利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗器械领域，涉及一种放疗装置，特别是一种用于调整人体在放疗中的位姿的装置。
【背景技术】
[0002]手术中放射治疗是肿瘤放射治疗的一种新技术，它是在手术中，当外科医生已经切除局部肿瘤后，应用放射线通过手术视野照射已切除肿瘤部份的肿瘤床或残存肿瘤组织，广泛应用在头颈部肿瘤、胸部、腹部、盆腔肿瘤的联合治疗中。
[0003]手术中放射治疗起始于本世纪八十年代，在手术中应用医用直线加速器，利用开放的手术野直接照射组织表面，以杀灭局部残余的肿瘤细胞。由于当时尚无专用术中放疗设备，因此采用放疗科的大型医用直线加速器来实施治疗，在手术切除肿瘤后，病人依然处于麻醉状态下，伤口用消毒巾覆盖后，将病人连同手术床直接送到直线加速器治疗室，实施术中放疗，这种治疗方法程序复杂，操作困难，给临床医生和病人都带来诸多不便，因此极大地限制了术中放疗的普及和推广。
[0004]90年代后期，意大利首家推出移动式机械臂术中放疗装置，较正常电子直线加速器体积明显缩小，重量减轻，可以直接移动至手术室中进行术中放疗，美国专利(专利号:5，635，721)公开的技术“特别用于术中放疗的电子加速器”详细介绍了这种可移动型的术中放疗装置，它采用机械臂式的装置来支撑和移动电子直线加速器辐射头，在六个轴方向自由移动，而且通过特别设计，大幅减轻电子直线加速器重量和体积，通过自动化控制机械臂的运动而驱动电子直线加速器辐射头移动至手术视野，瞄准肿瘤床位置，实施术中放射治疗。
[0005]通过特殊设计缩小电子直线加速器体积，并采用机械臂的方法来移动电子直线加速器辐射头，设备都应用了机器人技术，多维多方向机械臂自动控制技术，以及制造低重量、小体积的电子直线加速器技术，代表了当今最尖端的技术水平。
[0006]尽管如此，上述技术仍然存在缺陷，由于为了满足大幅减少重量和体积的目的，而进行的特殊电子加速管设计，明显减低了所能达到的放射能量，这对于杀灭很多深部组织的肿瘤细胞是远远不够的，由于上述装置是采用机械臂来支撑移动电子直线加速器辐射头，而机械臂可以驱动辐射头的重量又是有所限制的，所以这种缺陷是上述装置很难克服的，而在临床推广过程中，这又是极其重要的关键，这种缺陷必然会影响术中放疗技术的普及和推广。
[0007]尽管上述装置明显减轻了电子直线加速器的体积和重量，上述装置的重量仍重达2500镑，对于灵活移动2500镑重量，多维、多方向运动机械臂的制造成本也必然非常昂贵，因此，术中放疗装置居高不下的价格，明显影响了这种技术在临床医院的推广。
[0008]上述装置另一个明显的缺陷是，尽管他们采用了极精密的多维多方向运动机械臂技术，但是，在临床应用中，缺乏三维立体定向技术和装置，仅是依靠临床外科医生和放疗科医生肉眼观察来确定位置，既没有应用高精度定位的CT或MR工影像辅助，也没有让医生有完善的工具确定病灶位置、角度、方向以及与周围正常组织的关系，以及对周围重要器官的影响，从而确定术中放疗电子束入射的最佳路径、方向、角度，以及据此而确定的电子束发射功率、发射时间等。
[0009]接下来描述放疗装置的传统技术的现状:
[0010]见中国实用新型专利，专利申请号:200310108091.2，公开了一种手术中放射治疗装置。该专利披露，在天花板上设置悬挂式机架，该悬挂式机架上设置有辐射头，辐射头具有沿X、Y、Z方向做平动及绕Z轴做转动的功能。在悬挂式机架的下方设置治疗床，人体躺于治疗床上，该治疗床具有沿治疗床具有沿Ζ轴升降移动及绕Ζ轴转动的功能。从机构运动学角度分析，该实用新型所披露的手术中放射治疗装置具有4个自由度，。机构运动学认为，空间中，一刚体具有6个自由度，S卩:沿X、Υ、Z轴的平动和绕X、Y、Z轴转动。很明显，该专利所披露的装置还缺少2个自由度，即绕X、Y轴转动的自由度。所以该实用新型并不能确保放疗中，将病灶部位与辐射头之间调整出最佳的位置和角度。
[0011]其次，该专利所披露的放疗装置还存在以下不足:
[0012]a、在天花板上设置悬挂式机架，由于悬挂式机架的位置很高，在安装、维护方面带来了很多困难。
[0013]b、在自由度的设计上存在重复，S卩:辐射头具有沿X、Y、Z方向做平动及绕Z轴做转动，治疗床具有沿Ζ轴升降移动及绕Ζ轴转动，重复的自由度是:沿Ζ轴升降移动及绕Ζ轴转动，从而使治疗床在姿态调整中不能得到任意所需的位置和角度；
