放射治疗设备升降装置的制作方法

本发明涉及用于放射治疗设备、特别是大型屏蔽式放射治疗套件、特别是但不限于组合磁共振成像系统和放射治疗系统的设备的升降装置。

背景技术：

放射治疗装置存在许多设计，但是越来越普遍的类型结合磁共振成像（mri）系统利用诸如线性加速器的可旋转辐射源（该组合被称为mri/线性加速器，或mrl），该可旋转辐射源安装成使得可围绕其上可放置有患者以进行处理的患者支撑件旋转；患者支撑件通常可移入和移出mri系统。这种mrl通常以定制的设备或套件提供，其构造在实质结构内以便为mri系统提供足够的屏蔽，以在外部影响因素没有不利地影响成像质量的情况下操作并且以包含用于治疗的辐射。这些套件通常被分割为患者驻留的处理空间（其中患者接受治疗以及患者通过其进入和离开套件的空间）以及用于调整、修理、维护和修改mrl装备的单独维护空间。成像和放射治疗系统位于维护空间中，并且它们提供其中进行成像和治疗并位于处理空间中的体积；该体积通常是水平的柱形空间的形式，患者支撑件可以将患者放置在该空间中，同时成像和治疗系统围绕柱体的轴线旋转，以便从任何角度提供图像和/或放射治疗。在一种mrl设计中，mri系统是包括彼此间隔短轴向距离的两个同轴柱体的鼓的形式，并且线性加速器（或其他放射治疗装置，和/或其他成像装置，诸如计算机断层扫描（ct）扫描仪）被布置成围绕轴向空间中的轴线旋转。处理空间的壁通常被设计成围绕其中放置有患者的鼓的部分，以便从患者的视野中筛选成像和治疗装置，并且通常与患者所占据的房间的壁、地板和/或天花板邻接，以便将处理空间与维护空间分开。

建造新的专门构造的设备是昂贵的，并且并非所有医院和医疗保健设备都有可用建造的土地。因此，最好在可能的情况下重新使用和重新安装现有的空间和设备。由于所需的电磁和辐射屏蔽可能是昂贵的，因此还希望在可行的范围内限制整体尺寸以使成本最小化。为患者提供开放和宽敞的治疗环境和为服务或维护工程师提供足够的空间以在机器上工作是非常重要的设计挑战，并且将设备安装到现有的放射治疗仓（bunker）中也是非常重要的设计挑战。

需要在维护空间中的放射治疗装置上进行的许多任务需要某种类型的升降装置，因为需要调整或拆卸和更换的成像和放射治疗系统的许多组成部分都很大、体积大和/或太重以无法在可用的有限空间内手动地升降和精确操纵。例如，用于准直由线性加速器发射的辐射束的多叶准直器可以重约250kg，并且线性加速器的束产生模块可以重约1吨并且通常约2m长。理想地，需要诸如起重机的升降装置，但是空间限制意味着在处理空间内操纵起重机是非常困难的，特别是当其承载负载时。此外，起重机通常是金属的，并且由于以下三个主要因素而不希望在mri系统的紧密附近存在显着的金属结构：起重机的金属会干扰mri系统的灵敏度，因为它会使电磁场（mri系统借此操作）扭曲，并且这会对成像质量产生不利影响；如果起重机在维护空间中稍微移动，则它将以不同的方式扭曲电磁场，使得连续的图像不能准确地比较，这显着且不期望地影响可应用于放射治疗的准确度，并且由mri系统（特别是它在操作时，但在“休眠”时也在某一程度上在患者之间）产生的实质磁场可以使金属起重机移动，从而增加前两个因素。因此，通常提供可在不需要时从处理空间移除的升降装置。然而，这是一个非常不理想的解决方案，因为大型起重机必须通过通常相当受限制的通道进出处理空间，或者在起重机可被使用之前必须将其以多个零件的形式带入处理空间并进行组装，并且然后在可使用成像系统之前进行拆卸和移除。这些都是耗时的过程，并且这些设备的费用意味着要尽最大努力确保它们在尽可能长的时间内使用，因此增加维护时间，并且用于准备和移除起重机以进行必要的维护工作所需的时间严重损害了设备的成本效益性使用。

