
可以以不同的方式和各种材料来制造碰撞检测装置。在一实施例中，碰撞检测装置用电绝缘材料制造，例如塑料，优选地可以挤出或注射模制为需要的形状。随后，碰撞检测单元在外侧设置有导电层，例如导电涂料或金属箔。以这种方式，碰撞检测单元的内部是电绝缘的，这在碰撞的情况下能保护患者不被电击。
在进一步的实施例中，碰撞检测单元的本体替代为由导电材料制造，优选地是金属，并随后内部优选地用电绝缘材料覆盖，例如涂料或塑料。当然，可以用导电材料制造碰撞检测单元，内部没有任何绝缘层，由于电压电平足够低，例如低于15V，所以不会危害患者，不过也会觉得不适。
无论用电绝缘材料或导电材料制造碰撞检测单元本体，本体可以被制造得很薄并可挠，以使得在碰撞时通过本体壁的挠曲来实现电接触，或者本体可制造为刚性的，以使得在碰撞时通过移位整个本体来实现电接触。在前者的情况下，间隔元件可用刚性材料制造，如带状条或塑料钮。在后者的情况下，间隔元件必须本身是弹性的或以弹性的方式保持，如橡胶、海绵乳胶或弹簧，或通过弹簧保持的塑料钮这样的间隔元件。还有必要将间隔元件设置在碰撞检测单元或放射单元中的凹部中。具有弹性或弹性保持的间隔元件的一个优势是，随后可以检测碰撞，甚至是在间隔元件的附近。为了使碰撞检测单元发挥作用，所需要的是碰撞检测单元保持为相对于放射单元电绝缘。这并不意味着间隔元件本身必须是电绝缘材料的，而是必须以电绝缘的方式保持，例如承靠在碰撞检测单元上的绝缘座上的金属弹簧。
同样，碰撞检测装置的形状可根据放射单元的内部空间而变，因为所需要的是碰撞检测单元与放射单元之间的间隙足够小。结果，碰撞检测单元可形成为，例如带通孔的环形或圆柱形，或在一端封闭的碗形。也可以沿其长度具有变化的横截面尺寸。
间隔元件的形式和材料是可选的。主要的需要是，它们应能以电绝缘的方式牢固地保持住碰撞检测单元，距放射单元的内表面一小段距离。在一实施例中，间隔元件为固定到碰撞检测单元外侧的带状条。这种间隔元件廉价且只要适合就能方便且快速地固定，并能以距放射单元内部空间非常短的距离保持碰撞检测单元。然而，可以用其他材料、不同形状来制造间隔元件，如本文前面所述的弹性间隔元件。同时，还可以随着塑料体的注塑模制将间隔元件同时形成到碰撞检测单元上，且用相同的材料与塑料体整体形成。
由于在刚性间隔元件的情况下，碰撞检测单元不能在每个间隔元件的位置变形，且结果不能在该处检测到任何碰撞，所以最适于对间隔元件进行定位，在该间隔元件处最不可能发生碰撞。当治疗头部时，这些位置通常是相对于头部的正前方、正后方和正两侧。这是由于，相对于这些位置立体定向框架的垂直固定销“对角地”安装，且由于固定销从头部垂直地伸出一段距离，则即使头部笔直向前、向后或侧向移动，任何固定销与碰撞检测单元碰撞的可能性也很大。
在优选实施例中，碰撞检测单元通过一个或更多弹簧载荷触碰探针，与电压供给以及测量指示器或监控装置连接，该弹簧载荷触碰探针邻靠在碰撞检测单元外部的导电层上并从和/或向导电层传递电压。这类可拆卸的触碰探针使碰撞检测单元易于安装和拆卸。然而，应理解电连接也可以是，例如固定连接，例如由焊接到碰撞检测单元的线构成。
在一实施例中，根据本发明的碰撞检测装置仅设置具有一个触碰探针，例如将碰撞检测单元连接至电压供给以及连接至测量指示器或监控装置的单个探针。在另一实施例中设置两个分离的触碰探针，一个用于向碰撞检测单元传递电压，而另一个用于监控碰撞检测单元中的电压电平。以这种方式，消除了由于单个触碰探针脱离接触，检测不到碰撞发生的可能性。带有两个分离的触碰探针，如果其中一个触碰探针脱离接触，则测量指示器或监控装置仍检测到碰撞，这可给予操作人员在操作之前检查设备的机会。
在可替换实施例中，碰撞检测单元可在外导电层中设置具有电隔离的扇形区域，每个扇形区域通过一个或两个分离的连接装置连接，如上所述。以这种配置，可以获得在放射单元的哪个扇形区域发生了可能的碰撞的指示，并控制自动移位装置以避免碰撞。
图1为根据本发明优选实施例的碰撞检测单元横截面图。
图2为通过图1中碰撞检测单元的纵向截面。
图3为通过组装在一起的放射单元和根据本发明的碰撞检测单元的纵向截面示意图，显示了电压供给和监控装置。
图4为沿图3中IV-IV线的横截面。
图5为类似于图4的可替换实施例的横截面。
图6为放大比例下的电压供给和监控装置的示意图。
图7为电压供给和监控装置可替换实施例的示意图。
具体实施例方式
图1和图2显示了根据本发明的碰撞检测单元1的实施例。碰撞检测单元的形状由要插入的放射单元的内部空间形状来决定。为了简单起见，碰撞检测单元以简单的圆柱碗状物表示，其具有圆形横截面并一端封闭。然而，实际中，碰撞检测单元可以具有更多的复杂结构。
