多维运动床术中放射治疗装置 【技术领域】
本发明涉及一种手术中放射治疗装置，特别涉及一种在肿瘤切除手术中利用高能电子束照射肿瘤细胞的可移动型放射治疗装置。属于一种新型医疗设备，特别属于肿瘤放射治疗设备。
背景技术：
手术中放射治疗是一种应用高能电子束射线照射手术野中局部肿瘤细胞以治疗深部肿瘤的肿瘤放射治疗方法，可以防止局部肿瘤细胞向邻近组织扩散和转移，它可以应用在外科手术不能切除的恶性肿瘤，或者是外科手术部份切除后残存的肿瘤病灶，它也可以应用在外科切除肿瘤后残留的肿瘤床，这种治疗方法可以用来替代传统的外放射治疗以清除残留的被肿瘤组织浸润或已经发生周围组织转移的微小病灶。越来越多的临床医生感兴趣这种治疗方法，并将其广泛应用在治疗腹部、盆腔、胸部的多种恶性肿瘤，采用这种治疗方法辅助外科治疗，或者同时辅助外放射治疗，可以明显改善进展期的恶性肿瘤。大型电子直线加速器，，既可以采用高能电子束，也可以采用X线治疗病人，这种大型电子直线加速器已经被成功采用在手术中放射治疗，通常应用的方式是在外科手术切除肿瘤后照射周围残余的微小肿瘤病灶，也有用于照射不能切除的恶性肿瘤，然而，大型电子直线加速器的某些缺陷限制了它们的普遍使用，主要原因为其高昂的费用，其庞大笨重的装置，更重要的原因是这类电子直线加速器产生高能量X线，使用这类装置的基本条件为非常严密的X线防护专用房间，墙壁厚度至少不低于2米，这必须是用来专门进行放射治疗的场所，因此，应用这类设备进行手术中放射治疗程序，病人必须在麻醉状态从手术室转运到放射治疗专用防护间，在持续监护下实施术中放射治疗，这种方式会增加转运病人途中的危险，增加治疗时间，并且对于医务繁忙的临床医疗机构来说专门为某位病人预留术中放射治疗，必然会影响其他放射治疗病人的治疗。普遍实施这种治疗方法在临床医疗机构不可能实现，同时由于直线加速器机头的X-线产生装置，使辐射头过于笨重，不可能随便移动，在手术中实施放疗时，不容易操纵如此巨大的装置精确瞄准病灶，如果同时需要做多野照射难度更大。
90年代后期，意大利Hitesys.S.P.A.首家推出商品名称为NOVAC 7的移动式机械臂术中放疗装置，体积较正常电子直线加速器明显缩小，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“特别用于术中放疗地电子加速器”(an apparatus for the acceleration of electrons，particularly for intraoperative radiation therapy)，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。追随其后，美国Intraop Medical Inc.推出原理、结构与上述装置相似，商品名称为“MOBETRON”应用于手术室的可移动电子直线加速器，美国专利(专利号：5,321,271)公开的技术“术中电子束治疗系统及装置”(Intraoperative electronheam therapy system and facility)，详细介绍了这种专用设计用于手术室进行术中放疗的可移动型电子直线加速器，它采用驱动电子直线加速器辐射头的方法是采用C形臂装置支撑、固定辐射头，并通过自动控制方式移动辐射头至手术视野，瞄准肿瘤床进行电子束照射。
上述两种术中放疗装置是目前国际上已公开的，仅有的两种术中放疗装置，其特点均是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，上述两种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。
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，所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，仅能达到4～8Mev，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。
其次，由于采用了专门设计的电子直线加速器，增加了制造上的难度和增加成本，而这种装置的批量又不能到达批量生产规模，数量很少，因此，使上述装置的价格居高不下，影响了临床推广。
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。
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MRI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，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。
【发明内容】
