一種用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置的製作方法

2023-12-07 07:45:46 1

專利名稱：一種用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種掃描裝置，具體地說，涉及一種用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置。
超聲波是一種機械波，能穿透組織但不會對組織產生類似X射線導致的電離輻射損傷，能在局部區域內聚焦產生瞬態高溫效應。把超聲用於腫瘤治療，利用超聲波的非射線性、良好的組織內聚焦性和能量的可滲透性，使超聲束在體內聚焦，在0.5-1秒鐘內使聚焦區域組織升溫達到65攝氏度以上，可以頃刻間將癌塊凝固而又不損傷周圍正常組織。此時腫瘤細胞失去侵潤和轉移能力，癌塊隨之良性化，使患者機體與腫瘤的對抗朝著機體佔優勢的方向發生明顯變化，此為超聲治療癌症的理論根據。超聲治癌安全、可控，對表淺及深在腫瘤均可起到有效破壞作用。
高強度超聲聚焦治療系統治療原理如

圖1所示。換能器2發射超聲波，經過耦合介質，在患者體內聚焦，焦域1一般為橢球形，體積比病灶3小，需要用掃描的方式來對整個病灶進行治療。掃描裝置是高強度超聲聚焦治療系統中的執行部分，通過控制換能器的位置和姿態實現超聲焦點相對病灶的相對位置，達到治療的目的。掃描裝置的性能對超聲治療腫瘤的效果產生直接影響。
根據超聲治療的特性，高質量的高強度超聲聚焦治療系統應滿足如下要求必須能形成一個超聲波的高能焦域，輸出功率和頻率可調節，且有良好聚焦性能；超聲探頭至患者間有接近人體組織聲阻抗特徵的聲傳播與聲耦合介質，並且要求聲衰減小，不幹涉聚焦聲場；有用於實時焦域定位及監控治療效果的高質量醫學影像系統；對非規則腫瘤可以通過機械運動進行掃描治療，並且有多種掃描方式供選擇；有高度智能化的計算機控制系統。除此之外，出於安全性和有效性考慮，高強度聚焦超聲在皮膚組織表面的強度不能過高，防止灼傷皮膚；超聲的傳播特性要求聲束傳播的通路上不能有骨骼或氣體出現。這樣就對超聲組合探頭的運動空間和姿態提出較高的要求，以利於避開骨骼或敏感組織進行治療。
由於上述要求和腫瘤組織是立體組織，至少需要三軸驅動才能完整地進行掃描治療。為了治療過程中避開敏感組織和骨骼，三個移動軸和兩個轉動軸驅動組合探頭方案能更好地實現治療。
中國實用新型專利99201009於1999年12月1日公開了一種「高強度聚焦超聲治療系統中的六坐標掃描裝置」。該裝置主機座通過中心孔左端面聯接板和傾斜機構的外殼聯接，傾斜機械左端通過螺孔和四維機構外殼聯接，四維機構內有三維互相垂直的直角坐標和水平迴轉坐標。但該掃描裝置機械結構複雜，製造成本較較高。
本發明的目的在於提供一種高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置，它能夠以較簡單的結構和較低的成本實現三維運動並獲得較高的運動精度，滿足高強度超聲聚焦治療系統的需要。
為實現上述發明目的，用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置，包括X軸移動機構和Y軸移動機構，其特徵在於該掃描裝置還包括滑臺和三個伸縮杆，所述X軸移動機構用於驅動治療床，所述Y軸移動機構用於驅動所述滑臺，所述伸縮杆的一頂端固定在滑臺上，另一頂端與超聲組合探頭連接，三個伸縮杆的二頂端在滑臺與超聲組合探頭上均成正三角形分布。
