加速器治疗装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种加速器治疗装置，所述加速器治疗装置包括治疗控制装置、主机架、加速器，所述加速器安装于所述主机架上，所述治疗控制装置控制加速器及主机架，所述加速器治疗装置还包括：主机架适配器，支架，俯仰驱动装置，平衡组件，本发明创造性的设置一个主机架适配器，并在主机架适配器转轴的两侧分别设置主机架及平衡组件，平衡组件与主机架及其上面安装的设备分别给主机架适配器转轴施加相反的转矩，两个转矩相互抵消或部分抵消，使得整个主机架适配器连同主机架做俯仰转动时，需要的外部转矩很小，这样就大大降低了外部驱动装置的制造成本和控制系统的复杂性。
【专利说明】
加速器治疗装置
技术领域
[0001]本发明涉及加速器治疗装置，具体涉及一种加速器治疗装置。
【背景技术】
[0002]随着肿瘤放射学与材料科学的发展，作为治疗癌症的一种重要手段，放疗逐步迈入精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”时代。设定主机架的旋转平面与水平面垂直时，该旋转平面为X平面，此时其转轴定义为Z轴，与Z轴垂直且相交的水平直线为X轴，与Z轴、X轴分别垂直且均相交的直线为Y轴。Z轴和Y轴确立Y平面，Y轴和X轴确立X平面，Z轴和X轴确立水平面(Z平面)。目前的医用直线加速器(放射治疗设备)通过主机架旋转带动加速器在X平面或与其平行的平面上旋转，所述加速器跟随主机架旋转，并且其发射的射线中轴线与主机架的旋转轴线垂直并相交于一点，即等中心点。一般来说，治疗时，将病患的病灶放置于等中心处，旋转主机架，使得加速器在X平面或其平行平面上围绕病灶旋转，从而使射线从不同的方向照射病灶，以更好的杀死患病细胞，但是，病患和病灶都具有三维立体体积，目前的治疗设备仅能从一个平面空间进行360°照射，而不能实现三维球面空间照射。因此，新出现一种所谓的加速器点头装置，其主要是将主机架通过位于X轴上的旋转轴悬挂于两个支柱上，通过驱动装置带动主机架绕X轴旋转，由于主机架及加速器非常沉重，其转轴承受的转矩非常大，因此对传动装置的要求非常高。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种加速器治疗装置，在实现加速器在一球面上立体运行，从而达到在三维空间的任意方向照射病灶(等中心)的同时，克服现有技术的弊端。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0005]—种加速器治疗装置，所述加速器治疗装置包括治疗控制装置、主机架、加速器，所述加速器安装于所述主机架上，所述治疗控制装置控制加速器及主机架，所述加速器治疗装置还包括:
[0006]主机架适配器，所述主机架安装于主机架适配器上，并可绕主机架自身的轴线即主机架轴线自由旋转；
[0007]支架，所述主机架适配器可转动的安装于支架上，主机架适配器的适配器转轴的轴线即适配器轴线与主机架轴线垂直；
[0008]俯仰驱动装置，与所述主机架适配器传动连接，并驱动主机架适配器绕其适配器轴线转动；
[0009]所述加速器跟随主机架旋转，并且其发射的射线中轴线与所述主机架轴线垂直并相交于一点，即等中心点；主机架的旋转及主机架适配器的旋转使得加速器在三维空间改变位置且始终位于同一球面上，该球面的球心与等中心点重合；
[0010]平衡组件，设置于主机架适配器上，并与主机架分别位于适配器轴线的两侧，主机架的及安装于主机架上的设备的总重力与平衡组件的重力分别对适配器转轴施加相反的力矩。
