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1、(10)申请公布号 CN 104225807 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104225807 A (21)申请号 201410460111.0 (22)申请日 2014.09.11 A61N 5/10(2006.01) (71)申请人 郑晓天 地址 518001 广东省深圳市罗湖区滨河路鹿 丹村 5 栋 1 单元 302 房 (72)发明人 郑晓天 (74)专利代理机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所 44268 代理人 王永文 刘文求 (54) 发明名称 一种立体定向放疗设备及其实现方法 (57) 摘要 本发明公开一种立体定向放疗设备及其实现 方法， 通过八个电机实现。
2、电气控制， 从而克服了现 有伽玛射线立体定向放射治疗装置结构复杂、 调 试难度大的弱点， 同时还具有装置简单、 成本较 低、 实用性强、 精度高、 调试维护简单、 治疗过程传 递剂量小等优点， 是对放射外科学治疗领域的一 个重大贡献， 必将为控制肿瘤、 减少副作用、 提高 患者生活质量做出巨大贡献。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104225807 A CN 104225807 A 1/2 页 2 1. 一种立体定向放疗设备， 。
3、包括机身， 所述机身上设置有三维床、 源体、 准直体、 头盔、 前门和后门 ； 其特征在于， 所述立体定向放疗设备由 8 个电机驱动控制 ； 所述 8 个电机分别 为 ： 用于控制三维床运动的 X 轴电机、 Y 轴电机和 Z 轴电机 ； 分别用于控制源体、 准直体和头盔进行伺服运动的源体电机、 准直体电机和头盔电 机 ； 前门电机和后门电机。 2. 根据权利要求 1 所述立体定向放疗设备， 其特征在于， 所述后门电机设置在头盔上， 用于带动头盔沿水平方向作直线运动实现后门的开启和关闭。 3. 根据权利要求 2 所述立体定向放疗设备， 其特征在于， 所述伺服运动中， 以源体电机 作为主动轴， 准。
4、直体电机作为从动轴。 4. 根据权利要求 2 所述立体定向放疗设备， 其特征在于， 所述伺服运动中， 以源体电机 作为主动轴， 准直体电机和头盔电机同时作为从动轴。 5. 根据权利要求 2 所述立体定向放疗设备， 其特征在于， 所述准直体包括适合三种体 部治疗所需辐射量的准直体准直器 ； 头盔包括适合四种头部治疗所需辐射量的头盔准直 器。 6. 一种如权利要求 1 所述立体定向放疗设备的实现方法， 其特征在于， 包括步骤 ： S1、 前门电机控制前门开启， 同时， X 轴电机、 Y 轴电机和 Z 轴电机控制三维床至目标位 置 ； S2、 定位完成后， 读取治疗计划， 准直体旋转实现开源， 头盔。
5、旋转选择头部准直器 ； S3、 以源体电机作为主动轴， 准直体电机为从动轴， 进行跟随主动轴的运动， 用于保证 准直体相对源体的静止运动， 以达到准直放射源射线的均匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照 射剂量和照射时间 ； 或以源体电机作为主动轴， 准直体的伺服电机和头盔电机同时作为从动轴， 进行跟随 主动轴的运动， 用于保证头盔和准直体相对源体的静止运动， 以达到准直放射源射线的均 匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照射剂量和照射时间 ； S4、 治疗时间到后， 关闭同步， 源体电机、 准直体电机和头盔电机分别控制源体、 准直体 和头盔各自回原位。 7. 根据权利要求 6 所述的实现方法， 其特。