其他因素也影响任何类型的起重机在维护空间中可用的有限空间内的操作。例如，mri系统的两个鼓之间的相对短的轴向空间限制升降装置的运动：如果运动被限制在垂直于轴线或非常接近于轴线的方向上，则可相对容易地将起重机的纵向臂移动到该空间中，但是该臂在该空间内扭曲（即，臂在该空间中相对于轴线成角度）的自由度很小，并且在处理空间的壁与mri系统的外部之间可能没有足够的空间用于起重机的纵向臂被很容易地操纵到轴向空间中。天花板的高度或屏蔽的位置可以防止起重机能够越过机架，使得难以接近机器的一些部件。处理空间的壁与成像和放射治疗系统之间的区域也可以由管道/管道系统等穿过，该管道/管道系统对于系统的操作是必不可少的，但是对于起重机的移动或操作是一个障碍，从而进一步使维护过程复杂化。

技术实现要素：

本发明源于这样的认识：通过利用具有有效可变长度的悬臂，可以缓减用于移动起重机的处理空间中的空间限制。然而，这并没有解决必须将起重机移入和移出处理空间的问题，也没有解决将起重机部署到处理空间的壁与mri系统的外部之间的有限空间中或者将起重机部署到mri系统的两个鼓之间的相对短的轴向空间内并使起重机在其中移动的问题。

因此，本发明提供一种升降装置，其被适于并构造成用于在将磁共振成像装置和放射治疗装置组合在具有固定壁的专门构造的结构内的设备中，该升降装置包括壁安装式活接悬臂起重机（即，在两个或多个部分中具有突出臂的起重机，并且其沿其长度具有活接件或旋转接头，使得远侧臂部分优选地经由可旋转接头可以旋转和/或抵靠安装到壁的近侧臂部分折叠），其可在收起状态和自由状态之间选择性地移动，在自由状态中该壁安装式活接悬臂起重机可以作为起重机操作，其中起重机的基本上所有的负载承载部分由非铁磁性金属材料制成，并且其中导向件被设置成邻近壁或位于壁上，以便在起重机处于收起状态时接收起重机并将其可释放地保持在相对于壁的固定位置中。

这种活接悬臂布置允许起重机在处理空间的壁与mri系统的外部之间的可用空间的紧凑范围内操作，同时能够避免管道系统等穿过该空间，并且能够在需要在mri系统的两个鼓之间的相对短的轴向空间内升降或降低某些物体时被操纵到该区域中。在升降操作之间，起重机的悬臂可以移动到收起位置，该收起位置优选地平坦地抵靠壁，并且以可靠地可重复且精确已知的位置保持在那里，这意味着尽管起重机可能会使mri磁场产生一些扭曲，但这以可靠恒定的方式进行，因此可以一旦确定扭曲对成像的影响，并且然后通过调整成像系统进行补偿。起重机的负载承载元件通常是在起重机使用时可以移动的所有元件，但是它们也可以包括一些在非铁磁性材料中不容易商业获得的物品，诸如轴承。确保起重机由高比例的非铁磁性材料组成，通过在mri系统正在使用时使起重机留在处理空间中，最小化了起重机在mri成像磁场中产生的扭曲，同时还减少了该磁场使起重机从其收起位置移动的倾向，这继而意味着导向件不需要承受很大的力，并且因此可以小、轻且相对便宜。导向件可以安装到壁上。安装到壁上以便允许起重机相对于壁、优选地围绕垂直轴线旋转的接头可以是磁性材料，因为它将在很大程度上是旋转对称的，使得它对mri磁场的影响将是恒定的而无论其旋转位置如何，但由于它对磁场的影响相对较大，因此我们更喜欢这种接头也是非铁磁性的。非铁磁性材料优选地是金属合金（因为起重机的制造商习惯于用这种材料制造，并且由这种材料制成的起重机比由其他材料（诸如塑料或复合材料）制成的起重机更便宜且更稳健。我们更喜欢用奥氏体不锈钢制造起重机。说这种不锈钢完全是非磁性的，这根本不符合事实。如本领域所知，磁响应或磁导率的程度源自钢的微观结构。完全非磁性材料的相对磁导率为1。奥氏体结构完全是非磁性的，并且因此100％奥氏体不锈钢的磁导率为1，但实际上这没有实现。钢中始终存在少量铁素体和/或马氏体，并且因此磁导率值始终高于1。标准奥氏体不锈钢的典型磁导率值通常为约1.05-1.1，但在用于mri目的的奥氏体钢中其可以低至1.004。术语“非铁磁性”在本文中用于表示具有在1.000-1.15范围内的磁导率的任何金属材料，并且因此包括除不锈钢之外的材料；其应被解释为排除在mri设备中典型的高磁场下表现出明显的磁吸引力（或排斥力）的任何顺磁性材料，诸如铝或铝合金时。优选使用金属非铁磁性材料而不是（比如说）塑料或复合材料，因为前者较便宜并且其在高辐射环境中的长期耐久性是更好的。

