LUNATM-260型伽瑪?shù)兜脑砼c升級改造

李巍，荊斌，查玉華，唐劍飛

解放軍第307醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100071

LUNATM-260型伽瑪?shù)兜脑砼c升級改造

李巍，荊斌，查玉華，唐劍飛

解放軍第307醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100071

目的 解決LUNATM-260型伽瑪?shù)对诠ぷ鬟^程中，因線纜隨機器運動磨損而發(fā)生的故障；為確保病人的安全，避免在治療過程中治療頭與病人發(fā)生碰撞。方法 分析伽瑪?shù)兜墓ぷ髟?，按照整個系統(tǒng)的機械布局，加裝拖鏈與滑軌，達到了保護線纜的目的；更換C軸的減速電機，有效預(yù)防了治療頭與病人碰撞危險的發(fā)生。結(jié)果 通過對LUNATM-260型伽瑪?shù)兜纳壐脑?，有效地避免了線纜損壞和治療頭與病人碰撞出現(xiàn)危險的問題。結(jié)論 通過滑軌與拖鏈的使用，避免了線纜的磨損；新型C軸減速電機的應(yīng)用，在很大程度上有效預(yù)防了治療頭與病人碰撞危險的發(fā)生。

伽瑪?shù)?；治療頭；滑軌；拖鏈

1 簡介

LUNATM-260型伽瑪射線立體定向回轉(zhuǎn)聚焦放療機，為大型機電一體化系統(tǒng)，集核物理、核醫(yī)學(xué)、計算機、自動化控制和精密機械等專業(yè)技術(shù)于一身，屬于大型高科技放射醫(yī)療設(shè)備，執(zhí)行注冊產(chǎn)品標準YZB/國0341—2003。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見圖1。

工作原理：利用60Co在衰變過程中發(fā)射γ射線對生物肌體的破壞作用來實現(xiàn)對病變細胞的殺傷功能，達到損毀病灶的治療目的。采用了42枚源回轉(zhuǎn)聚焦于一點，從而在焦點處形成一個足夠強的劑量場以損毀病灶并且邊緣清晰，對周圍正常組織的傷害相對要小很多。基本組成：設(shè)備主體結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、立體定位系統(tǒng)、治療計劃系統(tǒng)（TPS）以及安全防護系統(tǒng)。配套設(shè)施有:攝像監(jiān)視系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、劑量監(jiān)測報警系統(tǒng)等。

2 LUNATM-260型伽瑪射線立體定向回轉(zhuǎn)聚焦放療機機械系統(tǒng)分析

LUNATM-260型伽瑪射線立體定向回轉(zhuǎn)聚焦放療機機械系統(tǒng)，主要由機座、機架、治療頭、三維治療床4部分組成。機械系統(tǒng)布局示意圖，見圖2。

2.1 機座作用與結(jié)構(gòu)

機座主要用于支撐機架和安裝治療頭驅(qū)動及傳動裝置。機座安裝在機房預(yù)留的地坑內(nèi)，用地腳螺栓固定于地面，機架與機座間以螺栓聯(lián)接，三維治療床通過升降機構(gòu)與機座聯(lián)接。安裝好后機座表面蓋上金屬鐵板，鐵板與地面齊平。機架示意圖與實物圖，見圖3。

2.2 機架作用與結(jié)構(gòu)

機架是大型的鑄造件，用于支撐治療頭，并能使治療頭在其圓弧滾動導(dǎo)軌上作回轉(zhuǎn)運動。

機架上安裝有精密圓弧滾動導(dǎo)軌，治療頭安裝固定在精密圓弧滾動導(dǎo)軌的滑塊上，在C軸電機和鏈條的帶動下，治療頭可在機架上作0°～ -180°的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)動態(tài)聚焦。機架示意圖與實物圖，見圖4。

2.3 治療頭作用與結(jié)構(gòu)

治療頭內(nèi)部裝有42枚60Co源。在50°范圍內(nèi)按中心線對稱均分44個位，去掉中間2個位，共設(shè)置42個位置放鈷源。準直體在伺服電機驅(qū)動下可做直線往復(fù)運動。在驅(qū)動裝置出現(xiàn)運行故障時，備有手動應(yīng)急裝置，以便關(guān)閉放射源。治療頭通過鏈輪傳動裝置可在機架的圓弧導(dǎo)軌上作180°回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)動態(tài)聚焦。示意圖與實物圖，見圖5。

