直線擺臂式機器人治療床的制作方法
【專利說明】
[0001]所屬技術領域:
本發明涉及醫療設備領域，具體是一種直線擺臂式機器人治療床。
[0002]【背景技術】:
放射治療是進行腫瘤治療的最重要手段之一，放射治療的目的是給靶區最大的照射劑量，而避免周圍正常組織過多接受照射，這就要求放射治療的各個環節能夠做到“精確”。現在放療設備中，患者主要采用仰臥式治療模式，對于患者的支撐與定位最重要的部件是治療床，因此，治療床的精確性至關重要。一般來講，治療床的主要功能體現在:強度剛度達到要求，能夠對于患者進行承載；配合治療過程中的影像系統，進行患者靶區的精確定位；配合治療頭，滿足不同部位腫瘤靶區治療時所需的空間方位。
[0003]傳統的立柱式治療床整體笨重，靈活性差，治療空間受限，不是精確放療設備的最佳選擇；而后發展的剪式升降床，改變了傳統單柱式的力學特性，但依然沒有改善其運動空間范圍，治療空間依然受限；一些常規的機器人技術用于放射治療設備中進行患者定位，靈活性、運動范圍和治療空間都得到改善，但常規機器人的承載方式和受力特性不適應放射治療對于患者定位的要求，因此研發專用的機器人治療床對于治療設備的發展有很大的促進作用。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的目的是為了克服現有治療床治療空間受限，不適應放射治療要求的不足，提供一種運動靈活、運動范圍大，可用于任何精確放療系統的直線擺臂式機器人治療床。
[0005]本發明的目的是通過下述技術方案來實現的:
本發明的直線擺臂式機器人治療床由治療床板(I)和直線擺臂式機器人(2)組成；其特征在于直線擺臂式機器人(2)由升降擺轉動力系統(3)、升降擺轉機體(4)、擺轉導軌臂
[5]和可三自由度旋轉的機械托臂(6)組成；其中，治療床板(I)與可三自由度旋轉的機械托臂(6)之間通過法蘭連接，可三自由度旋轉的機械托臂(6)與擺轉導軌臂(5)之間通過導軌滑塊機構連接，擺轉導軌臂(5)與升降擺轉機體(4)之間為轉動副連接；升降擺轉動力系統(3)由升降機構(7)、擺轉機構(8)和升降擺轉動力離合器(9)構成；升降機構(7)和擺轉機構(8)均連接在擺轉導軌臂(5)與升降擺轉機體(4)之間的轉動副上，升降擺轉動力離合器(9) 一端與升降動力源(14)連接，另一端與升降機構(7)或擺轉機構(8)配合，實現動力分配，進而驅動擺轉機構(8)擺轉或升降機構(7)升降。
[0006]上述方案中，所述可三自由度旋轉的機械托臂(6)與擺轉導軌臂(5)之間通過導軌滑塊機構連接的具體方式為:可三自由度旋轉的機械托臂(6)上安裝有滑塊(10)，擺轉導軌臂(5)上安裝有導軌(11)，導軌(11)與滑塊(10)配合；實現機械托臂(6)在擺轉導軌臂(5)上直線運動的傳動機構為絲杠螺母或者直線電機。
[0007]上述方案中，所述可三自由度旋轉的機械托臂(6)的三個自由度分別為:繞治療床板(I)縱向的旋轉，繞治療床板(I)橫向的旋轉和繞治療床板(I)高度方向的旋轉，并帶有動力源。
[0008]上述方案中，所述擺轉導軌臂(5 )縱截面呈現梯形結構，表現為靠近升降擺轉機體(4)端的截面高度大于遠離升降擺裝機體(4)端截面高度。
[0009]上述方案中，所述升降機構(7)、擺轉機構(8)和升降擺轉動力離合器(9)均為齒輪裝置；其中，升降擺轉動力離合器(9 )中設有升降輸出齒輪(9-1)和擺轉輸出齒輪(9-2 );升降機構(7)為一個絲杠螺母機構，螺母固結在擺轉導軌臂(5)與升降擺轉機體(4)之間的轉動副上；絲杠(7-2 )兩端通過軸承固定，絲杠(7-2 )只能自轉，絲杠(7-2 )上部固結一個齒輪(7-1)，齒輪(7-1)與升降擺轉動力離合器(9)的升降輸出齒輪(9-1)嗤合；擺轉機構(8)為一個齒輪，齒輪固定安裝在擺轉導軌臂(5)與升降擺轉機體(4)之間的轉動副上，并與升降擺轉動力離合器(9)的擺轉輸出齒輪(9-2)嗤合；同一時刻，升降輸出齒輪(9-1)和擺轉輸出齒輪(9-2)只有一個處于嚙合狀態。