上述伸縮杆可以採用下述方式實現。伸縮杆包括第三電機、第三絲杆、第三絲杆螺母、導向套、滑杆和球鉸，第三絲杆位於滑杆內，滑杆位於導向套內，其側面開有縫槽，導向套上設有與該縫槽匹配的導向塊，滑杆與第三絲杆螺母固定連接；在第三絲杆的頂部固定有第一擋塊，第二擋塊位於第三絲杆的另一端、並固定在絲杆座的上方；第三電機驅動第三絲杆轉動，絲杆座固定在底座上，底座與連接軸相連，連接軸套在連接座的孔內，連接座固定在滑臺上；在滑杆的頂部設有球鉸，球鉸的一端固定在超聲組合探頭上。
上述伸縮杆也可採用為液壓伺服驅動結構實現。
所述X軸移動機構和Y軸移動機構可採用電機絲杆導軌式結構、液壓伺服驅動結構或直線移動電機結構實現。
本發明採用兩個串聯直線移動坐標(即X軸移動機構和Y軸移動機構)和三個並聯坐標(即三個伸縮杆)，實質上是一種串並聯結構，它具有結構簡單、精度高、製造成本低、運動空間大等優點，特別容易通過多軸聯動來實現所述三維運動。工作時，超聲組合探頭和治療床可分別由伺服電機經絲杆導軌機構實現X、Y軸方向上的移動；同理，控制三個伸縮杆同時伸縮相同的長度，可實現工作頭在Z軸方向的移動，若伸縮不相同的長度即可實現繞X、Y軸的轉動。
圖2為本發明用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置的結構示意圖；圖3為圖2中伸縮杆及其傳動方式的剖視圖；圖4為在俯視方向上伸縮杆在滑臺上布置圖；圖5為在俯視方向上伸縮杆在超聲組合探頭上布置圖。
本發明由X軸移動機構、Y軸移動機構、滑臺和三個伸縮杆組成。如圖2所示，X軸移動機構由電機、絲杆、絲杆螺母和導軌構成。第一電機7與第一絲杆9相連、且固定在治療床6下方，第一絲杆螺母8與支架3相連，這樣第一電機7即可驅動治療床6沿導軌5在X軸方向移動。Y軸移動機構的構成與X軸移動機構相同，第二電機13與第二絲杆1相連、且固定在支架3上，第二絲杆螺母2與滑臺3相連，第二電機13驅動滑臺3在Y軸方向移動。三個伸縮杆4的一頂端與滑臺3相連，另一頂端與超聲組合探頭相連，三個伸縮伸的二頂端在滑臺與超聲組合探頭上的分布如圖4、圖5所示，均為正三角形布置。
伸縮杆的結構如圖3所示，包括第三電機26、第三絲杆18、第三絲杆螺母24、導向套19、滑杆20和球鉸22等。第三絲杆18位於滑杆20內，滑杆20位於導向套19內。滑杆20與第三絲杆螺母24固定連接，滑杆的側面開有縫槽，導向套19上設有與縫槽匹配的導向塊23。這樣，滑杆就只能軸向移動而不會產生旋轉運動。在第三絲杆18的頂部固定有第一擋塊21，第二擋塊25位於絲杆另一端，固定在絲杆座17的上方，這樣滑杆20就只能在二個擋塊所限定的行程內移動。皮帶輪16與第三絲杆18相連，絲杆座17和第三電機26均固定在底座15上，底座15與連接軸29相連，連接軸29套在連接座14的孔內，連接座固定在滑臺12上。這樣，杆縮杆就可以隨連接軸29在同一平面內轉動。在滑杆20的頂部設有球鉸22，球鉸22通過其內孔螺紋與螺栓30固定在超聲組合探頭12上。這樣，伸縮杆通過球鉸22可實現空間轉動。
第三電機26通過皮帶28和皮帶輪16、27驅動第三絲杆18旋轉，使得第三絲杆螺母帶動滑杆20移動。第三電機26也可以通過其它方式驅動第三絲杆18旋轉。若控制三個伸縮杆同時伸縮相同的長度，可實現超聲組合探頭在Z軸方向的移動，若伸縮不相同的長度即可實現繞X軸、Y軸的轉動。