可以存在壁安装式滑块或轨道，起重机安装到该滑块或轨道，以便当处于自由状态时可沿壁移动，并且其中起重机的基本上所有可移动部分均由非铁磁性材料制成。这种用于起重机的安装允许起重机在处理空间内、优选地在水平平面内具有更大的运动范围，并且可以为起重机提供收起位置，该收起位置在限制条件允许的情况下与处理空间一样远地远离mri系统；这减少了起重机的可移动部分对mri磁场的扭曲效应。滑块是壁安装式的（即固定的），并且因此不一定必须是非铁磁性材料，因为它会对磁场产生恒定的扭曲效应。诸如当起重机移动到收起状态时，可以存在选择性地适于相对于滑块可释放地固定起重机的机构。该机构还能够在起重机的操作期间将起重机固定在特定的水平位置中，或者可以存在用于此的第二机构。

在起重机中可存在单个活接件，其中悬臂包括从其延伸的两个纵向臂。我们已经发现，这种布置在以下两个需求之间提供了最佳折衷：需要能够用起重机升降和降低物品并且能够在狭窄的处理空间中操纵装载或未装载的起重机并能够将其操纵到mri系统的两个鼓之间的轴向空间中，同时避免穿过处理空间的管道和管道系统；和需要保持起重机相对小而轻。活接件增加了悬臂的质量，并且悬臂的质量越大，起重机必须支撑负载的重量就越大，因此带有多个活接件的布置是可行的，但在重量和尺寸视角来看是不可取的。类似地，悬臂可以是延伸的（例如伸缩的）悬臂，但是这也会向原本可以是相对简单的设计增加质量和复杂性。

可以存在锁定机构，其作用在活接件上并适于使臂相对于彼此保持固定；这可以是销的形式，其可以接合在板中形成的多个孔中的一个中，使得远侧臂可以相对于近侧臂以多个角度中的一个锁定。臂可以是平行的，使得悬臂处于其最大长度（或用于操作以使起重机达到其最大范围，或用于收起），或者使得远侧臂抵靠近侧臂折叠（用于收起起重机）。臂可以具有基本相等的长度，或者远侧臂可以比近侧臂（其通常比远侧臂更重并且更坚固）稍长。可以存在另外的机构，其安装在壁上以当起重机处于收起状态时接收活动件并将其可释放地保持在相对于壁的固定位置中。

为简单起见，在悬臂的端部处可以存在用于在处理空间中升降和降低物品的链式升降机（hoist），并且当起重机处于自由状态时该升降机优选地远离悬臂的壁安装。这是提升重物的可靠方法，并且当然它应该安装在悬臂的远侧端部。因为升降机可以包含其位置可以在操作之间移动的磁性元件，因此将升降机定位在悬臂的远侧端部处会允许这些元件在起重机被收起时尽可能远离mri系统，从而减少这些元件所产生的磁场的绝对扭曲和不可靠扭曲。升降机可以可拆卸地附接到起重机，并且升降机可以是传统的集成差动滑轮系统，其是用于在升降重物方便提供机械优势的众所周知的布置。可以存在用于安装放射治疗装置的旋转机架，从而允许机架旋转以将放射治疗装置的任何部分定位在起重机的提升端部的下方。