6、征在于， 所述步骤 S3 中以源体电机作为主动 轴， 准直体电机作为从动轴时 ； 数字控制系统模块的位置控制单元向源体伺服运动控制回 路和准直体伺服运动控制回路同时发出位置伺服运动指令， 源体伺服运动控制回路和准直 体伺服运动控制回路的位置反馈装置发出的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较外， 还送入数字控制系统模块内部的数字比较器进行差值比较， 所述差值送入准直体伺服运动 控制回路的输入端， 与数字控制系统模块的位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较， 两个位置反馈装置的反馈信号差值即源体电机和准直体电机的同步误差， 当差值为零时， 表明两个轴的位置完全同步。 8. 根据权利要求 6 所述的。
7、实现方法， 其特征在于， 所述步骤 S3 中以源体电机作为主动 轴， 准直体的伺服电机和头盔电机同时作为从动轴时 ； 数字控制系统模块的位置控制单元 同时向源体伺服运动控制回路、 准直体伺服运动控制回路和头盔伺服运动控制回路发出位 权 利 要 求 书 CN 104225807 A 2 2/2 页 3 置伺服运动指令 ； 源体伺服运动控制回路、 准直体伺服运动控制回路和头盔伺服运动控制 回路的位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较外， 还送入数字控制系统 模块内部的数字比较器进行差值两两比较， 将两从动轴差值分别送入对应的从动轴伺服控 制回路的输入端， 与数字控制系统模块位置的控制单。
8、元发来的位置伺服指令各自分别进行 比较， 两两位置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴分别与两从动轴的同步误差， 当两两 差值为分别零时， 表明两两从动轴与主轴的位置完全同步。 9. 根据权利要求 6 所述的实现方法， 其特征在于， 所述步骤 S1 中还包括 ： 当进行头部 治疗时， 设置在头盔上的后门电机带动头盔沿水平方向作直线运动实现后门的开启。 10. 根据权利要求 6 所述的实现方法， 其特征在于， 还包括步骤 S5 ： Z 轴电机控制三维 床从屏蔽体内沿着 Z 轴方向退出。 权 利 要 求 书 CN 104225807 A 3 1/5 页 4 一种立体定向放疗设备及其实现方法 技术领域 。
9、0001 本发明涉及大型医疗设备技术领域， 尤其涉及一种立体定向放疗设备及其实现方 法。 背景技术 0002 自 1895 年伦琴发现 X 线和 1898 年居里夫妇发现镭并用于治疗恶性肿瘤以来， 肿 瘤的放射治疗 （放疗） 已经走过了一个多世纪。在这 100 多年的历史中， 随着科学的进步， 肿 瘤放射治疗进步非常迅速， 并已日趋成熟。放射治疗已经成为目前治疗肿瘤的三大主要手 段 （手术、 放疗、 化疗） 之一， 对挽救患者生命、 提高患者的生活质量具有非常重大的意义。 据世界卫生组织 （WHO） 20 世纪 90 年代的统计数字 ： 45的恶性肿瘤可以治愈， 其中 22为 手术治愈， 18。
10、为放射治疗治愈， 5为药物和其他方法治愈。目前 70左右的肿瘤病人在 病程的不同阶段需要接受放射治疗。由此可见放疗在肿瘤治疗中地位之重要。 0003 在现有放疗设备中， 伽玛射线立体定向放射治疗设备 （The Leksell Gamma Knife 也称， 伽玛刀） 凭借其高精度、 高疗效、 低损伤的优势， 已经成为肿瘤放射治疗的主要工具。 其采用能产生伽玛射线的钴 -60 作为放射源， 利用射线的几何聚焦原理， 在精确立体定位 的情况下， 将经过规划的大剂量伽玛线集中照射于体内预选靶点 （病灶） ， 即可在短时间内 将病变组织摧毁， 而在焦点以外的正常组织则因只收到瞬间照射而基本不受损伤， 。