本发明的任务是，提出一种新型的手术中放射治疗装置，这种装置专门用于手术中放射治疗，能够很容易安装在手术室，通过自动控制方法，可以很方便地驱动电子直线加速器的辐射头，并准确放置在手术野范围，这种装置在电子直线加速器辐射头上带有激光定位装置，能够准确瞄准医生指定的病灶位置，并且激光束能明确指示电子束照射的部位和范围，同时，这种装置可以装载经过改造的常规电子直线加速器的辐射头，运动机架结构简单、价格便宜，明显降低制造成本，利用多维运动床与加速器机头的相互运动来减少庞大笨重的加速器辐射头多轴运动，更进一步降低设备制造成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案，其特征是，通过应用可以在多维方向多轴运动的多维运动床代替普通手术床，利用重量轻、移动方便的多维运动床的多轴移动来代替电子直线加速器笨重辐射头的多轴方向移动，将辐射头固定在手术室天花板或固定支撑架，通过简单机械装置进行运动，通过多维运动床和辐射头相互运动将辐射头精确瞄准肿瘤病灶，同时，电子直线加速器的辐射头环周加装激光定位器，指示电子束入射肿瘤病灶的位置和范围，按术中放射治疗计划进行治疗。
本发明提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，多维运动床代替传统术中放射治疗中的手术床配合直线加速器辐射头实现多维方向的多轴运动，多维运动床横轴移动滑轨及滑块205带动床面在X轴方向自由运动，纵轴移动滑轨及滑块204带动床面在Y轴方向移动，垂直伸缩臂203带动床面在Z轴方向上下运动，水平旋转轴202带动床面在R轴方向水平旋转，底座201作为床的支撑，底座基底部位的万向轮，驱动多维运动床移动。
本发明提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，电子直线加速器辐射头通过数个机械连接装置固定在手术室天花板，经过特殊安装的天花板依托房屋结构支撑直线加速器辐射头的重量，而电源、高压发生器等部分则安装在地面，两者之间通过良好金属屏敞的同轴电缆相连接，辐射头通过垂直旋转臂、涡轮、涡杆传动装置及调频电机旋轴运动，瞄准肿瘤病灶。
本发明提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，电子直线加速器辐射头也可以被装置在固定支撑架顶板，而电源及高压发生器控制系统则装置在支撑架的支撑板背面，稳定支撑架重心，支撑架底座支持支撑架并可以通过基底部万向轮自由移动，辐射头通过固定联接器悬挂在支撑架顶板，垂直伸缩臂、水平旋转臂及辐射头活动关节的自由运动可以准确瞄准肿瘤病灶。
本发明提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，在直线加速器辐射头辐射线出口部位装置激光定位器以瞄准和确认放射线的位置、范围，激光定位器由4个发射可见激光的激光发射管组成，四道照射在人体肿瘤病灶部位的可见激光束围绕的区域，代表辐射头电子束的范围和位置。
本发明提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，放射源为电子直线加速器，这是专门设计用于手术中放射治疗的可移动的，仅产生高能电子束，不产生或仅产生低能量X-线的电子直线加速器，这种装置由电源、调频器、磁控管、电子加速管等部件组成，阴极发射的电子经5级～6级加速至6Mev～9Mev高能电子束，这种装置体积较小，体积和重量明显小于传统直线加速器，辐射头与电源、控制部分、高压发生器等部分分离，并应用有良好金属屏蔽的同轴电缆连接，这种电子直线加速器可以委托厂家专门设计制造，也可以在传统的电子直线加速器机头上去除产生X线钨合金靶以及等中心瞄准装置改进而成。
本发明所提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，在手术中采用这种装置不需要进行特别防护，任何普通手术室均能采用这种装置进行术中放射治疗，因为这种装置仅产生电子线不产生或仅产生少量低能X线，射线穿透率低，不能穿透墙壁，不会对周围环境和手术室的医务人员产生辐射损伤。
本发明所提出多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，辐射头发射的电子束剂量可以通过控制部份进行调节和控制，按照不同的肿瘤病灶可以照射不同剂量的电子束能量。
本发明所提出的多维运动床术中放射治疗装置，其特征是，在手术视野进行放射治疗时，可以应用与手术中用的胸腔、腹腔自动拉钩配合使用的限光筒，可以通过磁性非机械性连接在自动拉钩上固定限光筒，激光定位器上的可见激光指示辐射头发射电子束的位置、范围，放射源激光定位灯发射的可见激光引导辐射头位置和方向，限光筒可以在滑套内上下移动，限制电子束射线准确射向医生指定的照射区域，而不会损伤正常周围组织。
本发明的有益效果是，采用多维运动床术中放射治疗装置，可以更精确的对病灶定位，并据此制订更科学合理的术中放疗方案，激光定位激光束可以明显指示入射电子束的位置及范围，有利于医生治疗过程中监控、驱动辐射头的运动机架和治疗床相互运动可以使辐射头更容易、更准确入射目标病灶，采用更为简单的运动装置代替复杂、昂贵的多维机械臂，明显降低成本，可选用多种电子直线加速器的多重选择性，降低了设备制造的难度和成本，降低了术中放疗装置的价格，可以使这项技术更容易在临床医院普及，并为更多病人服务。