在另一方面，本发明提供一种设备，其将磁共振成像装置和放射治疗装置组合在专门构造的结构内并包括如上所述的升降装置。为了解决能够在设备的壁和屋顶与mrl之间的通常受限的空间内操纵起重机以便升降mrl的元件的问题，为了安装、维护或更换目的，我们发现以下是有利的，其中磁共振成像装置和放射治疗装置具有共同轴线，并且其中活动悬臂具有在使用中被配置为升降、降低或支撑负载的端部，活动悬臂的尺寸使得，当悬臂在自由状态下完全延伸使得悬臂的所述端部距离壁最远时所述端部不会延伸到轴线。

本发明还提供了一种在设备中使用起重机的方法，该设备组合磁共振成像装置和旋转放射治疗装置，该方法包括在自由状态下使悬臂延伸并使放射治疗装置旋转，以便使放射治疗装置的一部分进入悬臂的端部附近。这提供了一种起重机，其与放射治疗装置的旋转机架配合工作，以允许升降动作接近机架的任何部分，即使起重机不能一直到达机架周围。这允许根据本发明的起重机在常规尺寸的仓的范围内安装到mrl内并在其周围有效地操作。

附图说明

现在将通过示例并参考附图来描述本发明，其中：

图1a、1b和1c是具有根据本发明的升降装置的放射治疗设备的示意性透视图、正视图和平面图，其示出了处于第一构型的升降装置；

图2是图1的设备的示意性侧视图；

图3是从另一侧看到的图2中的起重机的正视图；

图4a和4b是图1的设备的示意性透视图和平面图，其示出了处于第二构型的升降装置；

图5是图1的设备的示意性平面图，其示出了处于第三构型的升降装置；

图6a和6b是图1的设备的示意性平面图和侧视图，其示出了处于第四构型的升降装置；

图7是图1的设备的示意性透视图，其示出了处于第四构型的升降装置；以及

图8是设备的示意性正视图，其示出了机架和设备壁之间的关系。

具体实施方式

图1a、1b和1c示意性地示出了mrl设备2，其中外壁被移除，使得维护空间4是可见的（在该空间中示出人体图以给出比例指示）。外壳6围绕处理空间，在处理空间中患者接受放射治疗；该外壳被示出为盒状结构，其具有盒形的中断处以便于维护接近mrl（可以看到其旋转机架部分，由附图标记8表示，被示出为柱形形状；该中断处对应于沿mri系统的轴线aa的短轴向空间，在该空间中，辐射源和任何其他成像系统（即，除了mri之外，但未示出）能够随着机架8围绕患者和轴线aa旋转）。管道10穿过mrl和维护空间4的外壁（未示出）之间的处理空间，以用于将冷却剂运送来回至mrl和用于将功率和控制信号传输到mrl并将图像信号从mrl传输到远程控制室的电缆。壁安装式起重机12（下面更详细地描述）设置在维护空间4中，并且示出为平坦地抵靠维护空间4的外壁（即，悬臂完全延伸并平行于壁）。

图2从后部更详细地示出了图1的设备2（为清楚起见省略了管道系统10）和起重机12的侧视图。图3从另一侧示出了起重机12。起重机12是滑动的、壁安装式活接悬臂起重机。该起重机包括固定到维护空间的壁的水平的上下轨道14,16，承载活接悬臂的框架18可沿着该壁自由地在四个可选择锁定的轮20上操作，柄部22和柔性带27设置成用于沿着轨道14,16移动框架18和悬臂。活接悬臂安装到框架18，以便可在水平平面内围绕垂直枢轴接头24旋转，并由内臂和外臂26,28构成；外臂28安装到内臂26，使得其可以在水平平面内围绕另一垂直枢轴接头30旋转（并且悬臂可以“活接”）。枢转接头30可选择性地锁定，使得外臂28可相对于内臂26保持在固定的角位置；类似地，枢转接头24也可选择性地锁定，使得内臂28可以相对于框架18保持在固定的角位置，或者以固定数量的不同角度或以任何角度保持。在悬臂的最远离枢转接头24的远侧端部处，可释放地附接有链式升降机32。在图2中将注意到，mrl8延伸到维护空间的地板水平面以下；设置可移动的地板34以允许经由向下到机架8下方的低水平面地板的步骤而接近mrl8的下部，以进行维护或其他目的。在图2和图3中，再次示出了起重机2，其中悬臂完全延伸并且平坦地抵靠在壁上，在收起位置中悬臂可以像这样平坦地抵靠在壁上，或者外臂28通过可释放的锁定导向件36（如图7所示）沿着内臂26折叠。柔性带25从悬臂臂26,28垂下，并有助于操作者移动悬臂臂。额外的带27从框架18垂下。