11、从而达 到安全治疗的目的。 0004 伽玛射线立体定向放射治疗设备一般由四部分组成 ： 一是主机 （即机械系统） ， 其 包括 ： 三维床、 机架、 准直装置等 ； 二是立体定位系统 ； 三是电气控制系统 ； 四是治疗计划系 统 （硬件平台和治疗计划软件及网络） 。其中， 主机是伽玛射线立体定向放射治疗设备的基 础， 决定其治疗精度。 从目前来看， 现有的伽玛射线立体定向放射治疗设备都不同程度存在 结构复杂、 安装调试、 维护难度大等缺陷。 0005 因此， 现有技术还有待于改进和发展。 发明内容 0006 鉴于上述现有技术的不足， 本发明的目的在于提供一种立体定向放疗设备的伺服 控制系统及实。
12、现方法， 旨在解决现有伽玛射线立体定向放射治疗设备存在的结构复杂、 安 装调试、 维护难度大等问题。 0007 本发明的技术方案如下 ： 一种立体定向放疗设备， 包括机身， 所述机身上设置有三维床、 源体、 准直体、 头盔、 前 门和后门 ； 其中， 所述立体定向放疗设备由 8 个电机驱动控制 ； 所述 8 个电机分别为 ： 用于控制三维床运动的 X 轴电机、 Y 轴电机和 Z 轴电机 ； 分别用于控制源体、 准直体和头盔进行伺服运动的源体电机、 准直体电机和头盔电 机 ； 前门电机和后门电机。 说 明 书 CN 104225807 A 4 2/5 页 5 0008 优选地， 所述立体定向放疗。
13、设备， 其中， 所述后门电机设置在头盔上， 用于带动头 盔沿水平方向作直线运动实现后门的开启和关闭。 0009 优选地， 所述立体定向放疗设备， 其中， 所述伺服运动中， 以源体电机作为主动轴， 准直体电机作为从动轴。 0010 优选地， 所述立体定向放疗设备， 其中， 所述伺服运动中， 以源体电机作为主动轴， 准直体电机和头盔电机同时作为从动轴。 0011 优选地， 所述立体定向放疗设备， 其中， 所述准直体包括适合三种体部治疗所需辐 射量的准直体准直器 ； 头盔包括适合四种头部治疗所需辐射量的头盔准直器。 0012 一种所述立体定向放疗设备的实现方法， 其中， 包括步骤 ： S1、 前门电。
14、机控制前门开启， 同时， X 轴电机、 Y 轴电机和 Z 轴电机控制三维床至目标位 置 ； S2、 定位完成后， 读取治疗计划， 准直体旋转实现开源， 头盔旋转选择头部准直器 ； S3、 以源体电机作为主动轴， 准直体电机为从动轴， 进行跟随主动轴的运动， 用于保证 准直体相对源体的静止运动， 以达到准直放射源射线的均匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照 射剂量和照射时间 ； 或以源体电机作为主动轴， 准直体的伺服电机和头盔电机同时作为从动轴， 进行跟随 主动轴的运动， 用于保证头盔和准直体相对源体的静止运动， 以达到准直放射源射线的均 匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照射剂量和照射时间 ； S。
15、4、 治疗时间到后， 关闭同步， 源体电机、 准直体电机和头盔电机分别控制源体、 准直体 和头盔各自回原位。 0013 优选地， 所述的实现方法， 其中， 所述步骤 S3 中以源体电机作为主动轴， 准直体电 机作为从动轴时 ； 数字控制系统模块的位置控制单元向源体伺服运动控制回路和准直体伺 服运动控制回路同时发出位置伺服运动指令， 源体伺服运动控制回路和准直体伺服运动控 制回路的位置反馈装置发出的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较外， 还送入数字控 制系统模块内部的数字比较器进行差值比较， 所述差值送入准直体伺服运动控制回路的输 入端， 与数字控制系统模块的位置控制单元发来的位置伺服指令进行。
