没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
-HOS T E D B Y可在www.sciencedirect.com网站上查阅计算设计与工程学报2(2015)176www.elsevier.com/locate/jcde一种基于形状记忆合金的放疗Hyun-Taek Leea,Sung-In Kima,Jong Min Parkb,c,d,e,Ho-Jin Kima,Dae-Seob Songa,Hyung-Il Kima,Hong-Gyun Wub,c,d,f,Sung-Hoon Ahna,g,na大韩民国首尔国立大学机械和航空航天工程系b大韩民国首尔国立大学医院放射肿瘤科c大韩民国首尔国立大学医学研究中心放射医学研究所d大韩民国首尔国立大学医学院生物医学研究所融合中心e大韩民国水原融合技术高级研究所机器人技术研究f大韩民国首尔国立大学医学院放射肿瘤学系g大韩民国首尔国立大学先进机械与设计研究所接收日期:2014年12月27日;接收日期:2015年3月17日;接受日期:2015年3月17日2015年3月27日在线发布摘要头颈部癌症通常采用集中在肿瘤上的密集照射治疗,同时向正常细胞提供最少量的照射。由于一个疗程的放射治疗可能需要5已经开发了许多器械来最大限度地减少位置差异,但临床实践中使用的所有商业器械都是手动操作的,需要为每位患者定制固定这是无效的,固定装置的性能取决于操作者的技能。因此,本研究开发了一种可在放射治疗期间使用的自动头颈部固定器,并在体模实验中评估了定位再现性。为了消除计算机断层扫描硬件磁场引起的干扰,使用镍钛形状记忆合金丝作为固定器的驱动元件。所有位置的位置差异均小于5 mm,这对于放射治疗是可接受&2015 年 CAD/CAM 工 程 师 协 会 。 由 Elsevier 制 作 和 主 持 。 这 是 一 个 在 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。关键词:放射治疗;形状记忆合金;止动器;头颈癌;原型1. 介绍在韩国,50-60%的癌症患者可能会接受放射治疗,其中25-30%的患者已经接受了实际的放射治疗。现代放射治疗方法使用密集照射策略,其最大化癌细胞的照射,同时最小化对正常细胞的剂量。放射治疗的最新进展主要是由于与放射治疗设备相关的硬件和软件的发展,最先进的放射治疗设备的发展将提高癌症治疗的有效性n通讯作者。同行评审由CAD/CAM工程师协会负责。对于头颈部癌症,辐射梯度需要急剧的剂量下降,以最大限度地减少正常区域的不必要辐射,因为主要器官密集地堆积在该区域中,并且这些器官对辐射非常敏感。因此,当头颈部癌症患者接受放射治疗时,如果患者的姿势不能在先前治疗的几毫米内准确再现,则肿瘤不能暴露于足够的处方剂量,正常器官同时暴露于高辐射水平。这会损害正常的器官功能,在极端情况下,会导致患者死亡。由于一个疗程的放射治疗可能需要5-6周或更长时间,患者姿势的可重复性和治疗期间使用的紧固方法对放射治疗的成功有很大影响。因此,对于头颈癌的放射治疗,使用固定器是必要的,并且各种固定器可以用于治疗头颈癌。http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2015.03.0042288-4300/2015 CAD/CAM工程师协会。&由Elsevier制作和主持。这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176177商业设备用于在重复治疗期间保持相同的姿势。图1所示为目前医疗领域常用的头颈部止动器。为了在照射过程中保持和维持精确的位置,由热固性塑料制成的网状面罩被模制成符合每个患者的面部该面罩不仅通过覆盖患者躺在治疗床上进行放射治疗的正面或颈部,固定头颈部,使其在治疗期间不会偏离初始位置,而且有助于在整个放射治疗期间在几天后的后续治疗中重现相同的位置然而,由于这种使用网状面罩的紧固方法需要为每个患者专门设计的一次性固定件,因此它消耗太多材料并导致难以将这些面罩储存在医院设施中。由于面罩在整个治疗期间阻挡患者的视线,患者经常遭受不舒服的感觉或有时恐惧,并且由于每次治疗都应重新制作面罩,临床医生感到不适在治疗效率方面,掩模可以被认为是干扰辐射路径的障碍物,当与肿瘤处的剂量率的辐照模拟相比时,这导致不同的剂量率。更重要的是,大多数患者经历了显着的体重减轻和面部形状的变化,这导致先前使用的热固性面罩和患者头部之间出现空隙。