專利名稱：高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，可適用于高強聚焦超聲腫瘤治療機中的多軸執(zhí)行立體定位系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器械領域。
背景技術：
高強聚焦超聲腫瘤治療是近年興起的一種高效的體外微創(chuàng)局部治療技術，利用換能器發(fā)出的超聲波穿透深度大、指向性強、聚焦性能好的特性，采用體外發(fā)射、體內(nèi)聚焦的技術方式，將多束低能量的超聲波聚焦起來，深入人體腫瘤內(nèi)部，形成高能量區(qū)，與放大鏡聚焦陽光在焦點處產(chǎn)生巨大能量相似，可瞬間使腫瘤組織局部升溫，產(chǎn)生凝固性壞死，失去增殖、浸潤、轉移能力，最終殺死癌細胞，而對正常人體組織無任何損傷。高強聚焦超聲腫瘤治療機由治療主機、電氣控制系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)、治療計劃軟件、水處理系統(tǒng)等五部分組成。治療主機是聚焦超聲治療機中的關鍵的部分，其屬于機械運動機構。在治療的過程中，病員的病灶部位處于治療床上的空間上。聚焦超聲發(fā)射源處于治療床的下方。機械運動機構使聚焦超聲發(fā)射源的焦點達到病灶。
文獻檢索發(fā)現(xiàn)有關聚焦超聲治療機的中國發(fā)明專利CN02113721.8“腫瘤治療超聲聚焦刀”中描述的高強聚焦超聲腫瘤治療機，由組合治療頭、超聲功率源、介質水處理裝置、B超機、治療床、主控制器和工控機組成，所述五維運動機構的五維運動由x、Y、z、θ、γ運動組成X、Y、Z的運動機構是一樣的伺服電機通過減速器傳送到滾珠絲桿，滾珠絲桿帶動托板在導軌上運動，旋轉編碼器與滾珠絲桿連接，X、Y、Z三個運動機構疊加就構成三維直角坐標系運動機構；伺服電機通過減速器連接弧形臂上的同步帶，同步帶固定有滑塊，組合治療頭固定在滑塊上使組合治療頭沿弧形臂運動且與Y坐標保持在同一平面上，形成Y坐標運動完成二維斷面在Y坐標平面內(nèi)的弧形運動，弧形臂固定在X、Y、Z三個單運動機構疊加構成三維運動裝置上；氣動筒通過連桿帶動組合治療頭繞自身軸心轉動形成O坐標運動，完成兩個相互垂直且軸對稱二維診斷面的轉換；五維運動機構的控制是由工控機通過主控制器將運動信號傳送到前端控制器，前端控制器控制伺服運動機構帶動組合治療頭運動，運動檢測器將檢測到的位置信號反饋到前端控制器，再通過主控制器反饋到工控機，實現(xiàn)運動的閉環(huán)控制。中國實用新型專利CN99201009.8“高強度聚焦超聲治療系統(tǒng)中的六坐標掃描裝置”具有6個完全的自由度，實現(xiàn)對超聲波焦點的空間定位和超聲波傳導路徑的姿態(tài)控制。這種形式的掃描機構實質上與傳統(tǒng)的6坐標數(shù)控機床完全一致。該裝置主機座通過中心孔左端面連接板和傾斜機構的外殼連接，傾斜機構左端通過螺孔和四維機構外殼連接，四維機構內(nèi)有三個互相垂直的直角坐標和一個水平回轉坐標。能夠實現(xiàn)6個完全的自由度，保障超聲波焦點按照任意指定的路徑和姿態(tài)實現(xiàn)腫瘤“切除”。但是，這種方案機械結構復雜，體積笨重，制造和安裝成本較高。整個系統(tǒng)的剛度較差，從系統(tǒng)受力的角度來看，薄弱環(huán)節(jié)較多，不利于精度保持，維護和調(diào)整也比較麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述裝置的缺點，以簡化的系統(tǒng)結構和較低的制造成本，改變傳統(tǒng)的空間運行機構的X、Y、Z三維直線方向的思維，采用底層升降、中層旋轉、上層偏擺的結構，配合頂層監(jiān)測病灶的B超探頭升降一套多軸執(zhí)行裝置，從而實現(xiàn)聚焦超聲發(fā)射源的焦點達到病灶的三維空間的每一個區(qū)域上。
本實用新型的技術方案本實用新型的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置包括整機升降機構、旋轉機構、偏擺機構及安裝其上的聚焦超聲發(fā)射源和B超監(jiān)測機構，具體是升降機構在底層，升降機構上面與旋轉機構連接，在旋轉機構之上安裝偏擺機構，聚焦超聲發(fā)射源的底部通過軸承與偏擺工作臺連接，B超監(jiān)測頭安放在聚焦超聲發(fā)射源的中心孔處，B超監(jiān)測頭與旋轉機構或相關旋轉部件連接，聚焦超聲發(fā)射源的邊緣通過止動桿和導向支座與升降機構的升降工作臺連接定位。