16、比较， 两个位置反馈 装置的反馈信号差值即源体电机和准直体电机的同步误差， 当差值为零时， 表明两个轴的 位置完全同步。 0014 优选地， 所述的实现方法， 其中， 所述步骤 S3 中以源体电机作为主动轴， 准直体的 伺服电机和头盔电机同时作为从动轴时 ； 数字控制系统模块的位置控制单元同时向源体伺 服运动控制回路、 准直体伺服运动控制回路和头盔伺服运动控制回路发出位置伺服运动指 令 ； 源体伺服运动控制回路、 准直体伺服运动控制回路和头盔伺服运动控制回路的位置反 馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较外， 还送入数字控制系统模块内部的数 字比较器进行差值两两比较， 将两从动轴差值分别。
17、送入对应的从动轴伺服控制回路的输入 端， 与数字控制系统模块位置的控制单元发来的位置伺服指令各自分别进行比较， 两两位 置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴分别与两从动轴的同步误差， 当两两差值为分别零 时， 表明两两从动轴与主轴的位置完全同步。 0015 优选地， 所述的实现方法， 其中， 所述步骤 S1 中还包括 ： 当进行头部治疗时， 设置 在头盔上的后门电机带动头盔沿水平方向作直线运动实现后门的开启。 说 明 书 CN 104225807 A 5 3/5 页 6 0016 优选地， 所述的实现方法， 其中， 还包括步骤 S5 ： Z 轴电机控制三维床从屏蔽体内 沿着 Z 轴方向退出。 0。
18、017 有益效果 ： 本发明的立体定向放疗设备及其实现方法， 通过八个电机实现电气控 制， 从而克服了现有伽玛射线立体定向放射治疗装置结构复杂、 调试难度大的弱点， 同时还 具有装置简单、 成本较低、 实用性强、 精度高、 调试维护简单、 治疗过程传递剂量小等优点， 是对放射外科学治疗领域的一个重大贡献， 必将为控制肿瘤、 减少副作用、 提高患者生活质 量做出巨大贡献。 附图说明 0018 图 1 为本发明的立体定向放疗设备的实施例的机械结构的示意图。 0019 图 2a、 图 2b 和图 2c 分别为本发明的立体定向放疗设备的实施例的不同角度的示 意图。 0020 图 3 为本发明的立体定向。
19、放疗设备的实现方法的流程图。 0021 图 4a 为本发明的立体定向放疗设备的实施例的头部治疗的示意图。 0022 图 4b 为本发明的立体定向放疗设备的实施例的体部治疗的示意图。 具体实施方式 0023 本发明提供一种立体定向放疗设备及其实现方法， 为使本发明的目的、 技术方案 及效果更加清楚、 明确， 以下对本发明进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。 0024 请参阅图 1， 其为本发明的立体定向放疗设备的较佳实施例的示意图。如图所示， 所述立体定向放疗设备包括 ： 源体 4、 准直体 6 和头盔 1 ； 其中， 源体 4、 准直体。
20、 6 和头盔 1 同 轴设置 ； 且以源体 4 作为主动轴， 绕同一轴线做旋转运动 （图中示出 ： 准直体轴承 2、 源体轴 承 3 和头盔轴承 7） ， 并在运动过程中保持相对静止， 屏蔽体 5 在治疗时处于屏蔽状态。 0025 本发明的伽玛射线全身立体定向放射治疗系统的构成主要分为机械部分和电气 部分。机械部分主要采用套筒式结构， 传动上采用同轴轴承， 通过伺服电机分别驱动， 其装 配简单、 稳定性好， 运动部件不容易变形。 电气部分通过自主开发的人机界面作为显示和控 制的终端， 利用人机界面实现设备的各种运动控制功能。 其中， 机械部分包括屏蔽体5、 源体 4、 准直体 6、 头盔 1、。