在图4a和4b中，悬臂的外臂和内臂26,28完全延伸，即锁定在枢轴接头30处以便平行，但悬臂作为整体围绕枢轴接头24旋转大约30°，使得外臂28的远侧端部和链式升降机32与维护空间的壁间隔开。在图5中，内臂26被锁定在枢轴接头24处以便垂直于维护空间的壁，并且外臂28被锁定在枢轴接头30处以便垂直于内臂26，并且在图6a至6b中，内臂26被锁定在枢轴接头24处以便垂直于维护空间的壁，并且外臂28被锁定在枢轴接头30处以便与内臂26平行，使得悬臂的远侧端部和链式升降机32定位成朝向mrl8的中心线。将理解，通过组合沿着轨道14,16滑动框架18、围绕枢轴接头24旋转内臂26以及围绕枢轴接头30旋转外臂28，悬臂可以被操控和操纵，以便在维护空间内的几乎任何位置可操作（用于提升或降低重物）。所示的链式升降机32是手动操作的，但它可以是动力式的。起重机必须定期进行负载测试以确保使用安全，并且这通常采用起重机2在其结构上最薄弱的构型处进行，这如图5所示；为此目的，方便地将固定的眼部38（图6b中所示）嵌入维护空间的地板中，使得链式升降机32可以经由测力传感器附接到该眼部38以对起重机2进行负载测试。

如上所述，当正在使用mrl时，起重机2被收起；在收起位置中，悬臂被置于图1的构型中（或外臂28围绕枢轴接头30完全旋转以便位于内臂26旁边），并且框架18沿着轨道14,16移动使得悬臂处于正确的位置以与可释放的锁定导向件36接合。然后锁定导向件36、枢轴接头24,30和轮20，使得起重机2的所有可移动部分固定在已知位置中。如上所解释的，这确保由起重机引起的mri的磁操作场中的扭曲总是相同的，并且确保可移动部分被牢固地保持以便在mrl8正在使用时不被磁场移动。通过使起重机或至少其可移动部分由非铁磁性材料（诸如奥氏体不锈钢）制成，以及通过定位收起位置使得当收起时悬臂远离mri系统来使扭曲最小化。将收起的起重机2投入使用可简单地解锁导向件36、枢轴接头24,30以及轮20，移动并操纵起重机，使得悬臂的远侧端部处于所需位置，并且再次锁定导向件36、枢轴接头24,30和轮20中的一个或多个。

图7示出了放射治疗设备的一些其他特征，诸如维护空间4的外壳壁40（起重机2安装到其）、患者支撑件50（患者在轴向地移动到mrl8之前所在的位置）以及壁52，该壁52将处理空间54与维护空间4分开并围绕放置有患者的鼓的一部分，以便从患者的视野中筛选成像和治疗装置。

再次转到图6a和6b，我们将解释起重机2如何在放射治疗设备中通常可用的受限空间中确定尺寸和使用。设备的内壁40（起重机2安装到其）与外壳壁52的平行于内壁40的边缘60之间通常存在受限的距离，并且在围绕mri装置8的外壳壁52之间的距离62通常相对于mri装置的半径较短。设备的天花板（图6b中通常示出为64）与mrl8的最高点之间也可存在非常小的垂直距离，因此悬臂不可能延伸到mrl的轴线66，即使悬臂确实延伸到这么远，也没有足够的空间让起重机升降重物；然而，悬臂的尺寸可以设计成当它完全延伸时（如图6a中所示），其升降端部68稍微远离轴线66（在垂直方向高于轴线66的水平面并且水平地不延伸到轴线66但是在水平平面中位于轴线66与mri8的外周边之间，如图6a中所示）。这种布置允许悬臂的外臂和内臂26,28在受限空间中操纵，并且延伸到图6a中所示的位置。为了升降mri8的元件以用于安装、维护或修理目的，mri8围绕轴线66旋转以将要被升降的mri的部分带到完全延伸的悬臂的端部68下方的位置。