所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其旋轉機構的旋轉盤33上面安裝旋轉支座25，偏擺工作臺24與旋轉支座25的兩支臂通過軸26連接，偏擺齒輪23與偏擺工作臺24連接，偏擺齒輪23與偏擺驅動機構22連接。
所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其偏擺機構的偏擺工作臺置于旋轉機構上的旋轉支座的兩個支臂之間，與旋轉支座的兩個支臂軸連，偏擺工作臺與偏擺驅動機構連接。
所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其B超監(jiān)測頭安裝在B超升降機構內(nèi)筒上，B超升降機構內(nèi)筒置于B超升降機構導向筒中，偏擺工作臺與B超升降機構內(nèi)筒之間由旋轉連動機構連接；聚焦超聲發(fā)射源的底部與B超升降機構導向筒連接，B超升降機構導向筒與偏擺工作臺通過軸承連接；B超升降機構的內(nèi)筒與B超升降驅動機構連接。
所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其B超升降驅動機構包括帶動B超升降機構內(nèi)筒的齒條，與齒條匹配的齒輪及其驅動電機。
所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其旋轉機構底座34固定在升降機構的升降工作臺46上，旋轉盤33通過軸承與旋轉機構底座34連接，旋轉驅動電機3通過傳動機構與旋轉盤33連接。
本實用新型的優(yōu)點結構層次清晰，制造工藝容易，總體結構體積小，實現(xiàn)的效果能達到上述X、Y、Z等多維運動裝置的效果。本多軸執(zhí)行裝置更加適于計算機程序通過PLC控制進行多維運動，使聚焦超聲發(fā)射源的焦點達到病灶的三維空間的每一個區(qū)域上。控制組合探頭的治療點達到病灶的三維空間的每一個區(qū)域上對體內(nèi)立體病灶實施空間覆蓋三維移動，快速、有效、安全地實施治療。


圖1是本實用新型的整體結構示意圖；圖2是聚焦超聲發(fā)射源與偏擺工作臺、B超升降機構的連接關系剖面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例圖1是本實用新型的整體結構示意圖升降機構由升降絲桿副41、47進行升降傳動，升降螺母47固定在固定架45的固定平板43上，升降絲桿41兩側是升降導向柱42、48，導向柱42、48在導向筒44、49中被動地運動，保證在升降時，整個裝置的平穩(wěn)性；升降工作臺46固定在升降絲桿41、導向筒44、49之上，升降絲桿41、升降導向柱42、48下端懸空。升降絲桿41與升降驅動機構410連接。升降機構也可以采用齒輪、齒條傳動。
旋轉機構旋轉機構底座34固定在升降工作臺46上，旋轉從動齒輪即旋轉盤33通過軸承與旋轉機構底座34連接，旋轉驅動電機3通過減速機31、傳動齒輪32帶動從動齒輪即旋轉盤33旋轉，使B超監(jiān)測的探頭6旋轉，旋轉范圍180度。但是旋轉機構底座34不發(fā)生旋轉。
偏擺機構旋轉機構即旋轉盤33上面安裝旋轉支座25，偏擺工作臺24與旋轉支座25的兩臂通過軸26連接，21是軸承。偏擺工作臺24上放置聚焦超聲發(fā)射源5。偏擺齒輪23與偏擺工作臺24連接，偏擺齒輪23與偏擺驅動機構22連接。偏擺驅動機構22帶偏偏擺齒輪23轉動，從而帶偏擺工作臺24偏擺，偏擺工作臺24帶動聚焦超聲發(fā)射源5發(fā)生偏擺。偏擺機構執(zhí)行偏擺的命令時，使聚焦超聲發(fā)射源5發(fā)生偏擺并調(diào)整合適的高度，以保證聚焦超聲源對準同一深度的不同靶點。
如圖2聚焦超聲發(fā)射源5的底部與B超升降機構的導向筒13通過緊固件52連接，B超升降機構的導向筒13與偏擺工作臺24通過軸承51連接。B超監(jiān)測探頭6安裝在B超升降機構的內(nèi)筒12上，B超升降機構的內(nèi)筒12置于導向筒13中，偏擺工作臺與B超升降機構內(nèi)筒之間由旋轉連動機構連接，以便B超監(jiān)測的探頭6隨旋轉機構旋轉，具體可以是與偏擺工作臺連接的滑桿16的另一端的滑動頭置于B超升降機構內(nèi)筒底部的滑槽17內(nèi)，以便偏擺工作臺24隨旋轉盤33旋轉時，內(nèi)筒12跟著旋轉，帶動B超監(jiān)測探頭旋轉。也可以是其它旋轉連動機構。B超升降驅動機構包括固定在B超升降內(nèi)筒12側的齒條14，與齒條14匹配的齒輪15及其驅動電機11(見圖1)。