[0011]现有技术中，直接两个立柱上安装主机架，并用驱动装置(一般是电机和变速箱)直接驱动主机架进行俯仰转动，此时当主机架从垂直状态向水平状态倾斜转动的过程中，其本身重量施加给驱动装置的力矩会逐渐加大，给驱动装置造成很大的负担，因此驱动装置造价高昂，控制系统复杂。本发明创造性的设置一个主机架适配器，并在主机架适配器转轴的两侧分别设置主机架及平衡组件，平衡组件与主机架及其上面安装的设备分别给主机架适配器转轴施加相反的转矩，两个转矩相互抵消或部分抵消，使得整个主机架适配器连同主机架做俯仰转动时，需要的外部转矩很小，这样就大大降低了外部驱动装置的制造成本和控制系统的复杂性。
[0012]进一步的，所述俯仰驱动装置包括:
[0013]安装于地面或支架上的电机、驱动齿轮，所述电机带动驱动齿轮旋转；
[0014]安装于主机架适配器上的弧形齿条，所述弧形齿条与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮带动弧形齿条旋转，弧形齿条带动主机架适配器绕适配器轴线旋转。
[0015]进一步的，所述驱动齿轮和弧形齿条为两组，分别设于主机架轴线两侧，所述两组驱动齿轮由同一电机驱动或分别由两台电机同步驱动。
[0016]进一步的，所述驱动齿轮包括主动链轮、从动链轮、主动齿轮，所述主动链轮与电机传动连接，所述主动链轮与从动链轮之间设置链条、皮带或齿带传动连接，所述从动链轮与主动齿轮同轴连接，主动齿轮与弧形齿条啮合。
[0017]进一步的，所述平衡组件还包括配重、拽引索和配重支架，所述拽引索一端连接在主机架适配器上，另一端连接在配重上，并且绕过配重支架使得配重悬挂于配重支架下方。
[0018]进一步的，所述配重支架上端设有Y形滑轮组件，即在Y形的两个分支的末端分别设有一个支撑滑轮，所述拽弓I索搭设于支撑滑轮上。
[0019]进一步的，所述主机架适配器上设置有拽引臂，所述拽引臂设置在与适配器轴线同一水平高度，并设置于主机架适配器背面的一侧，或呈U形水平跨接于主机架适配器背面的两侧，所述拽引索连接于拽引臂的自由端或呈U形的拽引臂的中点上。
[0020]进一步的，所述支架上部还设有一支臂，支臂的自由端设有一支架滑轮，所述拽引索一端连接于拽引臂上，再按顺序绕过支架滑轮、支撑滑轮上，最后连接于配重上。
[0021]进一步的，所述支架与主机架适配器之间还设有安全连接器，所述安全连接器包括:
[0022]连杆，一端连接于支架上或主机架适配器上，另一端设有直径更大的活塞部；
[0023]阻尼筒，一端连接于主机架适配器上或支架上，其具有中空腔体即阻尼腔，所述活塞部套设于阻尼腔中，并具有气密性和可自由滑动，阻阻尼筒自由端处的阻尼腔的直径小于活塞部，并与连杆之间设有气密部件，所述阻尼筒的两端均设有贯通外部与阻尼腔的通气孔。
[0024]进一步的，所述通气孔处均设有电控阀门装置，所述电控阀门装置包括电控阀门、传感器和控制器，当传感器检测到气压或气体流量突变时，控制器控制电控阀门关闭。
[0025]进一步的，偏心力矩GxLl等于或约等于反作用的偏心力矩FxL2，其中:
[0026]G为包含主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，单不含配重的组合体的重心，其相对于对等中心点的力臂为LI，则偏心力矩为GxLl;
[0027]F为配重部分产生的作用力，其相对于对等中心的力臂为L2，其产生的偏心力矩为
FxL20
【附图说明】
[0028]图1是本发明的不意图；
[0029]图2是主机架及加速器处于零位时的示意图；
[0030]图3是主机架及加速器处于点头位即前倾位时的示意图；
[0031 ]图4是主机架及加速器处于仰头位即后倾位时的示意图；
[0032]图5是实际运彳丁时重心广生偏移的不意图；
[0033]图中数字和字母所表示的相应部件名称:
[0034]1.加速器；21.主机架；22主机架适配器；23.弧形齿条；31.电机；32.驱动齿轮；4142.配重;43.拽引索；5.支架;G.除配重外主机架及加速器等运动部件的重心；IS0.等中心点；L1.除配重外的主机架及加速器等运动部件的产生的作用力的力臂;L2.配重作用力的力臂;M.通过等中心点的竖直基准面。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0036]本发明的一种实施例，如图1所示，为达到上述目的，本发明的技术方案是:
[0037]—种加速器治疗装置，所述加速器治疗装置包括治疗控制装置、主机架21、加速器I，所述加速器I安装于所述主机架21上，所述治疗控制装置控制加速器及主机架，所述加速器治疗装置还包括:
[0038]主机架适配器22，所述主机架21安装于主机架适配器22上，并可绕主机架21自身的轴线即主机架轴线自由旋转；
[0039]支架5，所述主机架适配器22可转动的安装于支架5上，主机架适配器22的适配器转轴的轴线即适配器轴线与主机架轴线垂直；
[0040]俯仰驱动装置，与所述主机架适配器22传动连接，并驱动主机架适配器22绕其适配器轴线转动，即带动主机架及加速器做所谓的俯仰运动；
[0041]所述加速器跟随主机架旋转，并且其发射的射线中轴线与所述主机架轴线垂直并相交于一点，即等中心点；主机架的旋转及主机架适配器的旋转使得加速器在三维空间改变位置且始终位于同一球面上，该球面的球心与等中心点重合；以确保加速器发射的射线的轴线始终穿过等中心。如果设定主机架的旋转轴线为空间坐标的X轴，加速器发射的射线的轴线即为Y轴。
[0042]平衡组件，设置于主机架适配器上，并与主机架分别位于适配器轴线的两侧，主机架的及安装于主机架上的设备的总重力与平衡组件的重力分别对适配器转轴施加相反的力矩。
[0043]现有技术中，直接两个立柱上安装主机架，并用驱动装置(一般是电机和变速箱)直接驱动主机架进行俯仰转动，此时当主机架从垂直状态向水平状态倾斜转动的过程中，其本身重量施加给驱动装置的力矩会逐渐加大，给驱动装置造成很大的负担，因此驱动装置造价高昂，控制系统复杂。本发明创造性的设置一个主机架适配器，并在主机架适配器转轴的两侧分别设置主机架及平衡组件，平衡组件与主机架及其上面安装的设备分别给主机架适配器转轴施加相反的转矩，两个转矩相互抵消或部分抵消，使得整个主机架适配器连同主机架做俯仰转动时，需要的外部转矩很小，这样就大大降低了外部驱动装置的制造成本和控制系统的复杂性。
[0044]在一些实施例中，如图1所示，所述俯仰驱动装置包括:
[0045]安装于地面或支架上的电机31(图1中安装在地面)、驱动齿轮32(图1中驱动齿轮为一套组件，包括与电机传动连接的变速箱、主动链轮、与弧形齿条23啮合的主动齿轮(SP图中标示32的部件)、与主动齿轮同轴连接的从动链轮，从动链轮与主动齿轮安装在一个立柱上(也可以安装在支架5专门设置的安装支杆上)，主动链轮与从动链轮之间通过链条传动连接(也可以是齿条、皮带等)，所述电机带动驱动齿轮旋转，在图1中，电机是带动变速箱转动，变速箱的输出经主动链轮、链条、从动链轮、主动齿轮，最后驱动弧形齿条23，带动主机架适配器旋转；
[0046]安装于主机架适配器22上的弧形齿条23，所述弧形齿条23与驱动齿轮32啮合，所述驱动齿轮32带动弧形齿条23旋转，弧形齿条23带动主机架适配器22绕适配器轴线旋转。
[0047]在一些实施例中，所述驱动齿轮和弧形齿条为两组，分别设于主机架轴线两侧，所述两组驱动齿轮由同一电机驱动或分别由两台电机同步驱动(图1中由两台电机进行同步驱动)。
[0048]上述每组驱动齿轮均包括主动链轮、从动链轮、主动齿轮，所述主动链轮与电机传动连接，所述主动链轮与从动链轮之间设置链条、皮带或齿带传动连接，所述从动链轮与主动齿轮同轴连接，主动齿轮与对应的弧形齿条啮合。