附图说明：
下面结合附图对本发明作一步说明
图1是本发明多维运动床术中放射治疗装置示意图
图2是本发明固定在手术室天花板的辐射头连接示意图
图3是本发明多维运动床结构示意图
图4是本发明中激光定位器示意图
图5是本发明中激光定位器俯视图
图6是本发明中电子束限光筒示意图
图7是本发明中固定在支撑架上的辐射头示意图
图8是本发明中支撑架示意图
图中，201-多维运动床底座，202-水平旋转臂，203-垂直伸缩臂，204-纵轴移动滑轨及滑块，205-横轴移动滑轨及滑块，206-辐射头，207-辐射头活动关节，208-第二纵轴連杆，209-第二纵轴活动关节，210-第一纵轴连杆，211-涡杆，212-涡轮传动装置，213-垂直旋转臂，214-连接器连杆，215-固定器联接器，216-天花板固定器，301-辐射头，302-辐射头活动关节，303-垂直伸缩运动臂，304-水平旋转运动臂，401-辐射头，402-电子线聚焦装置，403-激光定位器，404-激光定位灯，405-聚光筒，501-拉钩磁连接器，502-固定杆，503-固定杆制动器504-放射源激光定位灯固定器，505-放射源激光定位灯，506-病灶激光定位灯固定器，507-激光管座，508-激光管转动轴，509-病灶定位激光管，510-限光筒，511-限光筒滑套，512-限光筒制动器，513-硅胶接触头，706-顶板，707-支撑板，708-高压发生器及电源箱，709-底座
图1、图2、图3显示的实施例是本发明中多维运动床术中放射治疗装置示意图。由多维运动床和悬吊在天花板上的辐射头及其机械连接装置组成，多维运动床由床面、横轴移动滑轨及滑块205、纵轴移动滑轨及滑块204、垂直伸缩臂203、水平旋转臂202、底座201组成，并可以在X轴、Y轴、Z轴、R-轴四个轴向进行多维方向移动。辐射头206的机械连接装置通过天花板固定器216固定在天花板，固定连接器215和联接器連杆214连接，垂直伸缩臂213、涡轮传动装置212和涡杆211随垂直伸缩臂213沿同心园方向旋转，并连接第一纵轴关节217，第一纵轴连杆210分别连接第一纵轴关节217和第二纵轴关节209，第二纵轴连杆208连接辐射头活动关节207，驱动辐射头206在多维方向移动，多维运动床和辐射头相互之间的多维方向移动，可以移动辐射头206精确指向任何部位的肿瘤病灶。
图4、图5显示的实施例是本发明激光定位器示意图，激光定位器403由激光固定盘406和激光定位管404组成，四个放射可见激光的激光定位管404分别安装在激光管固定盘3点、6点、9点、10点位置，激光固定器403安装在电子束聚焦装置402表面，激光固定器中央孔407等同于电子聚焦装置出口，激光定位管放射的4道可见激光束构成的区域指示电子束入射的范围。
图6显示的实施例是本发明中电子束限光筒示意图。限光筒510可以在限光筒滑套511内自由移动，以调整限光筒的长度，限光筒未端硅胶接触点513采用无毒、组织相容性良好的医用等级硅胶组成，可以直接置放在手术野中人体组织表面，限光筒通过固定杆502固定在拉钩磁连接器501，固定杆502可以在拉钩磁连接器501内部滑槽内移动以调节位置，固定杆制动器503可以固定位置，病灶定位激光灯509通过激光管座507安装在病灶激光定位灯固定器506上，激光管轩动轴508可以调节病灶定位激光灯指示病灶位置，放射源激光定位灯505安装在放射源激光灯固定器上，指示辐射头的位置。
图7、图8显示的实施例是本发明的多维运动床术中放射治疗装置中辐射头固定在支撑架的示意图，支撑架由底座709、高压发生器及电源箱708、支撑板707、顶板706构成，辐射头301通过垂直伸缩臂303、水平旋转臂304，固定连接器205，固定在支撑架顶板706，支撑架可以通过安装在底座709基底部位的四个万向轮自由移动，高压发生器及电源箱708可以平衡支撑架并起到支撑作用，多维运动床与图1描述的装置一致。
下面是本发明的另一个最佳实施例：
病人，男性，58岁，临床诊断为胰头癌，II期，实施胰头癌根治切除术，在手术结束前约一小时，技术员预热电子直线加速器，测定电子加速器中各项参数和指标，作好术中放射治疗准备，当胰头癌根治手术结束后，经外科医生认可，并和放射治疗科医生共同确定术中放射的位置及范围，移动载有辐射头的支撑架至多维运动床相对应位置，调节多维运动床在X轴、Y轴、Z轴方向，使之符合放射治疗位置和方向，调节垂直伸缩臂、水平旋转臂及辐射头活动关节位置，使辐射头准确瞄准肿瘤病灶，电子直线加速器能量调节至9Mev，剂量为4GY，开始术中放射治疗，医务人员离开手术室，通过监视器观察病人，放射治疗结束，移动支撑架离开多维运动床，术中放射治疗结束。
多维运动床术中放射治疗装置，可以广泛应用在各种类型肿瘤手术治疗中，辅助杀灭手术中可能残留在周围组织的微小病灶，也可以应用外科手术不能切除或仅能部份切除肿瘤的病人。