[0010]上述方案中，所述治療床板(I)和直線擺臂式機器人(2)上安裝有防碰撞檢測傳感器，用于實時檢測，避免治療床與放療設備其他硬件發生碰撞干涉。
[0011]上述方案中，所述治療床板(I)下方安裝有劑量驗證電離室，可以在治療過程中實時進行劑量驗證。
[0012]上述方案中，所述治療床板(I)或直線擺臂式機器人(2)上安裝有主動呼吸引導裝置，具體為具有LED (發光二極管)燈光引導、語音提示功能的呼吸引導設備，用于調節患者呼吸穩定。
[0013]上述方案中，所述擺轉導軌臂(5)前端或直線擺臂式機器人治療床支撐座上安裝有C臂架(12)，C臂架(12)上配置有兩組影像系統，每組有一個kV級X射線源和一個平板探測器，平板探測器安裝在C臂架(12)內壁，并且距離C臂架(12)中心的徑向距離可調；兩組影像系統可以實現CBCT (錐束斷層成像)三維成像和雙目成像；通過影像系統獲取患者靶區的位置與擺位時的偏差，反饋給治療床控制系統，修正治療床位置，實現靶區位置的精確校準與追蹤。
[0014]本發明所述的直線擺臂式機器人治療床，可用于任何精確放療系統中，包括遠距離直線加速器系統，近距離放射治療系統，質子放射治療系統。通過三自由度機械托臂實現三個末端自由度，機械托臂與擺轉導軌臂之間通過導軌滑塊機構實現機械托臂的平移自由度，通過升降擺轉動力離合器與升降機構或擺轉機構配合，實現擺轉導軌臂的升降自由度和擺轉導軌臂相對于升降擺轉機體的旋轉自由度，構成六自由度直線擺臂式機器人治療床，運動靈活、運動范圍大；采用升降擺轉動力離合器實現升降機構或擺轉機構動作，只需要采用一個動力源即可，這樣實現一個動力源對于兩個自由度的順序控制，節省成本，對于治療床運動分析和運動規律的控制帶來方便。
[0015]綜上所述，本發明克服了現有治療床治療空間受限，不適應放射治療要求的不足，提供的直線擺臂式機器人治療床運動靈活、運動范圍大，可用于任何精確放療系統。
[0016]【附圖說明】:
圖1是本發明所述直線擺臂式機器人治療床示意圖。
[0017]圖2是本發明中直線擺臂式機器人結構的示意圖。
[0018]圖3是本發明中升降擺轉動力系統結構的示意圖。
[0019]圖4是本發明升降擺轉動力離合器的示意圖。
[0020]圖5是本發明實施例五的示意圖。
[0021]圖6是本發明實施例六的示意圖。
[0022]附圖中，各數字的含義為:1:治療床板；2:直線擺臂式機器人；3:升降擺轉動力系統；4:升降擺轉機體；5:擺轉導軌臂；6:可三自由度旋轉的機械托臂；7:升降機構；7-1:齒輪；7-2:絲杠；8:擺轉機構；9:升降擺轉動力離合器；9-1:升降輸出齒輪；9-2:擺轉輸出齒輪；10:滑塊；11:導軌；12:C臂架；13:直線加速器；14:升降動力源。
[0023]【具體實施方式】:
下面結合附圖及實施例進一步詳述本發明，但本發明不僅限于所述實施例。
[0024]實施例一
本例的直線擺臂式機器人治療床如圖1、圖2、圖3和圖4所示，由治療床板I和直線擺臂式機器人2組成；直線擺臂式機器人2由升降擺轉動力系統3、升降擺轉機體4、擺轉導軌臂5和可三自由度旋轉的機械托臂6組成；其中，治療床板I與可三自由度旋轉的機械托臂6之間通過法蘭連接，可三自由度旋轉的機械托臂6與擺轉導軌臂5之間通過導軌滑塊機構連接，擺轉導軌臂5與升降擺轉機體4之間為轉動副連接；升降擺轉動力系統3由升降機構7、擺轉機構8和升降擺轉動力離合器9構成；升降機構7和擺轉機構8均連接在擺轉導軌臂5與升降擺轉機體4之間的轉動副上，升降擺轉動力離合器9 一端與升降動力源14連接，另一端與升降機構7或擺轉機構8配合，實現動力分配，進而驅動擺轉機構8擺轉或升降機構7升降。
[0025]可三自由度旋轉的機械托臂6與擺轉導軌臂5之間通過導軌滑塊機構連接的具體方式為:可三自由度旋轉的機械托臂6上安裝有滑塊10，擺轉導軌臂5上安裝有導軌11，導軌11與滑塊10配合；實現機械托臂6在擺轉導軌臂5上直線運動的傳動機構為絲杠螺母或者直線電機。
[0026]擺轉導軌臂5上與導軌11平行方向安裝有兩個軸承座，絲杠兩端通過軸承安裝在軸承座中，這樣絲杠相對于擺轉導軌臂5的位置不改變，只是在軸承座中可以轉動，絲杠一端連接驅動電機(與升