在整个治疗过程中,应尽量减少2. 相关研究现代分次放射治疗是基于将患者置于可重复位置的能力。这对于肿瘤邻近重要的正常颅内和头颈部结构的患者尤其重要。对于这些患者,使用各种固定器,许多研究已经检查了最大限度地减少几何差异的技术[1Bentel等人[1]描述了一种用于支撑后部头部和颈部的定制头枕。定量分析结果表明,定制的支持是能够更好地解决患者形状的变化。Laing et al.[7]报告称,立体定向框架固定系统的地理缺失范围为0.3 -2.3 mm,不包括CT扫描不确定性。Shim等人[5]提出了一种用于头颈部癌症患者的可调节支架,以固定患者的位置,并评估了几何差异通过比较计算机断层扫描(CT)和锥形束计算机断层扫描(CBCT)图像之间的差异,根据患者体重与误差范围之间的关系进行放射治疗。这些先前的研究主要声称,新开发的固定方法提供了更好的性能,以保持相同的头颈部位置在可接受的范围内。然而,由于这些器械仍然是手动操作的,或者需要为每位患者定制固定装置,因此它们不仅对患者和临床医生都是无效的,而且高度依赖于操作者的技能来实现足够的治疗性能。本研究利用形状记忆合金(SMA)丝的收缩力驱动自动头颈部固定器。传统的执行机构,如使用电动机的执行机构,由于其精度高、控制方法简单和寿命长而被应用于自动化设备。然而,这些类型的传统致动器在暴露于辐射时可能为了克服标准致动器的限制,我们开发了一种简单、独特的机制,利用SMA的收缩力SMA具有奥氏体和马氏体两种稳定的固相组织。当SMA被加热时,它可以提供机械力以从马氏体转变为奥氏体。通过在致动系统中采用该力,我们可以设计具有小而简单的结构的装置,其不同于常规致动器,因为SMA本身可以作为致动部件工作并且不需要任何额外的部件来产生致动力。SMA致动器是有效的,因为它们可以产生高致动力,并在施加热量时保持变形的形状[8]。更重要的是,SMA线对辐射环境的干扰很小;即,电磁场,与电机和齿轮为基础的机制相比[9]。3. 原型系统配置原型由三个主要部分组成:(1)中央头部固定器;(2)点式头部固定装置;以及(3)头部后面的计算机辅助设计(CAD)如图2所示。每个部分都是为了满足特定的目的而设计的。为了最大限度地减少辐射路径中的障碍物,除基本结构和末端执行器外,所有组件均位于非辐照区域。固定化过程是图1.一、用于放射治疗手术的传统头颈部固定面罩图片178H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176图二、(a)头部和颈部止动器的组成以及从CAD模型的(b)前侧和(c)后侧的总体视图图3.第三章。通过SMA丝收缩进行夹持运动前后中心股骨头固定器的(a)CAD建模和(b)实际测试的比较H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176179如下首先,使用可调节的枕头来控制头部的后部,以适应患者头部的形状然后,使用中心头部固定器夹持头部和颈部,以保持头部在工作台上居中最后,拧紧点式头部固定器,以防止头部在放射治疗期间平移或旋转存储每个患者头部的几何位置的信息,并且在后续治疗期间加载相同的信息以再现相同的位置。各部分的详细工作机制将在下面的段落中描述。3.1. 防盗系统的详细设计1) 中央头部固定器:中央头部固定器旨在防止横向方向的姿势错误。它有助于末端执行器在治疗过程中抓住头部并保持中心位置。夹持运动由SMA线的收缩力电线的每一端都连接在这个大臂的三分之一处“抓手”,放在桌子后面。通过这种设计,我们可以将执行部件移出照射区域,并扩大夹具的行程,因为电线连接点作为杠杆的支点。这也可以补偿SMA线的小收缩率,其仅为初始长度的4%,并且导致末端执行器的更温和的运动。使用CAD模型进行的模拟和图3所示原型的实际测试均表明,它允许足够的头部夹持距离并保持工作台的中心位置。当使用电流加热SMA线时,由于形状记忆效应,线收缩,缩短两个末端执行器之间的距离,使得它们夹紧患者的头部。由于夹持器臂的中间由位于止动器中心的导轨连接,因此每个臂对称移动以保持头部的中心位置2) 点式头部固定装置:在末端执行器处连接点式头部固定器,以防止头部旋转见图4。 (a)制造的原型,(b)点式头固定器的详细组件配置和(c)点式头固定器的收缩滑动机构。 (①指针、②上杆、③SMA线夹)。180H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176错误,并更精确地抓住头部。