如圖1、圖2聚焦超聲發(fā)射源5的邊緣通過止動桿8和導向支座7與升降機構的升降工作臺46連接定位。B超升降機構的內(nèi)筒與B超升降驅動機構連接。目的是旋轉盤33旋轉時，旋轉盤(從動齒輪)33之上的所有部件(包括B超監(jiān)測探頭6)都發(fā)生旋轉，但聚焦超聲發(fā)射源5和B超升降機構的導向筒12不發(fā)生旋轉。
聚焦超聲發(fā)射源5不能發(fā)生的旋轉的原因有二一是因為聚焦超聲發(fā)射源5的邊緣通過止動桿8和導向支座7與升降機構的升降工作臺46連接定位；二是如圖2，聚焦超聲發(fā)射源5的底部通過B超升降機構的導向筒13與偏擺工作臺24軸連。偏擺工作臺24隨旋轉盤(從動齒輪)33旋轉時，內(nèi)聚焦超聲發(fā)射源5的止動桿8只能在導向支座7內(nèi)上下活動，不能水平方向運動，使得聚焦超聲發(fā)射源5只能發(fā)生偏擺，不能發(fā)生旋轉，以保證連接在聚焦超聲發(fā)射源上的物件如水囊等不發(fā)生扭轉而致?lián)p壞。
B超升降機構在B超升降驅動電機11帶動下，齒輪15帶動齒條14上下運動，從而帶動B超監(jiān)測頭6上下運動。B超升降機構只會引起監(jiān)測B超的升降。B超升降機構的作用是在治療開始時，將B超監(jiān)測的探頭6(下降)由檢查狀態(tài)的位置回到原來的零位狀態(tài)，以保證聚焦超聲源5發(fā)出的超聲不致于損傷B超的探頭。
本實用新型的多軸執(zhí)行裝置的控制由計算機完成，同時協(xié)調(diào)相互之間的運動。整個治療過程由程序來操作控制完成，開啟聚焦超聲治療機后，首先進入一個使多軸執(zhí)行裝置的各軸處于一個初始化的狀態(tài)，即零位。升起治療床下方的B超監(jiān)測的探頭到一定的高度，以保證B超監(jiān)測探頭貼近治療床上的病員的病灶的體表處。由于B超圖像獲取的是病灶的一個切面，而病灶是一個立體的實體，那么如何獲取病灶的各個切面呢？方法是利用本實用新型的多軸執(zhí)行裝置中的旋轉機構，使B超監(jiān)測的探頭作一個180度范圍的旋轉，這時根據(jù)醫(yī)生的需要猶如切西瓜樣把病灶實體分成一個個的層面，計算機保存下各個層面病灶輪廓的信息，并且計算出針對各個層面上病灶輪廓的靶點的空間坐標。
治療開始時，B超監(jiān)測的探頭6通過B超升降機構由檢查狀態(tài)的位置回到原來的零位狀態(tài)，以保證聚焦超聲源5發(fā)出的超聲不致于損傷B超的探頭。此時多軸執(zhí)行裝置接受計算機的指令，反復來回地移動聚焦超聲源5，將其焦點對準病灶輪廓的各個靶點，過程如下所述當計算機準備治療病灶的某一個層面時，設計的程序是讓多軸執(zhí)行裝置由深至淺進行治療，當準備治療這個層面上的較深靶點時，多軸執(zhí)行裝置中的升降機構接受升起的命令，升起聚焦超聲發(fā)射源，使聚焦超聲發(fā)射源的焦點對準輪廓的較深的靶點，當準備治療這個層面上的較淺靶點時，多軸執(zhí)行裝置中的升降機構下降，使聚焦超聲發(fā)射源的焦點對準輪廓的較淺的靶點，當治療這個層面上的同一深度的不同靶點時，多軸執(zhí)行裝置中的偏擺機構執(zhí)行偏擺的命令，同時作用多軸執(zhí)行裝置中的升降機構。使聚焦超聲發(fā)射源發(fā)生偏擺并調(diào)整合適的高度，以保證聚焦超聲源對準同一深度的不同靶點，從而起到治療的作用。
當計算機準備治療病灶另外的一個層面時，這時多軸執(zhí)行裝置中的旋轉裝置執(zhí)行旋轉的命令，以保證聚焦超聲源的焦點在這個層面上進行活動，治療靶點的過程方法同上一樣。
由此看來，無論病灶的形狀、深度、大小如何，升起并旋轉多軸執(zhí)行裝置中的監(jiān)測B超，都可以獲取病灶的各個切面，不同深度的不同靶點，可以升降多軸執(zhí)行裝置中的升降機構進行治療，同一深度的不同靶點，可以偏擺、升降多軸執(zhí)行裝置進行治療，對于不同層面上的靶點，可以旋轉多軸執(zhí)行裝置來完成治療，因此，由于多軸執(zhí)行裝置的配合，可以實現(xiàn)高強聚焦超聲治療機的對病人的全方位治療。