治療頭由60Co放射源、鈷源匣、屏蔽體、快門、快門驅(qū)動裝置及治療頭防撞保護裝置組成。治療頭整體可繞等中心在0°～180°范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)動態(tài)聚焦。快門裝置由兩級準直器組成，分別是預(yù)準直器和準直器。治療頭內(nèi)由快門驅(qū)動裝置帶動快門沿W軸作直線往復(fù)運動，當W軸運動使得準直孔對準放射源時，放射源處于出束狀態(tài)。由于治療頭整體可以繞等中心作回轉(zhuǎn)運動，所以為了保證治療過程中的安全性，在治療頭的下部設(shè)計安裝了一對防撞保護裝置。在治療過程中，如果治療頭防撞板受壓，就會觸發(fā)防撞保護開關(guān)。此時治療頭會立即停止運動，放射源回到關(guān)束狀態(tài)，治療過程隨之中斷。治療頭繞等中心的回轉(zhuǎn)運動是通過C軸交流伺服電機、諧波減速器、聯(lián)軸套、驅(qū)動鏈輪及鏈條，由鏈條拖動治療頭來完成。

2.4 治療床的作用與結(jié)構(gòu)

治療床也叫三維運動床，三維運動床的作用是支撐治療床及承載患者，并能根據(jù)治療計劃的要求，通過X、Y、Z三個方向和B軸的運動將患者送到指定位置，即將患者病灶部位的預(yù)選靶點送到等中心處。三維運動床由三維運動床回轉(zhuǎn)機構(gòu)、三維運動床升降機構(gòu)、固定床身、移動床面組成。結(jié)構(gòu)圖，見圖6。三維運動床回轉(zhuǎn)機構(gòu)在地平面以下，通過傳動機構(gòu)可以帶動三維運動床整體繞B 軸在水平面180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)；移動床面由固定床身上的軌道面支撐，通過電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)床身進退（Z軸方向）、平移（X軸方向）、升降（Y軸方向）。

3 升級改造

為了清楚地描述LUNATM-260型伽瑪?shù)陡鬟\動軸之間的關(guān)系, 所以對每個運動軸的名稱和正方向及不同坐標系的名稱和正方向均作了相應(yīng)的規(guī)定。固定坐標系f；三維運動床坐標系s；患者頭部定位坐標系h；患者體部定位坐標系b；治療頭坐標系r；當各個坐標系在零位時：① X軸：三維運動床寬度方向直線運動軸；② Y軸：三維運動床高度方向直線運動軸；③ Z軸：三維運動床長度方向直線運動軸；④ B軸：三維運動床繞等中心回轉(zhuǎn)軸；⑤ C軸：治療頭繞等中心回轉(zhuǎn)軸；⑥ W軸：快門的直線運動軸。

3.1 加裝治療頭C軸拖鏈機構(gòu)，加裝三維運動床Z軸拖鏈機構(gòu)

打開C型機架兩側(cè)的外殼，可以看到在機架的側(cè)面是治療頭的連接電纜走線位置。在治療頭運動過程中，電纜會隨著治療頭的運動，在機架和機殼之間的縫隙內(nèi)做往復(fù)運動；機器長期使用后，由于摩擦?xí)?dǎo)致電纜的外護套黑色螺旋軟管發(fā)生斷裂，對內(nèi)部的電纜起不到保護作用。電纜的外護套管采用的是黑色橡膠制成的螺紋管。這種螺紋管易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，一方面是由于材質(zhì)老化變硬，另一方面是由于與機架和外殼磨損所造成的。

加裝治療頭C軸拖鏈機構(gòu)，采用的是工程塑料拖鏈。這種拖鏈適合于使用在往復(fù)運動的場合，能夠?qū)?nèi)置的電纜起到牽引和保護作用。拖鏈每個鏈節(jié)都可以打開，便于安裝和維修。運動時噪音比較低、耐磨、可高速運動。拖鏈的結(jié)構(gòu)、拖鏈外形似坦克鏈，由眾多單元鏈節(jié)組成，鏈節(jié)之間轉(zhuǎn)動自如。相同系列的拖鏈內(nèi)高、外高、節(jié)距相同。拖鏈內(nèi)高、彎曲半徑R可有不同的選擇。單元鏈節(jié)由左右鏈板和上下蓋板組成，拖鏈每節(jié)都能打開，裝拆方便，不必穿線，打開蓋板后即可把電纜放入拖鏈內(nèi)。材料采用增強尼龍，具有高的壓力和抗拉負荷，良好的韌性高彈性耐磨性阻燃。高低溫變化時性能穩(wěn)定，可以使用在室外?？鼓托院?，具有一定的耐酸、耐堿能力。運行速度和加速度，最高速度可達5m/s，最高加速度可達5m/s（具體速度、加速度視運行情況而定）。運行壽命長，不需要反復(fù)更換，在正常架空使用情況下，可達500萬次的往復(fù)運動次數(shù)。C軸拖鏈滑軌設(shè)計圖，見圖7。