[0049]在一些实施例中，所述平衡组件还包括配重42、拽引索43和配重支架41，所述拽引索43—端连接在主机架适配器22上，另一端连接在配重42上，并且绕过配重支架41使得配重42悬挂于配重支架41下方。
[0050]在图1的示例中，所述配重支架41上端设有Y形滑轮组件，即在Y形的两个分支的末端分别设有一个支撑滑轮，所述拽弓I索43搭设于支撑滑轮上。
[0051 ]在图1的示例中，所述主机架适配器22上设置有拽引臂44，所述拽引臂44设置在与适配器轴线同一水平高度，并设置于主机架适配器22背面的一侧，或呈U形水平跨接于主机架适配器22背面的两侧，所述拽引索43连接于拽引臂的自由端或呈U形的拽引臂44的中点(如图1所示)上。
[0052]进一步的，所述支架上部还设有一支臂45，支臂45的自由端设有一支架滑轮，所述拽引索43—端连接于拽引臂44上，再按顺序绕过支架滑轮、支撑滑轮上，最后连接于配重42上。
[0053]上述是平衡组件采用配重加滑轮组的示例，在实际应用中，还有很多可实现平衡的方案，比如在拽引臂44上直接加载配重的方式，或者通过杠杆、齿轮组传动连接一滑动安装于一垂直或一定倾角的导轨上的配重，只要达到本发明需要的目的即可。
[0054]为了防止平衡组件失效带来的风险，在一些实施例中，可在所述支架与主机架适配器之间还设有安全连接器，最简单的安全连接器可以是一条连接在配重与主机架适配器之间的安全绳，但是，当拽引索断裂时，整个系统还是会遭受冲击，可能造成设备的损坏或其他潜在风险。
[0055]因此，在另外一些实施例中，我们可以采用以下方案，该方案中的安全连接器包括:
[0056]连杆，一端连接于支架上或主机架适配器上，另一端设有直径更大的活塞部；
[0057]阻尼筒，一端连接于主机架适配器上或支架上，其具有中空腔体即阻尼腔，所述活塞部套设于阻尼腔中，并具有气密性和可自由滑动，阻阻尼筒自由端处的阻尼腔的直径小于活塞部，并与连杆之间设有气密部件，所述阻尼筒的两端均设有贯通外部与阻尼腔的通气孔。
[0058]当正常工作时，主机架适配器缓慢转动，连杆的活塞部在阻尼腔中也同步缓慢移动，阻尼腔被活塞部分隔为两个腔室，活塞部移动时，两个腔室通过各自的通气孔分别缓慢的进气和排气，当平衡组件突然失效，主机架适配器失去平衡急速旋转，此时，带动活塞部急速移动，阻尼腔中的一侧腔室中的空气被压缩，另一侧腔室则形成强负压，由于通气孔较小，加上空气难以被压缩，因此在空气的阻力和腔负压的拉力的作用下，活塞部只能缓慢的移动，从而拖拽住主机架适配器，使其只能缓慢的转动，防止发生安全事故。
[0059]为了能将适配器停在某个位置，在上述方案的基础上，所述通气孔处均设有电控阀门装置，所述电控阀门装置包括电控阀门、传感器和控制器，当传感器检测到气压或气体流量突变时，控制器控制电控阀门关闭。电控阀门关闭后，相当于堵塞了通气孔，因此，活塞部就无法再移动了，从而实现了主机架适配器在任意位置的停止及锁定。也可以进一步的通过控制电控阀门的启闭甚至对气体流量的控制(如采用多个小流量的电控阀门，或者采用可以控制开启角度或流通孔径的电控阀门)，来实现对适配器转动速度及位置的控制。
[0060]由于在实际应用中，主机架的俯仰角一般无需超过30°，因此不会出现主机架适配器转动大于90°出现重心失衡的状态，在实际应用中，尽可能使配重及主机架适配器、加速器、主机架等部件的组合体的重心位于等中心点上或附近，并且尽量使系统在做俯仰动作时，组合体重心出现的偏移尽可能小，从而组合体施加给驱动齿轮上的力也尽可能的小。
[0061]在实际应用中，为了尽可能减轻驱动装置的负荷，需要使得偏心力矩GxLl等于或约等于反作用的偏心力矩FxL2，其中:
[0062]G为包含主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，单不含配重的组合体的重心，其相对于对等中心点的力臂为LI，则偏心力矩为GxLl;