该部件必须在辐照环境中发挥作用,并且基于形状记忆的致动机构适用于紧凑型高输出应用[10]。如图4所示,该固定器由①指针、②上杆和③SMA线夹组成这种简单的结构仅由薄的金属SMA线和ABS聚合物组成,最大限度地减少了辐射的分散。一旦电流施加到SMA线,从线发出的热量使其图五、后头型调节枕工作机理举例通过形状记忆效应收缩。连接到SMA线的上杆向下推动指针的斜率,每个指针尽可能向前移动,以适应患者头部侧面的曲率。这种具有倾斜结构的触发机制有助于减少压力并产生施加在患者头部上的适度夹持力。3) 一个可调节的枕头:目前用于放射治疗的医疗枕头只有三到五个预成形的块,这些不适合所有可能的头部形状。因此,患者感到不舒服,临床医生经常难以再现头部后部的准确位置。本研究所提出的可调式枕头使用细钢丝和电动控制来塑造枕头,并实现更精确的见图7。重复固定试验几何差异的图形结果。图六、实际固定试验(a,b)和用于评价位置再现性的重复试验的图片H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176181再现性位于检查床底部的伺服电机的位置控制钢丝的长度,以调整每位患者的枕头形状。两个电线支持的最高点和最低点的后脑勺,精确地 控制位置(图。5)。4. 评价在正常参与者身上测试了所提出的制动器的Loxime再现性。如图6所示,参与者见图8。所研制的固定器在实际放疗设备上的体模实验。放置在防盗器原型上,并通过上一节所述的过程固定详细的夹持条件,如施加在中心头固定器的SMA线上的电流、可调枕的静止线的长度和与底层的偏移距离被存储。然后,操作员释放装置,并通过加载存储的条件再次进行固定过程。对于同一个参与者,这个重复的过程进行了多次测试,并通过比较头部某个点的位置来测量几何位移。测量了三名参与者的位置误差,所有几何差异均小于5mm(图1)。 7)。为了评估原型在实际辐射场中的性能,在首尔国立大学医院的真实放射治疗设备中进行了体模实验(图8)。通过使用计算机断层扫描(CT)成像系统获得由提议的固定器固定的人体体模的横截面图像,该系统用于在治疗前确定剂量率。然后,将体模移动到实际治疗中使用的放射治疗设备上,并拍摄锥形束计算机断层扫描(CBCT)图像。在本研究中开发的固定器固定体模的同时也获得了CBCT图像。通过与CT图像的比较,测量了CBCT图像的几何差异。将CBCT和CT图像在每个横截面上重叠,并评价一致性在位置和曲率误差方面(图9)。的见图9。几何差异评价过程图片:首先,将已开发固定器固定的人体模体的CT和CBCT图像叠加(a)。然后,将图片对齐以匹配患者头部的曲率线(b)。通过比较CT和CBCT图像之间的差异来评价几何差异(c-e)。182H.- T. Lee等人/计算设计与工程学报2(2015)176计算的位置误差也显示在整个切片中小于5mm的差异,并且该值在放射治疗的可接受范围内。因此,当与放射治疗计划期间计算的结果相比时,在实际放射治疗期间预期相似的剂量分布。5. 结论本研究开发了一种自动化的基于SMA的头颈部放射治疗固定器。开发了一种使用SMA线的简单致动机构作为传统致动器的替代品,以防止辐射分散,这在放射治疗期间可能具有负面影响。对CT和CBCT图像之间的空间差异进行了评价,两次评价中显示的位置误差结果均在放疗的可接受范围内(5 mm)。在未来的研究中,SMA线在辐射环境中的退化因子将被调查,以保证所提出的原型的重复性。致谢这项工作得到了首尔国立大学工学院和医学院的跨学科研究倡议计划(2013年)和知识经济部(MKE,韩国)资助的产业战略技术开发计划(10049258)的支持,这项工作得到了韩国政府(MEST)资助的韩国国家研究基金会(NRF)的支持。NRF-2010-0029227)。引用[1] Bentel,GC等人,定制的头颈部支撑系统。 国际放射肿瘤学生物学物理杂志1995; 32(1)245-8。[2] Height,R等人,头颈部放射治疗患者解剖学变化的剂量测定结果。医学成像和放射肿瘤学杂志 2010; 54(5)497-504。[3] Manning,MA等,设置不确定性对头颈部癌症IMRT正常组织保留的影响。国际放射肿瘤学生物学物理杂志2001; 51(5)1400-9。[4] Saw,CB等人,用于调强放射治疗(IMRT)的固定装置。医学剂量学2001; 26(1)71-7。[5] Shim,J,等。在H N癌症放射治疗中开发可调节头架床&。