图6a和6b还示出了包含壁安装式活接悬臂起重机2的设备的另一优点；两个图都表明，旋转机架8的侧面62a,62b与围绕旋转机架8的外壳壁52之间几乎没有轴向空间（图6a中与侧面62a相邻的明显间隙具有误导性，旋转机架8具有的轴向长度62仅略小于围绕旋转机架8的外壳壁52的相对侧面之间的距离）。图6b示出了设备的地板和天花板64与旋转机架8的上极限处和下极限处之间存在非常小的距离。这对机架8周围的空间的限制是有意的，因为通常需要在固定尺寸的仓内安装具有尽可能最大直径的机架，或者在围绕mrl构建设备时，期望不使设备大于任何必要的尺寸，以便限制构建成本和/或避免影响现有的邻近结构（mrl设备通常构建在现有医院建筑物/设备旁边，并且在这些建筑物/设备之间可能只存在有限的空间）。这意味着起重机2只能在轴线66的水平面（如图6b和图8所示）与略低于机架8的最高极限处的位置（如图6a和8中的轴线66所示）之间在略小于mrl的周边的四分之一中接近机架8。如果悬臂的端部68能够在该距离上水平地延伸，则起重机不能在机架8的整个直径上延伸并不重要，因为机架8可以很容易地旋转以定位机架上的任何元件，该元件必须由起重机在端部68下方垂直地升降。还将理解，悬臂的外臂和内臂26,28的长度被选择成以便能够允许悬臂的端部68尽可能地在有限距离62内朝向轴线66水平地延伸；取决于机架8的侧面62a,62b之间的距离62、取决于安装起重机2的设备的内壁40与平行于内壁40的外壳壁52的边缘60之间的距离、取决于机架8的最上边缘与天花板64之间的距离、取决于机架8的直径以及取决于在悬臂的升降端部处在起重机的顶部与链式升降机（在其最小长度）之间的垂直距离等等，相对容易确定悬臂臂26,28的长度应该是多长，或者是否需要多于两个的悬臂臂，以便为起重机提供必要的灵活性并且在仓和机架的壁和天花板与窄“槽”之间的有限空间中在机架上方展开和延伸，并且该窄“槽”在机架的任一轴向侧上在外壳壁52的相对侧面之间径向延伸。另外，如图8中示意性所示，其中机架8包括与轴线66同轴的柱形中心孔8a，其被设计成允许患者进入放射治疗装备，其中在孔8a的周边与机架8的外周边8b之间沿着轴线66的水平面产生最佳的操作距离67，其限定了悬臂接近安装在机架上的所有部件所需的起重机的最小操作范围。此外，通过确定悬臂的该最小操作范围67相对于设备壁40的距离（距离zz），然后可以通过柱形机架8的外径8b的基本几何形状和了解来确定悬臂需要安装在轴线66的水平面上方的最小所需高度（yy），以便能够接近机架8上的所有部件。结合对在机架8的外周边8b与设备壁40之间的最小距离zz的了解，可以优化仓设备设计过程以提供以下起重机：该起重机能够通过悬臂的内臂和外臂26,28以及轴线66水平面的上方的悬臂高度的适当变化和规格来接近柱形机架上的所有部件。相反，机架尺寸（尤其是机架孔8a的半径和机架外径8b的半径）连同距离62的推断将使设备设计者能够确定识别设备壁和机架之间的最小距离zz所需的最小悬臂臂长度。

因此，起重机的设计可以被包括在设计整个设备的过程中，并且计算机辅助建模可以用于确保起重机可以用于升降安装到机架的装置的任何部分，同时确保大体布置尽可能紧凑。

当然可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行许多变型。例如，非铁磁性材料可以是诸如青铜或锡的合金。当外臂抵靠内臂折叠时内臂和外臂上可以存在可释放的固定件以便将内臂和外臂保持在一起，其中导向件设置在壁上以便可释放地抵靠壁将内臂保持在收起位置中。悬臂的外臂和内臂26,28被示出为具有相同的长度，但取决于设备的壁与外壳壁52之间的有限空间的尺寸和形状（其中起重机必须可使用），如果这些臂中的一个比另一个长，则可能有助于机动性。