[0014]c、悬挂式机架设置于天花板上，由于辐射头的重量及悬挂式机架本身的自重，使得辐射头及悬挂式机架存在掉落的风险，如果发生辐射头掉落等危险事件，位于正下方的病人后果将不堪设想。
【实用新型内容】
[0015]本实用新型的目的在于提供一种利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置，利用Stewart机器人平台作为承载平台，人体躺于Stewart机器人平台上，Stewart机器人平台可以调整出放疗所需要的任意角度和方向，从而达到完美的放疗效果。
[0016]—种利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置，包括:Stewart机器人平台、运动床板、人体;所述Stewart机器人平台的静平台固定于地面上，在所述Stewart机器人平台的动平台上固连所述运动床板;所述运动床板包括底板和十字滑台，所述底板和所述动平台固连，所述十字滑台活动连接于所述底板;所述人体固连于所述十字滑台上。
[0017]优选地，所述传感器布置于所述人体病灶部位的周围，所述传感器的数量为至3个5。
[0018]和传统技术相比，本实用新型具有以下积极作用:
[0019]所述人体固连于所述运动床板上。
[0020]建立笛卡尔坐标系XYZ，所述十字滑台活动连接于所述底板，所述十字滑台可以沿X方向、Y方向运动，驱动所述十字滑台沿X方向、Y方向运动，使所述人体的病灶部位位于所述动平台的上部中央位置。
[0021 ]由于所述动平台可以获取六个自由度:沿X、Y、Z轴的移动和绕X、Y、Z轴的转动。从而使所述病灶部位调节到任意所需要的位置和角度，使电子束可以准确地照射到所述病灶部位。
[0022]位置的调节:所述传感器采集到电子束的照射后，采集到电子束的强弱信号，将该信号传送至控制器，由控制器调节所述Stewart机器人平台的位置和角度，使所述传感器采集到的电子束信号的强度一致，此时，所述人体的病灶部位位于电子束的中心位置。
[0023]角度的调节:继续调节所述Stewart机器人平台的角度，使电子束正面照射于所述人体的病灶部位。此时，可以依靠肉眼判断。
[0024]本实用新型，充分发挥了所述Stewart机器人平台的优势，
[0025]德国Stewart实用新型了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。澳大利亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手臂。
[0026]由于并联机器人的在线实时计算是要求计算反解的，这对串联机构十分不利，而并联机构却容易实现，由于这一系列优点，因而扩大了整个机器人的应用领域。并联机器人通常应用于构建加工系统、实验模拟平台等方面。本实用新型将所述Stewart机器人平台引入到放疗领域，是一个伟大的创新发展和大胆开发。
[0027]所述Stewart机器人平台的上部布置所述十字滑台，利用所述十字滑台行程长的特点，将所述人体调节到所述Stewart机器人平台的上部，然后发挥所述Stewart机器人平台精密的调节能力，随病灶部位进行精密定位和调节角度。从而实现粗调和精调的互补组合，在大范围内快速实现对病灶的精密定位。
[0028]国外广泛采用的将辐射头安装到串联式机械臂上，由于受到机械臂的负载限制，对辐射头的重量提出了很高要求。
[0029]本实用新型由于引入了所述Stewart机器人平台，为放疗设备的探索开发打开了一扇大门。很多困扰放疗设备进步的困难都将迎刃而解。
[0030]本实用新型利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置将辐射头固定于某个装置上，从而调整人体的位姿，无需使用机械臂，从而避免了对辐射头在重量方面的要求。
[0031]相对于国内的悬挂式机架而言，本实用新型将所述Stewart机器人平台放置于地面上，调节、安装、维护都非常方便，同时大大提高了放疗的安全性，不用担心辐射头掉下来砸伤病人。同时，落地式的结构方式，所述人体躺在运动床板上。使得所述Stewart机器