[0063]F为配重部分产生的作用力，其相对于对等中心的力臂为L2，其产生的偏心力矩为FxL20
[0064]为了满足尽量使得GxLl=FxL2，或差距尽可能小。如图2所示，此时主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备均处于初始位置，此时加速器的射线中轴线垂直于水平面，并穿过等中心点2所示:
[0065]1、设备运动部分(主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，不含配重)的重心约在点G，对等中心的力臂为LI，则偏心力矩为GxLl。
[0066]2、配重部分产生的作用力为F，对等中心的力臂为L2，其反作用的偏心力矩为FxL2；
[0067]3、理想状态为GxLl=FxL2，即平衡状态时运动部分(含配重)重心在等中心点ISO处(G')。
[0068]其中，M表示通过等中心点的竖直基准面。
[0069]如图3和图4所示，在主机架旋转不同角度时(即做俯仰运动或者说是做点头、仰头的动作)，运动部分(主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，不含配重)的重心G是移动的，则它相对等中心点的力臂LI也在变化。
[0070]理想状态是:即使整个运动部分(主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，含配重)的综合作用重心位置没落在等中心V处，但只要落在通过等中心的竖直基准面M上，这样因为水平方向上的分解作用力因为机架支撑结构的支撑作用而被抵消掉，而竖直方向上的分解力因为相对等中心力臂为0，所以没有围绕等中心的旋转趋势，可以认为是平衡的。
[0071]但实际情形更多可能出现如图5所示的情形:因为配重为恒定的，而运动部分随着旋转角度不同，重心位置是变化的，所以综合作用重心并不一定能落在竖直基准面M上，而会有一定的偏移I/，但此时I/相对较小，造成的旋转扭矩负载小，这部分负载可以由驱动机构的齿轮和电机抱闸等装置来承受，最终形成动态平衡。相对于现有技术，这个偏移带来的转矩大大降低了，使得传动装置上承受的力矩也大大的降低了。
[0072]上述偏心力矩的差值，必须控制在电机的输出转矩的范围以内，S卩GxLl与FxL2之间的差值，不得大于电机的输出转矩，安全起见，一般选取不大于电机输出转矩的二分之一值，这个值越趋近于零越好。至于电机的输出转矩，可以根据电极的额定功率及其电磁参数计算得出。当然，如果辅助以抱闸之类的锁定刹车装置，这个差值可以选择得大一些，以锁定刹车装置的抱持力能安全锁定为准，这样电机的功率可以适当选择小一些。
[0073]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种加速器治疗装置，所述加速器治疗装置包括主机架、加速器，所述加速器安装于所述主机架上，其特征在于，所述加速器治疗装置还包括: 主机架适配器，所述主机架安装于主机架适配器上，并可绕主机架自身的轴线即主机架轴线自由旋转； 支架，所述主机架适配器可转动的安装于支架上，主机架适配器的适配器转轴的轴线即适配器轴线与主机架轴线垂直； 俯仰驱动装置，与所述主机架适配器传动连接，并驱动主机架适配器绕其适配器轴线转动； 所述加速器跟随主机架旋转，并且其发射的射线中轴线与所述主机架轴线垂直并相交于一点，即等中心点；主机架的旋转及主机架适配器的旋转使得加速器在三维空间改变位置且始终位于同一球面上，该球面的球心与等中心点重合； 平衡组件，设置于主机架适配器上，并与主机架分别位于适配器轴线的两侧，主机架的及安装于主机架上的设备的总重力与平衡组件的重力分别对适配器转轴施加相反的力矩。