21、 屏蔽门和三维治疗床。电气部分包括上位控制机、 电柜 （运动控制器） 、 源体、 准直体、 头盔及其相应的伺服电机与伺服驱动器等构成。 0026 其中， 伽玛射线全身立体定向放射治疗系统的准直系统分三段， 即源体准直通道， 简称源体， 主要作用是发射射线与预准直射线 ； 开关体准直通道， 简称准直体， 主要作用是 准直射线， 也是体部治疗准直器 ； 头盔准直通道， 简称头盔， 其主要作用是头部治疗时进一 步准直射线。准直体准直器有 3 组， 以适合 3 种体部治疗所需辐射量， 头盔准直器有 4 组， 以适合 4 种头部治疗所需辐射量。无论头部治疗还是体部治疗， 通过准直器变换， 可改变治 疗中。
22、所选择的辐射野， 形成适合病灶性质和形状的剂量及剂量分布。 0027 本发明的伽玛射线全身立体定向放射治疗系统的关键之处在于， 通过 8 个电机驱 动控制 ； 请一并参阅图 2a、 图 2b 和图 2c， 所述 8 个电机分别为 ： 用于控制三维床运动的 X 轴电机 100、 Y 轴电机 200 和 Z 轴电机 300 ； 分别用于控制源 说 明 书 CN 104225807 A 6 4/5 页 7 体、 准直体和头盔进行伺服运动的源体电机400、 准直体电机500和头盔电机600 ； 以及前门 电机 700 和后门电机 800。 0028 具体来说， 所述后门电机设置在头盔上， 用于带动头盔。
23、沿水平方向作直线运动实 现后门的开启和关闭。 0029 另外， 在本发明的立体定向放疗设备中， 所述伺服运动包括两种 ：（1） 以源体电机 作为主动轴， 准直体电机作为从动轴 ；（2） 以源体电机作为主动轴， 准直体电机和头盔电机 同时作为从动轴。 0030 下面分别通过双伺服运动控制和三伺服运动控制来说明本发明的立体定向放疗 设备的伺服控制系统。 0031 （1） 双伺服运动控制 当实现双伺服运动时， 以源体电机作为主动轴， 准直体电机作为从动轴时 ； 数字控制系 统模块的位置控制单元向源体伺服运动控制回路和准直体伺服运动控制回路同时发出位 置伺服运动指令， 源体伺服运动控制回路和准直体伺服。
24、运动控制回路的位置反馈装置发出 的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较外， 还送入数字控制系统模块内部的数字比较 器进行差值比较， 所述差值送入准直体伺服运动控制回路的输入端， 与数字控制系统模块 的位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较， 两个位置反馈装置的反馈信号差值即源体 电机和准直体电机的同步误差， 当差值为零时， 表明两个轴的位置完全同步。 0032 进一步地， 在发出位置伺服运动指令之前， 首先通过治疗计划程序的读取判别来 控制控制后门将头盔准直体送入到特定位置， 头盔准直体选择相应组准直器开孔与体部准 直体当前原位基准进行相对位置的对接定位， 实现机械上的固定使二者在运动过程中成。
25、为 一个整体运动， 然后头盔准直体电机去使能后， 将头盔准直体的运动交由体部准直体电机 来完成， 体部准直体选择相应组准直器开孔与源体进行相对位置的对接定位。 0033 （2） 三伺服运动控制 以源体电机作为主动轴， 准直体的伺服电机和头盔电机同时作为从动轴时 ； 数字控制 系统模块的位置控制单元同时向源体伺服运动控制回路、 准直体伺服运动控制回路和头盔 伺服运动控制回路发出位置伺服运动指令 ； 源体伺服运动控制回路、 准直体伺服运动控制 回路和头盔伺服运动控制回路的位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比 较外， 还送入数字控制系统模块内部的数字比较器进行差值两两比较， 将两从动轴差。