韩国放射治疗技术学会杂志2014; 26(1)43-50。[6] Thornton Jr A等人,用于模拟、CT、MRI和PET成像的改进头部固定系统的三维运动分析。放射治疗和肿瘤学1991; 20(4)224-8。[7] LaingRW,Thompson V,Warrington AP,Brada M. 使用可重新定位的立体定向框架固定患者进行常规颅照射的可行性。英国放射学杂志1993; 66(791)1020-4。[8] Kim H-J,Song S-H,Ahn S-H.一种采用智能软复合材料(SSC)结构的仿龟游泳机器人。智能材料与结构2013; 22(1)014007。[9] Rodrigue H,Wang W,Bhandari B,Han M-W,Ahn S-H.十字形扭转结构采用SMA基智能软复合材料。国际精密工程与制造杂志-绿色技术2014; 1(2)153-6。[10] Cho K-J,Koh J-S,Kim S,Chu W-S,Hong Y,Ahn S-H.柔性仿生机器人制造工艺研究进展。国际精密工程与制造杂志2009; 10(3)171-81。
下载后可阅读完整内容,剩余1页未读,立即下载
![pdf](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083512.png)
![pdf](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083512.png)
![-](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_lunwen.png)
![-](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_lunwen.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://csdnimg.cn/download_wenku/file_type_ask_c1.png)
![](https://profile-avatar.csdnimg.cn/default.jpg!1)
cpongm
- 粉丝: 4
- 资源: 2万+
上传资源 快速赚钱
我的内容管理 收起
我的资源 快来上传第一个资源
我的收益
登录查看自己的收益我的积分 登录查看自己的积分
我的C币 登录后查看C币余额
我的收藏
我的下载
下载帮助
![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/voice.245cc511.png)
会员权益专享
最新资源
- VMP技术解析:Handle块优化与壳模板初始化
- C++ Primer 第四版更新:现代编程风格与标准库
- 计算机系统基础实验:缓冲区溢出攻击(Lab3)
- 中国结算网上业务平台:证券登记操作详解与常见问题
- FPGA驱动的五子棋博弈系统:加速与创新娱乐体验
- 多旋翼飞行器定点位置控制器设计实验
- 基于流量预测与潮汐效应的动态载频优化策略
- SQL练习:查询分析与高级操作
- 海底数据中心散热优化:从MATLAB到动态模拟
- 移动应用作业:MyDiaryBook - Google Material Design 日记APP
- Linux提权技术详解:从内核漏洞到Sudo配置错误
- 93分钟快速入门 LaTeX:从入门到实践
- 5G测试新挑战与罗德与施瓦茨解决方案
- EAS系统性能优化与故障诊断指南
- Java并发编程:JUC核心概念解析与应用
- 数据结构实验报告:基于不同存储结构的线性表和树实现
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
![](https://img-home.csdnimg.cn/images/20220527035711.png)
![](https://img-home.csdnimg.cn/images/20220527035711.png)
![](https://img-home.csdnimg.cn/images/20220527035111.png)
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/green-success.6a4acb44.png)