整個多軸執(zhí)行裝置的運行數(shù)據(jù)的計算是由計算機來完成的，各軸的運行精度達到±0.8mm，由帶減速機伺服電機來提供動力，運行路徑上的極限開關控制其運行的過程長度。
本實用新型的核心是針對現(xiàn)有技術存在的問題，改變傳統(tǒng)的空間運行機構的X、Y、Z三維直線方向的思維，采用底層升降、中層旋轉、上層偏擺的結構，配合頂層監(jiān)測病灶的B超探頭升降一套多軸執(zhí)行裝置，從而實現(xiàn)聚焦超聲發(fā)射源的焦點達到病灶的三維空間的每一個區(qū)域上。因此，凡是采用底層升降、中層旋轉、上層偏擺的結構，配合B超探頭升降的一套多軸執(zhí)行裝置均屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，包括整機升降機構、旋轉機構、偏擺機構及安裝其上的聚焦超聲發(fā)射源和B超監(jiān)測機構，其特征在于升降機構在底層，升降機構上面與旋轉機構連接，在旋轉機構之上安裝偏擺機構，聚焦超聲發(fā)射源的底部通過軸承與偏擺工作臺連接，B超監(jiān)測頭安放在聚焦超聲發(fā)射源的中心孔處，B超監(jiān)測頭與旋轉機構或相關旋轉部件連接，聚焦超聲發(fā)射源的邊緣通過止動桿和導向支座與升降機構的升降工作臺連接定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其特征在于旋轉機構的旋轉盤(33)上面安裝旋轉支座(25)，偏擺工作臺(24)與旋轉支座(25)的兩支臂通過軸(26)連接，偏擺齒輪(23)與偏擺工作臺(24)連接，偏擺齒輪(23)與偏擺驅動機構(22)連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其特征在于偏擺機構的偏擺工作臺置于旋轉機構上的旋轉支座的兩個支臂之間，與旋轉支座的兩個支臂軸連，偏擺工作臺與偏擺驅動機構連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其特征在于B超監(jiān)測頭安裝在B超升降機構內(nèi)筒上，B超升降機構內(nèi)筒置于B超升降機構導向筒中，偏擺工作臺與B超升降機構內(nèi)筒之間由旋轉連動機構連接；聚焦超聲發(fā)射源的底部與B超升降機構導向筒連接，B超升降機構導向筒與偏擺工作臺通過軸承連接；B超升降機構的內(nèi)筒與B超升降驅動機構連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其特征在于B超升降驅動機構包括帶動B超升降機構內(nèi)筒的齒條，與齒條匹配的齒輪及其驅動電機。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，其特征在于旋轉機構底座(34)固定在升降機構的升降工作臺(46)上，旋轉盤(33)通過軸承與旋轉機構底座(34)連接，旋轉驅動電機(3)通過傳動機構與旋轉盤(33)連接。
專利摘要本實用新型提供一種高強聚焦超聲腫瘤治療機多軸執(zhí)行裝置，包括整機升降機構、旋轉機構、偏擺機構及安裝其上的聚焦超聲發(fā)射源和B超監(jiān)測機構，升降機構在底層，升降機構上面與旋轉機構連接，偏擺機構的偏擺工作臺置于旋轉機構上的旋轉支座的兩個支臂之間，與旋轉支座的兩個支臂軸連，偏擺工作臺與偏擺驅動機構連接。聚焦超聲發(fā)射源的底部通過軸承與偏擺工作臺連接，B超監(jiān)測頭安放在聚焦超聲發(fā)射源的中心孔處，B超監(jiān)測頭與旋轉機構或相關旋轉部件連接，聚焦超聲發(fā)射源的邊緣通過止動桿和導向支座與升降機構的升降工作臺連接定位。B超監(jiān)測頭安裝在B超升降機構內(nèi)筒上，B超升降機構內(nèi)筒置于B超升降機構導向筒中，偏擺工作臺與B超升降機構內(nèi)筒之間由旋轉連動機構連接。
文檔編號A61B18/00GK2897310SQ200620095898
公開日2007年5月9日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權日2006年3月30日
發(fā)明者吳昊, 徐藝, 劉望瓊, 盛斌, 吳志強, 龔欣, 楊衛(wèi)民, 蔣兆陵, 陳良卿, 孫瑞濤, 朱金玲 申請人:深圳希復康醫(yī)療技術有限公司