總之，本發明採用X軸移動機構和Y軸移動機構構成的兩個串聯直線移動坐標和由三個伸縮杆構成的三個並聯坐標，即一種串並聯結構實現本發明的目的。從上述描述可知，本領域普通技術人員不難發現實現上述功能的機械裝置有多種，如X軸移動機構、Y軸移動機構不限於上述的電機、絲杆導軌式結構，還可以液壓伺服驅動結構和直線移動電機結構來實現；伸縮杆的結構也不限於上述實施例所說明的結構，也可以採用液壓伺服驅動結構來實現。
超聲組合探頭12是由一組治療探頭和一個B超探頭安裝在一球冠體上形成的，它發射超聲波在患者體內的病灶部位聚焦，殺死腫瘤細胞，同時B超監視治療過程。本發明不涉及超聲組合探頭和治療床。
權利要求
1.一種用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置，包括X軸移動機構和Y軸移動機構，其特徵在於該掃描裝置還包括滑臺(3)和三個伸縮杆(4)，所述X軸移動機構用於驅動治療床(6)，所述Y軸移動機構用於驅動所述滑臺(3)，所述伸縮杆(4)的一頂端固定在滑臺(3)上，另一頂端與超聲組合探頭(12)連接，三個伸縮杆(4)的二頂端在滑臺(3)與超聲組合探頭(12)上均成正三角形分布。
2.根據權利要求1所述的串並聯掃描裝置，其特徵在於，所述伸縮杆4包括第三電機(26)、第三絲杆(18)、第三絲杆螺母(24)、導向套(19)、滑杆(20)和球鉸(22)，第三絲杆(18)位於滑杆(20)內，滑杆(20)位於導向套(19)內，其側面開有縫槽，導向套(19)上設有與該縫槽匹配的導向塊(23)，滑杆(20)與第三絲杆螺母(24)固定連接；在第三絲杆(18)的頂部固定有第一擋塊(21)，第二擋塊(25)位於第三絲杆(18)的另一端、並固定在絲杆座(17)的上方；第三電機(26)驅動第三絲杆(18)轉動，絲杆座(17)固定在底座(15)上，底座(15)與連接軸(29)相連，連接軸(29)套在連接座(14)的孔內，連接座(14)固定在滑臺(12)上；在滑杆(20)的頂部設有球鉸(22)，球鉸(22)的一端固定在超聲組合探頭(12)上。
3. 根據權利要求1所述的串並聯掃描裝置，其特徵在於，所述伸縮杆為液壓伺服驅動結構。
4.根據權利要求1、2或3所述的串並聯掃描裝置，其特徵在於，所述X軸移動機構和Y軸移動機構為電機、絲杆導軌式結構。
5.根據權利要求1、2或3所述的串並聯掃描裝置，其特徵在於，所述X軸移動機構和Y軸移動機構為液壓伺服驅動結構。
6.根據權利要求1、2或3所述的串並聯掃描裝置，其特徵在於，所述X軸移動機構和Y軸移動機構為直線移動電機結構。
全文摘要
用於高強度超聲聚焦治療系統的串並聯掃描裝置,包括X軸移動機構、Y軸移動機構、滑臺和三個伸縮杆,X軸移動機構驅動治療床,Y軸移動機構驅動滑臺,伸縮杆的一頂端固定在滑臺上,另一頂端與超聲組合探頭連接,其頂端均成正三角形分布。伸縮杆的結構為:絲杆位於滑杆內、並置於導向套內,其側面開有縫槽,導向套上設有導向塊,滑杆與螺母固定連接;在絲杆的二端部設有擋塊;電機驅動絲杆轉動,絲杆座固定在底座上並通過連接軸套在連接座的孔內,連接座固定在滑臺上;在滑杆的頂部設有球鉸。本實用新型採用兩個串聯直線移動坐標和三個並聯坐標,它具有結構簡單、精度高、製造成本低、運動空間大等優點,易於通過多軸聯動來實現三維運動。
文檔編號A61N7/00GK1364649SQ0211543
公開日2002年8月21日 申請日期2002年1月15日 優先權日2002年1月15日
發明者李小平, 喻道遠, 李培根, 邵新宇 申請人:華中科技大學