碰撞检测单元优选地由塑料制造，例如，通过注塑模制或任何其他合适的制造方法，且具有薄、柔性的壁，当受力时易于挠曲。
因而，碰撞检测单元的主体是电绝缘的。然而，根据本发明，碰撞检测单元的外表面设置具有导电层2，优选地具有导电涂料，但诸如薄金属箔这样的其他类型的层也是可以的。
在图3和图4中，碰撞检测单元1显示为插入示意性地显示的放射单元3中。为了防止碰撞检测单元的外部导电层与放射单元的内表面接触，并为了在碰撞检测单元和放射单元之间形成小的间隙4，在优选实施例中，4个伸长的带状条5形式的间隔元件安装在碰撞检测单元和放射单元之间。然而，带状条的数量是可选的，且在本发明的范围内更多或更少的带状条是可以想见的。带状条在轴线方向上在外部延伸，大致跨过碰撞检测单元的整个长度和端面的一小段距离，如图3最佳地显示。为了尽可能地避免间隔元件妨碍对碰撞的检测，带状条位于每个侧面的最上、最下以及最远的位置。这可以根据具体的应用而变，但对于本文所显示的应用来说，用于固定患者头部7的立体定向框架6(stereotactic frame)具有固定销8，相对于头部位于进行“对角地”定位。因而，最有可能的是，立体定向框架，在其中一个固定销的区域上，会首先撞击碰撞检测单元，如从图4中明显可见，该碰撞可能不会处在其中一个间隔元件的区域内。
同样在图3中示意地示出，结合在一起的电压供给和监控装置，其通过一个单个的弹簧载荷接触探针9与碰撞检测单元1上的导电层2连接。电压通过合适的电阻器11从电压供给10传到导电层。监控装置12在此显示为简单的电压测量指示器，该电压测量指示器连接于触碰探针和地之间，但应理解，它也可以是适于向控制单元发送信号的监控装置，用于在治疗空间内自动地移置患者，或用于当在检测到碰撞时中断对执行移置的电机供电。
当碰撞发生时，立体定向框架6或患者压靠在碰撞检测单元1上，该碰撞检测单元1将会偏转且外侧的导电层2承靠在放射单元的内表面上。碰撞检测单元的电压电平由此会降到与放射单元的电平相同，由于放射单元接地所以它的电平通常为0伏。这种电压下降可通过操作者读取测量指示器或通过监控装置12传感。
在图5中显示了根据本发明的碰撞检测单元的可替换实施例。在本实施例中，碰撞检测单元外侧上的导电层被分成4个分离的扇形区域2’-2’，这些扇形区域彼此电绝缘。每个扇形区域优选地通过一个或两个触碰探针9’-9’单独地与电压供给和监控装置连接，如上所述，这些触碰探针在图中显示为点。碰撞检测装置以这种方式构建，它可以检测在哪个扇形区域中发生了可能的碰撞。这种信息非常有用，例如用于自动安全系统，在检测到碰撞之后，该系统可以利用该信息在正确的方向上移动患者。
图6和7为放大比例下的横截面示意图，为碰撞检测单元与电压供给和监控装置的电连接的两个不同实施例。在图6中，碰撞检测单元1的连接通过一个普通的触碰探针9实现，该触碰探针9将碰撞检测单元与电压供给10以及监控装置12连接。触碰探针插入放射单元中的孔，并通过绝缘插入物与该孔电绝缘。优选地触碰探针为弹簧加载(未示出)并通过接触压力邻靠在碰撞检测单元的外侧导电层2，以确保可靠的电接触。触碰探针9经由电阻器11与电压供给10连接。监控装置12，此处图示为电压测量指示器，具有大内阻，连接于触碰探针和地之间。同样，放射单元3与地连接。通常，碰撞检测单元具有的电压电平与放射单元中的电压电平不同，放射单元的电压电平为0伏。这通过监控装置12来指示。然而，当碰撞发生，以使得碰撞检测单元1的导电层2与放射单元3接触时，碰撞检测单元经由放射单元与地短路连接，这可通过监控装置12向操作者或控制电路指示。电阻11防止电压源10在碰撞时与地短路。
然而，如果应在触碰探针9和碰撞检测单元1之间存在中断的接触，在所描述类型的电路中，即使应该有碰撞，监控装置12也会指示没有碰撞。这种问题可以通过图7所示的电路来避免。这里，碰撞检测单元，或相同的每个扇形区域，通过两个触碰探针9’、9”连接，该两个触碰探针彼此电隔离。其中一个触碰探针经由电阻器11将碰撞检测单元1与电压供给10连接，同时另一个将碰撞检测单元与监控装置12连接。如果其中一个或两个触碰探针不与碰撞检测单元连接，则监控装置在碰撞检测装置上测量为0伏，这表明可能有碰撞。结果，操作者将有机会检查设备并处理任何问题。
权利要求