26、值分 别送入对应的从动轴伺服控制回路的输入端， 与数字控制系统模块位置的控制单元发来的 位置伺服指令各自分别进行比较， 两两位置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴分别与两 从动轴的同步误差， 当两两差值为分别零时， 表明两两从动轴与主轴的位置完全同步。 0034 进一步地， 通过治疗计划程序的读取判别来控制体部准直体选择相应组准直器开 孔与源体进行相对位置的对接定位， 待定位完成后控制后门将头盔准直体送入到特定位 置， 头盔准直体选择相应组准直器开孔与体部准直体当前对应开孔进行相对位置的对接定 位。 0035 基于上述系统， 本发明还提供一种所述立体定向放疗设备的伺服控制系统的实现 方法， 如图。
27、 3 所示， 包括步骤 ： S1、 前门电机控制前门开启， 同时， X 轴电机、 Y 轴电机和 Z 轴电机控制三维床至目标位 置 ； 说 明 书 CN 104225807 A 7 5/5 页 8 S2、 定位完成后， 读取治疗计划， 准直体旋转实现开源， 头盔旋转选择头部准直器 ； S3、 以源体电机作为主动轴， 准直体电机为从动轴， 进行跟随主动轴的运动， 用于保证 准直体相对源体的静止运动， 以达到准直放射源射线的均匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照 射剂量和照射时间 ； 或者以源体电机作为主动轴， 准直体的伺服电机和头盔电机同时作为 从动轴， 进行跟随主动轴的运动， 用于保证头盔和准直体。
28、相对源体的静止运动， 以达到准直 放射源射线的均匀、 恒定的分布， 来控制稳定的照射剂量和照射时间。 0036 进一步地， 治疗可以分为头部治疗和体部治疗， 在头部治疗的时候， 如图 4a 所示， 准直体旋转实现开源， 头盔旋转选择头部准直器， 头部准直器选择完成后， 此时源体、 准直 体与头盔的通道已经对准完成， 然后开启同步 ： 源体作为主动轴， 准直体与头盔作为从动轴 跟随源体同步顺时针旋转运动， 实现三轴同步同向旋转 （其具体运动过程上面已经介绍过 了） ， 并在运动过程中保持相对静止。 请继续参阅图4b， 其为体部治疗的示意图， 在体部治疗 过程中， 头盔起到后门的作用。其治疗过程可。
29、以参考头部治疗， 这里就不多做赘述。 0037 S4、 治疗时间到后， 关闭同步， 源体电机、 准直体电机和头盔电机分别控制源体、 准 直体和头盔各自回原位。 0038 进一步地， 所述步骤 S1 中还包括 ： 当进行头部治疗时， 设置在头盔上的后门电机 带动头盔沿水平方向作直线运动实现后门的开启。 此时， 头盔起到了后门的作用， 通过后门 电机 （也可以称为头盔上的直线运动电机） 带动头盔沿水平方向作直线运动实现了后门的 开启和关闭。 0039 更进一步地， 所述的实现方法中， 还包括步骤 S5 ： Z 轴电机控制三维床从屏蔽体内 沿着 Z 轴方向退出。 0040 综上所述， 本发明的立体定。
30、向放疗设备及其实现方法， 通过八个电机实现电气控 制， 从而克服了现有伽玛射线立体定向放射治疗装置结构复杂、 调试难度大的弱点， 同时还 具有装置简单、 成本较低、 实用性强、 精度高、 调试维护简单、 治疗过程传递剂量小等优点， 是对放射外科学治疗领域的一个重大贡献， 必将为控制肿瘤、 减少副作用、 提高患者生活质 量做出巨大贡献。 0041 应当理解的是， 本发明的应用不限于上述的举例， 对本领域普通技术人员来说， 可 以根据上述说明加以改进或变换， 所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保 护范围。 说 明 书 CN 104225807 A 8 1/4 页 9 图 1 图 2a 说 明 书 附 图 CN 104225807 A 9 2/4 页 10 图 2b 图 2c 说 明 书 附 图 CN 104225807 A 10 3/4 页 11 图 3 图 4a 说 明 书 附 图 CN 104225807 A 11 4/4 页 12 图 4b 说 明 书 附 图 CN 104225807 A 12 。