2.根据权利要求1所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述俯仰驱动装置包括: 安装于地面或支架上的电机、驱动齿轮，所述电机带动驱动齿轮旋转； 安装于主机架适配器上的弧形齿条，所述弧形齿条与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮带动弧形齿条旋转，弧形齿条带动主机架适配器绕适配器轴线旋转。3.根据权利要求2所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述驱动齿轮和弧形齿条为两组，分别设于主机架轴线两侧，所述两组驱动齿轮由同一电机驱动或分别由两台电机同步驱动。4.根据权利要求3所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述驱动齿轮包括主动链轮、从动链轮、主动齿轮，所述主动链轮与电机传动连接，所述主动链轮与从动链轮之间设置链条、皮带或齿带传动连接，所述从动链轮与主动齿轮同轴连接，主动齿轮与弧形齿条啮合。5.根据权利要求1到4任一所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述平衡组件包括配重、拽引索和配重支架，所述拽引索一端连接在主机架适配器上，另一端连接在配重上，并且绕过配重支架使得配重悬挂于配重支架下方。6.根据权利要求5所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述配重支架上端设有Y形滑轮组件，即在Y形的两个分支的末端分别设有一个支撑滑轮，所述拽引索搭设于支撑滑轮上。7.根据权利要求6所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述主机架适配器上设置有拽引臂，所述拽引臂设置在与适配器轴线同一水平高度，并设置于主机架适配器背面的一侧，或呈U形水平跨接于主机架适配器背面的两侧，所述拽引索连接于拽引臂的自由端或呈U形的拽引臂的中点上； 所述支架上部还设有一支臂，支臂的自由端设有一支架滑轮，所述拽引索一端连接于拽引臂上，再按顺序绕过支架滑轮、支撑滑轮上，最后连接于配重上。8.根据权利要求1所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述支架与主机架适配器之间还设有安全连接器，所述安全连接器包括: 连杆，一端连接于支架上或主机架适配器上，另一端设有直径更大的活塞部； 阻尼筒，一端连接于主机架适配器上或支架上，其具有中空腔体即阻尼腔，所述活塞部套设于阻尼腔中，并具有气密性和可自由滑动，阻阻尼筒自由端处的阻尼腔的直径小于活塞部，并与连杆之间设有气密部件，所述阻尼筒的两端均设有贯通外部与阻尼腔的通气孔。9.根据权利要求8所述的加速器治疗装置，其特征在于，所述通气孔处均设有电控阀门装置，所述电控阀门装置包括电控阀门、传感器和控制器，当传感器检测到气压或气体流量突变时，控制器控制电控阀门关闭。10.根据权利要求1到9任一所述的加速器治疗装置，其特征在于，偏心力矩GxLl等于或约等于反作用的偏心力矩FxL2，其中: G为包含主机架、主机架适配器、加速器及其上安装的附属设备，单不含配重的组合体的重心，其相对于对等中心点的力臂为LI，则偏心力矩为GxLl ； F为配重部分产生的作用力，其相对于对等中心的力臂为L2，其产生的偏心力矩为FxL20
【文档编号】A61N5/10GK105920747SQ201610438056
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】姚毅
【申请人】苏州雷泰医疗科技有限公司