1.一种碰撞检测装置，用于放射治疗设备，包括具有内部空间的放射单元，用于在内部空间中朝向放射线焦点对放射线束导向，以对患者体内的目标进行治疗，其中该碰撞检测装置功能是，当将患者移动进入该空间内，以将要被治疗的目标定位在放射线焦点上时，检测任何身体部位或任何设备，如安装于身体上的立体定向框架，是否与限定出所述放射单元内部空间的表面接触，其特征是，所述碰撞检测装置包括，碰撞检测单元，至少在其外表面是导电的，且具有的尺寸小于所述放射单元的内部空间，以便可插入所述内部空间并以与所述放射单元电绝缘的方式被保持，如其外导电表面保持为离所述放射单元的内表面一距离，且与电压供给连接，以便检测所述碰撞检测单元的外表面是否由于身体部位或安装在身体部位上的任何设备导致所述碰撞检测单元的变形或移位而邻靠在所述放射单元的内表面上。
2.根据权利要求1所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元通过间隔元件保持为离所述放射单元的内表面一距离。
3.根据权利要求2所述的碰撞检测装置，其中所述间隔元件为塑料材料。
4.根据权利要求1所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元在其内表面是电绝缘的。
5.根据权利要求4所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元由电绝缘材料制成，在其外表面具有导电层。
6.根据权利要求4所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元由电绝缘材料制成，在其内表面具有导电层。
7.根据权利要求5所述的碰撞检测装置，其中在外表面上的所述导电层分成两个或更多的单独扇形区域，该些扇形区域彼此电绝缘并单独地与电压供给和监控装置连接，以能检测在哪个扇形区域中发生了可能的碰撞。
8.根据权利要求5所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元在其外表面上涂以导电涂料。
9.根据权利要求6所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元在其内表面上涂以导电涂料。
10.根据权利要求1所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元的外表面通过弹簧加载触碰探针电连接。
11.根据权利要求10所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测单元通过两个单独的触碰探针连接，一个用于连接至所述电压供给，且一个用于连接至所述监控装置。
12.根据权利要求1所述的碰撞检测装置，其中所述碰撞检测装置与自动监控装置连接，该自动监控装置传感并借助于自动移置装置自动中断患者的移置。
13.一种方法，用于当通过放射治疗设备执行放射治疗时，检测在患者身体部位或安装于身体部位上的任何设备，如立体定向框架，与放射单元内部空间的内表面之间的碰撞，包括步骤提供一种碰撞检测单元，至少在其外表面是导电的并具有的尺寸小于所述放射单元的内部空间；以相对于所述放射单元电绝缘的方式，将所述碰撞检测单元插入所述放射单元内部空间，使得所述碰撞检测单元的外导电表面保持为与所述放射单元的内表面有一距离；将所述碰撞检测单元的导电外表面与电压供给连接；和通过监控碰撞检测单元中的电压电平任何改变，来检测在身体部位或安装在身体部位上的任何设备与所述放射单元内部之间可能发生的碰撞，该电压电平的变化是由于身体部位或安装到身体部位上的任何设备邻靠在所述放射单元上而产生的检测单元的变形或移位导致。
全文摘要
本发明涉及一种碰撞检测装置，用于放射治疗设备，包括，具有内部空间的放射单元(3)，用于在内部空间中朝向放射线焦点对放射线束导向，用于对患者体内的目标进行治疗。该碰撞检测装置包括，碰撞检测单元(1)，至少在其外表面是导电的，且具有的尺寸小于放射单元的内部空间，以便可插入该内部空间，并以通过隔离元件(5)与放射单元电绝缘的方式被保持。其外导电表面(2)与电压供给(10)连接，以便检测由于身体部位(7)或安装在身体部位上的任何设备(6、8)导致碰撞检测单元的变形或移置，碰撞检测单元的外表面是否邻靠在放射单元的内表面上。本发明还涉及一种用于执行这种碰撞检测的方法。
文档编号A61NGK101022851SQ200580028305
公开日2007年8月22日 申请日期2005年6月23日 优先权日2004年6月29日
发明者阿兰·米诺兹, 黑肯·尼维斯泰特 申请人:伊莱克塔公司