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利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2015-10-09
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-01-20
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-01-04
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2035-10-09
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201510662326.5 申请日 2015-10-09
公开/公告号 CN105126261B 公开/公告日 2019-01-04
授权日 2019-01-04 预估到期日 2035-10-09
申请年 2015年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 A61N5/10A61G13/02 主分类号 A61N5/10
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 7 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 温州职业技术学院 当前专利权人 合肥智慧龙机械设计有限公司
发明人 余胜东 第一发明人 余胜东
地址 浙江省温州大学科技园温州市瓯海经济开发区东方路38号 邮编 325000
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省温州大学科技园温州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
温州市品创专利商标代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
程春生
摘要
本发明属于医疗器械领域,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。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。所述Stewart机器人平台的上部布置所述十字滑台,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。
  • 摘要附图
    利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置
  • 说明书附图:图1
    利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置
  • 说明书附图:图2
    利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置
  • 说明书附图:图3
    利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置
  • 说明书附图:图4
    利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-05-24 专利权的转移 登记生效日: 2022.05.11 专利权人由温州职业技术学院变更为合肥智慧龙机械设计有限公司 地址由325000 浙江省温州大学科技园温州市瓯海经济开发区东方路38号变更为230000 安徽省合肥市蜀山区甘泉路81号沃野花园商办楼B-1018
2 2019-01-04 授权
3 2016-01-20 实质审查的生效 IPC(主分类): A61N 5/10 专利申请号: 201510662326.5 申请日: 2015.10.09
4 2015-12-09 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置,其特征在于组成如下,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,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,所述放疗装置的辐射头固定设置,所述十字滑台可以运动以使所述人体的病灶部位位于所述动平台的上部中央位置;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;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3至5个。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于医疗器械领域,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,当外科医生己经切除局部肿瘤后,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磅,对于灵活移动2500磅重量,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] 见中国发明专利,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Z轴升降移动及绕Z轴转动的功能。从机构运动学角度分析,该发明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,即:沿X、Y、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。所以该发明并不能确保放疗中,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,即: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Z轴升降移动及绕Z轴转动,重复的自由度是:沿Z轴升降移动及绕Z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。

发明内容

[0015] 本发明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,并且寻找最佳的角度和方向,从而达到完美的放疗效果。
[0016] 一种利用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,本发明具有以下积极作用:
[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] 本发明,充分发挥了所述Stewart机器人平台的优势,
[0025] 德国Stewart发明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。本发明将所述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] 本发明由于引入了所述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] 本发明利用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,本发明将所述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机器人平台承受压力作用,所述Stewart机器人平台的受力状况良好。
[0032] 在发生故障的情况下,本发明利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置依然可以确保所述人体的安全。例如,所述Stewart机器人平台发生故障,将导致所述Stewart机器人平台的运动不畅,而所述人体躺在所述运动床板上,不会发生被辐射头砸伤、掉落等事故。
[0033] 与机械臂相比,机械臂为串联机构,所述Stewart机器人平台采用并联机构,刚度大,结构稳定;
[0034] 所述Stewart机器人平台具有条腿共同支撑所述人体,使得承载能力强;
[0035] 所述Stewart机器人平台精度高,使得对所述人体的病灶部位的调节更加准确;
[0036] 所述Stewart机器人平台运动惯性小,反应迅速,在控制方面具备快、准、稳的特性,而且不会像串联式机械手那样存在累积误差;
[0037] 所述Stewart机器人平台在位置求解上,正解困难,反解容易;串联机构正解容易,反解困难,而并联机器人正解困难,反解容易。所述Stewart机器人平台可以快速的解出所述腿的变化长度。

实施方案

[0041] 下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明,但不构成对本发明的任何限制,附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述,本发明提供了一种利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置上,使其结构简单并更加易于操作和使用,本发明用于辅助人体实现放疗,协助人体调整到最佳的放疗位置和角度。
[0042] 如图1、图2、图3、图4所示,本发明一种利用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1、运动床板2、人体3;所述Stewart机器人平台1的静平台5固定于地面上,在所述Stewart机器人平台1的动平台6上固连所述运动床板2;所述运动床板2包括底板8和十字滑台9,所述底板8和所述动平台6固连,所述十字滑台9活动连接于所述底板8;所述人体3固连于所述十字滑台9上。
[0043] 更具体地,所述传感器4布置于所述人体3病灶部位的周围,所述传感器4的数量为3至5个。
[0044] 见图1至4,以下描述本发明利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置的工作过程和工作原理:
[0045] 所述人体3固连于所述运动床板2上。
[0046] 见图1,建立笛卡尔坐标系XYZ,所述十字滑台9活动连接于所述底板8,所述十字滑台9可以沿X方向、Y方向运动,驱动所述十字滑台9沿X方向、Y方向运动,使所述人体3的病灶部位位于所述动平台6的上部中央位置。
[0047] 由于所述动平台6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。
[0048] 位置的调节:所述传感器4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1的位置和角度,使所述传感器4采集到的电子束信号的强度一致,此时,所述人体3的病灶部位位于电子束的中心位置。
[0049] 角度的调节:继续调节所述Stewart机器人平台1的角度,使电子束正面照射于所述人体3的病灶部位。此时,可以依靠肉眼判断。
[0050] 本发明,充分发挥了所述Stewart机器人平台的优势,
[0051] 1965年,德国Stewart发明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于1978年提出将并联机构用于机器人手臂。
[0052] 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。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。
[0053] 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。
[0054] 本发明由于引入了所述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。
[0055] 本发明利用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。
[0056] 相对于国内的悬挂式机架而言,本发明将所述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3躺在运动床板2上。使得所述Stewart机器人平台承受压力作用,所述Stewart机器人平台的受力状况良好。
[0057] 在发生故障的情况下,本发明利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置依然可以确保所述人体3的安全。例如,所述Stewart机器人平台发生故障,将导致所述Stewart机器人平台的运动不畅,而所述人体3躺在所述运动床板2上,不会发生被辐射头砸伤、掉落等事故。
[0058] 与机械臂相比,机械臂为串联机构,所述Stewart机器人平台采用并联机构,刚度大,结构稳定;
[0059] 所述Stewart机器人平台具有6条腿7共同支撑所述人体3,使得承载能力强;
[0060] 所述Stewart机器人平台精度高,使得对所述人体3的病灶部位的调节更加准确;
[0061] 所述Stewart机器人平台运动惯性小,反应迅速,在控制方面具备快、准、稳的特性,而且不会像串联式机械手那样存在累积误差;
[0062] 所述Stewart机器人平台在位置求解上,正解困难,反解容易;串联机构正解容易,反解困难,而并联机器人正解困难,反解容易。所述Stewart机器人平台可以快速的解出所述腿7的变化长度。
[0063] 最后,应当指出,以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然,本发明不限于上述实施例,还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均应认为属于本发明的保护范围。

附图说明

[0038] 图1、2、3是本发明利用Stewart机器人平台进行跟踪定位的放疗装置的结构示意图;
[0039] 图4是所述Stewart机器人平台的结构示意图。
[0040] 图中:1 Stewart机器人平台、2运动床板、3人体、4传感器、5静平台、6动平台、7腿、8底板、9十字滑台。
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