圖7 C軸拖鏈滑軌設(shè)計圖

圖8 C軸拖鏈滑軌安裝前后對比圖

圖9 三維運動床Z軸拖鏈滑軌設(shè)計圖

在C型機架上安裝的弧形滑軌，可以有效地防止拖鏈脫出。采用拖鏈與滑軌相配合的方式，即加強了對電纜的保護，同時也降低了機器運行時產(chǎn)生的噪音，有效地避免了故障的發(fā)生。C軸拖鏈滑軌安裝前后對比圖，見圖8。

三維運動床的移動床面分為4層，在電氣控制系統(tǒng)的控制下，可以實現(xiàn)X向、Z向兩個方向上的平移運動。Z向滾珠絲杠和交流伺服電機安裝在第2層床面上。交流伺服電機通過彈性聯(lián)軸節(jié)直接驅(qū)動Z向滾珠絲杠，帶動第3層床面運動，并通過安裝在第3層床面上的鋼帶，帶動第4層床面運動，實現(xiàn)三維治療床在Z方向上800mm的行程。三維運動床Z軸拖鏈滑軌設(shè)計圖，見圖9。

在治療床下方的線纜缺乏固定裝置，極易懸空掛在床體下，從治療床的外殼下露出，見圖10。所以當三維運動床整體繞B 軸在水平面180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)時，線纜會與地面接觸磨損，常常造成治療床突然無法運動的故障。

三維運動床的底層床板上加裝拖鏈滑軌裝置，既保護了線纜不受磨損，也從根本上杜絕了治療床下方的線纜從治療床的外殼中脫出的可能。

3.2 更換C軸減速機

治療頭繞等中心的回轉(zhuǎn)運動是通過C軸交流伺服電機、諧波減速器、聯(lián)軸套、驅(qū)動鏈輪及鏈條，由鏈條拖動治療頭來完成。C軸傳動電機構(gòu)造與實物對照圖，見圖11。鏈條會因長期使用而伸長時，可以調(diào)節(jié)機座內(nèi)鏈條支架的位置，以便使鏈條重新繃緊。在治療過程中，由于治療頭的運動軌跡與病人的位置很接近，為了保證治療過程中的安全性，在治療頭的下部設(shè)計安裝了一對防撞保護裝置。為了進一步防止在治療過程中，治療頭與病人身體碰撞發(fā)生危險，在C軸交流伺服電機處，更換C軸減速機。C軸減速電機的構(gòu)造與實物對照圖，見圖12。

4 結(jié)論

對LUNATM-260型伽瑪?shù)哆M行的升級改造，極大地避免了機器故障的發(fā)生；并在很大程度上防止了治療頭與病人身體發(fā)生碰撞，保證了病人的人身安全。應(yīng)根據(jù)實際使用情況，進一步在細微處改進，降低機器的故障率，提高利用率。

[1] 李巍,查玉華,荊斌.LUNATM-260型伽瑪?shù)豆收暇S修2例[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2011,8(2):60-61.

[2] 周振山,王軍良,段小萍.LUNATM-260型伽瑪射線立體定向回轉(zhuǎn)聚焦放療機質(zhì)量控制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011,32(3):69-70.

[3] 劉峰,馬穎穎,韓俊慶.伽馬射線立體定向放療機的發(fā)展[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2010,25(9):61.

[4] 胡逸民.腫瘤放射物理學(xué)[M].北京:原子能出版社,1999.

[5] 張積仁,劉端祺.腫瘤物理治療新技術(shù)[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2005.

[6] 方林.伽瑪介紹[J].中國醫(yī)療裝備,2011,26(1):111-112,108.

Principle and Upgrading of LUNATM-260 Gamma Knife

LI Wei, JING Bin, ZHA Yu-hua, TANG Jian-fei
Medical Engineering Department, No.307 Hospital of PLA, Beijing 100071, China

Objectivective To solve the problem of fray due to cable’s movement followed by LUNATM-260 gamma knife itself and collision by treatment of head to ensure patient safety in the process of therapy. Methodsthods According to the mechanical layout of the entire system, install the towline and rail instead of the gear motor C-axis to protect the cable and reduce the risk of collision with the patient. Resultssults By upgrade of Gamma Knife LUNATM-260, to reduce the risk of cable’s damage and danger of collision with the patient. Conclusionusion The use of rail and towline, avoid the cable wear and new gear motor C-axis applications largely effective in preventing the treatment head and patient risk of collision occurred.

gamma knife; treatment head; slide rail; towline

R742.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.05.036

1674-1633(2012)05-0104-04

投稿日期：2011-12-08

作者郵箱：lw_307_hospital@163.com